張　俊，廖金巧

（北方工業(yè)大學　計算機學院，北京　100144）

基于Unity3D的手機版FPS射擊游戲設計與開發(fā)

張俊，廖金巧

（北方工業(yè)大學計算機學院，北京100144）

此文旨在介紹基于Unity3D游戲引擎的手機版第一人稱的3D射擊類游戲.主要研究的是游戲三維場景的設計與制作，游戲人物、游戲道具、NPC的設計與制作，以及游戲模式的設計和游戲功能的實現(xiàn)與完善.所涉及的關鍵技術有碰撞檢測技術，觸控技術，人工智能交互技術以及粒子系統(tǒng)的實現(xiàn)方法.這個系統(tǒng)搭建了一個真實的三維場景，讓玩家能更容易的沉浸在游戲環(huán)境中；觸控式操作讓玩家的操作更加靈活多變，增加了游戲的樂趣與多變性.

Unity3D；JavaScript；FPS；碰撞檢測；粒子系統(tǒng)

Unity3D是一款跨平臺性突出，兼容性強的游戲引擎，開發(fā)人員的起點要求不高，基本的資料文檔都很豐富.在射擊游戲這種3D類游戲方面，Unity的應用更加廣泛，市場上60%的射擊游戲都是以Unity3D為平臺開發(fā)的.該引擎基于特定的技術架構，實現(xiàn)了實時生成查看的功能，易用性高，簡化了開發(fā)的流程，更便于射擊類游戲的設計與開發(fā).這篇文章針對第一人稱射擊游戲的設計與開發(fā)展開論述，詳細地闡述了游戲中運用的關鍵技術.這對Unity3D游戲引擎的研究與開發(fā)有著十分重要的意義.

1　相關工作

這篇文章是以Unity為開發(fā)平臺，對碰撞檢測技術、觸控技術、人工智能技術以及粒子系統(tǒng)進行研究.

碰撞檢測技術的主要目的有三個:檢測模型之間是否發(fā)生了碰撞，反饋出發(fā)生或即將發(fā)生碰撞的部位，動態(tài)的查詢模型之間的距離.進而針對碰撞后的反饋進行針對性的動作.碰撞檢測技術廣泛應用于各種系統(tǒng)中，比如時下比較流行的游戲英雄聯(lián)盟和守望先鋒，都離不開碰撞檢測算法.

觸控技術是最近幾年興起的一項技術，伴隨著出現(xiàn)的是觸屏類電子產(chǎn)品.是一項脫離鍵盤輸入，直接接收用戶手指觸摸的信息進行實時反饋的技術.是當下信息接收的一項潮流技術，更便于用戶與電子產(chǎn)品進行交互.2004年，進入21世紀，觸屏手機伴隨著觸控技術的出現(xiàn)而普遍流行，諾基亞Symbian系統(tǒng)手機、微軟Windows Mobile以及索尼愛立信UIQ平臺手機在此浪潮中推波助瀾，使得觸控技術日趨成熟與完善.

2　游戲的開發(fā)流程

任何一個游戲的設計與開發(fā)都需要進行策劃和需求分析，為游戲的制作理清一條清晰的主線，這樣才能在接下來的工作中有條不紊地進行開發(fā).

游戲開發(fā)一般分為創(chuàng)意管理，撰寫草案，市場分析，需求分析這四步.在這里著重介紹下需求分析.它主要分為三個部分：美工需求，程序需求和策劃需求.顧名思義，美工需求就是游戲UI的一切組件，比如人物角色，NPC，人物動畫，游戲場景，游戲的各種界面，粒子特效等；程序需求也就是游戲的功能需求，包括地圖編輯器和粒子編輯器的各種功能需求，實現(xiàn)游戲各種功能的函數(shù)、算法、數(shù)據(jù)、碰撞檢測、AI等方面的需求；策劃需求作為游戲制作的總指導，是一個游戲正常運行開發(fā)流程的關鍵部分，包括劇本的設計和游戲開發(fā)每個階段進行的時間安排和具體流程.

