基于Unity 網絡游戲開發技術的研究與實現

王 洋 王元鴻 胡志慧*

（湖北汽車工業學院 電氣與信息工程學院，湖北 十堰 442000）

中國游戲市場持續增長，用戶體量進入存量博弈。中國游戲市場規模在過去的幾年保持高速增長，行業銷售規模逐年有明顯突破。與此同時，游戲在不同平臺中發行的頻率越來越高，從客戶端到網頁端，從網頁端到移動端，越來越多的平臺對游戲行業的支持變得友好。高速高頻的移動處理器，速度快、延遲低的5G 網絡，這些先進的科技催生出越來越多的游戲，在此其中，網絡游戲也得以有更好的游玩體驗。因此游戲行業在中國會成為互聯網產業的重頭，將會帶來持久的經濟發展和良好的就業前景。

游戲開發在各國都有很大的技術和游戲交流圈，每當有游戲發布或預熱宣傳，都會引起一次不小的討論，這會涉及到游戲開發技術的運用和硬件技術突破。游戲開發不僅有計算機專業人才研究，也需要藝術、文學、哲學以及數學工作者的參與，游戲美術描繪了游戲表現、游戲音樂烘托游戲氛圍、心理學哲學洞悉玩家內心、游戲文學闡述玩家游戲情節，數學模型用以提升游玩反饋。諸多行業參與進游戲開發，所以這個行業作為IT 行業是一個融合技術與藝術的熱門行業。

1 游戲插件

本文開發研究的網絡游戲基于Unity 引擎實現，它具有強大的圖形接口和資源優化方案，豐富的游戲資源和功能性插件。Unity 采用組件模式開發，一般開發模式完全基于代碼實現，與虛幻4 的藍圖比較上手容易、進階難，要實現復雜效果耗時較長[1]。雖然自身也有一些集成開發功能，但也得依賴于現有的插件。其中為了解決高級效果的開發時長問題，一般會采用發布版的插件。

1.1 卡通著色器

“unity-chan! ”和“RealToon”這兩款資源包中包含了二次元次時代卡通渲染，當前游戲中的主要角色模型都使用其中的著色器進行渲染的。上述的MMD4Mecanim 插件基礎著色器也是基于“unity-chan!”插件實現的[2]。圖1 將模型的顏色進行梯度區分，去掉高光和投影色，通過渲染最主要的關鍵特征，包括不同于真實感渲染的藝術化光影效果以及輪廓描邊，并將物體受光照的顏色從多色階降到低色階，減少顏色的豐富程度。

圖1 卡通著色器效果圖

1.2 毛發物理

在“unity-chan!”插件中，實現了頭發隨運動者的物理狀態進行自由擬真擺動，同時實現了毛發體積碰撞，在理想情況下可以防止頭發和身體的碰撞器穿模。該插件組件參數調整起來難度很大，完全模擬毛發物理效果還是比較難的。

1.3 動態天氣系統

系統的一些較為開放的場景采用了“TENKOKU Dynamic Sky”插件，該插件通過豐富的參數設置非常方便的實現了動態天氣系統，會根據時間和時間縮放來隨意控制天氣變化。插件同時實現了天氣變化帶來的環境變化，包括了光照變化、太陽光運動陰影變化、環境音效、隨機天氣效果等技術。其中使用了動態的天空盒來計算光照角度和云霧變化，同時雨水、雪花、風速效果并非是粒子特效，而是真實的物理效果，可以和游戲物體進行交互，圖2 為兩張同時間流逝下的天氣變化圖。

圖2 動態天氣效果對比圖

1.4 角色扮演攝像機系統

“Simple RPG Camera”這個插件是專門為RPG 游戲的攝像機設計的，3D 游戲的角色攝像機需要與角色操作進行綁定，使用基礎的攝像機和代碼控制會顯著增加系統耦合，因為攝像機系統受多個模塊操作影響，如技能釋放無法運動，打開UI 鎖定旋轉和鼠標等。該插件將這些操作分離出來，攝像機并非綁定在玩家身上，而是作為一個物品單獨存在，這樣在角色控制器上不必花太多的時間去寫攝像機邏輯，同時減少了控制層級邏輯代碼量和可控參數。

1.5 粒子特效集合

游戲中使用了大量的特效插件，包括卡通特效、魔法特效（帶動作集合）、武器拖尾特效等，增加游戲玩法和畫面表現。特效部分屬于美術模塊，這一塊的執行流程是先獲取大量的特效資源，之后根據需求篩選和調整特效。

2 游戲引擎技術

2.1 動畫控制器和融合樹

Unity 引擎中的動畫狀態機，使用“狀態模式”的設計模式來完整各個動作狀態的轉換，將代碼圖形化、更方便操作。

此外在一定情況下，玩家會同時處于多個狀態的融合，比如玩家會同時向后和左運動，或者向前跳起來，若使用代碼實現融合情況下的狀態模式，是非常復雜的，動畫控制器提供和狀態融合樹，如圖3。融合樹一般會有多個維度，一般提供1、2、3維度，每個維度需要提供相對于個數的參數，這些參數來控制當前狀態在哪些狀態之間。

2.2 反射組件和底層抽象

技能系統作為動作游戲中最為復雜的一部分，由于狀態很復雜，包含了技能動作、技能數值、技能釋放、特效跟隨、攻擊判定等多個流程，結合反射和抽象實現了多個職業的不同技能釋放和判定，并具有一定的拓展性和維護性，核心是反射添加組件和底層抽象。

圖3 狀態融合樹

結合輸入系統和技能快捷欄，系統可以很輕易地知道當前玩家釋放了哪種技能，結合之前的數據表配置，只需要知道玩家釋放的技能ID，就可以知道當前技能的全部信息，包括自定義的類名，通過名字組合（職業+技能類型名）得到當前技能類的名字，通過反射并讓技能類繼承祖MonoBehavior 就可以將技能作為組件添加到玩家預設上。

抽象出來的技能不分職業和數值，針對抽象進行設計，無非就是釋放和銷毀，而在釋放的過程中會有特效，所以將特效也抽象出來，每一個技能釋放時都會包含一個抽象的特效類，其都有派生類實現，在增加新的技能時，只需要繼承技能父類即可，并實現虛函數和抽象方法。

2.3 光子服務引擎

光子服務引擎采用配置形式啟動，將動態鏈接庫代碼寫入Windows 服務中，開發的服務端代碼在服務中運行的好處就是，避免狀態切換被系統進程關閉，運行更安全，可自由分配系統資源[4]。光子服務器自帶了日志系統，可以對不同的服務器進行分離式記錄，并按天對日志文件進行拆分管理，使用特有的日志軟件進行讀取。

3 結論

游戲開發技術不僅需要計算機相關研究人員，也需要藝術、文學、哲學以及數學工作者的參與，游戲美術描繪了游戲表現，游戲音樂烘托了游戲氛圍，心理學、哲學洞悉了玩家內心，游戲文學闡述了玩家游戲情節，數學模型用以提升游玩反饋。諸多行業參與進游戲開發，所以這個行業作為IT 行業是一個融合技術與藝術的熱門行業。