【文章內(nèi)容簡介】 亡命天涯》 、 《星際爭霸2》 、 《暗黑破壞神 3》 、 《上古卷軸 4》等，圖為 Havok 的展示 Demo：華東師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 Unity 的車輛模擬游戲的設(shè)計與實現(xiàn)8 圖 27 Havok 引擎展示（左為 Havok Physics，右為 Havok Cloth）PhysX 物理運算引擎由五名年輕的技術(shù)人員開發(fā)，他們成立了 AGEIA 公司。由于PhysX 物理引擎在設(shè)計上就并不適合用 CPU 去計算，因此 AGEIA 公司還為 PhysX 引擎設(shè)計了專門的運算硬件，PhysX 物理加速卡，其中的運算核心被稱為 PPU(Physics processing Unit)。圖 28 為 AGEIA 當(dāng)初設(shè)想的未來 PC 組成部分。 圖 28 AGEIA 當(dāng)初設(shè)想的未來 PC 組成部分2022 年，Nvdia 收購了 AGEIA，物理加速卡停止開發(fā)，而是將 PhysX 物理加速功能移植到 Nvdia GPU 中，用戶不必額外購買 PhysX 物理加速卡就能享受到 PhysX 物理加速功能。在 PC 平臺上，共有 269 種游戲采用 PhysX 引擎，而 Havok 為 163 種。表 4－1 Havok 和 PhysX 在各方面的比較物理引擎： Havok PhysX物理加速 多線程加速 只支持 Nvdia GPU 加速執(zhí)行效率 快 不開啟 GPU 加速下略遜一籌跨平臺性 全平臺 全平臺是否開源 是 否游戲引擎集成 寒霜 Unity3D華東師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 Unity 的車輛模擬游戲的設(shè)計與實現(xiàn)9主要游戲平臺 Wii、Xbox 360、PS3 PC（三） Unity3D1. Unity3D 簡介Unity3D 是由 Unity Technologies 開發(fā)的一款全面整合的專業(yè)游戲引擎，其具有的功能使得開發(fā)人員可專注于游戲的設(shè)計而忽略底層的技術(shù)實現(xiàn)，達到快速開發(fā)的目的。Unity 類似于 Director,Blender game engine, Virtools 或 Torque Game Builder 等利用交互的圖型化開發(fā)環(huán)境為首要方式的軟件其編輯器運行在 Windows 和 Mac OS X 下。其主要的特色有 [7]：圖形動力：內(nèi)部封裝了 DirectX 和 OpenGL 圖形渲染庫，并附帶一些常用的渲染組件及著色器腳本。物理仿真：Unity3d 不但整合了 Nvidia PhysX 物理引擎，并在其基礎(chǔ)上封裝了游戲中常會用到的物理組件，如碰撞體、連接體等?？缙脚_性：可發(fā)布游戲至 Windows、Mac、iOS、Android、Xbox、Wii 或 PS3 平臺，也可以利用 Unity web player 或者 Flash 插件發(fā)布網(wǎng)頁游戲，支持 Mac 和Windows 的網(wǎng)頁瀏覽。資源商城：開發(fā)人員可在資源商城中購買其他人開發(fā)的資源（代碼、模型等） ，進行高效復(fù)用。資源服務(wù)器：Unity 資源服務(wù)器是一個附加的版本控制的產(chǎn)品，但比起 SVN 更適合游戲團隊中不同職位的人員共同使用（程序、策劃、美術(shù)） 。性能分析器：引擎中自帶一個 Profiler 分析器，開發(fā)人員可在編輯器或者設(shè)備連線進行性能分析 CPU 和 GPU 不同階段的效率。2. Unity3D 基本概念一個完整的 lJnity3d 程序是由若干個場景（Scene)組合起來的，每個場景中又包含有許多游戲?qū)ο螅℅ameObject） ，每個對象可以具有若干組件（Component） ，其中的繼承自 MonoBehavior 的腳本組件進行初始化、更新等操作，而我們在場景所看到的內(nèi)容是由攝像頭（Camera)來呈現(xiàn)并控制的。場景（Scene)：場景是 Unity3D 程序的基本組成單位，任何一個 Unity3D 程序都是由若干場景組合而成，程序通過腳本在這些場景之間跳轉(zhuǎn)。