基于unity3d的FPS训练游戏设计与开发

李浩

【摘要】  随着游戏设计和开发的发展，第一类射击游戏发展迅速，国内外都有其开发的理论和技术。第一人称射击游戏的设计和来发面临新的挑战，从游戏场景设计、角色设计到色彩关卡的设计都影响玩家对游戏的吸引力。因此，如何更好地设计和开发第一类射击游戏是FPS游戏设计和开发面临的首要问题。随着计算机网络技术的不断发展，移动平台成为目前最火的游戏开发平台，移动设备的提升也让游戏的研发朝着3D游戏的方向发展，所以本文基于unity3D引擎开发设计第一人称射击游戏。基于unity3D引擎完成游戏设计中的关卡模型和全部的游戏场景造型设计，包括绘图、光影效果以及网络寻路系统等。

Abstract：With the development of game design and development， the first type of shooting games has developed rapidly， and there are theories and technologies developed at home and abroad. The design and launching of first-person shooters faces new challenges， ranging from game scene design to character design to color level design. Therefore， how to better design and develop the first type of shooting game is the primary problem facing FPS game design and development. With the continuous development of computer network technology， the mobile platform has become the hottest game development platform. The promotion of mobile devices has also led to the development of games in the direction of 3D games. Therefore， this article develops first-person shooters based on the unity3D engine. Based on the unity3D engine， the level model in the game design and all the game scene design， including drawing， lighting effects and network path finding system.

【关键词】  unity3D 第一类射击游戏 场景设计

Keywords： unity3D; FPS; scene design

【中图分类号】  G642              【文献标识码】  A     【文章编号】  1992-7711（2019）04-101-04

1. 引言

FPS游戏是随着计算机产业的发展同步发展的，目前FPS不仅在游戏的创作还是在游戏的受众方面都和其他类型的游戏有着明显的不同。随着全球游戏产业的发展，FPS游戏系统的开发已成为大家关注的话题。

此外，随着互联网技术的发展，移动平台成为目前最为火热的游戏开发平台，具2015年数据统计，我国手机网民的规模已经达到了6.2亿人，其中手机网络游戏的用户人数已经达到了2.79亿人，手机游戏的使用率已经达到了45.1%。由此可见手机游戏是未来游戏行业发展的主要方向。目前的手机操作系统主要为Android和IOS。随着手机硬件和网络传输技术的不断发展，为手机游戏的扩展创造了更多的发展空间，目前手机游戏已经成为增长最为迅速的碎片时间娱乐方式，此外也吸引了很多国内外的游戏研发企业投入到手机游戏的设计和开发中。

手机游戏主要分为2D和3D效果，随着游戏场景和玩家体验的需求，3D游戏发展迅速。为了提升玩家对游戏的喜爱感，训练游戏的设计是非常必要的，通过训练游戏可以让玩家提前适应游戏的场景和游戏规则，进入正式游戏后可游刃有余的进入状态。而射击训练游戏的设计不仅仅要注重场景的设计还有注重音效、色彩以及射击效果的设计。因此，在FPS训练游戏的设计和开发中应用unity3D平臺设计完成具有较大的优势。本文在FPS游戏发展现状上，基于unity3D设计开发FPS训练游戏。从场景设计、画面效果、灯光造型、音效效果以及道具造型等方面为第一人称射击训练游戏的设计提出了可行性的建议。

2. 基于unity3D引擎训练游戏场景设计

unity3D是一个综合的游戏设计和开发平台，为游戏的开发者提供了多套游戏设计的解决方案。尤其是针对美术开发人员，不需要程序代码，就可以利用unity3D引擎设计实现具有高品质的FPS训练游戏画面，因此，提高了美术开发人员的设计效率，大大的缩短了游戏设计和开发的周期。

2.1 unity3D引擎FPS训练游戏场景设计流程概述

unity3D引擎提供了一种可视化的图形操作界面，因此游戏开发者可以根据unity3D引擎提供的设计方案设计和实现FPS训练游戏所需要的画面效果。首先，第一步是创建一个项目文件夹。第二步：将FPS训练游戏场景的资源导入到unity3D引擎中。第三步：在unity3D中，创建FPS训练游戏场景模型的材质。第四步：在unity3D引擎中，设计游戏场景的灯光照明系统。第五步：设计烘焙光照贴图。第六步：在unity3D引擎中，为FPS训练游戏场景设计实现导航网络的寻路系统。

