Unity 3D游戏关卡设计实训

本书以密室逃生游戏项目为主线，由浅入深讲解Unity软件知识，以原创案例为基础，理论和实践相结合，配套资源丰富，是创新类数字媒体教程。
 

使用Unity 5.x引擎来制作游戏关卡以及虚拟现实的美术场景。全书以“废弃仓库”密室逃生类游戏项目为主线，把项目知识点结合Unity软件知识点分解到12章里，将全面的理论知识与实例项目相结合，让学生由浅入深地学习制作游戏关卡的每个环节，通过项目的逐渐积累，学生*终完成整个“废弃仓库”游戏项目。*后还设计了一个综合项目实训——“艺创空间”虚拟漫游项目（数字艺术系学生优秀作品的展销平台），要求学习者在学完所有章节知识后独立完成，以检验学习效果及灵活运用知识的能力。

目录
项目导引1
第一篇游戏关卡设计理论篇
第1章游戏关卡设计71.1游戏关卡设计概述7
1.2游戏关卡设计的要素8
1.3游戏关卡设计的基本流程9
1.4优秀游戏作品赏析10
课后习题15
第2章Unity软件基础16
2.1Unity软件概述16
2.1.1Unity软件的特点16
2.1.2Unity发展史21
2.1.3Unity游戏产品介绍21
2.1.4Unity在其他领域的发展24
2.2Unity基础知识25
2.2.1Unity工具栏26
2.2.2Unity菜单栏27
2.2.3Project项目视图41
2.2.4Hierarchy层级视图43
2.2.5Inspector属性视图43
2.2.6Game游戏视图44
2.2.7Scene场景视图45
2.2.8Profiler分析器视图47
2.2.9Console控制台视图47
2.2.10Unity界面定制47
2.3项目拓展48
2.3.1Unity软件的下载方法48
2.3.2Unity软件的安装实践48
2.4Unity项目初体验51[1][2][1][3]课后习题52
第二篇游戏关卡设计入门篇
第3章游戏资源导入573.1模型资源的导入57
3.1.1三维软件介绍57
3.1.2模型资源导入前的单位设置60
3.2图片资源的导入60
3.2.1图片资源概述60
3.2.2图片资源的导入方法60
3.2.3图片资源的设置61
3.3音频资源的导入方法64
3.3.1Unity支持的音频格式64
3.3.2音频资源的导入设置64
3.4Unity资源商店66
3.5项目拓展66
3.5.1创建新项目，导入资源66
3.5.2图片资源的导入训练70
3.6项目实践71
课后习题72
第4章场景的基本构建73
4.1游戏场景的创建方法73
4.1.1游戏场景概述73
4.1.2游戏场景的创建方法73
4.2基本几何体的创建方法74
4.2.1标准几何体概述74
4.2.2基本几何体的创建方法75
4.3组件的创建方法76
4.3.1组件概述76
4.3.2添加组件的方法76
4.3.3组件的类型77
4.4脚本的创建方法80
4.4.1脚本资源包概述80
4.4.2脚本的创建方法81
4.5项目拓展——迷宫的设计与制作81
4.6项目实践83
课后习题84
第5章光源85
5.1光源概述85
5.2光源类型86
5.3光源属性86
5.4阴影属性87
5.5项目拓展88
5.6项目实践91
课后习题93
第6章摄像机94
6.1摄像机概述94
6.2摄像机的类型94
6.3摄像机的参数95
6.4项目实践97
课后习题98
第7章Terrain地形系统100
7.1地形系统概述100
7.2地形编辑器的创建及参数设置100
7.3项目实践110
课后习题116
第8章角色控制器117
8.1角色控制器概述117
8.2角色控制器的种类117
8.2.1第一人物控制器118
8.2.2第三人称控制器118
8.3角色控制器资源的导入方法120
8.4项目拓展120
8.5项目实践122
课后习题124
第9章添加细节125
9.1粒子特效系统125
9.1.1粒子特效概述125
9.1.2粒子系统的属性及参数设置125
9.2天空盒132
9.2.1天空盒概述132
9.2.2天空盒的创建及属性讲解132
9.2.3不同天气状况的天空盒的制作方法132
9.3雾效137
9.3.1雾效概述137
9.3.2雾效的参数讲解137
9.3.3雾效的添加方法137
9.4水系统137
9.4.1水系统概述137
9.4.2水系统的种类138
9.4.3水的创建方法138
9.5音效139
9.5.1音效概述139
9.5.2音效的属性设置139
9.6项目拓展140
9.7项目实践142
课后习题143
第三篇游戏关卡设计深入篇
第10章Shuriken粒子系统14710.1Shuriken粒子系统概述147
10.2粒子系统的属性设置149
10.3项目拓展157
10.4项目实践163
课后习题165
第11章Shader材质着色器166
11.1着色器概述166
11.2自带着色器介绍167
11.3自定义着色器介绍168
11.4项目拓展169
11.5项目实践172
课后习题174
第12章全局光照175
12.1全局光照概述175
12.2系统参数设置176
12.3项目拓展179
12.4项目实践181
课后习题184
第四篇综合项目实训
第13章“艺创空间”虚拟场景漫游项目18713.1“艺创空间”虚拟漫游项目的构思187
13.1.1“艺创空间”项目的背景调研187
13.1.2“艺创空间”项目的制作资料采集187
13.2“艺创空间”虚拟漫游项目的设计188
13.3“艺创空间”虚拟展示平台的实施与运行189
13.3.1项目实施要求189
13.3.2项目运行测试要求189
附录A“废弃仓库”游戏场景制作过程191
附录B课后习题答案206

