《基于Unity 3D的游戏设计》9700字（论文）

基于Unity3D的游戏设计目录摘要 第1章绪论1.1研究背景、目的与意义1.1.1研究背景随着我国进入新的发展阶段，近几十年来经济水平也一起有了很大的提高，基础设施和基础设施得到了快速发展。我们可以清楚的看出，现在的生活节奏正在变快[1]，并且人口数量和生活水平也有了很大的提高，这都决定了人们的生活条件。要从根本上改善全体人民的生活和物质生活，过好人民的物质生活，保障人民的幸福生活。我们还需要继续前进，砥砺前行。目前还存在着大量的爆炸和大量生产的各种废物损失物危害着我们的环境，填埋处理设施还不够完善，造成环境变化的快速和过度增长。我们缺乏环境知识和废物之间的联系，使废物处理效率低下。这不仅会严重影响周边城市与乡镇的美观程度,还可能会直接造成周边地区居民的生活不便,甚至可能有各种安全隐患,对于周边地区居民的人身生命财产安全将会具有极为不利的危害性和影响,而对于这些未经分类缺理垃圾会给人类健康带来严重威胁[2]。因此，推进生活垃圾分类这个任务已经是当务之急，刻不容缓。随着互联网的进步与发展，目前我们看到的游戏也不仅仅是为了娱乐。休闲益智类的游戏逐渐走进我们的生活，被大家所看见。很多成熟的游戏厂商也看到了这块市场，推出了相应的游戏。人们也同样可以通过这种精神方式生活来借此丰富自己的思想精神文化生活并且不断充实自己的思想社会观和现实生活,这无疑也就是一种从人的精神境界中向上升华进入人们内心的心灵放松和精神享受[3]。与此同时,我国的游戏市场也被进行了严格的审查和规范,并且稳步健康发展[4]。1.1.2研究目的针对与生活垃圾分类的现状，本设计旨在探究其深层次的问题和影响因素。我将通过深入地研究虚拟现实与现实环境的相互作用和模拟及交互,向广大访问者展示一种深入其境的奇妙视野和感受,并希望能够借助于互联网的新技术,结合虚拟新现实技术，人机交互技术，三维动画设计，Unity3D开发基础相关课程制作一个有新意的生活垃圾分类游戏。在生活垃圾分类和游戏之间寻找联系，让垃圾分类不再是一件让每家每户头疼的一件事情。1.1.3研究意义垃圾分类是社会对环境的影响并且会产生代际的影响，中国在未来推行垃圾分类这是一个大国的反应，对环境的优劣影响会影响着整个世界。如果我们可以做得很好，我们也将影响这家人和朋友。垃圾分类是整个社会的责任。我们要从自身做起严于律己，支持环保。 通过积极的选题、科学的规划，并充分运用各种现代化的技术方法和手段,有重点的对日常生活中垃圾的分类工作进行真实、系统和全面记录，同时再配以文字、图片、音视频整合形成一个丰富、有特色的生活垃圾分类游戏。培育居民日常生活垃圾分类的良好习惯，增强居民对垃圾分类的认识也是对城市居民创造一个良好的生活环境关键的一部分。1.2国内外的研究现状1.2.1国内外的研究现状在西方国家，英国仍然是最早开始提议基于网络阅读学习的教育理论的国家之一[5]，早在上世纪70年代，阅读学习教育理论领域研究的国外学者davidseward就系统地提出了基于网络阅读学习支撑系统的教育理论[6]，这个设计想法一直沿袭到现在,在这个的推动和影响下,过去二十年里，国外教育机构和软件制造商已经设计和开发了许多相同的机器人学习模型,基本设计的模式实际上也是相同的，它充分利用多媒体计算机，通过视频和音频来教授孩子们学习的知识。早在1999年，我国教育部关于“面向21世纪教育振兴行动计划”提出了建立以网络为基础的远程教育平台目标[7]。为了真正实现这一发展目标,我国的各类高等教育科研机构、高等院校都已经在大力开展高校网络远程教育上已经投入了大量的教育硬件和软件资源[8]，其中一个更加比较明显的一个问题是那就是，我国大部分的高校都已经基本建立了远程网络教育服务体系统[9]。李宛秋通过实验研究了游戏引擎的作用和功能效果,并总结了3D游戏引擎的优势[10]。因此，在Unity3D游戏引擎强大的软件和技术支撑下，基于Unity3D的VR游戏研究和开发将被认为是未来VR游戏市场的重要一个组成部分[11]。在游戏方面然而值得注意的是，由于缺乏游戏创新，中国玩家数量虽然呈指数级增长，却一直不被大家所看好。并不是仅仅指的是游戏在其意义和内容上的缺乏创新，而是当进行游戏策划时，存在很多障碍。比如一个产品经理赋予的各种功能，程序员困难地实现这样的想法等等，使得这个引擎游戏的各种功能不太可能被实现的是一个技术瓶颈。在本国的游戏行业，由于对数学知识特别是矩阵知识的掌握要求非常高[12]，而且在研究和开发性能上需要花费的时间和精力很多，大多数的开发者并没有真正想用太多精力和时间去研究和开发自己的游戏引擎。引擎的竞争是由于销售引擎的售后非常复杂也是一个重要原因，这也使得团队准备研究和开发收到了一定的阻碍。只有少数公司有动力、设备来发展。目前中国还没有一个普适性很强的游戏引擎。对比国外的Unreal引擎却是一款通用性很强的游戏引擎，它的功能稳定，有很多的公司愿意花大量的资金购买这款通用的游戏引擎进行游戏的开发。这些游戏引擎产品中，都基于HTML脚本实现游戏开的[13]。1.3论文的主要研究内容与研究方法1.3.1论文主要研究内容这款游戏研究工作以当前生活垃圾分类的发展现状为理论基础,结合目前游戏的开发情况，根据项目的设计要求，通过Unity3D引擎设计出一款教育益智类的生活垃圾分类游戏。在对现有游戏模块设计进行检索剖析的基础上，进行相应的功能设计，开发完整的功能模块和提出相应的解决方案。明确和规划了发展方向之后根据学习的相关的技术进行整理和总结。1.3.2论文基本框架第一章:绪论。对生活垃圾分类的背景以及生活垃圾分类游戏在国内外发展的状况等方面进行简要的介绍。 第二章:关键技术的分析。介绍使用的技术，以及技术的优势。对使用的前端游戏引擎和游戏后端的框架做简要介绍。 第三章:基于Unity3D生活垃圾分类游戏的需求分析。分析仙界全生活垃圾分类对于我国经济发展的好处和优势。结合目前技术分析游戏所使用到的软件和技术。 第四章:基于Unity3D生活垃圾分类游戏的设计与实现。明确设计思路方向，具体介绍每一个模块是如何实现的。明确游戏场景策划，模型创建，游戏板块数量和具体介绍游戏积分功能的实现。 第五章:基于Unity3D的生活垃圾分类游戏的测试与分析。提出如何进行测试，以及对系统的功能和性能测试做一个总结。 第六章:总结。对游戏进行优缺点的分析，并提出有待优化的地方。