通过上述流程设计完成FPS训练游戏场景的设计，下面分别介绍各个流程的功能和设计过程。

2.2 unity3D引擎FPS训练游戏场景设计流程

（1） 项目文件夹

每个游戏的设计都需要创建一个独特的项目文件管理方式，在项目开发的初期就要针对FPS训练游戏的特点制定符合特点，高效的项目管理之星方案。在本项目中创建FPS训练游戏的工程文件夹，并且针对美术、策划以及程序进行项目分类和分支管理方案。其中，分类管理可以让游戏设计团队的leader得到有效的测评、验收以及本团队开发人员资源的管理。分值开发的制作，上传和共享能够提高资源的利用效率以及开发人员的工作效率。

（2） FPS训练游戏场景资源导入

导入的场景资源主要包括游戏的模型以及贴图。游戏场景的设计所展示的是游戏的画面、游戏的风格以及游戏开发人员制作的水平。同时这些也是这款FPS训练游戏的游戏卖点。所以在FPS训练游戏场景资源导入该游戏项目工程文件夹之前，必须要严格的按照游戏项目制作以及游戏验收标准来后执行游戏场景资源的验收。并且该游戏项目的验收标准要针对专门的游戏运行平台以及性能而制定。在FPS训练游戏中其场景资源主要包括模型和贴图两部分。

其中场景模型可以分为静态和动态物体两种。静态物体指的是不包含动画数据的物体，比如游戏场景中涉及到的建筑、地面生活用具等。而动态物体通常适用于活动元素的设计，如建筑物中的机关，主要的角色人物，动物以及载具等等。除此之外，游戏场景模型还包括用在特殊模型设计中的物理引擎计算的碰撞体，主要应用在部分的模型碰撞体的设计中，将其定义为网格碰撞体。其主要应用的场景是复杂的室内建筑物或者是破坏掩体中，也可以用在多边形模型的设计和开发中。

训练游戏场景的贴图主要包括通用贴图、地面贴图、透明贴图、发光贴图和天空贴图等。在场景中如果有水面的设计那还要增加相应的水面贴图以此类推。

（3） 创建场景模型材质

在unity3D引擎中建立模型对材质有一些特殊的要求，unity3D引擎支持Max、Maya这些主流的三维软件材质，此外，在FPS训练游戏的开发和设计过程中为了确保版本的质量和游戏开发的稳定性，要在模型资源导入后对材质进行重建或者重写。在unity3D引擎中的材质会直接关系到FPS训练游戏场景的渲染以及游戏的性能。

unity3D引擎在场景材质的而选择和使用中对其数量有严格的规范和限制。對于unity3D引擎的渲染特性来讲，通过降低材质的使用数量来降低渲染调用的次数。所以在FPS训练游戏的场景材质制作中，要根据贴图的数量创建材质的个数，然后在通过特殊物件的特点创建专业的材质。通过这种方式可以减少材质的使用数量，还可以提升材质的使用效率。

（4） 灯光及照明系统的设计

unity3D引擎在灯光的设计中和目前主流的三维游戏软件的灯光类似。在游戏场景的设计中，灯光是非常重要的一部分，定义了游戏场景的颜色和氛围，因此可以影响FPS训练游戏整体的视觉效果。在unity3D引擎中主要分为四种不同类型的灯光分别是方向光源、点光源、聚光灯和面光源。第一种方向光源被放置在无穷远处，对整个场景中所有物体都有影响，因此类似一种日光灯的照明效果。点光源指的是从一个位置向多有方向发射光纤，因此这种点光源的影响的是范围内所包含的对象类似于灯泡的照明效果。在点光源中阴影部分是最耗费图像处理资源的，所以在游戏场景的灯光设计中很少使用点光源。聚光灯指的是从一个点想一个方向发射的光纤，其照射范围是锥形的，在锥形范围内的对象会受到光线的照射，这种光源类似于射灯照射的效果。面光源的光源则无法应用在实时的照明中，因此只适用于光照贴图烘焙的场景设计中。因此，游戏场景的设计中各种光影的效果是通过上述几种光源的理解和运用实现场景灯光照明的设计效果的。

（5） 烘焙光照贴图

在unity3D引擎中，对游戏场景灯光照明系统设计完成后，要完成游戏烘焙光照贴图，这个过程也被称之为是创建光照贴图。也就是将FPS训练游戏场景中所有的灯光照明信息都烘焙成为一张或者多张贴图并且是针对静态场景设计的一种光照效果技术。通过这种方式可以增强训练游戏场景的光影效果的质量，并且能够有效地减少训练场景对灯光系统内存资源的消耗，提升游戏的运行性能。

