基于3Dmax和Unity3D的科普类游戏设计与实现毕业论文文档格式.docx
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slifeandallkindsofgamesconnected,butmostofthegamesonthemarketaremainlycompetitive,gamedevelopershaveaccumulatedalotofwealthinashorttime,buttheplayersareinthegameafterashortperiodofexcitementempty,anddonotgetanyknowledge.
ThisresearchwilldevelopaculturalrelicpopularsciencegamebasedonUnity3D,whichcombinesthepopularscienceofChina'
simportantculturalrelicswiththeappreciationofculturalrelics.ThegameisdedicatedtoimprovingthecognitionofChinesetraditionalculturalrelics,enhancingnationalpride,andenablingplayerstoexperiencetheprofoundsenseofhistoryofmuseumswithoutleavinghome.
Tosumup,theculturalrelicspopularsciencegamesinthisstudyarenovelandcomplete,andtherearemanypeoplewholikeculturalrelics,sotheycanbeextendedanddeveloped.Ihopethispapercanprovidereferencesfordeveloperswhowanttomakefurtherprogressinscientificgames.
Keywords：
3DmaxUnity3DThepopularscienceEducation
第一章绪论
1.1本次选题的意义
这些年来，国家不断发展，人们的生活也好了起来，单调乏味的日复一日对人们来说不再是一种安逸，旅游行业正是在这一情形下渐渐发展，而其中最火的，就是各地区的名胜古迹和博物馆，可以说，典藏了众多古老瑰宝的博物馆绝对不能错过。
即便如此，也有很多人因为种种原因不能亲临博物馆感受文物的熏陶，由此便衍生出了各种博物馆周边，由亲临的亲朋好友带回，借着这些小物件与历史神交。
不过关于博物馆文物的一些游戏，市面上却是少之又少的，大多只是借着博物馆之名，制作一些惊悚恐怖的游戏，而本次制作的游戏，会带给玩家身临其境的感觉，仿佛置身于各种文物的海洋，中间还会穿插着各种文物的介绍。
这款游戏会将趣味性与知识性相结合，游戏致力于丰富玩家的内涵，令喜欢文物却又不能亲身去到现场感受的玩家能感受一把足不出户也能参观博物馆的感觉。
为了营造博物馆的环境和氛围，此游戏将采用3Dmax建模搭建博物馆，并还原文物的真实面貌，辅以肃穆的背景音乐，让玩家在游戏过程中能够真实感受到古朴的感觉，仿佛置身于时空长廊。
1.2游戏开发工具和功能的简要介绍
1.2.1Unity3D游戏引擎
此次毕业设计用到的开发工具为市面上比较火热的游戏引擎Unity3D，Unity3D是一款多平台的游戏制作软件，是一个非常全面的专业游戏引擎，这款游戏引擎具有轻量化、学习成本低、容易上手等优点，安装、调试、打包都非常方便，而且UI系统十分完善，可以省去许多原本需要用代码制作内容的时间。
此外，还可以将其它建模软件制作的模型导入，例如Autodesk公司的3DStudioMax、MaxonComputer公司的CINEMA4D等。
Unity3D引擎支持C#和JavaScript语言的开发，本次毕业设计所用到的编程语言为C#开发语言[1]。
1.2.23DStudioMax软件
此次毕业设计的模型制作所用到的工具为3DStudioMax，简称3Dmax。
