利用魔術(shù)思維優(yōu)化基于unity3d的《立方殺陣》游戲

1、<p>　　利用魔術(shù)思維優(yōu)化基于Unity3D的《立方殺陣》游戲</p><p>　　[摘 要]游戲開發(fā)者總是容易被現(xiàn)實(shí)世界的各種物理邏輯，真實(shí)規(guī)律所束縛。文章講述一種新的游戲開發(fā)思維，介紹如何利用魔術(shù)思維開發(fā)游戲，從而使程序在不改變需求的情況下，更有效率，更加靈活，擴(kuò)展性更高。研究通過對(duì)基于Unity3D的《立方殺陣》游戲的優(yōu)化，證明了這種思維的可行性和有效性。 </p><p&g

2、t;　　[關(guān)鍵詞]Unity3D 魔術(shù)思維 預(yù)制體 </p><p>　　中圖分類號(hào)：P208 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）02-0353-02 </p><p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　與一般應(yīng)用不同，游戲中常需模擬現(xiàn)實(shí)世界、甚至超現(xiàn)實(shí)世界的動(dòng)作效果，這對(duì)游戲開發(fā)者提出了更高的要求。例如

3、在射擊游戲中，如何為用戶提供逼真的射擊感受十分重要。在進(jìn)行游戲開發(fā)時(shí)，很多難題，不如換一個(gè)視角來觀察，換一種方式來解決，可能獲得意想不到的效果。文章提出一種從魔術(shù)思維出發(fā)的方式，通過一些偽技巧，把一些真實(shí)需求魔術(shù)化地呈現(xiàn)給玩家。讓游戲開發(fā)不僅僅是一種技術(shù)，更提升為一種藝術(shù)。 </p><p>　　2 游戲《立方殺陣》開發(fā)前期遇到的困擾 </p><p>　?。?）要讓玩家感覺到房間數(shù)量巨大

4、，有種身處巨型密室的感覺，然而場(chǎng)景中構(gòu)建過多房間會(huì)導(dǎo)致游戲幀數(shù)低于10幀。 </p><p>　　《立方殺陣》是從電影《異次元?dú)㈥嚒分蝎@取靈感進(jìn)而改編的獨(dú)立游戲。根據(jù)電影中的設(shè)定，該殺陣是一個(gè)由26×26×26=17576個(gè)小立方體房間組成的巨型立方體密室。所以，如果要讓玩家可以在密室中像電影一樣逃脫，并獲得樂趣，顯然必須有非常多的立方體房間才可以滿足游戲的需求。然而，在Unity3D中，經(jīng)過

5、測(cè)試，當(dāng)立方體房間超過4×4×4=64個(gè)房間的時(shí)候，還沒運(yùn)行游戲，就已經(jīng)開始卡頻了。64個(gè)房間，即立方體每個(gè)方向4個(gè)房間，無法讓玩家感受密室的龐大。 </p><p>　?。?）子彈速度過快導(dǎo)致無碰撞穿越。 </p><p>　　Unity3D中，物體的移動(dòng)速度過快，極大可能導(dǎo)致在碰撞另外的物體時(shí)，產(chǎn)生穿越，從而無法發(fā)射碰撞檢測(cè)。根據(jù)射擊系統(tǒng)的需求，子彈是必須出現(xiàn)的。如

6、果子彈速度不夠快，那么玩家的射擊體驗(yàn)將會(huì)大大下降，游戲沉浸感會(huì)大大減少。子彈速度要達(dá)到真實(shí)世界的子彈速度，又會(huì)導(dǎo)致穿越現(xiàn)象，有時(shí)候射擊了物體但沒反應(yīng)。 </p><p>　　3 現(xiàn)實(shí)邏輯實(shí)現(xiàn)需求 </p><p>　?。?）現(xiàn)實(shí)邏輯解決需求1：使玩家體驗(yàn)到身處許多房間的巨型密室。 </p><p>　　Unity3D的游戲腳本為基于Mono的Mono腳本，一個(gè)基于.