場景通過場景圖的華東師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 Unity 的車輛模擬游戲的設(shè)計與實現(xiàn)10形式組織，場景圖實際上是一種樹形結(jié)構(gòu)，其中每個節(jié)點就是一個游戲?qū)ο?。對象與對象之間存在父子關(guān)系，即當(dāng)父級對象移動、旋轉(zhuǎn)、縮放時，子級對象也跟著一起變換 [8]，如圖 29 所示：圖 29 旋轉(zhuǎn)一個父節(jié)點同時它的子節(jié)點也跟著旋轉(zhuǎn)游戲?qū)ο螅℅ameObject)：在場景中按照場景圖形式組織，場景圖實際上是一種樹形結(jié)構(gòu)，如圖。樹形層次結(jié)構(gòu)中的節(jié)點，加入的特定組件后就成了有實際功能的對象，如可渲染網(wǎng)格、攝像機、光源等， 格式的文件方便復(fù)用。組件（Component）：組件可以是網(wǎng)格（Mesh） 、光源（Light） 、攝像機（Camera） 、粒子系統(tǒng)（Particle） 、物理碰撞體（Collider） 、布料（Cloth） 、連接體（Joint） 、聲音（Audio） 、動畫（Animation）以及最重要的腳本（Script） 。Unity3D 的設(shè)計是以面向?qū)ο罄碚摓榛A(chǔ)，Unity3D 支持 C、JavaScript 和 Boo 三種腳本語言，如果對象繼承自 MonoBehavior 腳本對象，生命周期將交給 Unity3D 來管理，如圖 210 所示：華東師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 Unity 的車輛模擬游戲的設(shè)計與實現(xiàn)11圖 210 MonoBehavior 的生命周期三、 車輛駕駛游戲的設(shè)計（一） 游戲創(chuàng)意隨著移動硬件設(shè)備的日益強大，并且移動平臺技術(shù)在這幾年得到迅猛發(fā)展，移動平臺上的游戲也出現(xiàn)了驚人的增長，輕量級、微創(chuàng)新、時間碎片化一直是移動游戲的發(fā)展趨勢。 《憤怒的小鳥》 、 《頑皮鱷魚愛洗澡》等幾款創(chuàng)意游戲都得到了巨大的成功，這些游戲的共同特點有：，游戲目的簡單。不論是高級游戲玩家還是不常玩游戲的用戶群，很容易知道如何操作并理解游戲的目的。如《憤怒的小鳥》只需一只手指調(diào)整彈弓的角度和力度最終將豬擊飛， 《頑皮鱷魚愛洗澡》只要用手指刮開泥土將水引導(dǎo)進鱷魚的浴缸；華東師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 Unity 的車輛模擬游戲的設(shè)計與實現(xiàn)12。游戲中充分考慮到現(xiàn)實生活中的物理規(guī)律，如《憤怒的小鳥》中飛行的速度、重力的考慮， 《頑皮鱷魚愛洗澡》中水流的流體走向；。別出心裁的設(shè)計不僅使玩家產(chǎn)生興趣繼續(xù)挑戰(zhàn)，也會更加開動玩家的腦筋。如《憤怒的小鳥》中小鳥不同的技能、會蕩秋千的豬、冰雪的場景和會引燃的炸藥， 《頑皮鱷魚愛洗澡》中清水、污水、泥石流產(chǎn)生的不同效果，以及風(fēng)扇、噴槍的設(shè)計等； 圖 31 左為《憤怒的小鳥》游戲截圖，右為《頑皮鱷魚愛洗澡》游戲截圖筆者按照這些思路產(chǎn)生了將游樂場中“碰碰車”這一游樂項目搬上有游戲的想法，游戲同樣遵從以上三個特點，下面是簡單的游戲策劃：游戲名稱：《瘋狂碰碰車》游戲類型：3D 休閑益智類游戲游戲平臺：PC、Android、iOS游戲模式：多人聯(lián)機模式，單人 AI 練習(xí)模式游戲玩法：玩家通過操作車輛，在競技場中與其他玩家操作的車輛進行娛樂，玩家應(yīng)該盡量操作車輛的前部去撞其他車輛的背部，這樣可以搶奪對方的游戲積分，同樣的，應(yīng)該通過躲避盡量避免自己的背部遭到襲擊。達到游戲時間后進行積分結(jié)算，確定本場游戲排名。游戲操作：前、后、左、右，在移動設(shè)備上可映射為重力感應(yīng)和滑動操作。游戲可玩性：，不同車輛具有不同的外形、速度以及技能等屬性，如加速快的豪華跑車、碰撞效果驚人的火車頭等，玩家通過勝過獲得游戲幣來購買夢寐以求的車輛；，可以繪制不同地域風(fēng)情的競技場，并且不同的競?cè)A東師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 Unity 的車輛模擬游戲的設(shè)計與實現(xiàn)13技場應(yīng)該有不同的物理屬性增加車輛駕駛?cè)の?