3D Game Programming & Design

An Introduction to Game Engine and OO Design Patterns

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五、与游戏世界交互

It freed me to enter one of the most creative periods of my life

— Steve Jobs, Stanford Report, June 14, 2005

预计时间：2-3 * 45 min

 

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1、游戏交互与创新

游戏交互是玩家体验的基础。这里 交互模型 定义为建立输入设备的输入与游戏世界中的对象行为之间的关系，以及游戏世界状态与玩家感知（视觉、听觉、触觉、嗅觉等之间的关系）。在科幻电影中，玩家通过脑电波驾驶与控制装备；在现实的游戏中，通常使用操纵杆控制游戏中玩家扮演的角色。

1.1 游戏交互模式设计

Adams 认为交互设计是用户体验的核心内容，游戏输入装备的功能和性能会影响玩家在游戏中的行为选择。Adams 从游戏设计角度给出了交互设计的要点。游戏典型的交互模型包括：

Adams 对交互模型中常见的设计问题做了一些总结：

如果你对游戏交互设计感兴趣，请阅读游戏设计教材，Adams《游戏设计基础》！

1.2 游戏创新方法

游戏创新存在比较明显的鄙视链现象。用专业输入装备玩游戏的鄙视用手机玩游戏、Unreal开发者鄙视Unity开发者，这些容易理解，创新也分等级就难以理解了。 Quake engine的作者约翰·卡马克，为什么要加入 Oculus Rift 团队，并出任首席技术专家？

1、游戏创新第一层：交互装备创新

说到游戏交互装备创新，最厉害的参与者是 Apple、Microsoft、Nintendo、Sony，它们都是实力雄厚的大厂。在 AR/VR 与 物联网 时代 HTC、Oculus 以及其他厂商也积极融入其中。也许有一天，小米的各种 IoT 外设成为现代游戏元素的一部分。（IoT 游戏？2019年的预言，未来会不会流行呢？）

以 Nintendo 的《口袋妖怪/精灵宝可梦》系列为例，第一代游戏掌机就配备的游戏；2006 年，任天堂发布了新一代游戏主机Wii，Wii配套的新款游戏手柄第一次将体感动作引入了游戏，体感装备出现后，用户们第一次发现原来除了传统的手柄按键控制之外，自己还可以直接用身体动作来控制屏幕上的游戏人物，《精灵宝可梦》出现了许多新玩法；2016年，《精灵宝可梦GO》更是现象级游戏，将现实地图与GPS位置引入游戏，预示 AR 游戏时代的到来。

Microsoft，首创带力反馈游戏手柄；人体识别体感装置 Kinect ；全息眼镜 HoloLens。这些装备改变了人机交互方式，游戏更好用于医疗、复杂环境的仿真与教学。

Apple 就不用说了。手机游戏几乎伴随智能手机成长。手机中许多传感器几乎就是为游戏而生。多点触摸、3d Touch，以及今天 Apple “奇丑无比” 的双肩屏（AR kit 需要这个传感器），哪个不瞄准游戏交互的制高点。

因此，运用现代交互与呈现技术是游戏创新的首选（仅对学生而言）。

2、游戏创新第二层：机制创新

通常游戏竞赛都是聚焦这个层面，具体包括：

3、游戏创新第三层：以客户为中心的创新

对于商业公司挣钱才是第一要素。因此，他们更希望是较小的风险和较高的收益，或者是砸钱易出效果类型。例如：“吃鸡”类游戏很流行，大家都忙推这类游戏。同类游戏，大家 PK 什么呢？

4、创新选择

体验、体验、新体验！！！

游戏基本形式：

1.3 常见游戏输入设备

1、经典“三宝”

2、手机游戏输入设备

3、IoT 与 其他设备

2、Unity 输入处理

维护中的章节

2.1 输入信息处理基本模型

2.2 JoyStick – 虚拟轴与按键

public class Joystick : MonoBehaviour {

	public float speedX = 10.0F;
	public float speedY = 10.0F;

