基于VR技术的星际大战游戏设计与实现

张玉芹，龙元明，张洋

摘 要：VR技术，又称虚拟现实技术，其特征与数字媒体设计学科有着非常紧密的联系。文章基于引导学生从游戏的策划、脚本创作、美工制作、程序制作、特效制作等跨美工、程序专业合作一款完整的VR游戏，主要从程序编辑角度在VR游戏制作过程之中对其沉浸性、逼真性等方面进行探索与尝试。

关键词：次世代;虚拟现实;体感游戏

近年来，VR技术在现实生活中的应用越来越多，尤其是在游戏行业，VR技术完美地契合了电子游戏的设计与体验需求，因此，其在游戏领域有着极大的发展空间与良好的前景。VR技术的仿真性、代入感吸引了越来越多人的注意，尤其对于游戏玩家而言，VR游戏的体验是传统屏幕游戏无法提供的，各大游戏厂商也纷纷将目光投向了VR游戏领域，从而促进VR游戏的不断发展[1]。

本项目旨在引导学生从游戏的策划、脚本创作、美工制作、程序制作、特效制作等跨美工、程序专业合作一款完整的VR游戏，让学生在VR游戏制作过程之中能够对其沉浸性、逼真性等方面进行探索与尝试。文章将从程序角度重点分析基于Unity平台游戏的设计与实现。

1 游戏对象特征分析

人们对未来世界总是充满好奇和幻想，尤其是对无法触及的宇宙和星际。构思阶段时，小组对游戏市场做了一定的调研，在目前已知的VR游戏中，最受欢迎的还是射击类游戏。射击游戏（Shooter Game，STG）是用枪械、载具等工具进行并完成“射击动作”的游戏，统称在动作游戏的大范畴中，为了和一般动作游戏进行区分，强调只有利用“射击”途径完成目标的游戏才会被称为射击游戏。游戏的核心是“射击”，如何迅速击中、击杀目标是游戏最核心的点。通常来说，剧情出色、沉浸感强、内容丰富、对抗性强是射击类游戏的主要特点。

项目组对市场中的射击类游戏进行了分析和总结。目前射击游戏可按视觉分为两类，分别为第一人称（First Person，FPS）以及第三人称（Third Person，TPS）。FPS的主要特点是临场感强，视觉冲击力增强了游戏主动性和真实性。TPS的主要特点是角色人物可见，主要强调游戏中的动作感。在第三人称中，玩家可以在游戏画面中看见自己的身体，并突出射击动作的体现。

那么射击游戏吸引力来源究竟在哪？这一点对于设计的这款射击类游戏能否引人入胜起着至关重要的作用。项目团队从设计理念出发分析了市场较火的几十款射击游戏，总结出以下几点。

1.1 简单的暴力

优秀的工具具有的特点：通俗易懂，易上手，操作不繁琐，枪械只需要装弹、上膛、解除保险、瞄准目标、击发，可以在短时间内进行并且极易上手。

1.2 出色的沉浸感与高效的情绪释放

（1）出色的沉浸感。第一人称带来的沉浸感与第三人称不同，可以让用户完全融入角色中。

（2）高效的情绪释放。虚拟世界中的战斗不同于现实世界，通过虚拟的行为可以对现实世界的情绪进行释放，通过释放压力及肾上腺素达到心理满足。

2 游戏整体框架设计

本款游戏是使用Unity3D引擎开发的，接收美术提供的资源后，在Unity中先将游戏场景搭建起来，然后导入SteamVR插件，准备工作完成后，开始游戏逻辑玩法的实现。此款游戏运用HTC VIVE作为游戏的控制设备，玩家通过肢体运动来控制游戏中角色的动作，用手柄控制器完成射击、触碰、拾取等动作，使玩家能够全身心地沉浸到游戏中。根据游戏的内容和关卡的设定，主要设计出以下几大交互模块：射线发射以及碰撞检测模块、语音模块、特效模块、镜头移动模块（瞬移）、实例化模块（敌人以及玩家发射的子弹等）、物理属性及碰撞检测、记录数据模块、文字提示模块、玩家的控制模块（移动）、关卡场景的切换、销毁模块。整体框架主要分为：美术开发、程序开发、游戏场景与UI搭建、角色程序设计、VR系统配置[2]。

3 游戏的设计实现方法

3.1 游戏场景搭建

Unity3D引擎提供了多种便于搭建场景的功能[3]。利用好prefab预设，将会使开发人员更快速地搭建游戏场景。另外，在搭建场景之前，规划好游戏场景也是一个必要的步骤。因为场景搭建的元素及步骤较多，这里仅列举1～2项元素进行阐述。

3.1.1 学会用合理的目录结构

首先，在Unity目录中要保持良好的目录结构，在上面的目录结构中，Material是模型的材质，Mesh（网格）是从3D建模软件中导入的模型。因为其没有碰撞体和Untiy中的PBR材质，所以需要对其进行碰撞体的添加和贴上材质。添加完材质之后，将这些做好的物体拖动到Prefabs中保存为预设，以便下次使用。在Scene中主要保存的是游戏中的场景文件，而Texture中则是材质的贴图，如PNG，JPG等贴图文件，是构成PBR材质的主要部分[4]。

