【文章內容簡介】 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：華東師范大學學士學位論文 基于 Unity 的車輛模擬游戲的設計與實現(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人員開發(fā)，他們成立了 AGEIA 公司。由于PhysX 物理引擎在設計上就并不適合用 CPU 去計算，因此 AGEIA 公司還為 PhysX 引擎設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 當初設想的未來 PC 組成部分。 圖 28 AGEIA 當初設想的未來 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華東師范大學學士學位論文 基于 Unity 的車輛模擬游戲的設計與實現(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計而忽略底層的技術實現(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） ，進行高效復用。資源服務器：Unity 資源服務器是一個附加的版本控制的產品，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） 。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對象（GameObject） ，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。場景通過場景圖的華東師范大學學士學位論文 基于 Unity 的車輛模擬游戲的設計與實現(xiàn)10形式組織，場景圖實際上是一種樹形結構，其中每個節(jié)點就是一個游戲對象。對象與對象之間存在父子關系，即當父級對象移動、旋轉、縮放時，子級對象也跟著一起變換 [8]，如圖 29 所示：圖 29 旋轉一個父節(jié)點同時它的子節(jié)點也跟著旋轉游戲對象（GameObject)：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構，如圖。樹形層次結構中的節(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 的設計是以面向對象理論為基礎，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：華東師范大學學士學位論文 基于 Unity 的車輛模擬游戲的設計與實現(xiàn)11圖 210 MonoBehavior 的生命周期三、 車輛駕駛游戲的設計（一） 游戲創(chuàng)意隨著移動硬件設備的日益強大，并且移動平臺技術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進鱷魚的浴缸；華東師范大學學士學位論文 基于 Unity 的車輛模擬游戲的設計與實現(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；。別出心裁的設計不僅使玩家產生興趣繼續(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、泥石流產生的不同效果，以及風扇、噴槍的設計等； 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算，確定本場游戲排名。游戲操作：前、后、左、右，在移動設備上可映射為重力感應和滑動操作。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情的競技場，并且不同的競華東師范大學學士學位論文 基于 Unity 的車輛模擬游戲的設計與實現(xiàn)13技場應該有不同的物理屬性增加車輛駕駛趣味，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，不同的設計會帶來豐富的物理仿真效果。（二） 游戲框架結構設計如前文所述，一個游戲包含多個場景，玩家根據(jù)當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卡，關卡的內容是什么，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》沒有復雜的游戲系統(tǒng)，更加側重于游戲可玩性的設計，并且由于使用 Unity3D 引擎，省去了許多底層模塊的設計，其中核心的模塊為：圖形渲染、物理仿真、網(wǎng)絡聯(lián)機。圖 32 為游戲系統(tǒng)的框架結構圖：、、、Unity Mono、、 、、、、、 3D、、、、 、、、、圖 32 游戲框架結構華東師范大學學士學位論文 基于 Unity 的車輛模擬游戲的設計與實現(xiàn)14（三） 游戲層次結構設計前文提到 Unity3D 中每個場景按照樹形層次結構組織游戲對象，并且每個游戲對象可以擁有若干組件。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計的高內聚、低耦合的原則，使用 MVC 模型設計了一套游戲的層次結構，這樣的好處是使游戲的結構清晰簡單，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 游戲層次結構圖游戲系統(tǒng)分為三個層來設計，分別是：視圖層：主要為加入到場景層次結構的游戲對象，這些對象常常是渲染對象或攝像機。控制層：在主攝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，這些腳本對游戲對象進行邏輯處理。華東師范大學學士學位論文 基于 Unity 的車輛模擬游戲的設計與實現(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，并設置立方體隨著視點的移動而移動，這樣就會給玩