3dsMAX是一款三维动画软件，建模方式主要采用多边形建模、面片建模、网格建模、NURBS建模。
[2]
其被广泛应用于影视制作、广告设计、建筑设计和游戏设计等行业，对于游戏工作者来说是最常接触到的建模软件之一。
本次模型制作参考了大量网络上的图片和素材，并学习了一些网络上的建模教程，相对来说模型制作的时间会比游戏制作的时间更多，另有一部分模型的材质是在Unity3D中制作完成的。
1.2.3AdobePhotoshop软件
此次设计中出现的界面切换、返回、退出等按钮是利用Adobe公司开发的图形处理软件Photoshop（简称“PS”）制作的，PS是目前最好用的图形处理软件之一，拥有界面简洁、高效等优点，可以有效地进行图片编辑工作。
1.2.4AdobeAfterEffects软件
此次设计中出现的视频动画，其中大部分内容是根据网络素材和自己拍摄的照片在AfterEffects中进行制作完成的，AfterEffects（简称“AE”）是Adobe公司旗下的一款特效处理软件，适用于动画设计和特效制作，是目前市面上最主流的特效后期软件之一。
1.2.5AdobePremiere软件
此次毕业设计的视频剪辑是在Adobe公司开发的视频编辑软件Premiere（简称“Pr”）中编辑完成的，主要是将AE中制作的视频部分串起来，再添加音乐。
市面上电影、电视的制作都离不开这款软件，是目前最主流的视频编辑软件之一。
第二章游戏的主要需求分析及整体方案设计
2.1文物科普类游戏的需求分析
2.1.1玩家需求分析
一直以来，玩游戏都会被视作不务正业，在一般人的观点中游戏除了浪费时间，令玩家沉迷，没有任何价值，但此次开发的这款游戏旨在为用户提供知识，渴望全方位感知文物却又没有时间去博物馆的玩家是本次设计针对的用户，这款游戏会打破人们对游戏的偏见，甚至可以运用到某些历史课程的讲解中，直观地感受比起被动地接受更加让人记忆深刻。
此游戏操作简单，玩家不需要花费太长时间即可上手，对时间不够充裕的玩家来说十分友好。
2.1.2功能需求分析
首先，针对想要了解文物的玩家，需要实现的功能主要在与建模，将模型按照一定的比例制作出来。
此次设计中，可以用键盘控制玩家移动，走到不同的文物前观赏。
其次，会在开始页面上展示博物馆的外观图，这样的交互场景会勾起玩家的好奇心，使玩家急不可待地想要进入其中一窥到底。
第三，游戏中插入的游戏宣传视频令玩家不用去读文字简介，直接将画面烙入到玩家的脑海，记忆更加深刻，更加容易接受。
本次设计中，从初始界面会设置两个跳转按钮，点击其中一个会进入视频界面，可以控制观看和暂停视频；
点击初始界面的另一个按钮则进入游戏，此时出现在博物馆外，需要玩家控制角色寻到入口。
第四，通过入口可以跳转到室内场景，因为此次设计的室内空间有限，主要介绍的文物不可太多，否则互相穿插会造成介绍界面拥挤，因此这次挑选出几件具有代表性的文物做介绍，其余文物放在合适的位置观赏为主。
上述功能则为此次设计的主要功能。
2.1.3性能需求分析
玩家玩游戏时，画面的精美和道具的完整度是最先呈现的，但游戏的运行速度也相当重要。
此游戏为3D游戏，其中的模型大部分在3Dmax中制作完成，而中国的文物又以精美著称，这就造成了建模难度的增加，并且一件看似简单的模型也需要有许多复杂的点线面构成，模型制作完成后，精美的贴图必不可少，这些都会影响游戏的运行流畅度。
其次，室内场景的设定是碰撞后显示文物介绍，这就需要添加大量的碰撞器，但碰撞器组件的增加也会影响到游戏的运行速度，针对这些问题，我认为可以用以下方法解决：
（1）导入的模型点线面过多造成游戏卡顿的解决方案：
在3Dmax模型制作时，将内部看不见的点线面适当删减，适当减少室内布置，去掉多余的装饰，力求古朴简洁。
（2）模型的材质贴图过于复杂导致游戏卡顿的解决方案：
将模型所需贴图合并利用PS合并成一张，再在3Dmax中编辑UVW，根据对应的模型部位展开。
（3）碰撞器组件过多导致游戏卡顿的解决方案：
选取特定的文物添加碰撞器组件，其余文物仅作装饰观赏。
综上，文物科普类游戏的需求已分析完毕，并且性能需求所衍生的问题也提出了可行的解决方案，如有其它问题，待到日后慢慢发现解决。
