劉 俊，郭祖江

沈陽化工大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧沈陽 110142

近幾年來，Android平臺游戲、iPhone平臺游戲以及Web的網(wǎng)頁游戲迅猛發(fā)展，已經(jīng)成為帶動游戲產(chǎn)業(yè)發(fā)展的中堅力量。遺憾的是目前除了少數(shù)的作品成功外，大部分的游戲?qū)傩麄鞴萃笥谄鋬?nèi)容品質(zhì)，加之玩家體驗游戲時，對游戲的沉浸感和操作性的要求也逐漸提高。在這種局面下，3D游戲成為當(dāng)前游戲的發(fā)展熱點。而本文所采用的Unity3D游戲引擎提供了創(chuàng)造高質(zhì)量的3D游戲和真實視覺效果的核心技術(shù)，為開發(fā)3D游戲提供了強大的驅(qū)動力。

本文基于Unity3D游戲引擎，研究游戲中AI設(shè)計過程的主要思路和主要算法實現(xiàn)，通過高效復(fù)雜的AI系統(tǒng)以及特定的shaderLab(著色器)編程開發(fā)一款基于Unity3D的3D塔防類游戲，使之具備豐富的畫面而且保證游戲運行的流暢度。實踐證明，本文所討論的關(guān)鍵技術(shù)可以應(yīng)用于增強現(xiàn)實、游戲開發(fā)等多個領(lǐng)域，具有一定的實際應(yīng)用價值。

1 游戲場景

塔防游戲的基本玩法比較類似，在場景中我方有一個基地，敵人從場景的一側(cè)出發(fā)，沿著相對固定的路線攻打基地。我方可以在地圖上布置防守單位，攻擊前來進攻的敵人，防止他們闖入基地。

本游戲的場景通常比較簡單，就像一個棋盤格，可以在上面擺放防守單位，并專門留給敵人一個通道。在本游戲中，使用二維數(shù)組來表示場景中的格子，每個格子只有兩種狀態(tài)，允許擺放防守單位或不允許。

這是一個使用Terrain制作的簡單場景，場景中間繪制了一條通道，敵人將從通道的左側(cè)出發(fā)，目的地是通道右側(cè)的房子，它是我們的基地。在通道以外的地方我們可以設(shè)置防守單位進攻敵人

塔防游戲的場景游戲固定的模式，它由一個二維的單元格組成，每個格子的用途可能不同，通常是下列用途之一：

1）專用于擺放防守單位。

2）無法擺放防守單位，也不允許敵人通過。

3）專用于敵人通過。

攝像機始終由上至下俯視游戲場景，按 住鼠標(biāo)左鍵并移動可以移動攝像機的位置。

2 AI系統(tǒng)的實現(xiàn)

在BuildMap函數(shù)中，首先創(chuàng)建保存場景信息的二維數(shù)組，默認每個單元格都是可以擺放防守單位。然后在當(dāng)前場景中找到所有Tag名為gridnode的游戲體，將其屬性賦予和它位置相同的單元格。

在OnDrawGizmos函數(shù)中，我們使用線段繪制場景中的單元格，并將不能放置防守單位的單元格繪制為紅色，這個功能主要是幫助我們預(yù)覽場景單元格的狀態(tài)。在OnDrawGizmos中繪制的圖案并不會出現(xiàn)在最后的游戲界面中。

我們創(chuàng)建一個游戲管理器GameManager函數(shù)，它由幾個作用，包括UI顯示，控制鼠標(biāo)操作和顯示調(diào)試信息等。

正在塔防游戲中，敵人通常不需要智能尋路，而是按照一條預(yù)設(shè)的路線行動。我們?yōu)閿橙藙?chuàng)建一條前進路線，這條路線是預(yù)設(shè)的，敵人將從一個路點到達另一個路點，在PathNode腳本中，主要是通過SetNext函數(shù)設(shè)置它的子路點。

圖1 是否可以擺放防守單位的單元格

圖2 路點

敵人一共有兩種，一種在陸地上前進，另一種則會飛行。我們將先創(chuàng)建前一種，然后繼承它的大部分屬性和函數(shù)，略加修改完成另一種。在Enemy腳本中，定義了敵人的一些基本屬性，如生命值、移動速度、類型等，它由一個路點屬性作為當(dāng)前的出發(fā)點。在其MoveTo函數(shù)中，敵人向當(dāng)前路點的子節(jié)點前進，當(dāng)距離子路點較近時，即將子路點作為當(dāng)前路點，再向下移個路點前進。注意這里計算敵人與子路點的距離時沒有計算Y軸，因為我們希望空中的敵人飛到路點上方即認為是到達該路點。當(dāng)敵人走到最后的路點，即是到達我方基地，銷毀自身，并使基地減少一點生命值。接下來創(chuàng)建另一個飛行敵人的腳本AirEnemy，它繼承了Enemy腳本的大部分功能，只添加一個Fly函數(shù)，作用是當(dāng)高度小于2時向上飛行。