第2章关键技术分析2.1Unity3D引擎相关技术 众所周知，Unity3D是一个轻松的﹑全面的﹑专门的﹑适用于各种不同行业的网络游戏研究和开发工具。在我们现有的各种版本中,其强大的网络游戏生产和制作功能己经达不到了令人瞠目结舌的境界。在具体的功能设计方面，Unity3D不仅为用户提供了2D与3D的游戏生产和制作需要的各种功能，还包括了地形系统﹑物理系统、刚体、碰撞器﹑光照﹑粒子系统在内的强大功能，这也是为什么它可以作为VR、AR游戏开发的首选引擎。正是因为Unity3D集各功能于一体,让开发人员仅通过一款程序内完成游戏开发的大部分工作,有效地降低程序的开发时长。并且涵盖了很多不同的功能，这也是我选择Unity3D的原因。本设计将会使用Unity3D的部分功能来实现所需要的游戏效果。因为Unity3D的跨平台性和极其完善的深层技术结构，生活垃圾分类游戏就可以被建立起来。Unity不但可以用来创建三维、二维、虚拟现实和增强现实游戏，同时也可以在娱乐影视业、工业建筑业、工业制造业运用起来。于Unity3D游戏引擎和3DStudioMax技术进行了数字化虚拟校园的网络建设[14]。在教育方面，王高远，王丽，张全贵基于Unity3D游戏引擎设计了增强现实幼儿识字系统[15]。由于Unity3D游戏引擎是免费的，比较适合中小团队的开发[16]。2.23DStudioMax三维建模技术如果要将虚拟环境做得更加逼真，三维建模是第一梯队的候选者。用3DStudioMax不但能比三维激光成本低得多，并且交互性也更加强。3DStudioMax对于开发人员来说上手也更加容易。并且3DStudioMax也是大学三维建模技术基础所学专业课程，也能更好地学以致用。因此本设计采用了3DStudioMax三维建模技术进行模型制作，并且能很好地与Unity3D结合嵌入使用。在Unity3D中把外部场景做好。第二步将3DStudioMax中创建好的垃圾模型以fbx的格式导入进去，即使是有什么差错也便于后续修改。3DStudioMax中的模型的基本体都是几何图形，所以我在3DStudioMax创建物体时会用到基础建模的方式。利用调整几何体的点线面的改变从而得到自己想要的模型。2.3Photoshop图像处理技术Photoshop是一款非常强大的图像处理软件，因为操作方便容易上手所以深受大家的喜欢。很少有人知道，Photoshop有四个功能，它在图形﹑图像﹑视频﹑文字方面都可以运用。本设计中对于Photoshop我主要使用的是图像的处理。在Photoshop中剪切图片，制作贴图，保存为JPG格式，导入进3DStudioMax的材质球上。2.4音频处理技术AdobeAudition是Adobe公司开发的一款音频处理软件，它经常被用来针对音频进行制作，所以目前多用于视频剪辑等与从事视频相关工作。本设计我是利用AdobeAudition软件制作游戏的音效，使游戏更加的人性化有代入感和沉浸感。2.5C#编程语言C#编程语言语言是一种由美国微软公司自主开发和制作出品的面向对象编程设计语言。作为基于整个Unity3D的编程脚本语言，通过使用C#编程语言编写的脚本可以直接进行脚本编写。在Unity3D里可以直接赋予函数值，可以运用C#编写的脚本实现开始键的设置、场景的转换、错误提示的弹窗、积分功能。

