实例分析使用Unity3D开发VR游戏

使用Unity3D开发一款VR弹球游戏2016-07-05 17:06
　　开发VR游戏首先要选择一个合适的平台。目前可供选择的平台不多， Google的Cardboard和Oculus Rift等头戴式显示设备都是可供选择的对象。但Cardboard的价格低廉，市场占有率更高，用它来作为移动端进行开发更为划算一些。当然，选择其一并不代表我们舍弃了其它开发平台的优点，同时Unity3D游戏引擎拥有跨平台的特性，对项目经过简单的修改便可将VR项目移植到PC或者其他平台中。
　　使用Unity3D开发VR游戏十分便捷：
　　首先在于如场景、模型等丰富的素材资源，开发者们无需再为美工建模这些相对耗时间的工作而困扰。
　　其次在于便捷的引擎支持，Oculus Rift、Google Cardboard和HTC Vive等产品均提供了对于Unity3D引擎的支持，只需将官方提供的插件包导入到目标项目中，便可使用相应的VR产品了。
　　随着Unity5.3版本的发布，Unity增强了对VR开发的兼容性，在项目设置中我们可以直接选择使用Oculus或是Open VR进行开发。
　　下面就以一款简单的VR弹球游戏为例子，谈谈使用Unity3D游戏引擎开发VR游戏的流程。
　　先说说VR弹球游戏的规则。和传统的弹球游戏一样，在VR弹球游戏中有两个玩家，一个是用户，另一个则是AI。玩家分别控制己方的一块弹球板，当弹球碰到弹球板的时候，球则会反弹回去。如果一方没有成功反弹弹球的话则该方失败。
　　那么对于这款VR弹球游戏，具体应该怎样开发呢？
　　在确定了开发平台之后，我们需要在Unity中导入相关的SDK。如选用Oculus Rift则导入Oculus Rift的SDK，选用Google Cardboard则导入Cardboard的SDK。这些SDK的使用方法大同小异，每个SDK中均包含着一个角色控制器，而对角色控制器的使用也近乎相同。我们将相应的SDK导入Unity，随后将SDK中的角色控制器拖放到游戏场景中，进行测试。在使用Oculus Rift等设备进行调试的时候，往往需要将Oculus Rift配置好，连接电脑才能调试。而Cardboard的调试，可以使用Alt键+拖动鼠标来模拟用户头部的晃动。
　　在正式开发游戏之前，采用一个良好的目录结构是项目管理的有效方式。这个项目中，在根目录下有如下的目录：Model（存放OBJ或是FBX格式的模型）、Texture（存放模型的贴图，PNG等格式的图片）、Material（存放通过贴图制作的Unity中的PBR贴图）、Prefab（存放Unity预设物体）、Scene（存放游戏的场景文件）。在这种目录结构下，我们还可以对Model、Texture、Prefab和Material等目录进行细分，在一些大的项目中拥有大量的模型的时候，通过建立Environment、Building和Player等目录以细化Model目录结构，以方便对于模型的寻找，加快开发速度。在对目录中的文件命名的时候，模型文件以M_模型名称进行命名，Material以Mat_贴图名称进行命名也不失为一种良好的习惯。
　　开发游戏的第一步便是搭建场景。在该VR游戏中，我们选用的风格是对程序员友好的像素3D风格。像素3D建模较为简单，所有的模型都是我们团队中的程序员制作的。在像素建模的软件选用方面，我们使用了Magica Voxel这款免费的软件。Magica Voxel的界面和操作十分简单，即使没有基础，跟着网上的教程半个小时左右就能入门，并做出自己心仪的3D模型。在建模阶段完成之后，将模型和材质等资源按照约定的目录结构导入Unity3D中。
　　在搭建场景时，先将FBX或是OBJ格式的模型拖动到Scene（场景）面板中，如果在建模的时候使用的单位和Unity默认单位（米）不同的话，便需要进行相应的缩放。通常如果是场景类的模型如Terrain（地形），我们选择将模型的Position属性设为（0，0，0），这样将会对后面的脚本编写和场景的搭建工作剩下时间。在简单地对模型进行拖动之后，得到了如下效果的游戏场景。
　　
　　此时搭建好的场景是静态的，无法进行互动，我们需要进行相应脚本的编写，以实现游戏的可操控性。如下图所示，我们需要编写脚本的地方有3个，一个是蓝色的击球平台，一个是粉色的击球平台，一个是蓝色的球。
　　
　　在这里，我们选择使用简单的AI来控制粉色的击球平台，玩家控制蓝色的击球平台。从这些物体我们可以引申出以下三个问题：
　　如何移动玩家控制一方的击球平台；
　　如何控制电脑一方的击球平台；
　　如何对弹球进行反弹。
　　首先是如何移动玩家的击球平台。要解决这个问题，就需要确定一个输入方式。在VR游戏中有传统游戏中的使用手柄、键鼠输入，同时还有HTC Vive和Oculus Rift的动作捕捉。但我们决定使用的输入方式是Gaze Input（凝视输入）。凝视输入的原理是通过在角色控制器的摄像头射出一条射线，该射线代表玩家的视线，射线碰撞到的位置便是玩家目前凝视的位置。