2.2游戏的整体方案设计
2.2.1游戏的主体结构方案设计
本次设计研究的为文物科普类游戏，最主要的部分在于模型的搭建，因此，游戏运用了第一人称的方式，整体以教育科普为主，不会有太多难以操作方式，整体界面偏简洁，容易上手，力求做到简约而不简单。
结构详情如图1-1所示。
图1-1游戏大体结构
2.2.2游戏的整体功能方案设计
上述为本次游戏设计的主要功能，此次设计的模型搭建部分和游戏运行的细节分析还需详细展示。
总体功能方案设计框架如图1-2所示。
图1-2游戏总体功能设计框架图
根据以上内容进行具体分析。
（1）首先是在3Dmax中搭建模型，主要运用到了一些简单几何体和点线，以及挤出和车削功能，创建完成后，添加材质贴图，主要运用UVW贴图和UVW贴图展开，制作完成后，将模型导出为FBX格式；
然后将模型导进Unity文件夹，导进Unity之后模型的材质会遗失，此时需要将3Dmax中模型原本的材质贴图一并添加到Unity文件夹，在Unity中重新将材质赋予模型。
（2）在Unity中分为UI场景和游戏场景，Unity中的UI界面部分：
UI界面分为三部分，首页、视频页和游戏界面。
首页的控件主要是负责场景的转换、游戏的退出和游戏音乐的播放以及音量的大小，鼠标点击对应功能的按钮即可实现该功能，而音量的大小则需要依靠鼠标拖动音量控件的滑动条来实现；
视频页的按钮主要负责视频的播放暂停以及场景的转换，点击播放按钮即可播放视频，点击后，播放按钮变成暂停按钮，此时点击暂停按钮可以让播放中的视频暂停，点击后的暂停按钮会再次变回播放按钮，只需再次鼠标点击播放按钮，即可继续播放刚才暂停的视频，视频播放完毕后，可以点击返回按钮返回到游戏首页的UI界面，这时点击进入游戏便可正式进入游戏场景。
（3）Unity中的游戏操作界面：
本次游戏共有两个游戏操作界面，室外和室内，室外是博物馆的外观，室内则是游戏主要部分，从首页鼠标点击进入游戏便可跳转到游戏的室外场景，增添室外场景可以让玩家欣赏博物馆的外貌，增加可玩性。
本次使用键盘的方向键控制角色移动，并且在室外场景的前门添加了碰撞器，并且适当增加了碰撞器的体积，让玩家不必走到特定的狭小区域才会触发，而是当玩家接近门的附近时，就会触发场景跳转，这样一来，避免了玩家因为迟迟找不到跳转口而气馁，增加玩家的自信。
搭建博物馆时，为了美观，出了正门大门之外还增加了两个侧门和后门，但是添加碰撞器时只在大门上添加，因此增大碰撞器的体积还能覆盖到旁边两个侧门上，避免了重复添加碰撞器。
同样的原因，后门也不必添加碰撞器，这样一来，可以避免玩家随意就找到跳转口，令游戏太过于简单，失去寻找的趣味，因此，只有博物馆的前门可以触发场景的跳转，并且保证了游戏的运行流畅度。
（4）游戏的室内界面是各种文物的陈列，将3Dmax中制作好的各种模型导入放进室内，此界面添加了返回和退出的UI按钮以及音乐控件。
与室外场景相同，通过鼠标点击音乐开关控制背景音乐的播放和关闭，鼠标移动滑动条控制音量大小，点击返回按钮则是返回到室外场景，单击退出按钮则是退出游戏。
室内的文物中挑选了有代表性的几件加入了碰撞器，游戏是第一人称视角，当玩家控制角色移动至加入了碰撞器的文物周围时，会触发设定好的文物介绍界面，单击介绍界面则可以隐藏介绍界面，这里同样是利用按钮的功能制作的。
2.3本章小结
本章介绍了游戏的需求和大致的游戏结构，从玩家、游戏的功能、所需的性能出发分析了游戏的可行性，用思维导图列出了游戏的总体设计，将游戏的大致内容规划了出来，去除了影响游戏运行流畅度的操作，从游戏的整体来看符合科普类游戏的特征，具有一定的教育意义。
第三章游戏的设计详情及实现
3.1游戏模型的搭建及贴图
3.1.1模型搭建
首先在3Dmax中选择自定义中的单位设置，设置公制单位为毫米。
随后创建一个长方体，利用捕捉工具绘制曲线，随后编辑曲线调整到合适位置，为曲线添加轮廓挤出后制作成屋顶。
博物馆的整体结构则利用大量的几何体，转换成可编辑多边形后，修改标准基本体的点线位置即可，房顶上的特殊形状，则是在正视图中，利用线命令绘制出轮廓，转换为可编辑样条线后添加挤出命令，如图2-1所示。
图2-1博物馆大体结构