2.1游戲策劃

從游戲性來說，射擊游戲是非常適合手機玩家的高粘度產(chǎn)品，近幾年已有不少類似產(chǎn)品出現(xiàn)在市場上，其中很多都非常成功.我們的游戲是模仿市場上已有的F PS類射機游戲進行設計，在一些細節(jié)上進行了調(diào)整和優(yōu)化.首先，運用3D建模技術和次世代貼圖技術搭建一個真實的游戲場景，讓玩家更容易沉浸到游戲中去，增強了用戶的虛擬性體驗；其次，玩家可以自主選擇攻擊模式而且游戲中彈藥沒有限制，全靠玩家的操作能力擊殺NPC進行過關，增加了玩家對游戲的粘度；最后，游戲的盈利模式是通過與廣告商合作，在玩家失敗或者死亡時可以通過觀看一段廣告視頻來繼續(xù)游戲.

2.2游戲美術

一個好的游戲離不開精良的美術內(nèi)容.所謂游戲美術就是游戲中出現(xiàn)的可視化內(nèi)容，包括游戲UI界面，游戲場景及角色等，美術決定游戲的畫面風格走向，是游戲設計與開發(fā)過程中不可或缺的重要組成部分.具體來說本款作品的游戲美術需要完成UI界面的設計、游戲場景和道具的設計與制作、人物角色和NPC形象的設計和建模以及動畫的制作等.

2.3關鍵技術

上文介紹了美術制作的部分內(nèi)容，現(xiàn)在介紹一下程序設計部分.程序需求是一個游戲的核心，是實現(xiàn)預期效果的必要保證.即用一些腳本和代碼將美工設計的好的各種素材聯(lián)系起來并進行交互.程序需求在游戲設計開發(fā)過程中十分重要，決定著一個游戲現(xiàn)在運行過程中是否能完美還原策劃的預期效果和運行時是否流暢.

這款手機版的F PS射擊游戲中涉及到多種人工智能技術，NPC，主角，場景中障礙物，道具等一些列對象，需要通過腳本來控制個對象之間的關系以及互動.當前介紹碰撞檢測技術，粒子系統(tǒng)，觸控技術，交互技術.

2.3.1碰撞檢測技術

碰撞檢測技術幾乎是所有游戲中必須要用到的技術，玩家與地面、障礙物、NPC的交互都是在碰撞檢測技術的基礎上來實現(xiàn)的.但是碰撞檢測技術有各種不同的算法，好的算法可以大大增強碰撞的真實性并減少計算機的計算時間.此系統(tǒng)在Unity3D中用如下Java Script腳本進行碰撞檢測：

functionOnCollision Enter（obj:Collision）｛

Debug.Log（"Collider:"+obj.collider.name+"game Object: "+o b j.game Object.name）；

Action；

｝

將如上的碰撞檢測的OnCollision Enter函數(shù)綁定到對象obj上，當這個物體被其他物體碰撞時函數(shù)被調(diào)用.

碰撞檢測的算法有很多種，時間預測算法、距離預測算法、靜態(tài)檢測算法、距離計算算法等，其中，距離計算算法計算量比較大但是精確度高，更具有真實性.此游戲采用的就是距離計算的算法.當物體之間發(fā)生碰撞以后，會出現(xiàn)什么樣的效果和做出什么反應都是調(diào)用這個函數(shù).此游戲中用到這個函數(shù)的主要是NPC碰撞到主角以后會觸發(fā)NPC的動畫效果進行攻擊；主角的武器道具碰撞到NPC以后，NPC的血量降低；主角和NPC碰撞到墻面等障礙物不讓其穿過；手榴彈扔出以后碰到地面或者NPC會觸發(fā)粒子系統(tǒng)的爆炸的粒子效果并對范圍內(nèi)的NPC造成傷害降低血量等.

2.3.2粒子系統(tǒng)

粒子系統(tǒng)是為了模擬一些范圍性的難以用傳統(tǒng)渲染技術達到的一些特殊的效果，是游戲中常用的基本功能.

為了增加游戲場景的真實感，增強用戶體驗，需要用到粒子系統(tǒng).粒子系統(tǒng)可以達到其他傳統(tǒng)的渲染技術達不到的真實效果.常用粒子系統(tǒng)模擬火，煙霧.流星尾跡等.這里，我們使用粒子系統(tǒng)來模擬場景中的硝煙和玩家使用的炸彈的爆炸效果.

