Unity引擎基础

• • 1. Unity简介
  • 2. 游戏组成
  • 3. Unity面板介绍
  • • 3.1 Hierarchy（层级面板）
    • 3.2 Scene（场景面板）
    • 3.3 Game（游戏面板）
    • 3.4 Inspector（监视器面板）
    • 3.5 Project（工程面板）
    • 3.6 Console（控制台面板）
  • 4. 地形系统（Terrain）
  • 5. 一些3D模型中会用到的基础理论
  • • 5.1 物体中心的概念
    • 5.2 坐标系（笛卡尔坐标系）的概念
    • 5.3 向量和标量的概念
    • 5.4 旋转的概念
    • 5.5 网格的概念（模型形状）
    • 5.6 材质的概念

1. Unity简介

• 简单介绍：
  
• Unity提供Manual（引擎说明书）和Scripting API（代码，类和方法可以在这里查）两个文档，开发人员可以阅读这两个文档来了解Unity开发

2. 游戏组成

• 一个游戏由多个场景构成，场景又分为2D界面和3D场景
• 在Unity中，界面和场景都称为场景，场景和场景之间可以相互切换
• 场景中包含很多个游戏对象，游戏对象有：
  • 2D图片与文字
  • 3D模型（包含动画）与特效
• 游戏对象具有的特性：
  • 所有游戏对象都是一样的（游戏对象就是一个外壳）
  • 游戏对象上挂载的组件不同，挂载的组件属性不同，导致游戏对象的功能不同（功能由组件完成）
• 游戏对象包含各种组件，下面罗列几种组件：
  • 灯光组件（发光）
  • 声音组件（背景音乐）
  • 视频组件
  • 图片组件（显示图片）
  • 模型显示组件（渲染组件）
  • 特效组件
  • 导航组件
  • 物理组件
  • UI组件
  • 脚本组件（自己写的功能）
• 组件就是一个对象，对象中包含各种属性
  • 组件名——类名
  • 一个类包含成员字段、成员属性、成员方法
• 一个游戏总共分成四个部分，总结如下：
  • 一个游戏由多个场景组成，场景有2D场景和3D场景之分
  • 一个场景由对个游戏对象组成
  • 一个游戏对象由多个组件组成
  • 一个组件由多个属性组成

3. Unity面板介绍

• Layout：窗口布局样式
• 带Unity图标的表示场景

3.1 Hierarchy（层级面板）

• 功能：
  • 显示当前场景中的所有游戏对象的名字
  • 描述游戏对象与游戏对象之间的层级关系（父子级关系）
• 可以拖动游戏对象以形成层级

3.2 Scene（场景面板）

• 功能：
  • 显示当前场景中的所有游戏对象的模型/图标
  • 提供场景和游戏对象的基本操作
• 在面板右上角存在坐标系，可以调整场景视角
• 场景操作：
  • Q键：场景移动
  • Alt+鼠标左键：旋转场景视角，围绕场景中心点旋转视角
  • 鼠标右键：旋转场景视角，围绕当前观察者（鼠标位置）旋转视角
  • 鼠标滚轮：拉近拉远场景
  • F键：聚焦对象
  • 鼠标右键+WASD：场景漫游
  • Shift+Ctrl+F：游戏界面同步场景界面（用在摄像机上）
    • 在场景中选择好合适的视角
    • 选中摄像机对象
    • 同步视角，按下快捷键或者GameObject菜单栏下的Align With View
• 游戏对象操作：
  • W键：对象移动
  • E键：对象旋转
  • R键：对象缩放
• 摄像机具有两个模式：透视模式（Perspective）和正交模式（Orthographic，一般2D会用到）
• 搭建场景的时候，为了模型放置精准，可以按下面的顺序进行操作模型：
  • 模型先通过QWER设置好一个大概的位置旋转缩放
  • 通过模型在Inspector上的Transform组件里的position、rotation、scale去做微调，最好保持数值是一个整数或保留一位到两位小数
• 放置模型，还可以采用位置贴边方式：
  • 调节物体位置时，可以按住V键，让当前模型的某个顶点与另一个模型的某个顶点重合，实现贴边
  • 原理：
    • 一个物体存在多个顶点，每三个顶点可构成一个三角形，多个三角形形成一个模型
    • V键可以让坐标系移动到模型顶点位置
    • 两个模型之间顶点和顶点重合，可以产生贴边效果
• 当要创建一个复杂物体时，可以按照下面的步骤来创建：
  • 先创建一个空对象，作为父物体，创建好后，先Reset重置空对象Transform组件中的属性
  • 再去创建物体需要的源部件，作为子物体

3.3 Game（游戏面板）

• 功能：
  • 显示玩家所看到的画面
  • 开发中需要重点关注的视角
  • 调试和测试都需要看这个面板上的信息
• 通过调整摄像机来调整完整能看到的视角
• 手机游戏/电脑游戏中，玩家所能看到的画面会显示在屏幕（2D）上
• VR（眼镜曲面屏）/AR中，主要是通过光学原理，让玩家产生视角错觉，在屏幕上所能看到的2D画面转变成3D画面
• 在这个面板上，存在一个尺寸调整条，可以放大缩小所看到的画面
• 游戏运行的状态信息（运行时占CPU大小，占多少内存，当前帧速率是多少等）可以在面板的右上角Stats中查看，用于后期的游戏调试