前言
近年来，全球的游戏产业呈现一片欣欣向荣的景象。移动平台游戏的潜力非常大，更不能忽略的是VR产业的崛起。Unity引擎就是在这样的背景下应运而生的，它是由Unity Technologies公司开发的专业虚拟交互式引擎。在全球范围内，Unity占据了全功能游戏引擎市场45%的份额，居全球首位。Unity引擎制作的游戏吸引了全球六亿多玩家，目前用Unity创作的应用和游戏安装量高达250亿。
截至2015年，Unity的注册开发者超过450万，其中1/3是中国用户。怎样学好Unity引擎呢？有关Unity的英文技术资料很多，但中文资料相对匮乏，尤其是关于Unity场景美术的技术资料很少。本书在一定程度上补充了中文资料，从Unity软件基础讲起，结合大量实例训练，以提高学习者的实际应用能力。
本教材是国家教育部人文社科一般项目“数字艺术与增强现实的结合应用研究”的项目成果之一（项目编号为15YJC760077），同时也是2017年大连市科技之星项目“应用于教育培训领域的虚拟现实技术研究”（项目编号为2017RQ158）的研究成果之一。
1. 教材的基本信息
1) 适用对象
本书适用于数字艺术专业的游戏关卡设计和虚拟现实场景等相关课程，也可作为对游戏关卡设计及虚拟现实艺术感兴趣的社会人士的参考资料。
2) 需要具备的知识和能力基础
学习本书需要具备一定的美术基础、三维建模、二维贴图绘制、三维动画及界面设计等相关的知识和能力。
3） 预期达到的学习效果
学习本书后，学习者应该具备制作三维游戏关卡和虚拟现实场景的能力。
4） 教材编写团队
本书由具有多年游戏企业工作经验，同时有多年教学经验的团队编写，是所有成员对多年教学工作与企业实践经验的凝练。主编邱雅慧有5年国内知名游戏公司（西山居）的游戏关卡工程师工作经验、6年本科教学经验；杨浩婕有10年以上教学工作经验，赵鲁宁和张云峰均有5年以上国内知名游戏公司（西山居、上海育碧）三维游戏场景的相关工作经验，6年以上本科教学经验；李放有5年后台编程教学经验。我们总结了企业与教学工作的经验，结合学院TOPCARESCDIO理念，一致认为游戏关卡设计/虚拟现实相关课程应以游戏项目为导向，按照游戏企业的一般工作流程和制作规范严格控制产品质量，这样才能与行业标准接轨，与企业需求无缝对接。[1][2][1][3]在学院创新创业教学改革理念的指导下，本书紧跟时代步伐，在第三部分关卡设计高级阶段讲解了目前Unity引擎的一些前沿技术，如粒子特效、材质渲染、全局光照技术等。
2. 教材的基本结构与内容组织
本书从培养学习者面向工作岗位的具体能力出发，分解和提炼了“废弃仓库”游戏项目的知识点，将Unity软件知识点分解到12章内容里，由浅入深地讲解了游戏关卡设计理论篇、游戏关卡设计入门篇、游戏关卡设计深入篇三部分。本书最后一部分是一个综合项目实训“艺创空间”的虚拟漫游项目，要求学生独立完成，以检验学习效果。
本书的基本结构是先介绍软件基本理论知识，再根据相应的理论知识设计一个或多个拓展实践，然后完成“废弃仓库”游戏项目的一部分。采用全面的理论知识和丰富的项目实例，结合游戏公司的一般制作流程，通过项目的积累，使学生在理论学习和项目实践中逐渐完成“废弃仓库”游戏项目。
每一章的结构如下： 先讲基本理论，然后是“项目拓展”和“项目实践”两部分操作实践，根据内容需要设计了“注意”提醒事项，最后是“课后习题”。
本书结合“废弃仓库”主线游戏项目的美术制作需求，把Unity软件分解成了12个方面的知识点，分别如下。
（1） 了解游戏关卡设计的基本要素，把握游戏关卡设计关键点。
（2） 根据项目需要安装软件，熟悉在软件中游戏的基本操控方法。
（3） 根据游戏资源的种类，按软件要求设置资源的格式，按流程导入软件中，为游戏关卡拼接做好准备。
（4） 游戏场景的基本构建方法。
（5） 灯光系统知识。
（6） 摄像机系统知识。
（7） 地形系统知识。
（8） 添加角色控制器，进行关卡的初次测试。
（9） 添加细节。
（10） 粒子特效知识。
（11） 材质系统知识。
（12） 全局光照技术。
本书的基本逻辑结构如图1所示。
图1本书基本逻辑结构[1][2]

