3D Computer Game Programming-Note 5

1、编写一个简单的鼠标打飞碟（Hit UFO）游戏

  • 游戏内容要求：
    • 游戏有 n 个 round，每个 round 都包括 10 次 trial；
    • 每个 trial 的飞碟的色彩、大小、发射位置、速度、角度、同时出现的个数都可能不同。它们由该 round 的 ruler 控制；
    • 每个 trial 的飞碟有随机性，总体难度随 round 上升；
    • 鼠标点中得分，得分规则按色彩、大小、速度不同计算，规则可自由设定。
  • 游戏的要求：
    • 使用带缓存的工厂模式管理不同飞碟的生产与回收，该工厂必须是场景单实例的！具体实现见参考资源 Singleton 模板类
    • 近可能使用前面 MVC 结构实现人机交互与游戏模型分离

【游戏设计】

  1. 游戏规则：
  2. · 在飞碟飞过时点击鼠标左键，尽可能击中更多的飞碟
  3. · 游戏共分四个轮次，随着游戏的进行难度逐渐增加，具体表现为飞碟飞行速度的提升和飞行角度的变化
  4. · 不同颜色的飞碟得分不同，击中难度也不同

【结构设计】

  参考游戏牧师与魔鬼（动作分离版）的 MVC 架构，保留SSDirector，SSAction和SSActionManager 等，重复部分略过不表。

  使用带缓存的工厂模式管理飞碟，要求：

  • DiskFactory 类是一个单实例类，用前面场景单实例创建
  • DiskFactory 类有工厂方法 GetDisk 产生飞碟，有回收方法 Free（Disk）
  • DiskFactory 使用模板模式根据预制和规则制作飞碟
  • 对象模板包括飞碟对象与飞碟数据