3.1.2 合理增加碰撞體的策略

在Unity引擎中，可以使用自带的Box Collider碰撞体、Sphere Collider碰撞体等模拟简单物体的碰撞。但遇到一些特殊物体的时候，需要使用碰撞体来组合，用来模拟其表面。在一些复杂的物体中，使用Mesh Collider碰撞体往往会偏离预想。

3.2 SteamVR的整理和运用

SteamVR是Unity中的一个插件，其主要功能是配合使用HTC VR设备。制作时运用两个示例场景中的功能进行自主搭配，合成自己想要的功能。了解两个示例场景的代码，分析其中的事件监听机制后进行整理，代码生成可视射线，然后进行射线检测，再触发各种事件[5]。

3.3 游戏逻辑实现部分代码展示

整个游戏的主体是逻辑层的体现，游戏的结构主要分为几大块。

3.3.1 UI交互

交互所使用的方法是射线检测，在手柄上设置了一条射线，射线检测的路线就是其路线，每次扣动扳机，射线检测就会检测到射线的落点，落点是什么物体就会传进物体名称作为参数，并且对物体进行判断，作出相应的反应。

3.3.2 物体交互

因为UI交互、物体交互、移动系统都涉及射线检测，所以是要判断其区别的。UI交互和物体交互只需要判断名字就可以采取相应的行为，而移动系统除了需要判断落点名字之外还需要记录落点位置信息，从而使相机移动到相应的位置，完成位置移动的效果。

3.3.3 计时系统

计时系统是用来记录射击时间的，但是它是暗中计时，并没有具体的视觉表现，定义一个数值，让其在开始射击时累加每一帧的时间，即累加Time.deltatime，结束时停止累加并保存数值，这样就可以记录下射击的时间。

3.3.4 评分系统

评分系统代码如图1所示。

图1 玩家移动得分代码

评分系统就是把射击时间与标准时间拿来比较，然后根据所设定的规则打分，标准时间是30 s，射击时间在10 s内的话，每多一秒就加一分。超过10 s的话，按50%的速率从10分开始减分。玩家的移动是通过按压触摸板发射射线与地面碰撞，检测到碰撞点，然后将玩家瞬移到该位置点实现，该部分是插件自带的功能，只需要在需要移动的地面上添加碰撞盒。

4 实践反思和展望

在这个实践过程中，美工和程序跨专业的合作让学生们体验到了一个完整的项目流程，整个游戏最终能够实现，但是通过后续的不断试玩，也总结出了一些问题：

（1）武器的转换延迟。在试玩过程中发现武器变换的时候有明显的卡顿。（2）镭射炮的蓄力时间过长。镭射炮的蓄力时间过长也有一个好处，因为镭射炮攻击性强，所以如果一直使用，这个游戏也就缺少成就感。（3）趣味性有待加强。由于时间的问题，游戏最后只呈现了一个大关卡，把全部侵入者消灭完游戏就结束了，所以，趣味性上有些折扣。

5 结语

未来随着科技的进步，VR技术及设备都会越来越强大，给我们带来更好的感官和体验，也给行业和从业人员提出更多的要求。应该不断学习、不断更新探索当前先进技术，并将这些应用在教学过程当中，这样才能更好地提升教学过程中学生的学习和创新能力，提升学习者的团队精神。

基金项目：江苏省高职院校青年教师企业实践培训资助项目;项目编号：2019QYSJ138。

作者简介：张玉芹（1982— ），女，江苏南京人，讲师，硕士;研究方向：游戏设计，虚拟现实，交互设计等。

[参考文献]

[1]刘向群，郭雪峰，钟威，等.VR/AR/MR开发实战：基于Unity与UE4引擎[M].北京：机械工业出版社，2017.

[2]卢博.VR虚拟现实研究：商业模式+行业应用+案例分析[M].北京：人民邮电出版社，2016.

[3]王寒，曾坤，张义红.Unity AR/VR开发：从新手到专家[M].北京：机械工业出版社，2017.

[4]向春宇.VR、AR与MR项目开发实战[M].北京：清华大业出版社，2018.

[5]保罗·米利.虛拟现实VR和增强现实AR从内容应用到设计[M].北京：人民邮电出版社，2019.

Design and implementation of Star Wars Game based on VR technology

Zhang Yuqin， Long Yuanming， Zhang Yang

（Nanjing Vocational College of Information Technology， Nanjing 210046， China）

Abstract：VR technology， also known as virtual reality technology， its characteristics are closely related to the subject of digital media design. This paper is based on guiding students from the planning of games， script creation， art production， programming， special effects production and other cross-art， program professional cooperation of a complete VR game， mainly from the point of view of program editing in the process of VR game production immersion， fidelity and other aspects of exploration and attempt.

Key words：next generation; virtual reality; somatosensory game