敵人生成器（EnemySpawner）：塔防游戲的敵人通常是成批出現(xiàn)，一波接著一波，因為敵人數(shù)量眾多，所以需要一個生成器按預(yù)先設(shè)置的順序生成不同的敵人。為了提高工作效率，我們將在Excel中設(shè)置每一波出現(xiàn)的敵人，然后將其導(dǎo)出為XML格式，敵人生成器讀取這個XML文件，按其設(shè)置生成敵人。實際上我們也可以在Unity的Inspector窗口設(shè)置組件的數(shù)值，但對于一個復(fù)雜的項目來說，這么做會使項目的維護變得困難，而游戲策劃又偏愛使用Excel表格，所以可以先在Excel中設(shè)置數(shù)據(jù)，再將其導(dǎo)入Unity，這會是一個非常好的選擇。

本游戲中唯一的防守單位是個袍塔（Defender），我們先準備一個ArrayList，將所有敵人遍歷都存進去，這樣很容易查找到任何一個敵人，當(dāng)敵人進入它的攻擊范圍便會開火。在這個腳本中，F(xiàn)indEnemy函數(shù)主要用于查找進入其攻擊范圍的敵人，然后在這些敵人中再選出一個生命值最低的敵人作為目標(biāo)敵人。Attack函數(shù)向敵人攻擊，這里只是很簡單地調(diào)用了敵人的SetDamage函數(shù)減少敵人的生命值。當(dāng)創(chuàng)建了一個防守單位后，它所處的單元格則被當(dāng)前防守單位占據(jù)，不能再創(chuàng)建其他東西，因此我們在Start函數(shù)中改變了防守單位所處單元格的屬性。

生命條（LifeBar）：敵人在受到攻擊的時候，生命條可以顯示它受到多少傷害，和提示它的剩余生命值。在Project窗口的Rawdata/Lifebar目錄下引入了一個LifeBar.fbx文件，這是一個普通的平面模型，并附有一張貼圖，貼圖由簡單的黃色和紅色組成，我們將使用改變模型UV的方式，使黃色表示剩余生命值，紅色表示失去的生命值。

在LifeBar腳本中，Ini函數(shù)負責(zé)初始化，主要是獲取生命條模型的UV。在UpdateLife函數(shù)中，我們根據(jù)當(dāng)前生命值和最大生命值計算出一個比例，然后調(diào)用Pad函數(shù)左右移動UV的位置，當(dāng)生命值越低，黃色顯示的越少，紅色顯示的越多。SetPosition函數(shù)負責(zé)設(shè)置生命條的位置，因為生命條始終要伴隨鄉(xiāng)音敵人的移動，并出現(xiàn)在它的上方，所以這個函數(shù)設(shè)置了一個yoffset參數(shù)，使生命條的位置向上偏移一定距離。

3 UV旋轉(zhuǎn)紋理動畫shaderLab

shaderLab主要用Cg語言來開發(fā)。Cg語言（C for Graphics）是為GPU編程設(shè)計的高級著色器語言，由NVIDIA公司開發(fā)。Cg極力保留C語言的大部分語義，并讓開發(fā)者從硬件細節(jié)中解脫出來，Cg同時也有一個高級語言的其他好處，如代碼的易重用性，可讀性得到提高，編譯器代碼優(yōu)化。下段代碼實現(xiàn)了圖片中紋理自動旋轉(zhuǎn)的功能。

此處用到圖形旋轉(zhuǎn)三角函數(shù)數(shù)學(xué)公式

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

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

其中x，y表示物體相對于旋轉(zhuǎn)點旋轉(zhuǎn)angle的角度之前的坐標(biāo)，x1，y1表示物體旋轉(zhuǎn)angle后相對于旋轉(zhuǎn)點的坐標(biāo)。

4 游戲?qū)崿F(xiàn)

4.1 代碼實現(xiàn)

Unity3D游戲引擎能夠快速開發(fā)，并具有高的擴展性，其腳本不僅支持JavaScript，而且支持C#，還支持C編寫的DLL插件，可以提高代碼的重復(fù)使用率。本文主要采用Cg語言開發(fā)ShadeLab， C#語言開發(fā)游戲C#由Unity3D的腳本默認繼承自MonoBehavior，而MonoBehavior來源于Mono框架（屬于.Net的跨平臺框架）。

圖3 生命條UV貼圖

圖4 自動轉(zhuǎn)輪在場景中的顯示

圖5 自動轉(zhuǎn)輪的UV貼圖

4.2 游戲展示

本文實現(xiàn)了一個塔防類游戲，玩家可以通過鍵盤鼠標(biāo)控制角色在場景中進行自由游戲。

我方基地有10點生命值，敵人攻入基地一次減少1點生命值，當(dāng)生命值為零，游戲失敗。敵人以波數(shù)的形式向我方基地進攻，每波由若干敵人組成。在這個實例中，一共有10波，當(dāng)成功擊退敵人10波的進攻則游戲勝利。

圖6 游戲運行過程

敵人有兩種，一種是在陸地上行進的裝甲車，一種是飛行在空中的飛行器。每消滅一個敵人 獲取一定點數(shù)，點數(shù)用于創(chuàng)建防守單位。

我們這里只完成一種基本類型的防衛(wèi)單位，它是炮塔，一旦敵人進入它的攻擊范圍便會開火，同時每新建一個防守單位也會扣除一定點數(shù)以期望用最少的炮塔消滅最多的敵人為分數(shù)高。

圖7 游戲運行過程

[1]盧金浩，張帥，伍傳敏.三明學(xué)院信息工程學(xué)院.

[2]Unity Technologies ，Unity 4.x從入門到精通.中國鐵道出版社.

[3]宣雨松.Unity3D游戲開發(fā).人民郵電出版社.