第3章生活垃圾分类游戏的需求分析3.1经济可行性分析完成生活垃圾分类游戏的设计和实现，对环境保护资源循环利用层面具有一定重要意义。生活垃圾分类不单单是对居民环保意识方面的加强，同时资源的合理利用也有利于我国市场资源的分配和经济发展的进程。3.2技术可行性分析3.2.1用户需求分析生活垃圾分类游戏主要是利用鼠标控制垃圾的走向实现玩家与虚拟物体的一个交互性。对于用户来讲，第一方面是用户在虚拟世界中的成长需求。玩家在游戏中得到一种成就感，想要自己能从低等级到高等级的跨越。本游戏在操作过程中，用户通过鼠标按住垃圾放到垃圾桶内，放置正确会得到积分奖励，错误会有减分机制。通过这个方式，可以激发玩家的好胜心理。第二个方面是玩家的审美需求。一款流量大的游戏UI界面一定要美观。界面的设计是否美观整洁程度等也会直接关系影响一个使用者对其产品第一印象和用户喜爱度的程度。所以想要进行用户界面设计一定要以拥有强大的硬件UGUI等软件设计作为依据,本游戏的每个界面布局有层次也有结构，对于游戏的按钮和模型都进自己所能的精细和美观。第三个方面是用户交互的需求。用户与系统之间的交流和沟通，也是玩家和背后开发人员之间交互性的一种体现。并且交互也是用户找到自我价值的一种重要途径。3.2.2系统功能需求分析系统分析不仅仅是对软件进行分析，还要求对所有系统元素进行分析。引入系统而行性分析的优点在于尽量的减少投资的损失，为后期游戏开发指一个明确的方向。系统分析主要是通过分析开发的系统在现有或者是可用的硬件与软件资源，现有的技术人才以及具备一定的工作基本技术能力之下状态所决定的技术风险。会根据这个结果，确定可行方案。

