解析如何使用Unity3D開發一款VR彈球游戲
2018-02-08 13:28:38
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開發VR游戲首先要選擇一個合適的平臺。目前可供選擇的平臺不多，Google的Cardboard和OculusRift等頭戴式顯示設備都是可供選擇的對象。但Cardboard的價格低廉，市場占有率更高，用它來作為移動端進行開發更為劃算一些。當然，選擇其一并不代表我們舍棄了其它開發平臺的優點，同時Unity3D游戲引擎擁有跨平臺的特性，對項目經過簡單的修改便可將VR項目移植到PC或者其他平臺中。
使用Unity3D開發VR游戲十分便捷：
首先在于如場景、模型等豐富的素材資源，開發者們無需再為美工建模這些相對耗時間的工作而困擾。
其次在于便捷的引擎支持，OculusRift、GoogleCardboard和HTCVive等產品均提供了對于Unity3D引擎的支持，只需將官方提供的插件包導入到目標項目中，便可使用相應的VR產品了。
隨著Unity5.3版本的發布，Unity增強了對VR開發的兼容性，在項目設置中我們可以直接選擇使用Oculus或是OpenVR進行開發。
下面就以一款簡單的VR彈球游戲為例子，談談使用Unity3D游戲引擎開發VR游戲的流程。
先說說VR彈球游戲的規則。和傳統的彈球游戲一樣，在VR彈球游戲中有兩個玩家，一個是用戶，另一個則是AI。玩家分別控制己方的一塊彈球板，當彈球碰到彈球板的時候，球則會反彈回去。如果一方沒有成功反彈彈球的話則該方失敗。
那么對于這款VR彈球游戲，具體應該怎樣開發呢?
在確定了開發平臺之后，我們需要在Unity中導入相關的SDK。如選用OculusRift則導入OculusRift的SDK，選用GoogleCardboard則導入Cardboard的SDK。這些SDK的使用方法大同小異，每個SDK中均包含著一個角色控制器，而對角色控制器的使用也近乎相同。我們將相應的SDK導入Unity，隨后將SDK中的角色控制器拖放到游戲場景中，進行測試。在使用OculusRift等設備進行調試的時候，往往需要將OculusRift配置好，連接電腦才能調試。而Cardboard的調試，可以使用Alt鍵+拖動鼠標來模擬用戶頭部的晃動。
在正式開發游戲之前，采用一個良好的目錄結構是項目管理的有效方式。這個項目中，在根目錄下有如下的目錄：Model(存放OBJ或是FBX格式的模型)、Texture(存放模型的貼圖，PNG等格式的圖片)、Material(存放通過貼圖制作的Unity中的PBR貼圖)、Prefab(存放Unity預設物體)、Scene(存放游戲的場景文件)。在這種目錄結構下，我們還可以對Model、Texture、Prefab和Material等目錄進行細分，在一些大的項目中擁有大量的模型的時候，通過建立Environment、Building和Player等目錄以細化Model目錄結構，以方便對于模型的尋找，加快開發速度。在對目錄中的文件命名的時候，模型文件以M_模型名稱進行命名，Material以Mat_貼圖名稱進行命名也不失為一種良好的習慣。
開發游戲的第一步便是搭建場景。在該VR游戲中，我們選用的風格是對程序員友好的像素3D風格。像素3D建模較為簡單，所有的模型都是我們團隊中的程序員制作的。在像素建模的軟件選用方面，我們使用了MagicaVoxel這款免費的軟件。MagicaVoxel的界面和操作十分簡單，即使沒有基礎，跟著網上的教程半個小時左右就能入門，并做出自己心儀的3D模型。在建模階段完成之后，將模型和材質等資源按照約定的目錄結構導入Unity3D中。
在搭建場景時，先將FBX或是OBJ格式的模型拖動到Scene(場景)面板中，如果在建模的時候使用的單位和Unity默認單位(米)不同的話，便需要進行相應的縮放。通常如果是場景類的模型如Terrain(地形)，我們選擇將模型的Position屬性設為(0,0,0)，這樣將會對后面的腳本編寫和場景的搭建工作剩下時間。在簡單地對模型進行拖動之后，得到了如下效果的游戲場景。
此時搭建好的場景是靜態的，無法進行互動，我們需要進行相應腳本的編寫，以實現游戲的可操控性。如下圖所示，我們需要編寫腳本的地方有3個，一個是藍色的擊球平臺，一個是粉色的擊球平臺，一個是藍色的球。
在這里，我們選擇使用簡單的AI來控制粉色的擊球平臺，玩家控制藍色的擊球平臺。從這些物體我們可以引申出以下三個問題：
如何移動玩家控制一方的擊球平臺;
如何控制電腦一方的擊球平臺;
如何對彈球進行反彈。
首先是如何移動玩家的擊球平臺。要解決這個問題，就需要確定一個輸入方式。在VR游戲中有傳統游戲中的使用手柄、鍵鼠輸入，同時還有HTCVive和OculusRift的動作捕捉。但我們決定使用的輸入方式是GazeInput(凝視輸入)。凝視輸入的原理是通過在角色控制器的攝像頭射出一條射線，該射線代表玩家的視線，射線碰撞到的位置便是玩家目前凝視的位置。