（6） 导航网格寻路系统设计

在FPS训练游戏中，非玩家控制角色能去那些游戏场景和导航网格寻路系统的设计紧密相连。

2.3 unity3D引擎FPS训练游戏场景色彩设计

（1） 游戏场景设计中色彩应用的原则

色彩节奏及细节。游戏场景的设计非常注重节奏感，不单单是一章画面的节奏，更多的是整个游戏场景体验的节奏。色彩元素排列的疏密，颜色的转变等都能改善游戏场景设计的节奏。如在《风之旅人》写实类的游戏中运用了法线贴膜的效果，让环境的色彩更加真实，让水面物体的反光效果更好，营造出气氛更是和玩家。

游戏场景中的色彩节奏主要指的就是画面调度。我们把色彩靠近亮部的部分称之为是高调，而靠近暗部的部分称之为是低调。介于两者之间的部分称之为中调。配色的明度反差较大称之为长调，反差较小称之为短调，两者之间的称之为中调。

在游戏场景的设计中，由上到下使用了长调—中调—短调，再有短调—中调过度到长调的节奏设计过程。色彩与游戏画面的节奏，恰当的配合，让玩家在玩的过程中有愉悦的审美感受。色彩在游戏场景中会给人直观的联想和象征。浅色会跟人一种密度小、质量轻的感受，而深色会给人一种密度大、质量大的感受。对于体积大的物体，涂上深色（黑色）和浅色（白色）后，黑色所产生的心理重量比白色多2倍左右。因此，在色彩重量的运用中，可以根据游戏场景的重量感来突出游戏场景以及游戏道具的特点。

在这个游戏场景的设计中，深色使用的比例大于浅色使用的比例。通过这种颜色的比重来增加游戏场景的阴暗紧张氛围，给玩家带来压力，表明进入挑战模式，让玩家集中注意闯关以此来烘托游戏的氛围和游戏环节的特点。

简洁统一明快的色调。游戏场景色彩的应用中有很多不同的风格，可以是幻想色彩，写实色彩，卡通动漫，也可以是多种风格的融合。任何一种色彩风格只要实现了风格的统一，都能够吸引玩家。此外，任何一个游戏场景色彩的成功都需要对色调进行精简。干净明快，对比强烈的色调关系会让玩家对游戏的场景和故事情节一目了然。

冷暖色系合理搭配。在游戏场景的设计中，创作者对场景色彩的使用会受到现实条件的限制，而游戏场景色彩的设计中却能够构造出一个完全服务于玩家的虚拟场景。一个优秀的游戏场景设计不仅仅有统一的风格，还能带动游戏情结的发展，增加游戏的趣味性，通过象征的意义来烘托游戏的主体，渲染游戏的氛围，表达觉得的情感，吸引更多的玩家。游戏场景设计中，色彩能给人最直观的心理暗示，因此，合理的使用色彩能够让游戏的故事情节和主题在有效的时间内传递给玩家。一般情况，红橙黄这些暖色系的游戏场景会跟人一种非常温馨、活泼和悸动的视觉效果。

在上述游戏场景之中，暖色为主的游戏场景中，点缀了一些冷色的蓝色。可以起到醒目突出重点的作用，提醒注意。蓝色的部分为人物跳跃的落点，只有落在该区域才不会调到蓝色的水中，游戏才可以继续。暖色会给人一种非常温暖的热血沸腾的感觉，游戏中的打斗技巧还有动作等等，色彩较为适合。和暖色相反的是冷色游戏场景的设计。

冷色的主要色彩是蓝色，蓝色的游戏场景给人的是一种宁静和冷酷的感觉，这样的场景最主要的就是不能运用比较亮的色彩进行曝光，冷色本身就会给人一种非常刺眼的感受因此冷色和暖色之间搭配协调才可以突出效果哟，否则单一的冷色太单调，可以在游戏中先处理部分色彩的纯度之后再去协调整个画面的场景。

（2） 游戏场景设计中色彩的表现手法

在前期游戏场景设计的草图中，应将重点放在色彩的表现上。色彩的表现特性主要包括：烘托主题的整体色彩，色彩的层次和色彩节奏。其中整体色彩值得是游戏场景中所占比例较大的色彩也就是场景的基调。要具有明确的场景基调才能塑造出风格统一的游戏风格。游戏场景色彩基调的不同，会带给玩家不同的画面感。

色彩的层次感主要指的是游戏场景中颜色的对比关系，冷暖的对比，虚实的对皮，明暗的对比，面积对比，色相对比等。产生色彩对比的方式有很多，随着角色空间的变化，在一個场景中可能存在不同的冷暖对比，明暗调节以及纯度的对比变化。