第5章第5章光源概述
光源是游戏场景最重要的组成部分之一。三维模型和材质贴图决定了场景的形状和质感，光源则决定了游戏场景中环境的明暗、色彩和氛围。本章主要讲解游戏关卡中光源的种类、属性及不同光源及其阴影的参数设置等理论知识，结合“室外场景灯光实训”拓展实践训练，最后完成“废弃仓库”游戏关卡场景中的灯光设置。
重点与难点
重点： 光源的种类。
难点： 光源的属性设置。
5.1光源概述
在游戏场景中，网格模型和材质贴图决定了场景的形状和质感，光源则决定了场景环境的明暗、色彩和游戏氛围。每个游戏场景可以使用一个或多个光源，使游戏的视觉效果更加完美。
创建光源的方式同创建其他游戏对象相似，单击菜单栏中的GameObject→Light选项，进而选择要创建的光源，或者在Hierarchy（层级）视图菜单中单击Create按钮，选择要创建的光源，如图51所示。
图51创建光源
[1][2][1][3]5.2光源类型
Unity提供了4种类型的光源，几乎能够模拟现实中的所有光源。
1. Directional Light： 方向光源
方向光可以被放置在任何位置，它可以影响场景里所有的物体，类似于自然界中太阳的照明效果，因此又称太阳光。方向光源是最不耗费图形处理器资源的光源类型，如图52所示。
2. Point Light： 点光源
灯光从一个点向四周发出的光线，影响其设置半径范围内的所有物体，类似灯泡的效果。点光源的阴影是较耗费资源的光源类型，如图53所示。
3. Spotlight： 聚光灯
灯光从一点发出，从一个方向照射出一个锥形灯光，处于锥形区域内的物体会受到光照，类似射灯的效果。聚光灯也是较耗费处理器资源的光源类型，不宜多用，如图54所示。
4. Area Light： 面光源
该类型光源无法应用于实时光照，仅适用于光照贴图烘焙，如图55所示。
图52方向光源
图53点光源
图54聚光源
图55面光源
5.3光源属性
所有类型光源的基本属性参数如图56所示。
图56光源的属性
1. Type
此处可以更改光源的类型。
2. Range
该项控制光线从光源对象的中心发射的半径距离，只有点光和聚光灯有此参数。
3. Spot Angle
用于控制光源的锥形角度。                     
4. Color
用于调节光源的颜色。
5. Intensity
用于控制光源的强度，聚光灯及点光的默认值是1，方向光默认值是0.5。
6. Cookie
用于为光源指定有alpha通道的遮罩，使光线在不同的地方有不同的亮度。如果光源是聚光灯或方向光，可以指定一个2D纹理。如果光源是一个点光源，必须指定一个Cubemap（立方体纹理）。图57阴影类型

7. Cookie Size
用于控制缩放Cookie投影。
8. Shadow Type
为光源选择阴影类型，可以选择No Shadows（关闭阴影）、Hard Shadows（硬阴影）、Soft Shadows（软阴影），如图57所示。软阴影会消耗更多的系统资源。阴影开启后的效果如图58所示。                     
图58阴影效果
5.4阴影属性〖*2〗1. Strength该项控制光源所产生的阴影的强度，取值范围是0～1，0表示阴影完全消失，1表示阴影呈黑色。
2. Resolution
该项控制阴影分辨率的质量，有5个选项，由上至下代表： 使用质量设置、低质量、中等质量、高质量、更高质量，如图59所示。图59分辨率的质量