在實現方面，需要在場景中新建一個Quad物體，與場景中的地面垂直，其寬度為玩家擊球平臺可以移動的范圍，其高度可以設置為1000甚至更大。最后將該Quad的MeshRenderer關閉，并調整其位置到玩家的擊球平臺的位置。然后，我們需要對VR中的SDK中的角色控制器進行相應的修改，由于該彈球游戲中采用的是固定視角，因此我們需要刪除SDK中的角色控制器的RigidBody等組件，僅需要能跟隨玩家頭部運動的Camera即可。找到角色控制器中的Camera，在其上添加如下腳本RayCaster.cs：
floathitPos;
voidFixedUpdate()
{
Rayray=newRay(transform.position,transform.forward);
RaycastHithit;
if(Physics.Raycast(transform.position,transform.forward,outhit))
{
if(hit.collider.gameObject.tag=="Quad")
{
hitPos=hit.point.x;
}
}
}
publicfloatgetHisPos()
{
returnhitPos;
}
在上述腳本中，定義了一個射線和射線投影碰撞。當射線投影碰撞的對象是Quad的平面的時候獲取碰撞點的x坐標(因只需移動彈球平臺的X坐標，所以只獲取碰撞點的X坐標)，并保存到hitPos變量中，以便其他腳本調用。
接著在Hierarchy(階層面板中)找到玩家控制的彈球平臺，在其上編寫腳本playerMovement.cs。
GameObjectmainCamera;
RayCasterrc;
floatthisX;
voidStart()
{
mainCamera=GameObject.FindGameObjectWithTag("MainCamera");
rc=mainCamera.GetComponent();
thisX=this.transform.position.x;
}
voidFixedUpdate()
{
this.transform.position=newVector3(rc.getHisPos()+thisX,this.transform.position.y,this.transform.position.z);
}
在上述腳本中，實現了通過獲取MainCamera的RayCaster組件的碰撞點坐標來相應的移動彈球平臺。
至此，通過視線來控制玩家擊球平臺的功能已經完成。對于電腦控制的擊球平臺，可以通過設定其平臺的移動速度來決定難度，通過預測彈球到達電腦方的位置來決定電腦移動平臺的目標點。在如何反彈彈球的問題上，我們使用Unity3D自帶的物理引擎，在彈球物體上增加RigidBody組件，將RigidBody的UseGravity選項取消選擇，同時將Drag和AngularDrag設為0和Constraint中的FreezePosition的Y選項勾選上。這樣，在游戲開始的時候，通過給彈球一個力來發球，當彈球碰到場景和擊球平臺的Collider的時候便會進行相應的反彈。至此，上面提出的三個問題解決完畢。
但以上三個問題都是顯性的問題，解決完這三個問題后便可以對游戲進行簡單的操作，并不能完成真正意義上的游戲。因為在游戲設計中，還有一些對象是隱性的，沒有實際的物體形態。這些對象有GameManager(游戲管理器)、StateMachine(狀態機)和UserInterface(用戶界面即UI)等。
在游戲管理方面，GameManager下面有如下子Manager：AudioManager(負責游戲中音效的管理)、GameStatusManager(負責游戲的階段狀態管理)、ScoreManager(負責游戲計分的管理)和UIManager(負責游戲UI的管理)等。以GameStatusManager為例，在不同的游戲階段中，可以進行的動作將會不同。如在游戲開始之前的準備階段和游戲結束階段，彈球平臺和彈球不可以移動。在游戲開始之前的準備階段，需要對彈球和擊球平臺進行復位操作。
通過GameManager進行游戲管理來編寫游戲，可以使程序更具有面向對象的特性，對于程序的修改、調試更為直觀和方便，從而減少BUG出現的幾率。
關于VR游戲中的UI，大部分Unity開發者在Unity4.6之后會傾向于選擇官方的UGUI。在UGUI中，UI的TEXT、Button和Image等組件均是Canvas的子物體時才能正常工作。Canvas的默認渲染模式是以屏幕空間為基準的，然而在VR模式下，左右眼的視角均在一塊屏幕中渲染，由此會造成UI在整塊屏幕上只渲染一次而非分別在左右眼的視角分別渲染。因此，我們需要將Canvas的RenderMode(渲染模式)調整為WorldSpace。這樣，整塊UI畫布便成為了游戲3D世界中的物體，由此可縮放，拖動以放置到游戲中相應的位置。
至此，整個游戲制作完畢。但在發布游戲之前，還需要一些不可或缺的工作，如添加ImageEffect視覺效果，對游戲進行配樂和進行游戲的測試等，以此來提升游戲的品質。
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