此游戲中的粒子系統(tǒng)使用主要是戰(zhàn)場的硝煙和扔出的手榴彈爆炸的效果，在產(chǎn)生硝煙的地方創(chuàng)立一個游戲對象并隱藏，然后給該對象添加一個粒子系統(tǒng)，調(diào)節(jié)出硝煙的粒子系統(tǒng)參數(shù)和粒子產(chǎn)生的速度和頻率即可模擬出戰(zhàn)場的硝煙的粒子效果；主角扔出的手榴彈的爆炸效果就相對于小硝煙復雜一點，需要制作一個手榴彈的prefab，然后在該prefab上添加一個粒子系統(tǒng)組件，然后調(diào)節(jié)好爆炸的粒子效果參數(shù).但是，手榴彈需要在一定條件下才會觸發(fā)爆炸特效所以需要添加下面的碰撞檢測代碼來控制粒子系統(tǒng)

functionOnCollision Enter（obj:Collision）｛

Start（ParticleSystem）；

｝

2.3.3觸控技術

此游戲是手機版的F PS射擊游戲，現(xiàn)階段的手機市場主要以觸屏手機為主.所以為了迎合市場的需求，在系統(tǒng)中加入觸控技術以實現(xiàn)玩家觸屏控制角色進行游戲.利用射線檢測技術，將玩家手指觸碰點轉化為游戲虛擬的三維場景中的具體坐標點，讓玩家與虛擬場景中的對象進行交互.手機屏幕左下角（0，0），右上角為（Screen.width，Screen.height）；通過Unity 中的函數(shù)Input.GetTouch （0）.positon獲取點擊的位置，將玩家手指觸碰的點的屏幕坐標轉化為虛擬三維場景中的三維坐標，即從屏幕坐標點發(fā)射一條射線，朝向屏幕內(nèi)部的游戲世界，在unity中實現(xiàn)方法是：

if （Physics.Raycast （transform.position，Vector3.right，outhit，100， mask.value））｛

Debug.DrawLine（transform.position，hit.point，Color.red，1）；

｝

2.3.4交互技術

一款游戲若是缺少交互就無法生存，所以交互技術是任何游戲的核心技術.這款游戲的交互主要包括玩家和游戲中的主角，主角與NPC，主角與三維場景，NPC與三維場景.

玩家與游戲中的主角的交互式通過觸控技術，玩家在手機屏幕上的信息實時反饋到虛擬的三維場景中，使場景中的虛擬的角色進行反應：行走、跑動、射擊等；主角與NPC的交互是通過碰撞檢測技術來實現(xiàn)的，給NPC的prefab添加一個比他本身略大的一個碰撞盒，當碰撞盒和主角發(fā)生碰撞反應時就觸發(fā)NPC的攻擊動作，并降低主角的血量.主角可以是用槍、刀和手榴彈三種武器，當槍發(fā)射的子彈或者刀的碰撞盒與NPC發(fā)生碰撞的時候會觸發(fā)NPC的掉血機制來消滅NPC；手榴彈則先檢測是否與場景中的地面或者NPC發(fā)生碰撞，若碰撞則觸發(fā)其上的粒子特效并且在手榴彈的爆炸范圍內(nèi)對NPC造成傷害降低其血量；主角與三維場景和NPC與三維場景的交互都是通過碰撞檢測技術來實現(xiàn)的，給場景中的地面和障礙物綁定碰撞盒，當主角或者NPC與之發(fā)生碰撞不讓其穿透障礙物.

3　結束語

隨著計算機技術的日益發(fā)展，Unity3D游戲引擎越來越平民化.此篇文章在對Unity3D游戲引擎精心研究的基礎上結合FPS射擊類游戲的特點，通過3D建模技術和次世代貼圖技術，運用碰撞檢測、觸控、粒子系統(tǒng)等算法和人工智能交互技術進行設計與開發(fā).總結出了游戲場景構建和基本功能實現(xiàn)的一些方法.游戲的故事情節(jié)性不明顯，游戲模式稍微單一，還需要在游戲的多元化方向進行進一步的深化研究.

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T P311.52

A

1673-260X（2016）08-0038-02

2016-05-12

北方工業(yè)大學2016實培計劃大學生科研訓練計劃深化項目（XN 003-17）