　　在实现方面，需要在场景中新建一个Quad物体，与场景中的地面垂直，其宽度为玩家击球平台可以移动的范围，其高度可以设置为1000甚至更大。最后将该Quad的Mesh Renderer关闭，并调整其位置到玩家的击球平台的位置。然后，我们需要对VR中的SDK中的角色控制器进行相应的修改，由于该弹球游戏中采用的是固定视角，因此我们需要删除SDK中的角色控制器的RigidBody等组件，仅需要能跟随玩家头部运动的Camera即可。找到角色控制器中的Camera，在其上添加如下脚本RayCaster.cs：
　　float hitPos;
　　void FixedUpdate（）
　　{
　　Ray ray = new Ray（transform.position， transform.forward）;
　　RaycastHit hit;
　　if （Physics.Raycast（transform.position， transform.forward， out hit））
　　{
　　if （hit.collider.gameObject.tag == “Quad”）
　　{
　　hitPos = hit.point.x;
　　}
　　}
　　}
　　public float getHisPos（）
　　{
　　return hitPos;
　　}
　　在上述脚本中，定义了一个射线和射线投影碰撞。当射线投影碰撞的对象是Quad的平面的时候获取碰撞点的x坐标（因只需移动弹球平台的X坐标，所以只获取碰撞点的X坐标），并保存到hitPos变量中，以便其他脚本调用。
　　接着在Hierarchy（阶层面板中）找到玩家控制的弹球平台，在其上编写脚本playerMovement.cs。
　　GameObject mainCamera;
　　RayCaster rc;
　　float thisX;
　　void Start（）
　　{
　　mainCamera = GameObject.FindGameObjectWithTag（“MainCamera”）;
　　rc = mainCamera.GetComponent《RayCaster》（）;
　　thisX = this.transform.position.x;
　　}
　　void FixedUpdate（）
　　{
　　this.transform.position=new Vector3（rc.getHisPos（）+thisX，this.transform.position.y，this.transform.position.z）;
　　}
　　在上述脚本中，实现了通过获取MainCamera的RayCaster组件的碰撞点坐标来相应的移动弹球平台。
　　至此，通过视线来控制玩家击球平台的功能已经完成。对于电脑控制的击球平台，可以通过设定其平台的移动速度来决定难度，通过预测弹球到达电脑方的位置来决定电脑移动平台的目标点。在如何反弹弹球的问题上，我们使用Unity3D自带的物理引擎，在弹球物体上增加RigidBody组件，将RigidBody的Use Gravity选项取消选择，同时将Drag和Angular Drag设为0和Constraint中的Freeze Position的Y选项勾选上。这样，在游戏开始的时候，通过给弹球一个力来发球，当弹球碰到场景和击球平台的Collider的时候便会进行相应的反弹。至此，上面提出的三个问题解决完毕。
　　但以上三个问题都是显性的问题，解决完这三个问题后便可以对游戏进行简单的操作，并不能完成真正意义上的游戏。因为在游戏设计中，还有一些对象是隐性的，没有实际的物体形态。这些对象有 Game Manager（游戏管理器）、 State Machine（状态机）和 User Interface（用户界面即UI）等。
　　在游戏管理方面，Game Manager下面有如下子Manager：Audio Manager（负责游戏中音效的管理）、Game Status Manager（负责游戏的阶段状态管理）、Score Manager（负责游戏计分的管理）和UI Manager（负责游戏UI的管理）等。以Game Status Manager为例，在不同的游戏阶段中，可以进行的动作将会不同。如在游戏开始之前的准备阶段和游戏结束阶段，弹球平台和弹球不可以移动。在游戏开始之前的准备阶段，需要对弹球和击球平台进行复位操作。
　　通过Game Manager进行游戏管理来编写游戏，可以使程序更具有面向对象的特性，对于程序的修改、调试更为直观和方便，从而减少BUG出现的几率。
　　关于VR游戏中的UI，大部分Unity开发者在Unity4.6之后会倾向于选择官方的UGUI。在UGUI中，UI的TEXT、Button和Image等组件均是Canvas的子物体时才能正常工作。Canvas的默认渲染模式是以屏幕空间为基准的，然而在VR模式下，左右眼的视角均在一块屏幕中渲染，由此会造成UI在整块屏幕上只渲染一次而非分别在左右眼的视角分别渲染。因此，我们需要将Canvas的Render Mode（渲染模式）调整为World Space。这样，整块UI画布便成为了游戏3D世界中的物体，由此可缩放，拖动以放置到游戏中相应的位置。