色彩的节奏感对游戏场景的设计也很重要，色彩的对比由弱到强能够调动玩家的积极性，让游戏情节升华。色彩可以表达情感，在游戏场景的设计中要根据色彩在玩家心理所产生的联想合理的安排色彩所产生的冲突。比如黄色是色彩中最为明亮的会发光的色彩，所以黄色会给人一种勇猛，光明正义的人物形象。在黑暗的环境中用黄色可以表示灯光，带来希望。而红色是一个较为纯正的色彩，会给人一种不可抗拒的力量，并且红色和血的颜色相同，会带来一种恐惧感。此外，同一种颜色也有正反相反的含义，所以要正确的掌握色彩冲突以及色彩对比带来的情感变化，让游戏场景的氛围更具有视觉的冲击力，吸引更多的玩家。

3 . 基于unity3D引擎训练游戏场景实现

3.1 关卡及原画设计与实现

（1） 关卡白盒

FPS游戏关卡设计的第一步就是关卡白盒的制作。关卡白盒指的是将关卡所发生的故事以及场所用三维的模式呈现，也就是关卡白盒是对美术的一种三维立体化变现。

在FPS训练游戏场景白盒设计中采用两种方式分贝是借鉴和原创。借鉴通过类似款优秀的游戏场景为基础，制作在游戏过程中白盒的设计。此外，通过原创关卡白盒设计能够让设计的游戏场景根据特点。白盒三维视觉效果的实现要通过unity3D引擎完成面积和建模。首先要熟练使用关卡编辑软件制作关卡白盒的过程。在设计实现过程中使用关卡编辑器中简单的多边形创建游戏的白盒。用白盒创建游戏所有关卡便于在所有区域内完成系统游戏关卡的测试，此外也能够确保所有关卡的比例分配和位置关系更加准确。时候起游戏场景细化和制作的主要参考依据，此外也是关卡的基本结构。

（2） 原画2D

在关卡白盒设计实现完成后就开始设计实现2D原画。在此过程中和动画制作有很大的不同，在动画中并没有白盒到2D的转换设计，而是从概念直接到场景的具体设计，会存在较大的风险。而通过白盒的设计再到2D原画的设计能够通过制作人的制作，策划人的策划以及架构师的构架不断的讨论验证的确定的方案。在白盒确定后，2D原画可在原画师的操作下通过编辑器设计关卡场景的视觉效果。通过合理的布局让整个游戏的场景布局更容易理解。

3.2 场景模型及贴图制作

（1） 游戏场景细分

确定关卡白盒和原画设计后，可以开展游戏场景的细分制作。在细分的过程中要梳理游戏场景的规模、复杂程度、室内和室外的数量以及需要制作的物件。按照从小大大，从整体到局部的顺序对场景细分，然后开始游戏的设计。在设计过程中，要确保场景设计的完整性。

1）体现关卡的通用性。在游戏中很多模型在各个场景中可以通用，尤其是一些建筑标志和植物等。游戏中通用性较强的模型使用的非常频繁，因此在制作中要优先考虑这些模型。

2）关卡设计要有较高的自由度。游戏有很多大小规模的场景，此外室外和室内的物件也有所不同，按照从大到小，局部到整体的方法将其分类，便于游戏场景设计素材资源的管理，可以提升游戏关卡设计的效率和设计的自由度。

3）便于游戏的后期宣传。在游戏场景设计中采取分类的制作管理方式，可以让设计任务水平完成在同一时间开展设计。并且在每个时间段内设计的进度都是透明的，降低游戏设计风险的同时也提高了游戏著作的效率和品质。

在白盒设计的基础上，按照原画的设定要求针对游戏场景的各个模型的结构开始游戏场景模型的制作。针对模型的布线要合理，并且可以增添设计的细节部分，对原画的还原比例要准确，然后进行游戏的贴图以及绘制工作。

（2） 游戏场景贴图制作

FPS训练游戏的贴图分为三张。第一章贴图的大小是1024像素的场景物件贴图，其中包括了训练游戏场景所需的建筑物以及各类物件的通用贴图。第二张贴图的大小是512像素的地形贴图。第三张贴图的大小是512像素的天空贴图。此外，还包括一些特殊的贴图，如在训练游戏中用到的装饰织物，灯光等特殊物件。这些物件要根据设计的需求单独的完成贴图的制作。

游戏贴图制作完成后，要将游戏模型和贴图导入到游戏的编辑器中。根据游戏策划设计的需求调整场景中物件和布局以及灯光效果，实现游戏的最佳设计效果。

3.3 材质及灯光设计和实现

FPS训练游戏的模型材质及贴图设计完成后，将模型和贴图导入到unity3D引擎编辑器中。通过平台完成游戏材质和灯光系统的设计。

（1） 材质制作及实现

FPS训练游戏中用到的材质主要包括水面、远山、天空盒和船并且使用的都是球。设计中材质和纹理的真实性尤为重要。在一些特殊的场景需要特殊的物体那么就需要单独的完成材质的制作。比如用到透明玻璃、发光灯和电缆等就需要根据给定的场景增加材质球。