7、NET Framework的開源語言，因此程序員可用C#，JavaScript等加以編寫[1]。文章將采用C#語言進(jìn)行示例。 </p><p>　　在游戲世界放置數(shù)量足夠多的房間。用代碼生成場(chǎng)景如下： </p><p>　　public void InstantiateAllRoom（int Num，GameObject RoomPrefab）{ </p><p>

8、　　int nowNum=0； //當(dāng)前房間個(gè)數(shù) </p><p>　　for（int y=0；y<Num；y++）{ //Y軸 </p><p>　　for（int z=0；z<Num；z++）{ //Z軸 </p><p>　　for（int x=0；x<Num；x++）{ //X軸 </p><p>　　//實(shí)例化一個(gè)

9、房間在對(duì)應(yīng)的（X，Y，Z）坐標(biāo)上 </p><p>　　GameObject g=（GameObject）Instantiate（RoomPrefab，newVector3（x，y，z）， RoomPrefab.transform.localRotation）； </p><p>　　g.name="第"+nowNum+"個(gè)"； //為房間命名 &l

10、t;/p><p>　　nowNum+=1； //數(shù)量加一 </p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　} </b></

11、p><p>　　這種思維會(huì)真實(shí)模擬出電影《異次元?dú)㈥嚒返氖澜?，讓游戲?chǎng)景可以按照電影的世界來構(gòu)造，使游戲世界非常直觀。但時(shí)間復(fù)雜度較高，復(fù)雜度為O（Num3）。 </p><p>　　在CPU為Intel酷睿i52450M，內(nèi)存4GB，顯卡NVIDIA GeForce GT 520M（1G顯存）的電腦環(huán)境下測(cè)試，當(dāng)房間數(shù)量達(dá)到10000個(gè)時(shí)，游戲運(yùn)行對(duì)CPU占用的時(shí)間為每幀37.06ms，對(duì)攝

12、像機(jī)渲染值（消耗顯存）占有率達(dá)到了80%左右。生成26*26*26規(guī)模的立方場(chǎng)景測(cè)試游戲?qū)嶋H運(yùn)行幀數(shù)，幀數(shù)運(yùn)行效果如下圖1所示： </p><p>　　圖1中左側(cè)的Hierarchy面板中表示游戲場(chǎng)景有17576個(gè)房間，游戲場(chǎng)景輸出了當(dāng)前游戲幀數(shù)。可以看到在房間數(shù)量超過1萬間的情況下，當(dāng)前Draw Call（Unity每次在準(zhǔn)備數(shù)據(jù)并通知GPU渲染的過程稱為一次Draw Call）為27次，幀數(shù)低于10幀，流暢度

13、較低。 </p><p>　?。?）現(xiàn)實(shí)邏輯解決需求2：子彈達(dá)到真實(shí)世界射擊體驗(yàn) </p><p>　　當(dāng)射擊事件觸發(fā)時(shí)，實(shí)例化一顆子彈的預(yù)制物體，賦予該預(yù)制子彈物體的加速度與方向，使其向目標(biāo)發(fā)射。當(dāng)子彈進(jìn)入目標(biāo)觸發(fā)范圍，或者與目標(biāo)發(fā)生碰撞時(shí)，產(chǎn)生擊中事件。游戲?qū)ο笕绻枰袘?yīng)碰撞，那么必須給其添加碰撞器[2]。手動(dòng)添加Unity3D的碰撞器即可。子彈射擊效果實(shí)現(xiàn)代碼如下： </p&

14、gt;<p>　　public void Fire（GameObject Bullet，float Force）{ </p><p>　　//在當(dāng)前位置實(shí)例化一顆子彈 </p><p>　　GameObject g=（GameObject）Instantiate（Bullet，transform.localPosition，Bullet.transform.localRota

15、tion）； </p><p>　　//在子彈身上作用一個(gè)向前的力使其飛行 </p><p>　　g.GetComponent（）.AddForce（transform.forward*Force）； </p><p><b>　　} </b></p><p>　　但是這種方法，每次射擊實(shí)例化一個(gè)物體，多次射擊后，為了防