  借助课程主页的设计图，设计程序的 UML图：

Unity-与游戏世界交互 - 图1

【编程实现】

  • Singleton.cs: 模板类，可以为每个 MonoBehaviour 子类创建一个对象的实例
  1. public class Singleton<T> : MonoBehaviour where T : MonoBehaviour {
  2.     protected static T instance;
  4.     public static T Instance {
  5.         get {
  6.             if (instance == null) {
  7.                 instance = (T)FindObjectOfType(typeof(T));
  8.                 if (instance == null) {
  9.                     Debug.LogError("An instance of " + typeof(T) +
  10.                     " is needed in the scene, but there is none.");
  11.                 }
  12.             }
  13.             return instance;
  14.         }
  15.     }
  16. }
  • DiskData.cs: 记录飞碟数据，包括飞碟的类型、对应得分等，挂载到预制上时可以实现自定义组件
  1. public class DiskData : MonoBehaviour {
  2.     public int type = 1;
  3.     public int score = 1;                               
  4.     public Color color = Color.white;                    
  5. }
  • DiskFactory.cs: 提供工厂方法 GetDisk 产生飞碟以及 FreeDisk 回收飞碟
  1. public class DiskFactory : MonoBehaviour {
  2.     private List<DiskData> used;
  3.     private List<DiskData> free;
  5.     void Start() {
  6.         used = new List<DiskData>();
  7.         free = new List<DiskData>();
  8.     }
  10.     public GameObject GetDisk(int type) {
  11.         GameObject disk = null;
  12.         if (free.Count > 0) {
  13.             for (int i = 0; i < free.Count; i++) {
  14.                 if (free[i].type == type) {
  15.                     disk = free[i].gameObject;
  16.                     free.Remove(free[i]);
  17.                     break;
  18.                 }
  19.             }
  20.         }
  22.         float random_y = Random.Range(-3f, 1f);
  23.         float random_x = Random.Range(-1f, 1f) < 0 ? -1 : 1;
  24.         if (disk == null)
  25.             disk = Instantiate(Resources.Load<GameObject>("Prefabs/disk"+type), new Vector3(0, -20f, 0), Quaternion.identity);
  26.         disk.transform.position = new Vector3(random_x * 20f, random_y, 0);
  27.         disk.GetComponent<Renderer>().material.color = disk.GetComponent<DiskData>().color;
  28.         used.Add(disk.GetComponent<DiskData>());
  29.         disk.SetActive(true);
  30.         return disk;
  31.     }
  33.     public void FreeDisk(GameObject disk) {
  34.         for (int i = 0; i < used.Count; ++i) {
  35.             if (disk.GetInstanceID() == used[i].gameObject.GetInstanceID()) {
  36.                 used[i].gameObject.SetActive(false);
  37.                 used.Remove(used[i]);
  38.                 free.Add(used[i]);
  39.                 break;
  40.             }
  41.         }
  42.     }
  44.     public void Reset() {
  45.         for (int i = 0; i < used.Count; i++) {
  46.             if (used[i].gameObject.transform.position.y <= -20f) {
  47.                 free.Add(used[i]);
  48.                 used.Remove(used[i]);
  49.             }
  50.         }
  51.     }
  52. }
  • FlyActionManager.cs: 管理飞碟的飞行，场景控制器可以通过该管理器使飞碟按照一定的角度和速度飞行
  1. public class FlyActionManager : SSActionManager {
  2.     public DiskFlyAction flyAction;  
  3.     public FirstController sceneController;           
  5.     protected void Start() {
  6.         sceneController = (FirstController)SSDirector.GetInstance().CurrentSceneController;
  7.         sceneController.actionManager = this;     
  8.     }
  10.     public void DiskFly(GameObject disk, float angle, float speed) {
  11.         int direction = (disk.transform.position.x > 0) ? -1 : 1;
  12.         flyAction = DiskFlyAction.GetSSAction(direction, angle, speed);
  13.         this.RunAction(disk, flyAction, this);
  14.     }
  15. }
  • DiskFlyAction.cs: 使用旋转实现飞行。当飞碟到达指定的水平面时动作结束
  1. public class DiskFlyAction : SSAction {
  2.     public float gravity = -0.2f;
  3.     private Vector3 speed;
  4.     private Vector3 gravityVector = Vector3.zero;
  5.     private Vector3 angle = Vector3.zero;
  6.     private float time;
  8.     private DiskFlyAction() { }
  9.     public static DiskFlyAction GetSSAction(int direction, float angle, float speed) {
  10.         DiskFlyAction action = ScriptableObject.CreateInstance<DiskFlyAction>();
  11.         if (direction == -1) {
  12.             action.speed = Quaternion.Euler(new Vector3(0, 0, -angle)) * Vector3.left * speed;
  13.         }
  14.         else {
  15.             action.speed = Quaternion.Euler(new Vector3(0, 0, angle)) * Vector3.right * speed;
  16.         }
  17.         return action;
  18.     }
  20.     public override void Start() { }
  22.     public override void Update() {
  23.         time += Time.deltaTime;
  24.         gravityVector.y = gravity * time;
  26.         transform.position += (speed + gravityVector) * Time.fixedDeltaTime;
  27.         angle.z = Mathf.Atan((speed.y + gravityVector.y) / speed.x) * Mathf.Rad2Deg;
  28.         transform.eulerAngles = angle;
  30.         if (this.transform.position.y < -20f) {
  31.             this.destroy = true;
  32.             this.callback.SSActionEvent(this);      
  33.         }
  34.     }
  35. }
  • ScoreRecorder.cs: 记分员，根据飞碟的数据计分，提供对计分表的读写
  1. public class ScoreRecorder : MonoBehaviour {
  2.     private int score;
  4.     void Start () {
  5.         score = 0;
  6.     }
  8.     public void Record(GameObject disk) {
  9.         score += disk.GetComponent<DiskData>().score;
  10.     }
  12.     public int GetScore() {
  13.         return score;
  14.     }
  16.     public void Reset() {
  17.         score = 0;
  18.     }
  19. }
  • IUserAction.cs: 提供用户交互事件的接口，包括击中飞碟、重新开始游戏等
  1. public interface IUserAction
  2. {
  3.     void Hit(Vector3 position);
  4.     void ReStart();
  5.     int GetScore();
  6.     int GetRound();
  7.     bool isGameOver();
  8.     void GameOver();
  9. }
  • FirstController.cs: 场景控制器，管理飞碟和计分表等对象及相关事件
  1. public class FirstController : MonoBehaviour, ISceneController, IUserAction {