3. Bias
该项设置灯光的位置与阴影的值的偏移量。取值范围是0～0.5。当值过小时，物体的表面会有来自于自身阴影的错误显示；当值过大时，阴影就会离游戏对象过远。
4. Softness
该项控制阴影模糊采样区的偏移量。
5. Softness Fade
该项控制阴影根据与摄像机的距离进行淡出的程度。
6. Draw Halo
勾选该项，开启光晕效果。
7. Flare
该项可以为光源指定耀斑的效果。
8. Render Mode
光源的渲染模式有三种，如图510所示。
（1) Auto： 自动。根据光源的亮度及运行时质量的设置，确定光源渲染模式。
（2) Important： 重要。光源逐像素进行渲染。       
（3) Not Important： 不重要。光源总是以最快的速度进行渲染。
9. Culling Mask
选中层所关联的游戏对象将受到光源照射的影响。
10. Lightmapping
用于控制光源对光照贴图的影响，如图511所示。
图510渲染模式
图511光照贴图
(1) RealtimeOnly： 仅实时灯光计算，不参与光照贴图的烘焙计算。
(2) Auto： 自动。
(3) BakedOnly： 仅作光照贴图的烘焙，不进行实时灯光计算。
11. Width
该项设置面光源影响区域的宽度。
12. Height
该项设置面光源影响区域的高度。
5.5项目拓展
前面讲了光源的种类、属性参数等理论知识，下面做一个光源的项目拓展训练。
（1） 启动Unity应用程序，打开官网配套素材中的/Unityclass/part5/05灯光训练项目工程，打开test_light场景。场景中已经创建了地形、植被、配景等游戏对象，如图512所示。
图512test_light场景
（2） 依次打开菜单栏中的GameObject→Light→Directional Light选项，为场景添加一个模拟的太阳光，手动创建一个光源后，Unity会自动开启灯光按钮以启用光源照明效果，此时场景便明亮了许多，如图513所示。
图513添加太阳光后效果
(3) 创建方向光一般用于模拟日光的照明效果，本例想表现午后的阳光效果，所以需要将光源设置为偏暖的色调，在Inspector视图中单击光源对象的Light组件中Color项右侧的色条，进而在弹出的Color对话框中调节光源的颜色，如图514所示。这样，午后场景的色调就初步调节完毕了。
图514午后的阳光效果
(4) 当前场景看起来亮度有些偏暗，调节Intensity（强度）到合适的数值，本例中将该参数设为0.6。
(5) 调节完光源的颜色以及强度之后，整个场景的效果有了一定的提升，但还不是很完美，因为在真实的世界中，光线照射在物体上会有投影。接下来，需要为光源设置投影。单击Shadow Type项右侧按钮，在弹出的下拉列表框中选择Hard Shadows（硬阴影），如图515所示。到此，场景主光源便设置完毕。
图515设置投影
（6） 在真实的环境中，物体除了接受阳光的照射影响以外，还会受到大气漫反射光的影响，在蓝色天空情况下，大气漫反射光会呈现出偏蓝的颜色。因此需要为场景添加辅助光源，依次打开菜单栏中的GameObject→Light→Point Light选项，为场景添加一个点光源，并根据场景的情况适当调整点光源的位置、强度、范围、颜色等参数，如图516所示。
图516添加环境辅助灯光
(7) 通过对比添加辅助光源前后的效果，可以发现辅助灯光对场景氛围的影响，根据效果仔细调整，增加冷暖对比。完成的灯光效果如图517所示。
图517最终灯光效果
5.6项目实践
第4章的项目实践完成了基本游戏场景的拼接，本章项目是根据图518给“废弃仓库”游戏场景设置灯光（项目制作步骤可参考附录A）。
（1） 删除场景自带的Directional Light，创建Point Light，移动到房间内适当的位置，按照图518的灯光参数和效果设置好第一个房间的灯光。
图518房间1灯光设置图
（2） 创建第二个房间的Point Light，或者复制第一个房间的灯光，快捷键是Ctrl D，修改灯光设置，按照图519的灯光参数和效果设置好第二个房间的灯光。
图519房间2灯光设置图
（3） 创建第三个房间的Point Light，修改灯光设置，按照图520的灯光参数和效果设置好第三个房间的灯光。
图520房间3灯光设置图
（4） 第四个房间的Point Light，修改灯光设置，按照图521的灯光参数和效果设置好第四个房间的灯光。
图521房间4灯光设置图
（5） 创建走廊的灯光，光源整体效果如图522所示。
图522场景灯光参考图
课后习题〖*2〗一、 填空题1. Unity提供了4种类型的光源，分别是（）、（）、（）、（）。
2. 三维模型和材质纹理决定了场景的（）和（），光源则决定了场景环境的（）、（）和（）。
3. 阴影的类型有（）、（）、（）三种。
4. 如果场景亮度有些偏暗，需要调节（）参数到合适的数值。
5. 灯光渲染路径有（）、（）、（）三种类型。
二、 综合题
1. 室外环境通常用哪些灯光模拟？怎样设计灯光？
2. 室内环境通常用哪些灯光模拟？怎样设计灯光？