16、止內(nèi)存逐漸增多，每顆子彈都要實(shí)現(xiàn)延遲銷毀。然而Unity3D中的Destroy（）函數(shù)對(duì)子彈的銷毀并不徹底，被銷毀的物體本身在內(nèi)存中保留有網(wǎng)格渲染緩存，直到進(jìn)行場(chǎng)景切換才徹底清空。隨著游戲運(yùn)行時(shí)間的增加，內(nèi)存消耗增加，并且該方法也沒有達(dá)到射擊體驗(yàn)的需求。 　　4 魔術(shù)思維實(shí)現(xiàn)需求的方式 </p><p>　　（1）魔術(shù)思維實(shí)現(xiàn)需求1：使玩家體驗(yàn)到身處許多房間的巨型密室。 </p><p>

17、;　　魔術(shù)師戒指握在手心，在觀眾眼前輕輕吹一口氣，再打開手，戒指消失了，接下來魔術(shù)師讓觀眾打開桌子上的盒子，觀眾發(fā)現(xiàn)，戒指赫然出現(xiàn)在盒子里。 </p><p>　　這個(gè)魔術(shù)里面用到了2種思維，分別是錯(cuò)誤引導(dǎo)思維和預(yù)制體思維。要解決立方殺陣游戲場(chǎng)景房間過多問題，用兩種思維即可解決。 </p><p>　　首先利用錯(cuò)誤引導(dǎo)思維，在游戲介紹或者開頭CG上告訴玩家這是個(gè)巨型立方體。在游戲開始時(shí)讓玩

18、家處于一個(gè)已初始化的房間中。玩家在開門前，無法得知房間外的情況，事實(shí)上此時(shí)只有一個(gè)房間。 </p><p>　　而預(yù)制體思維說的是盒子里的戒指其實(shí)一開始就存在，和消失的戒指一模一樣，早就放在盒子里，必要的時(shí)候，才會(huì)讓它出現(xiàn)給觀眾看到。同樣，事先構(gòu)建好立方體房間的一種單獨(dú)個(gè)體，預(yù)制在資源文件中，作為預(yù)設(shè)體，可以理解為是一個(gè)游戲?qū)ο蠹捌浣M件的集合，目的是使游戲?qū)ο蠹百Y源能夠被重復(fù)使用[3]。使用該預(yù)制對(duì)象，就可以創(chuàng)建

19、一個(gè)交互式的3D場(chǎng)景[4]。當(dāng)玩家開啟某個(gè)門時(shí)，實(shí)例化一個(gè)立方體房間在對(duì)應(yīng)的下一個(gè)房間位置上，當(dāng)門被完全打開時(shí)，玩家看到的，是另一個(gè)立方體房間。以此類推，如此，多房間體驗(yàn)需求就解決。 </p><p>　　玩家在房間中進(jìn)行游戲時(shí)，類似于虛擬漫游項(xiàng)目的觀房，使用動(dòng)態(tài)的、有交互功能的三維觀 ， 能夠使整個(gè)看房過程更加生動(dòng)，使用戶有一種身臨其境的感覺[5]。同樣，在有交互性與三維的前提下，這種開發(fā)思維也達(dá)到了身臨其境的

20、房間體驗(yàn)。 </p><p>　　無論使用哪種方式，都會(huì)導(dǎo)致一個(gè)問題，便是隨著玩家打開的房間越來越多，超過64個(gè)房間時(shí)，會(huì)導(dǎo)致游戲很卡。解決方式是利用改進(jìn)的先進(jìn)先出算法刪除舊房間。由于《立方殺陣》中玩家經(jīng)過8個(gè)房間所需的時(shí)間和房間周期性位移設(shè)定的時(shí)間幾乎相同，此時(shí)即使第一個(gè)房間因被刪除而發(fā)生變化也不會(huì)出現(xiàn)不合理的空間現(xiàn)象，所以《立方殺陣》中的房間設(shè)定最大值為8。模塊代碼如下： </p><p&

