基于Unity3D的塔防游戏设计与实现

2015-04-18郭祖江

科技传播 2015年5期

刘俊，郭祖江

沈阳化工大学计算机科学与技术学院，辽宁沈阳 110142

近几年来，Android平台游戏、iPhone平台游戏以及Web的网页游戏迅猛发展，已经成为带动游戏产业发展的中坚力量。遗憾的是目前除了少数的作品成功外，大部分的游戏属宣传攻势往往大于其内容品质，加之玩家体验游戏时，对游戏的沉浸感和操作性的要求也逐渐提高。在这种局面下，3D游戏成为当前游戏的发展热点。而本文所采用的Unity3D游戏引擎提供了创造高质量的3D游戏和真实视觉效果的核心技术，为开发3D游戏提供了强大的驱动力。

本文基于Unity3D游戏引擎，研究游戏中AI设计过程的主要思路和主要算法实现，通过高效复杂的AI系统以及特定的shaderLab(着色器)编程开发一款基于Unity3D的3D塔防类游戏，使之具备丰富的画面而且保证游戏运行的流畅度。实践证明，本文所讨论的关键技术可以应用于增强现实、游戏开发等多个领域，具有一定的实际应用价值。

1 游戏场景

塔防游戏的基本玩法比较类似，在场景中我方有一个基地，敌人从场景的一侧出发，沿着相对固定的路线攻打基地。我方可以在地图上布置防守单位，攻击前来进攻的敌人，防止他们闯入基地。

本游戏的场景通常比较简单，就像一个棋盘格，可以在上面摆放防守单位，并专门留给敌人一个通道。在本游戏中，使用二维数组来表示场景中的格子，每个格子只有两种状态，允许摆放防守单位或不允许。

这是一个使用Terrain制作的简单场景，场景中间绘制了一条通道，敌人将从通道的左侧出发，目的地是通道右侧的房子，它是我们的基地。在通道以外的地方我们可以设置防守单位进攻敌人

塔防游戏的场景游戏固定的模式，它由一个二维的单元格组成，每个格子的用途可能不同，通常是下列用途之一：

1）专用于摆放防守单位。

2）无法摆放防守单位，也不允许敌人通过。

3）专用于敌人通过。

摄像机始终由上至下俯视游戏场景，按住鼠标左键并移动可以移动摄像机的位置。

2 AI系统的实现

在BuildMap函数中，首先创建保存场景信息的二维数组，默认每个单元格都是可以摆放防守单位。然后在当前场景中找到所有Tag名为gridnode的游戏体，将其属性赋予和它位置相同的单元格。

在OnDrawGizmos函数中，我们使用线段绘制场景中的单元格，并将不能放置防守单位的单元格绘制为红色，这个功能主要是帮助我们预览场景单元格的状态。在OnDrawGizmos中绘制的图案并不会出现在最后的游戏界面中。

我们创建一个游戏管理器GameManager函数，它由几个作用，包括UI显示，控制鼠标操作和显示调试信息等。

正在塔防游戏中，敌人通常不需要智能寻路，而是按照一条预设的路线行动。我们为敌人创建一条前进路线，这条路线是预设的，敌人将从一个路点到达另一个路点，在PathNode脚本中，主要是通过SetNext函数设置它的子路点。

图1 是否可以摆放防守单位的单元格

图2 路点

敌人一共有两种，一种在陆地上前进，另一种则会飞行。我们将先创建前一种，然后继承它的大部分属性和函数，略加修改完成另一种。在Enemy脚本中，定义了敌人的一些基本属性，如生命值、移动速度、类型等，它由一个路点属性作为当前的出发点。在其MoveTo函数中，敌人向当前路点的子节点前进，当距离子路点较近时，即将子路点作为当前路点，再向下移个路点前进。注意这里计算敌人与子路点的距离时没有计算Y轴，因为我们希望空中的敌人飞到路点上方即认为是到达该路点。当敌人走到最后的路点，即是到达我方基地，销毁自身，并使基地减少一点生命值。接下来创建另一个飞行敌人的脚本AirEnemy，它继承了Enemy脚本的大部分功能，只添加一个Fly函数，作用是当高度小于2时向上飞行。

敌人生成器（EnemySpawner）：塔防游戏的敌人通常是成批出现，一波接着一波，因为敌人数量众多，所以需要一个生成器按预先设置的顺序生成不同的敌人。为了提高工作效率，我们将在Excel中设置每一波出现的敌人，然后将其导出为XML格式，敌人生成器读取这个XML文件，按其设置生成敌人。实际上我们也可以在Unity的Inspector窗口设置组件的数值，但对于一个复杂的项目来说，这么做会使项目的维护变得困难，而游戏策划又偏爱使用Excel表格，所以可以先在Excel中设置数据，再将其导入Unity，这会是一个非常好的选择。

本游戏中唯一的防守单位是个袍塔（Defender），我们先准备一个ArrayList，将所有敌人遍历都存进去，这样很容易查找到任何一个敌人，当敌人进入它的攻击范围便会开火。在这个脚本中，FindEnemy函数主要用于查找进入其攻击范围的敌人，然后在这些敌人中再选出一个生命值最低的敌人作为目标敌人。Attack函数向敌人攻击，这里只是很简单地调用了敌人的SetDamage函数减少敌人的生命值。当创建了一个防守单位后，它所处的单元格则被当前防守单位占据，不能再创建其他东西，因此我们在Start函数中改变了防守单位所处单元格的属性。

生命条（LifeBar）：敌人在受到攻击的时候，生命条可以显示它受到多少伤害，和提示它的剩余生命值。在Project窗口的Rawdata/Lifebar目录下引入了一个LifeBar.fbx文件，这是一个普通的平面模型，并附有一张贴图，贴图由简单的黄色和红色组成，我们将使用改变模型UV的方式，使黄色表示剩余生命值，红色表示失去的生命值。

在LifeBar脚本中，Ini函数负责初始化，主要是获取生命条模型的UV。在UpdateLife函数中，我们根据当前生命值和最大生命值计算出一个比例，然后调用Pad函数左右移动UV的位置，当生命值越低，黄色显示的越少，红色显示的越多。SetPosition函数负责设置生命条的位置，因为生命条始终要伴随乡音敌人的移动，并出现在它的上方，所以这个函数设置了一个yoffset参数，使生命条的位置向上偏移一定距离。

3 UV旋转纹理动画shaderLab

shaderLab主要用Cg语言来开发。Cg语言（C for Graphics）是为GPU编程设计的高级着色器语言，由NVIDIA公司开发。Cg极力保留C语言的大部分语义，并让开发者从硬件细节中解脱出来，Cg同时也有一个高级语言的其他好处，如代码的易重用性，可读性得到提高，编译器代码优化。下段代码实现了图片中纹理自动旋转的功能。

此处用到图形旋转三角函数数学公式

x1=cos(angle)*x-sin(angle)*y;

y1=cos(angle)*y+sin(angle)*x;

其中x，y表示物体相对于旋转点旋转angle的角度之前的坐标，x1，y1表示物体旋转angle后相对于旋转点的坐标。

4 游戏实现

4.1 代码实现

Unity3D游戏引擎能够快速开发，并具有高的扩展性，其脚本不仅支持JavaScript，而且支持C#，还支持C编写的DLL插件，可以提高代码的重复使用率。本文主要采用Cg语言开发ShadeLab， C#语言开发游戏C#由Unity3D的脚本默认继承自MonoBehavior，而MonoBehavior来源于Mono框架（属于.Net的跨平台框架）。