	// Update is called once per frame
	void Update () {
		float translationY = Input.GetAxis("Vertical") * speedY;
		float translationX = Input.GetAxis("Horizontal") * speedX;
		translationY *= Time.deltaTime;
		translationX *= Time.deltaTime;
		//transform.Translate(0, translationY, 0);
		//transform.Translate(translationX, 0, 0);
		transform.Translate(translationX, translationY, 0);

		if (Input.GetButtonDown ("Fire1")) {
			Debug.Log ("Fired Pressed");
		}
	}
}

2.3 拾取游戏世界的对象

光标拾取物体程序

public class PickupObject : MonoBehaviour {

	public GameObject cam;

	// Update is called once per frame
	void Update () {
		if (Input.GetButtonDown("Fire1")) {
			Debug.Log ("Fired Pressed");
			Debug.Log (Input.mousePosition);

			Vector3 mp = Input.mousePosition; //get Screen Position

			//create ray, origin is camera, and direction to mousepoint
			Camera ca;
			if (cam != null ) ca = cam.GetComponent<Camera> (); 
			else ca = Camera.main;

			Ray ray = ca.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);

			//Return the ray's hit
			RaycastHit hit;
			if (Physics.Raycast(ray, out hit)) {
				print (hit.transform.gameObject.name);
				if (hit.collider.gameObject.tag.Contains("Finish")) { //plane tag
					Debug.Log ("hit " + hit.collider.gameObject.name +"!" ); 
				}
				Destroy (hit.transform.gameObject);
			}
		}
	}
}

程序要点：

光标拾取多个物体程序

public class PickupMultiObjects : MonoBehaviour {

	public GameObject cam;

	// Update is called once per frame
	void Update () {
		if (Input.GetButtonDown("Fire1")) {
			Debug.Log ("Fired Pressed");
			Debug.Log (Input.mousePosition);

			Vector3 mp = Input.mousePosition; //get Screen Position

			//create ray, origin is camera, and direction to mousepoint
			Camera ca;
			if (cam != null ) ca = cam.GetComponent<Camera> (); 
			else ca = Camera.main;

			Ray ray = ca.ScreenPointToRay(Input.mousePosition);

			//Return the ray's hits
			RaycastHit[] hits = Physics.RaycastAll (ray);

			foreach (RaycastHit hit in hits) {
				print (hit.transform.gameObject.name);
				if (hit.collider.gameObject.tag.Contains("Finish")) { //plane tag
					Debug.Log ("hit " + hit.collider.gameObject.name +"!" ); 
				}
				Destroy (hit.transform.gameObject);
			}
		}		
	}
}

性能与优化

3、面向对象的游戏编程

场景单实例

运用模板，可以为每个 MonoBehaviour子类 创建一个对象的实例。Singleten<T> 代码如图所示：

public class Singleton<T> : MonoBehaviour where T : MonoBehaviour
{

	protected static T instance;

	public static T Instance {  
		get {  
			if (instance == null) { 
				instance = (T)FindObjectOfType (typeof(T));  
				if (instance == null) {  
					Debug.LogError ("An instance of " + typeof(T) +
					" is needed in the scene, but there is none.");  
				}  
			}  
			return instance;  
		}  
	}
}

场景单实例的使用很简单，你仅需要将 MonoBehaviour 子类对象挂载任何一个游戏对象上即可。

然后在任意位置使用代码 Singleton<YourMonoType>.Instance 获得该对象。

4、小结

5、作业与练习

1、编写一个简单的鼠标打飞碟（Hit UFO）游戏

如果你的使用工厂有疑问，参考：弹药和敌人：减少，重用和再利用

2、编写一个简单的自定义 Component （选做）

如果你想了解跟多自定义插件或编辑器的话题，请参考：Unity3d自定义一个编辑器组件/插件的简易教程