基于Unity3D实现的HitUFO鼠标打飞碟游戏

客官°小女子只卖身不卖艺 2024-04-07 14:58 23阅读 0赞

## 鼠标打飞碟游戏 ##

## 作业要求 ##

**1、编写一个简单的鼠标打飞碟（Hit UFO）游戏**

*  游戏内容要求：
    
    1.  游戏有 n 个 round，每个 round 都包括10 次 trial；
    2.  每个 trial 的飞碟的色彩、大小、发射位置、速度、角度、同时出现的个数都可能不同。它们由该 round 的 ruler 控制；
    3.  每个 trial 的飞碟有随机性，总体难度随 round 上升；
    4.  鼠标点中得分，得分规则按色彩、大小、速度不同计算，规则可自由设定。
 *  游戏的要求：
    
     *  使用带缓存的工厂模式管理不同飞碟的生产与回收，该工厂必须是场景单实例的！具体实现见参考资源 Singleton 模板类
     *  近可能使用前面 MVC 结构实现人机交互与游戏模型分离

**2、改进飞碟（Hit UFO）游戏：**

*  游戏内容要求：
    
    1.  按 *adapter模式* 设计图修改飞碟游戏
    2.  使它同时支持物理运动与运动学（变换）运动

## 项目文档 ##

### 游戏说明 ###

*  这是一个用Unity3D实现的HitUFO游戏，玩家通过鼠标点击飞出的飞碟来获取分数。
 *  游戏规则：
    
     *  中间的红色飞碟回发射出若干小飞碟，玩家通过鼠标点击，击中飞碟则获得对应的分数。
     *  一局游戏有5个回合，每个回合的难度不同，每个回合有10波，一波会发射出若干个飞碟，飞碟按照不同的方向和速度从红色的母飞碟中飞出。
     *  一共有五种飞碟，它们通过颜色区分，不同的飞碟的分数、速度范围和方向范围都不一样
     *  以下是回合的设置和飞碟的设置：
        
        <table> 
         <thead> 
          <tr> 
           <th>回合</th> 
           <th>1</th> 
           <th>2</th> 
           <th>3</th> 
           <th>4</th> 
           <th>5</th> 
          </tr> 
         </thead> 
         <tbody> 
          <tr> 
           <td>Trial的数量</td> 
           <td>10</td> 
           <td>10</td> 
           <td>10</td> 
           <td>10</td> 
           <td>10</td> 
          </tr> 
          <tr> 
           <td>Trial的时间间隔（秒）</td> 
           <td>1.8</td> 
           <td>1.6</td> 
           <td>1.4</td> 
           <td>1.2</td> 
           <td>1.0</td> 
          </tr> 
          <tr> 
           <td>飞碟的等级范围</td> 
           <td>1-5</td> 
           <td>1-5</td> 
           <td>1-5</td> 
           <td>1-5</td> 
           <td>1-5</td> 
          </tr> 
          <tr> 
           <td>一个Trial的飞碟个数</td> 
           <td>5</td> 
           <td>7</td> 
           <td>10</td> 
           <td>14</td> 
           <td>19</td> 
          </tr> 
         </tbody> 
        </table>
        
         *  在回合的设定中：一轮飞碟数目固定，但飞碟的等级是随机的，则将了游戏的不确定性。
        
        <table> 
         <thead> 
          <tr> 
           <th>飞碟等级</th> 
           <th>1</th> 
           <th>2</th> 
           <th>3</th> 
           <th>4</th> 
           <th>5</th> 
          </tr> 
         </thead> 
         <tbody> 
          <tr> 
           <td>颜色</td> 
           <td>黄色</td> 
           <td>绿色</td> 
           <td>青色</td> 
           <td>蓝色</td> 
           <td>黑色</td> 
          </tr> 
          <tr> 
           <td>重量（千克）</td> 
           <td>0.6-1.4</td> 
           <td>1.2-2.8</td> 
           <td>1.4-4.6</td> 
           <td>1.6-6.4</td> 
           <td>1-9</td> 
          </tr> 
          <tr> 
           <td>分值</td> 
           <td>50</td> 
           <td>100</td> 
           <td>500</td> 
           <td>1000</td> 
           <td>5000</td> 
          </tr> 
          <tr> 
           <td>速度方向</td> 
           <td>-0.1~0.1</td> 
           <td>-2~2</td> 
           <td>-5~5</td> 
           <td>-10~10</td> 
           <td>-20~20</td> 
          </tr> 
          <tr> 
           <td>力的方向</td> 
           <td>-1~1</td> 
           <td>-2~2</td> 
           <td>-5~5</td> 
           <td>-10~10</td> 
           <td>-20~20</td> 
          </tr> 
         </tbody> 
        </table>
        