21、gt;　　public void InstantiateOneRoom（Vector3 RoomTransform，GameObject RoomPrefab）{ </p><p>　　bool canInstantiateOneRoom=true； //該位置可否生成房間的標(biāo)志 </p><p>　　if（NowRoomNum>=AllRoom.Length）{NowRoomNum

22、=0；} //數(shù)組序號(hào)重置 </p><p>　　for（int i=0；i　　//遍歷房間數(shù)組，看目前該位置是否已經(jīng)存在房間，如果存在則不可以再次生成房間 </p><p>　　if（AllRoom[i].name==""+RoomTransform）{canInstantiateOneRoom=false；break；} </p><p>&

23、lt;b>　　} </b></p><p>　　if（canInstantiateOneRoom）{ } //生成房間 </p><p><b>　　} </b></p><p>　　生成房間代碼時(shí)間復(fù)雜度為：O（AllRoom.Length）。對(duì)比第一種方法， O（AllRoom.Length）遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于O（Num3）。 &l

24、t;/p><p>　　經(jīng)過測(cè)試，當(dāng)房間數(shù)量為8間時(shí)，游戲運(yùn)行對(duì)CPU占用的時(shí)間為每幀0.1ms，對(duì)比前一開發(fā)方案減少了36%。對(duì)攝像機(jī)渲染值（消耗顯存）占有率達(dá)到1.2%左右。對(duì)比前一開發(fā)方案，減少了78.8%。很明顯，該方案較好的優(yōu)化了該游戲，使游戲更加順暢。當(dāng)生成8個(gè)房間，測(cè)試實(shí)際游戲運(yùn)行的幀數(shù)，如圖2所示： </p><p>　　圖2中左側(cè)的Hierarchy面板中表示游戲場(chǎng)景有8個(gè)房間

25、，游戲場(chǎng)景輸出了當(dāng)前游戲幀數(shù)，可以看到當(dāng)前情況下， Draw Call為8次，幀數(shù)達(dá)到59.9幀，流暢度極高。 </p><p>　　（2）魔術(shù)思維實(shí)現(xiàn)需求2：子彈達(dá)到真實(shí)世界射擊體驗(yàn) </p><p>　　魔術(shù)思維開發(fā)方式：魔術(shù)師將女助手四肢呈一個(gè)大字綁在一個(gè)大轉(zhuǎn)盤上面，在轉(zhuǎn)盤慢速旋轉(zhuǎn)的情況下，魔術(shù)師蒙上眼鏡，將10把飛刀一個(gè)個(gè)準(zhǔn)確的扔到女助手身體旁邊的轉(zhuǎn)板上，狠狠的插了進(jìn)去，絲毫不傷及

26、女助手。 </p><p>　　其實(shí)，魔術(shù)師只是在假裝扔飛刀，接下來，事先安裝在轉(zhuǎn)盤背面的彈簧裝置，從轉(zhuǎn)盤背后反方向彈出一把插在轉(zhuǎn)板上的飛刀。 </p><p>　　實(shí)例化子彈每次都會(huì)產(chǎn)生一次內(nèi)存損耗。為解決該問題，采用魔術(shù)思維，以Unity3D里的一種射線替代子彈。玩家射擊時(shí)，出現(xiàn)一條可控制距離（用于不同槍械射擊距離）的射線，而射線只出現(xiàn)一幀，那一幀立刻判斷射線是否射中目標(biāo)，是否觸發(fā)擊中

27、事件，模擬了真實(shí)世界子彈的射擊速度，避免了檢測(cè)丟失的現(xiàn)象。射線方案射擊功能模塊代碼如下： </p><p>　　public void Fire（float Distance）{ </p><p>　　RaycastHit hit=new RaycastHit（）； //射線發(fā)射相關(guān)信息 </p><p>　　Camera camaer=Camera.main； /

28、/主攝像機(jī) </p><p>　　Vector3 t=camaer.transform.position+camaer.transform.forward*Distance； //射線目標(biāo)坐標(biāo) </p><p>　　//由攝像機(jī)到終點(diǎn)的方向發(fā)射一條射線 </p><p>　　Ray ray1 =new Ray（camaer.transform.position，t-