第4章生活垃圾分类游戏的设计和实现4.1设计思路4.1.1设计的基本思路因为本游戏是一个垃圾分类的游戏，所以在设计游戏前期，我要真实地去进行垃圾分类这件事情。了解垃圾分类的相关政策和如何垃圾分类，对垃圾分类的方法进行总结。对日常我们经常容易分错的垃圾进行分类，以便用于后期游戏的创建模型提供想法。本次公测游戏的场景设计与游戏开发主要内容可以大致分为两个主要方面，一方面是游戏美术设计内容，包含界面的设计、贴图的绘制、场景的搭建、功能特效及音效的设计等。另一方面是游戏功能的开发与实现，主要使用Unity游戏引擎及C实现相应的交互功能。该设计主要目的是研究使用基于MVC的各种设计模式方法来对其产品进行技术研究和设计开发，也有时可能还会包含少量的其他设计模式，如单一案例设计模式、观察者设计模式等[17]。4.1.2游戏的策划使用Unity3D游戏引擎构建生活垃圾分类游戏的设计和体现。对于条件构成部分，为了让玩家能够快速选择找到垃圾放到相应的垃圾桶内。这和想法很简单，也很好理解。另外，成功后的玩家获得相应的奖励会增加成就感，增加游戏本身的魅力。 策划整个游戏的设计，制作角色设计、场景选择、垃圾模型设计、激励机制，都是要通过全面的构思和完整的讨论才能确定下来的，这些都会与参与的玩家的但于都的多少息息相关。角色设计:这个游戏是以第一视角的角色，跟我们日常生活非常的接近,也比较好理解,而且游戏有趣代入感强，会深受大家喜欢。这里借助第一视角来设计游戏中的人物角色,可以突破年龄层的界限，也会得到所有人的欢迎。场景选择:背景是一个海岛，在大家即使是在室内操作本游戏也不会有压抑沉闷感，制造一种愉悦轻松地感觉。关卡设置:针对不同的垃圾进行分类，干垃圾﹑可以回收的垃圾﹑有害废弃物和湿性废弃物。按照由简入难的原则,设置关卡，都是从简单到困难。随着时间的增加，难度也会加大。根据选择和提示，玩家会选择正确的选项把垃圾扔到相应的垃圾桶内。会出现很多日常的容易分错的垃圾，依然是根据自主选择和提示选择正确的垃圾桶，最后取得最终的胜利。奖励与惩罚机制：在学习的过程中,我们一直都是做对了有奖，做错了惩罚。所以当在玩家在游戏时，当成功完成关卡的时候会获得对应的得分。生活垃圾分类不仅仅是一个游戏而已，更是与我们的生活息息相关。当分数越来越高，自我获得的知识也会增加。进而来刺激玩家的学习动力,激发学习行为的产生。4.1.3创建场景模型的搭建对于一个游戏来讲，一个好的场景能够让玩家有沉浸感和交互性，对于生活垃圾分类游戏也是如此。场景是Unity3D的基本单元，场景是Unity3D的基础组成部分，每一个Unity3D的运行过程都应该是由多种场景所构成。程序通过脚本从一个场景切换到另一个场景。本游戏作为一款有教育性意义游戏，场景构建是整个游戏程序的第一部分。待软件下载完成后，定位面板位置从“项目”面板中的“活动组件”中，找到“ImportPack”面板中的“CustomPackage”组件。点击此组件，将下载的资源包导入到EOUI单元，需要注意的是，资源包中包含的12个二维文件、摄像机、字符等只能与项目所需的文件一起使用，这将导致一系列不必要的错误和问题。我需要创建一个Unity3D项目，命名为FirstScene，场景会自动创建一个主摄像头和一个方向灯，以电子方式记录游戏图像，我们会调整其位置、角度、范围，并调整游戏场景的夸张程度，使场景更加自然，更有效的发挥虚拟现实的效果。在GameObject菜单的“3D”中单击“Plane”多次后，调整所需的Inspector面板的各种相关设置以获得所需的效果。我对比着日常生活中垃圾分类的场景，在Unity3D创建一个场景模型。这个场景模型里，主要包括附属的景观结构、天空盒布局、花草树木、公共区域、公共设施的设计等的创建和导入。我需要在Unity3D创建模型，利用基础建模的方式完成，在Photoshop里把需要用的贴图剪裁好放到需要用的文件夹里，导入进3DStudioMax模型的材质球进行贴图，旋转调整材质球上贴图图案找到最合适的贴图角度。