3.4 Inspector（监视器面板）

• 功能：
  • 主要用来监视游戏对象
    • 重点监视游戏对象上挂载的组件，可以在这个面板添加新组件
    • 监视游戏对象的基本信息（对象名字、是否静态、有哪些标签、属于哪一层级、激活状态）
  • 监视文件信息（材质文件等）
  • 监视工程设置

3.5 Project（工程面板）

• 功能：
  • 显示当前工程的所有资源文件
  • 根目录是Assets
• 一个工程下有5个基础文件夹：
  • Assets：放置资源文件
  • Library：放置库文件（自动生成）
  • ProjectSettings：放置工程设置文件
  • Temp：放置临时文件
  • Package(UnityPackageManager)：Unity包管理器

3.6 Console（控制台面板）

• 功能：（显示控制台信息）
  • 显示日志信息
  • 显示警告信息
  • 显示报错信息

4. 地形系统（Terrain）

• Unity提供的一个地形组件
• 一个游戏场景空间，采用地形+模型的方式搭建
• 创建地形系统：
  • GameObject——>3DObject——>Terrain
  • 创建完成后，在Hierarchy面板中出现相应游戏对象，Project面板中出现地形系统文件（存储地形信息）
  • 初始坐标中心位于左下角（x轴表左右，y轴表上下，z轴表前后）
• 编辑地形
  • 抬高/降低地形平面（可选择不同笔刷形成不同地形样式）
    • Brush Size：笔刷大小
    • Opacity：笔刷硬度，值大小表示抬高/降低地形速度
  • 平滑地形
  • 凹陷地形（可制作平台）
    • 在Unity2020版本中，选择设置高度后，Space处要选择Local才可以在一定高度地形上设置平台
      
  • 整体设置中可以调整地形大小、高度等
    • 高度限制抬高地形最高点
  • 按住shift键，做相反操作
  • 搭建地形时，要注意，第一个物体的坐标尤为关键，关系到地形上放置模型的坐标值计算是否方便
    • 能放在原点，尽量放在原点位置
    • 不能放在原点，尽量保持坐标是一个整数，或保留一位小数

5. 一些3D模型中会用到的基础理论

5.1 物体中心的概念

• Pivot（模型设计师设计的）
  • 单个物体：显示物体出产中心
  • 多个物体：显示当前这个物体的中心
• Center（对象边界框的中心点）
  • Unity物理计算中心
• 通过快捷键Z切换两个中心点
• 物体中心点的选择不同会影响到旋转效果不同

5.2 坐标系（笛卡尔坐标系）的概念

• 2D笛卡尔（XY轴可以定一个平面上物体位置）
  
• 3D笛卡尔
  • 左手坐标系——计算机、Unity中使用
    • 掌心向外, 大拇指与食指成90度
    • X轴向右，Y轴向上，Z轴向前
  • 右手坐标系——一般在数学中使用
    • 掌心向内, 大拇指与食指成90度
    • Z轴与左手坐标系相反，指向“自己”
      
• Unity坐标系
  • 世界坐标方位
    • 世界的东南西北
    • 永远不会改变
  • 本地坐标方位
    • 物体的前后左右
    • 会随时发生改变，例如，旋转物体时，物体的本地坐标也会跟着旋转
      
  • 用快捷键X切换两个坐标，即切换方位（世界方位/自身方位）

5.3 向量和标量的概念

• 标量：有大小无方向
• 向量：有大小有方向（Unity中常用）
  • 计算两点之间形成的向量：终点坐标-起点坐标
    
  • 向量加法：首尾相连，一个向量起点指向另一个向量终点
    
  • 向量减法：起点相连，减数终点指向被减数终点（被减数-减数=差）
    
  • 向量点积：
    • 结果是一个标量
      
      
    • 根据点乘结果来判断两个游戏对象之间的方位关系
    • 通常用于判断敌人在前还是在后
      
  • 向量叉乘 ：（利用UnityAPI中的Cross函数即可得到计算结果）
    • 结果是一个向量（法向量，垂直于两个向量平面），左手坐标系计算
      
    • 法向量指向上方，表示b向量指向a向量右边；指向下方，则相反
    • 通常用于判断敌人在左还是在右

5.4 旋转的概念

• 欧拉角（EularAngle）：——结构体
  • 物体绕XYZ轴（世界的）旋转的角度
  • 优点：好理解，好操作
  • 缺点：容易出现多个欧拉角的值表示一个旋转
• 四元数：（用得较多，较精准）——类
  • 由XYZW四个值组成，由一堆算法算出来
  • 优点：避免万向锁（同一个旋转角度，欧拉角描述会有不同的值出现）问题
  • 缺点：不好理解，不好操作

5.5 网格的概念（模型形状）

• 用一堆三角形组成
• 模型分为粗模（低模）和细模（高模）两种
• 模型纹理：网格贴图（将2D贴图上的像素点对应到3D模型中粘贴）
  
• 会用到组件有Mesh Filter（网格选择器）和Mesh Renderer（网格渲染器）

5.6 材质的概念

• 用于渲染网格的文件
• 用Shader（着色器）来编程实现（渲染方案）
  • 控制材质球如何渲染的脚本
  • 使用CG语言
  • 可以编辑特效等
  • 需要物理中的光学知识和线性代数中的矩阵知识
• 帧速率（FPS）的概念
  • 每秒刷新多少次数
  • 作用：
    • FPS越高，播放越流畅，性能消耗越大
    • FPS越低，播放越不流畅，性能消耗越小
    • 人眼分别的帧数是每秒24帧
  • 通过Game面板中的Stats来了解游戏的帧速率