29、camaer.transform.position）； </p><p>　　if（Physics.Raycast（ray1，out hit，Distance））{ </p><p>　　//當(dāng)發(fā)射射線時(shí)，在開發(fā)者界面繪制一條綠色的線 </p><p>　　Debug.DrawRay （ray1.origin，t-camaer.transform.position，

30、 Color.green）； </p><p><b>　　} </b></p><p>　　} 　　對(duì)于各種模擬子彈飛行時(shí)的特效火線，或者擊中墻壁等地形時(shí)的石灰飛濺效果，都可以在射擊事件和擊中事件中在對(duì)應(yīng)位置實(shí)例化這個(gè)效果，AI射擊方面也可以用射線判定。 </p><p>　　對(duì)兩種思維實(shí)現(xiàn)射擊的效果進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)運(yùn)行游戲20分鐘。在實(shí)例化

31、子彈的方案中，即使銷毀了子彈物體，由于緩存的作用，游戲內(nèi)存的占有率一直逐漸增加，20分鐘時(shí)達(dá)到了250M左右。而使用射線方案的情況下，內(nèi)存占有率一直在205M左右浮動(dòng)。由此可知，隨著游戲的持續(xù)運(yùn)行，用射線代替實(shí)例化子彈的方案更優(yōu)。 </p><p>　　5 其他問題的魔術(shù)思維優(yōu)化方案 </p><p>　?。?）需實(shí)現(xiàn)第一人稱手拿著物品，但不顯示手部的美工模型與動(dòng)畫。 </p>

32、<p>　　把物品模型的2/3出現(xiàn)在屏幕左或右下方（表示左右手），1/3隱藏在屏幕下方外界，主角拿著物品走動(dòng)時(shí)，應(yīng)使物品有頻率抖動(dòng)效果。 </p><p>　　（2）場(chǎng)景初始化過于突兀。 </p><p>　　一個(gè)游戲場(chǎng)景需要初始化許多物體，出現(xiàn)逐漸渲染周圍世界的效果，或者主角模型的坐標(biāo)需要重置等。這些效果會(huì)導(dǎo)致玩家看到一些如突然瞬移，一棵樹突然出現(xiàn)等奇怪的現(xiàn)象，降低游戲沉浸

33、度。在場(chǎng)景開始時(shí)，保留讀取界面的UI圖片或背景，使其與讀取界面無縫結(jié)合，等待場(chǎng)景物體初始化完成后（一般不會(huì)超過2秒），讓玩家按下某個(gè)按鍵來開始游戲，可掩蓋一些不應(yīng)該出現(xiàn)的效果，使游戲平滑過場(chǎng)。 </p><p><b>　　6 總結(jié)與展望 </b></p><p>　　通過對(duì)《立方殺陣》一部分游戲模塊的分析可知，在合理的情況下，使用魔術(shù)思維的游戲開發(fā)方式讓游戲的程序結(jié)

34、構(gòu)更加靈活，效率更高，為游戲需求的實(shí)現(xiàn)增加了更多的考慮方向，更讓游戲開發(fā)從技術(shù)提升為另一種領(lǐng)域的藝術(shù)。 </p><p>　　但魔術(shù)思維并不適應(yīng)所有的游戲開發(fā)需求，某些需求如果需要非常清楚的展示整個(gè)效果的實(shí)現(xiàn)過程，那么魔術(shù)思維這種偽實(shí)現(xiàn)方式便無法發(fā)揮作用，希望未來能繼續(xù)改進(jìn)，使魔術(shù)思維的運(yùn)用更加廣泛，完善。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p

35、><p>　　[1] 俞亮，俞文心.基于Unity的Web游戲設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2014（8）：225-226. </p><p>　　[2] 王彩玲，劉瑞香，宋釗.基于Unity3D的虛擬校園漫游的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 科技視界，2015，5. </p><p>　　[3] Unity Technologies.Unity4.x 從入門到精通[M]