4.1.4创建内部模型本游戏的核心还是垃圾的分类，所以游戏的中心还是在与垃圾的建模上。我一共大概做了100多个垃圾模型。垃圾模型与一半普通模型有一点不同，越是小物体越是需要更加精细。在创建的过程中，我使用的最多的还是点线面的调整。才能够使玩家在游戏过程在更加有沉浸感。建模结束后，模型中多余的冗余点、线和曲面应在精细的检查后删除，以尽量减少曲面数量，减少冗余的数据。 （1）地形的创建 如果要建立一个地形，首先在3DStudioMax中先导入一个二维的平面，通过导入百度图片贴图来当参照物，然后完善主要地形以外的其余物体。通过这个二维平面作为基础来设计导入Unity3D后的模型。如图1、图2所示：图1场景模型图图2垃圾桶模型图（2）垃圾的构建使用各种多边形修正器，结合推动力、牵引、旋转、位移、挤压等操作，多边形基本体，对于垃圾模型的设计应依据相应的比例，对于垃圾的这个建模过程必须采用分层方法，按照实际生活中的实体进行建模。如图3、图4、图5、图6所示：图3垃圾模型的创建过程图4垃圾模型的制作图5旧衣物模型的制作图6垃圾模型的制作4.2界面的设计和实现4.2.1开始按钮的设计和实现对于游戏来讲，第一眼往往是很重要的。游戏往往都会以“PLAY”的形式告诉玩家游戏的开始。publicclassBtnCallBackTest:MonoBehaviour{publicButtonstartBtn;//开始游戏按钮//UsethisforinitializationvoidStart(){startBtn.onClick.AddListener(delegate(){Debug.Log("test!");});}//UpdateiscalledonceperframevoidUpdate(){}4.2.2第一人称视角的设计和实现运用第一人称视角进行游戏的交互，会使玩家在游戏的过程中更有沉浸感和更能使玩家和游戏产生交互性。floatyRot=CrossPlatformInputManager.GetAxis("MouseX")*XSensitivity;floatxRot=CrossPlatformInputManager.GetAxis("MouseY")*YSensitivity; //请注意，mouseX转换为y轴旋转，mouseY转换为x轴旋转m_CharacterTargetRot*=Quaternion.Euler(0f,yRot,0f);//左右视角m_CameraTargetRot*=Quaternion.Euler(-xRot,0f,0f);//上下视角if(clampVerticalRotation)//夹紧x轴旋转角度[-90,90]，亦即上下视角,默认开启m_CameraTargetRot=ClampRotationAroundXAxis(m_CameraTargetRot);4.3人机交互的实现4.3.1场景转换功能的实现本游戏开始界面有一个Button按钮，点击Button按钮运行，就到达了游戏开始的页面。主要代码如下所示：usingUnityEngine.UI;//注意这个不能少publicclassChangeScene:MonoBehaviour{//UsethisforinitializationvoidStart(){GameObjectbtnObj=GameObject.Find(“开始游戏”);//btnObj.GetComponent<Button>();btn.onClick.AddListener(delegate(){this.GoNextScene(btnObj);});}4.3.2积分功能的实现对于本类游戏来说，积分功能是表达本类游戏的一个重要功能。在这个虚拟的游戏世界里，正是因为有积分这种交互功能，才能让玩家愿意以自己的时间为代价去使用这个游戏。主要代码如下所示：if(!PlayerPrefs.HasKey("Jifen"))