（2） 灯光系统设计及实现

游戏设计中灯光是最重要的一项设计内容。网络的模型和材质纹理决定了场景所设计的质感和形状。光决定场景的明暗程度，色彩以及游戏所产生的氛围。在FPS训练游戏中使用的光源只有一个主光源其他都是一些辅助的光源和个别的补充光源营造游戏的分为。unity3D里面灯光采用的是静态物件烘焙的方式，为了让游戏场景的灯光效果达到最佳，在灯光设计时 要考虑到光源所耗费的图形处理器资源的大小，然后对灯光系统进行合理有效的设计。

FPS训练游戏灯光主要分为三种方式分别是自然光、人工光和两者结合的方式。游戏玩家活动主要为户外活动。所以在灯光设计中模拟真实的自然光。此外，场景灯光的变化较为复杂，因此，在灯光的设计中要分析场景照明的环境是怎样的，然后根据先主后辅的原则设计FPS训练游戏的灯光照明系统。

3.4 寻路系统的设计和实现

游戏寻路系统的设计通过navmesh导航网格技术实现，在3D游戏场景中是一种动态物体自动寻路的一种实现技术。可以将游戏中的复杂结构简化为一种具有一定信息的简单网格形式。然后在这些网格信息的基础上通过计算机算法实现游戏的自动寻路功能。在unity3D引擎中，需要给定导航的物体的导航组，然后根据设定的目标点寻求最佳的游戏路径，并且会沿着这个给定的路径找到游戏的目标点位置。下面，给出导航网格在FPS训练游戏中实现的步骤。

（1） 要生成导航网格。在此过程中，只需要生成主角以及NPC要走的导航网格即可，这样可减小Nav文件的大小，节约处理器资源。此外，要分层生成导航网格，并不需要设置不能走的游戏层。

（2） 并不是游戏的任何地方都需要生成导航网格，如果我们不需要用到该物件那么就不必要生成导航网格。当行网格不需要的地方设定为not Walkable即可，这样不会对游戏的导航产生任何影响。

（2） 针对透明的物件如灯光和花草植物。游戏角色可以直接穿过，此时要将导航网格中的navigation Static选项勾掉，此时，这个物件对导航不会产生任何影响。

4 .FPS训练游戏的虚拟体验

4.1 身体介入

FPS游戏可以让我们改头换面扛起机关枪体验现实生活中不可能发生的战斗。现实社会中人的肉体在道德和法律的层面上是不可触及的界限，是人類至高无上的生活法则。但是在虚拟空间里身体变得毫无意义。虚拟环境中，计算机替代人类的身体，人类的物理身体变成了游戏的主角可以体验全新的游戏体验，让人们可以重新审视自己的身体，在游戏世界中展现自己。

在FPS游戏中，人类是推广游戏的最佳选择。FPS游戏屋里身体退场意味着传统的道德和法律已经失去了原本的意义，游戏玩家具有一个隐性的斗篷可以在虚拟和现实世界中穿梭，但是他们并没有完全的进入真正的自由世界。而FPS游戏能够将游戏和身体练习在一起，让身体没有退路真正的融入到游戏中。

4.2 沉浸游戏

FPS游戏中基本没有设定好的角色，主角就是玩家本身，实现了你的游戏你做主。但是随着技术的发展，出现了很多FPS中设定好的主角，通过玩家不断的战斗得到更好地装备，吸引更强大的你得到更强大的武器装备。

此外，游戏的灯光，场景设计效果等也会吸引玩家展开更激烈的搏斗。通过关卡白盒的设计，让故事的情节更加吸引玩家挑战自己挑战极限，得到更好的战果，赢得更好地武器装备。

结  论

至此，完成了基于unity3D的FPS训练游戏设计和开发。在未来FPS训练游戏朝着视觉化的发展趋势线，给出了unity3DFPS训练游戏场景的设计流程以及场景色彩设计的方法。基于设计流程，给出了游戏场景的实现过程，包括关卡白盒和2D原画的设计实现、场景模型及贴图的制作实现、材质及灯光设计和实现以及最后的游戏寻路系统设计和实现。最后，从身体接入和沉浸游戏两方面阐述了FPS训练游戏的虚拟体验。

[ 参  考  文  献 ]

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