，如冰川、泥濘的森林，以及適合車輛躲避的樹、草、坡度等布置；，如前兩個特性所列，不同的設(shè)計會帶來豐富的物理仿真效果。（二） 游戲框架結(jié)構(gòu)設(shè)計如前文所述，一個游戲包含多個場景，玩家根據(jù)當(dāng)前的游戲進度和選項進入不同場景。而游戲模塊為游戲提供了一些必須用到的功能，這些功能，都是完全獨立與所有的場景存在的，它們并不知道到底有多少關(guān)卡，關(guān)卡的內(nèi)容是什么，它們的主要工作，就是與游戲的控制單元進行信息的交換，從而支持游戲的進行。游戲框架設(shè)計必須符合游戲的玩法需求和所使用的工具，不同于大型的MMO(Massive Multiplayer OnLine) Game， 《瘋狂碰碰車》沒有復(fù)雜的游戲系統(tǒng)，更加側(cè)重于游戲可玩性的設(shè)計，并且由于使用 Unity3D 引擎，省去了許多底層模塊的設(shè)計，其中核心的模塊為：圖形渲染、物理仿真、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機。圖 32 為游戲系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)圖：、、、Unity Mono、、 、、、、、 3D、、、、 、、、、圖 32 游戲框架結(jié)構(gòu)華東師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 Unity 的車輛模擬游戲的設(shè)計與實現(xiàn)14（三） 游戲?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)設(shè)計前文提到 Unity3D 中每個場景按照樹形層次結(jié)構(gòu)組織游戲?qū)ο?，并且每個游戲?qū)ο罂梢該碛腥舾山M件。所以整個游戲系統(tǒng)的實現(xiàn)必須遵守這種規(guī)范，在這種規(guī)范下為了符合軟件設(shè)計的高內(nèi)聚、低耦合的原則，使用 MVC 模型設(shè)計了一套游戲的層次結(jié)構(gòu)，這樣的好處是使游戲的結(jié)構(gòu)清晰簡單，三層之間互相隔離、互不影響，日后功能的擴展方便。如圖 33 所示： cmp sequence制制制制制制MainCamera GameObject2 GameObject3Hierarchy:……Component1 Component2 Component3 Component4 Component5Component: ……制制制NetworkManagerUIManagerComponent:……171。use187。圖 33 游戲?qū)哟谓Y(jié)構(gòu)圖游戲系統(tǒng)分為三個層來設(shè)計，分別是：視圖層：主要為加入到場景層次結(jié)構(gòu)的游戲?qū)ο?，這些對象常常是渲染對象或攝像機?？刂茖樱涸谥鲾z像機或者空對象中加入的管理腳本組件，這些腳本主要是針對對應(yīng)的功能模塊的進行控制及與其他功能模塊進行通信，如界面管理類、網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機管理類。模型層：主要是在渲染對象中加入的邏輯腳本組件，這些腳本對游戲?qū)ο筮M行邏輯處理。華東師范大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 Unity 的車輛模擬游戲的設(shè)計與實現(xiàn)15四、 車輛駕駛游戲的實現(xiàn)（一） 場景渲染實現(xiàn)考慮到游戲的需求，整個場景主要包括幾類渲染對象，如天空盒、水面、地形、外部導(dǎo)入的 3D 模型、投影、粒子系統(tǒng)等，如圖 41 所示：、、 、 3D、 、 、圖 41 游戲場景中的渲染對象下面主要介紹一些重要渲染模塊的具體實現(xiàn)：1. 天空盒所謂天空盒，就是用一個作為遠景貼圖的立方體。在立方體的前后左右上五個面貼上紋理（需要時底面也可以帖） 。在簡單的天空盒實現(xiàn)中，只需要填寫好六個面的 24 個頂點，并設(shè)置立方體隨著視點的移動而移動，這樣就會給玩