         *  在飞碟的设定中：速度的方向的范围大小对应于发射范围的大小，越小范围越集中，越容易点击，力的方向和大小对发射后的轨迹有影响，值越大说明越难击中
     *  计分遵循五轮叠加，显然黑色的飞碟更值得点击。

### 游戏效果 ###

![在这里插入图片描述][f3e6e6bfd6ac424da5731c77562c37a5.png]  
![在这里插入图片描述][100d5d9a621e41a497409977c3e7b14b.png]

### 项目配置过程 ###

1.  新建一个3D项目
2.  下载 Assets 文件夹，替换项目的空 Assets 文件夹
3.  进入 Scenes 文件夹中双击 HitUFO 场景

### 实现思路 & 模块介绍 ###

*  文件布局：
    
    >  *  /Assets
    >     
    >      *  /Resources
    >         
    >          *  /Icon // 游戏图标
    >          *  /Material // 颜色材料
    >          *  /Prefabs // 五种不同颜色的飞碟预制
    >          *  /SkyBox // 天空盒
    >      *  /Scenes // 游戏场景
    >      *  /Scripts
    >         
    >          *  /Controller
    >             
    >              *  /Action // **动作模块**
    >                 
    >                  *  CCActionManager.cs // 平移运动管理器
    >                  *  CCFlyAction.cs // 平移运动实现
    >                  *  *IActionManager.cs* // 动作管理器接口
    >                  *  *ISSActionCallback.cs* // 回调接口
    >                  *  PhysisActionManager.cs // 物理运动管理器
    >                  *  PhysisFlyAction.cs // 物理运动实现
    >                  *  SSAction.cs // 抽象动作
    >                  *  SSActionManager.cs // 动作管理器模板
    >              *  /Round // **回合模块**
    >                 
    >                  *  RoundController.cs
    >              *  /Score // **计分模块**
    >                 
    >                  *  ScoreRecorder.cs
    >              *  FirstController.cs
    >              *  *ISceneController.cs*
    >              *  Singleton.cs
    >              *  SSDirector.cs
    >          *  /Model
    >             
    >              *  /Disk //**飞碟模型**
    >                 
    >                  *  DiskData.cs // 飞碟基本数据
    >                  *  DiskFactory.cs // 工厂模式产生飞碟
    >          *  /View //**交互模型**
    >             
    >              *  *IUserAction.cs*
    >              *  UserGUI.cs
 *  在这个项目的组织上，和前两个作业基本一致，有很多代码都可以直接复用，如导演类、各种接口以及运动管理器模板等等。
 *  UML类图：

![在这里插入图片描述][a283404225e04564a7fedd1815903211.png]

以下是整个项目关键模块的说明：

*  **单实例模板**
    
    通过设计这样的一个模板类，可以让所有继承了MonoBehaviour的类可以简单使用单例模式，在获取单例模式对象时，只需`Singleton<ClassName>.Instance`，例如获取单例飞碟工厂对象：
    
        diskFactory = Singleton<DiskFactory>.Instance;
    
    单例模式的代码：
    
        // @file: Assets/Controller/Singleton.cs
        public class Singleton<T> : MonoBehaviour where T : MonoBehaviour
        {
        	protected static T instance;
        
        	public static T Instance {  
        		get {  
        			if (instance == null) { 
        				instance = (T)FindObjectOfType (typeof(T));  
        				if (instance == null) {  
        					Debug.LogError ("An instance of " + typeof(T) + " is needed in the scene, but there is none.");  
        				}  
        			}  
        			return instance;  
        		}  
        	}
        }
 *  **飞碟数据模板**：一个飞碟有级别、质量、颜色、分数、速度和外力这些属性，我们提供使用ScriptableObject文件定制属性配置的功能，这样就能直接从 Asset 中将配置好的数据拖入。
    
        // @file: Assets/Model/DiskData.cs
        [System.Serializable]
        public class DiskData : MonoBehaviour
        {
            [Tooltip("飞碟级别")]
            public int level;
            [Tooltip("飞碟质量")]
            public float mass;
            [Tooltip("飞碟颜色")]
            public Color color;
            [Tooltip("击中分数")]
            public int score;
            [Tooltip("初始速度")]
            public Vector3 speed;
            [Tooltip("恒定外力")]
            public Vector3 force;    
        }
        