{

PlayerPrefs.SetInt("Jifen",BenJuDefen);

}

else

{

inta=PlayerPrefs.GetInt("Jifen");

a+=BenJuDefen;

PlayerPrefs.SetInt("Jifen",a);4.3.3背景音乐的实现完成跨场景音乐持续播放效果主要技术难点是不管从A场景切换到B场景，还是再从B场景切换到A场景，音乐只能一直持续播放，不可以切回来时又有新的音乐响起，不然多次场景的切换的结果就是多重奏，因此需要做到从A场景到B场景时，A场景的所有东西被摧毁时，音乐保留，同时在切换时监测新场景是否也有音乐，如果有就立即摧毁，这就保证了一个音乐不同场景持续播放。主要代码如下所示：back=this.GetComponent<AudioSource>();back.loop=true;//设置循环播放

back.volume=0.5f;//设置音量最大，区间在0-1之间back.clip=music;back.Play();//播放背景音乐

第5章生活垃圾分类游戏的测试与分析5.1测试目的垃圾物体本身是处于静止的状态，玩家的各个交互效果主要是通过运动效果来表现。但是模型过于多，内存大，需要多次测试才能找出问题，优化完善问题。为了能够模拟和更加真实的效果更加让玩家有代入感,玩家和PC端必须要有强大的代码基础，主角必须可以通过鼠标按住垃圾，使垃圾可以拖动到垃圾桶内。拖动错误测不给予积分奖励。项目中主要涉及的检测即所有实现动作效果的代码基础，实现相应的效果。5.2测试方法1.游戏性能测试：寻找不同配置的电脑进行测试，当所有特殊效果和游戏的一些特殊效果打开时，在不同配置的计算机上测试游戏会不会有卡顿、打开游戏的响应时间的长短。然后得出结论，获得游戏的推荐设置和最低配置。2.游戏的黑盒功能体验测试:也被游戏称为黑盒功能测试。黑盒测试可以发现功能的纰漏,界面本身卡顿的错误,数据库的访问错误,初始化及终止的错误。但它是从用户的角度出发的，所以说明软件本身性能有什么问题出现的话黑盒测试时发现不了的。3.附带音效的测试：多次模拟玩家试玩游戏。寻找多个玩家试验游戏，测试背景音效有没有存在卡顿的情况。5.3发布到PC端在面板工具栏中，执行File点击BuildSettings对话框，执行AddCurrent可以添加自己选定的场景，下一步选定“Platform”，就可以选择自己要发布的平台。这里我选择PC，在右侧界面中选择平台，这里需要选择“Windows”，最后单击“Build”按钮，如果想编译打包后直接运行，查看运行结果，就单击“BuildAndRun”按钮，弹出“BuildPC”,填写游戏的文件名，可以看到这里是生成Windows下的可执行文件，所以保存类型默认是exe，不需要更改，然后单击“保存”按钮。

第6章总结从最开始确定了这个毕业设计的题目，我就查阅大量的相关资料去准备这个设计。本课题研究了基于Unity3D的生活垃圾分类游戏的设计和实现，这个游戏的设计主要是利用3DStudioMax实现模型的创建，运用Unity3D实现场景的搭建和游戏的实现。在设计过程中，我做了无数次的尝试与修改才有了最后的这一版游戏。虽然本人在大学期间认真上课，但在准备这次设计的过程中，我发现自己的能力与知识储备还是存在了很多不足。因此在这期间，我也自学了许多相关技术。丰富自己的能力的同时，也对本设计有了很多的帮助与技术的支撑。在自学期间，我发现数字媒体技术这个专业我了解的只是冰山一角。我查阅了大量资料，在各种学习论坛上提出自己的问题并寻找答案，从头开始学习从未接触过的软件技术，虚心询问师长，在这个过程中自己感到受益匪浅。在准备这次设计的过程中，我感觉学习是一个日积月累的过程。就如同本次设计一样，如果一直不汲取知识，你的分数就不会增加，只有一直的主动去学习，自己才会得高分。从这次的毕业设计中，我体会到了无论是学业还是生活中，我们都要勇敢的去学习新的知识，养成独立思考的能力。勇敢的认识到自己的不足，及时地改正不足从而完善自我。虽然说这个设计还存在很多不足，但在准备的这几个月里我学到的东西使我终身受益。

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