  2.     public FlyActionManager actionManager;
  3.     public DiskFactory diskFactory;
  4.     public ScoreRecorder scoreRecorder;
  6.     private int round = 1;                                                  
  7.     private int trial = 0;                                             
  8.     private bool running = false;
  9.     private int count = 0;
  11.     void Start () {
  12.         SSDirector.GetInstance().CurrentSceneController = this;
  13.         diskFactory = Singleton<DiskFactory>.Instance;
  14.         scoreRecorder = Singleton<ScoreRecorder>.Instance;
  15.         gameObject.AddComponent<FlyActionManager>();
  16.         gameObject.AddComponent<UserGUI>();
  17.     }
  19.     void Update () {
  20.         if(running) {
  21.             count++;
  22.             //用户按下鼠标左键时进行hit事件处理
  23.             if (Input.GetButtonDown("Fire1")) {
  24.                 Hit(Input.mousePosition);
  25.             }
  27.             //根据游戏轮次设计飞碟的类型和发射速率
  28.             int speed = 300 - round * 50;
  29.             if (count >= speed)
  30.             {
  31.                 count = 0;
  32.                 float rand;
  33.                 switch (round)
  34.                 {
  35.                     case 1:
  36.                         SendDisk(1);
  37.                         break;
  39.                     case 2:
  40.                         rand = Random.Range(0, 1f);
  41.                         if (rand < 0.6f)
  42.                             SendDisk(1);
  43.                         else
  44.                             SendDisk(2);
  45.                         break;
  47.                     case 3:
  48.                         rand = Random.Range(0, 1f);
  49.                         if (rand < 0.4f)
  50.                             SendDisk(1);
  51.                         else if (rand < 0.8f)
  52.                             SendDisk(2);
  53.                         else
  54.                             SendDisk(3);
  55.                         break;
  57.                     case 4:
  58.                         rand = Random.Range(0, 1f);
  59.                         if (rand < 0.2f)
  60.                             SendDisk(1);
  61.                         else if (rand < 0.5f)
  62.                             SendDisk(2);
  63.                         else
  64.                             SendDisk(3);
  65.                         break;
  67.                     default:
  68.                         break;
  69.                 }
  70.                 trial += 1;
  71.                 if (trial == 10)
  72.                 {
  73.                     if (round == 4)
  74.                     {
  75.                         running = false;
  76.                     }
  77.                     else
  78.                     {
  79.                         round += 1;
  80.                         trial = 0;
  81.                     }
  82.                 }
  83.             }
  84.             diskFactory.Reset();
  85.         }
  86.     }
  88.     public void LoadResources() {
  89.         diskFactory.GetDisk(round);
  90.         diskFactory.Reset();
  91.     }
  93.     private void SendDisk(int type) {
  94.         GameObject disk = diskFactory.GetDisk(type);
  96.         float speed = 0;
  97.         float angle = 0;
  98.         if (type == 1)
  99.         {
  100.             speed = Random.Range(5f, 10f);
  101.             angle = Random.Range(10f, 14f);
  102.         }
  103.         else if (type == 2)
  104.         {
  105.             speed = Random.Range(8f, 13f);
  106.             angle = Random.Range(12f, 16f);
  107.         }
  108.         else
  109.         {
  110.             speed = Random.Range(13f, 18f);
  111.             angle = Random.Range(16f, 20f);
  112.         }
  113.         actionManager.DiskFly(disk, angle, speed);
  114.     }
  116.     //处理hit事件
  117.     public void Hit(Vector3 position) {
  118.         Ray ray = Camera.main.ScreenPointToRay(position);
  119.         RaycastHit[] hits;
  120.         hits = Physics.RaycastAll(ray);
  121.         for (int i = 0; i < hits.Length; i++) {
  122.             RaycastHit hit = hits[i];
  123.             if (hit.collider.gameObject.GetComponent<DiskData>() != null) {
  124.                 scoreRecorder.Record(hit.collider.gameObject);
  125.                 hit.collider.gameObject.transform.position = new Vector3(0, -20f, 0);
  126.             }
  127.         }
  128.     }
  130.     public int GetScore() {
  131.         return scoreRecorder.GetScore();
  132.     }
  134.     public int GetRound() {
  135.         return round;
  136.     }
  138.     public bool isGameOver()
  139.     {
  140.         return round == 4 && trial == 10;
  141.     }
  143.     public void ReStart() {
  144.         running = true;
  145.         scoreRecorder.Reset();
  146.         diskFactory.Reset();
  147.         round = 1;
  148.         trial = 1;
  149.     }
  151.     public void GameOver() {
  152.         running = false;
  153.     }
  154. }

【游戏效果】

Unity-与游戏世界交互 - 图2

Unity-与游戏世界交互 - 图3

Unity-与游戏世界交互 - 图4

【动态展示】

  🔗视频链接

2、编写一个简单的自定义 Component （选做）

  • 用自定义组件定义几种飞碟，做成预制
    • 实现自定义组件，编辑并赋予飞碟一些属性

  使用 Sphere 和 Capsule 组合制作预制如下：

  1.    ![](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2020/png/2589459/1603882158743-1a47a714-13b2-486f-8fa1-630ac70e2bf9.png#align=left&display=inline&height=127&margin=%5Bobject%20Object%5D&originHeight=127&originWidth=287&size=0&status=done&style=none&width=287)

  在预制上挂载 DiskData.cs，即可编辑飞碟的属性：类型、得分和颜色：

  1.    ![](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2020/png/2589459/1603882158561-1b2d1a6a-4318-4a1a-b922-67b7f98a2421.png#align=left&display=inline&height=463&margin=%5Bobject%20Object%5D&originHeight=463&originWidth=596&size=0&status=done&style=none&width=596)

  🔗项目地址