        [CreateAssetMenu(fileName = "DiskItem", menuName = "(ScriptableObject)DiskItem")]
        public class DiskItem : ScriptableObject
        {
            public string Name;
            [Tooltip("飞碟属性")]
            public DiskData diskData;
        }
 *  **道具工厂和对象池**
    
     *  在游戏中我们会频繁需要多个Disk对象，频繁地系统生成和销毁对象会对游戏造成不必要的负担，因此我们引入对象池。
     *  顾名思义，对象池是一个存放了多个对象的池子，它维护两个队列，一个包含空闲的对象，另一个包含正在工作的对象。当我们需要生成一个游戏对象时，我们首先考虑空闲队列是否有空闲对象给我们直接使用，如果没有空闲对象在考虑系统生成新的游戏对象。
     *  在程序运行的过程中我们动态维护对象池，一个对象完成其工作时将其加入到空闲对象池中，一个对象正在忙碌则将其放进忙碌队列中。
     *  在代码中，我们通过维护两个DiskData的链表来维护创建的所有飞碟对象，通过`GetDisk`来从对象池中获取对象，通过`FreeDisk()`来返还游戏对象。具体的代码分析我们在下一节中给出。
 *  **飞碟运动模块**：通过`GetComponent()`为游戏对象添加这些属性：
    
        // @file: Assets/Controller/Action/PhysisFlyActon.cs
        // @line: 24-27
        this.gameObject.GetComponent<Rigidbody>().isKinematic = false;
        this.gameObject.GetComponent<Rigidbody>().velocity = speed;
        this.gameObject.GetComponent<ConstantForce>().force = force;
        this.gameObject.GetComponent<ConstantForce>().torque = new Vector3(0.2F, 0, -0.2F);
    
    飞碟默认受重力影响，我们设置了初速度的方向、力的方向和力矩的方向，前二者给游戏对象提供初速度和加速度，而力矩能够让飞碟产生一个轻轻摆动的效果，让飞碟飞出后能有姿态的变化。
    
    > 而对于实现动作分离的其他部分，和上一次作业的内容基本一致，在此不再赘述。
 *  **回合控制器 RoundController 的设计**：
    
     *  五个属性分别表示
        
            // @file: Assets/Controller/Round/RoundController.cs
            // @line: 12-17
            float time; // 计时，当time满足一个trial的时间间隔时清零
            int round;  // 当前的回合数
            int trial;  // 当前轮数
            int diskNum;// 当前回合一轮飞出的飞碟数目
            bool start; // 回合开始的标记
     *  `Start()`函数：初始化，为属性赋值并获取单例对象
     *  `SetMode(bool isPhysis)`函数：选择是否使用物理学运动模型，根据结果分选不同的运动管理器`CCActionManager` or `PhysisActionManager`
        
            // @file: Assets/Controller/Round/RoundController.cs
            // @line: 34-39
            if(isPhysis){
                actionManager = Singleton<PhysisActionManager>.Instance as IActionManager;
            }
            else{
                actionManager = Singleton<CCActionManager>.Instance as IActionManager;
            }
     *  `GenerateDisk(int level)`：通过飞碟工厂产生飞碟对象，并为他赋予动作
        
            // @file: Assets/Controller/Round/RoundController.cs
            // @line: 43-46
            GameObject disk = diskFactory.GetDisk(level);
            disk.transform.position = new Vector3(0, 0, 0); // 飞碟的发射点
            disk.SetActive(true);
            actionManager.Fly(disk);
     *  `Update()`函数：时间敏感，相隔指定时间（Trial）发射一波飞碟，处理Round、Trial次数的切换
        
            if(start){
                time += Time.deltaTime;
            
                if(round > 5){ // 一共5轮
                    start = false;
                    return;
                }
            
                if(trial == 10){ // 每轮10波
                    // NEXT ROUND
                    trial = 0;
                    round++;
                    diskNum += round;
                }
            
                if(time >= 2.0F - round * 0.2F){ // 每波生成 diskNum 个飞碟
                    // NEXT TRIAL
                    time = 0.0F;
                    for(int i = 0; i < diskNum; i++){
                        GenerateDisk(Random.Range(1,6));
                    }            
                    trial++;
                }
            }

### 核心算法 ###

1.  **游戏对象的回收算法**
    
     *  因为在飞碟的设定中，不同的飞碟有着不同的颜色，对此我们创建了五个颜色不同的飞碟预制。
     *  这使得，在创建一个飞碟时，它已经被制定了对应的预制（即飞碟颜色不能更改）
     *  导致我们在对象池的会后利用时，一个蓝色飞碟只能使用对象池中空闲的蓝色飞碟，而不能使用其他颜色的飞碟。（也即只能重用同等级的飞碟）
     *  因此有`GetDisk()`的代码如下：
        
            // @file: Assets/Model/Disk/DiskFactory.cs
            // @line: 22-47
            GameObject disk = null;
            
            // 在空闲队列中寻找级别相同的对象,如果有则直接使用
            bool find = false;
            for(int i = 0; i < freeDisks.Count; i++){
                if(freeDisks[i].level == level){
                    disk = freeDisks[i].gameObject;
                    freeDisks.RemoveAt(i);
                    find = true;
                    break;
                }
            }
            
            //如果找不到级别相同的飞碟对象，需要调用 Instantiate 新建一个
            if(find == false){
                disk = GameObject.Instantiate<GameObject>(Resources.Load<GameObject>(Prefabs[level - 1]), Vector3.zero, Quaternion.identity);
                disk.AddComponent<DiskData>();
                disk.AddComponent<Rigidbody>();
                disk.AddComponent<ConstantForce>();
            }
            
            //最后更新飞碟的速度、力的数据，让飞碟轨迹每次不同
            if(disk != null){
                DiskData diskData = disk.GetComponent<DiskData>();
                setDiskData(diskData, level);
                busyDisks.Add(diskData);
            }
            
            return disk;
2.  **不同等级的飞碟生成算法**：粗暴的数学拼凑来获得游戏说明那一节飞碟属性表的效果，通过Random每次生成不同的轨迹。
    
        // @file: Assets/Model/Disk/DiskFactory.cs
        // @line: 62-98
        if(level <= 1){
            diskData.level = 1;
            diskData.mass = 1.0F + Random.Range(-1F, 1F) * 0.4F;
            diskData.score = 50;
            diskData.speed = new Vector3(Random.Range(-0.1F, 0.1F), Random.Range(-0.1F, 0.1F), Random.Range(-0.1F, 0.1F));
            diskData.force = new Vector3(Random.Range(-1F, 1F), Random.Range(-1F, 1F), Random.Range(-1F, 1F));
        }
        else if(level == 2){
            diskData.level = 2;
            diskData.mass = 2.0F + Random.Range(-1F, 1F) * 0.8F;
            diskData.score = 100;
            diskData.speed = new Vector3(Random.Range(-2F, 2F), Random.Range(-2F, 2F), Random.Range(-2F, 2F));
            diskData.force = new Vector3(Random.Range(-2F, 2F), Random.Range(-2F, 2F), Random.Range(-2F, 2F));
        }
        else if(level == 3){
            diskData.level = 3;
            diskData.mass = 3.0F + Random.Range(-1F, 1F) * 1.6F;
            diskData.score = 500;
            diskData.speed = new Vector3(Random.Range(-5F, 5F), Random.Range(-5F, 5F), Random.Range(-5F, 5F));
            diskData.force = new Vector3(Random.Range(-5F, 5F), Random.Range(-5F, 5F), Random.Range(-5F, 5F));
        
        }
        else if(level == 4){
            diskData.level = 4;
            diskData.mass = 4.0F + Random.Range(-1F, 1F) * 2.4F;
            diskData.score = 1000;
            diskData.speed = new Vector3(Random.Range(-10F, 10F), Random.Range(-10F, 10F), Random.Range(-10F, 10F));
            diskData.force = new Vector3(Random.Range(-10F, 10F), Random.Range(-10F, 10F), Random.Range(-10F, 10F));
        
        } 
        else if(level >= 5){
            diskData.level = 5;
            diskData.mass = 5.0F + Random.Range(-1F, 1F) * 4.0F;
            diskData.score = 5000;
            diskData.speed = new Vector3(Random.Range(-20F, 20F), Random.Range(-20F, 20F), Random.Range(-20F, 20F));
            diskData.force = new Vector3(Random.Range(-20F, 20F), Random.Range(-20F, 20F), Random.Range(-20F, 20F));
        }

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