博物馆门上的牌匾，由一个长方体，添加倒角命令制作外围，再复制一层调整好合适的位置制作而成，制作完成后添加文字，转换为可编辑样条线再挤出，如图2-2所示。
图2-2牌匾模型
升旗台的制作，是利用标准基本体中的长方体和楼梯中的直线楼梯经过布尔运算制作而成，升旗台上的栏杆，是有数个圆柱体，长方体搭建而成，中间的空洞则是由长方体和切角长方体布尔运算得来，旗杆由圆柱体制作，旗面以一个平面为基础，增加分段数，在空间扭曲中选择力的，找到重力并在顶视图添加，再在左视图添加风，为平面添加Cloth命令，在子集下选择组，选择靠近旗杆的点，单击设定组，随后单击节点。
回到上一级别单击对象属性按钮，选择平面，再选择Cloth，在预设中选择棉布Cotton，单击确定，选择Cloth力，将之前添加的重力和风选择，点击模拟局部按钮，即可实现红旗飞扬动画，如图2-3所示。
导出时需要勾选动画级别下的烘焙动画。
图2-3升旗台模型
室内和室外的操作类似，碗和各种瓶子的制作主要是先在正视图中用线命令绘出一半轮廓，再添加车削功能即可。
如图2-4所示。
图2-4越王剑模型
3.1.2材质贴图
贴图和材质制作需要利用材质编辑器中的明暗器，如图2-5所示，选择不同的明暗器可以呈现不同的效果，陶瓷、玻璃对应（P）Phong，金属对应（M）金属，选择好明暗器后调整环境光和漫反射即可。
（玻璃样式需要勾选折射功能）
图2-5材质编辑器
3.2人机交互模块
3.2.1开始界面
中华民族历史悠久，从炎黄时期延续至今，产生了数不尽的艺术瑰宝。
正因如此，本次游戏力求还原文物真实面貌，同时要考虑到博物馆的环境，营造出一种古朴淡泊的感觉，所以，对于游戏的UI界面来说，尽可能的简化，没有添加过多繁杂的功能，UI界面的颜色经过反复研究，还是选用与游戏整体类似的色系。
对于一个游戏来说，玩家首先接触的就是它的开始界面，因此它的重要性不言而喻，从上文图1-1和1-2中可以看出，本次游戏设计内容大于形式，力求界面简洁，游戏内容有深度。
首先，运用了与博物馆结构相似的木色为按钮的底图（按钮在PS中绘制而成），在首页能呼应充当背景的博物馆正视图，此外按钮上的文字是优美的行书，能体现一种行云流水的美感，整体设计偏向古风，颜色透露出一种古老的感觉。
首页UI界面设置了三个按钮，按钮建立在Canvas之上，三个按钮分别控制跳转进视频页、跳转至游戏和退出游戏的功能，功能的实现靠代码辅助，新建脚本startScrip挂在一个新建的GameObject（命名为Script），编写代码后选择按钮，在属性面板中找到OnClick（），点击+，将Script拖入其中，选择所写的函数，此前需要将要跳转的场景添加到ScenesInBuild中，随后只需将要跳转的场景序号输入OnClick（）的框中即可实现场景的跳转，游戏的退出也需要依靠按钮绑定代码实现，编写后的代码挂在退出按钮的OnClick（）中即可。
首页没有太多繁琐的功能，也呼应了教育科普的主题，免去了一些不必要的功能。
具体代码如下，游戏开始界面如图2-6所示。
publicvoidmyExit（）//退出游戏
{
Application.Quit（）;
}
publicvoidSceneChange（intsceneIndex）//场景跳转，传递参数
SceneManager.LoadScene（sceneIndex）;
图2-6游戏开始界面
3.2.2视频介绍界面
介绍视频主要是在AE中制作，在Pr中完成。
特效部分主要运用了光效插件和时间码制作，创建图形后，添加移动和旋转关键帧，再加入摄像机，打开摄像机的三维开关，给摄像机添加关键帧。
卷轴主要利用遮罩制作，给卷轴的筒添加移动关键帧，卷轴上的画用亮度翻转遮罩，遮罩是水墨画素材，一些覆层利用相加模式添加其中。
如图2-7所示。
图2-7AE中视频视作界面
视频在Unity中播放，需要先将视频导入Unity文件夹，新建Canvas，然后添加RawImage，调整大小，再添加一个按钮控制视频的播放和暂停，选中导入的视频，选择MovieTexture，然后点击Apple，随后新建脚本Mov，并在场景中新建GameObject用来管理脚本（命名ManageScript），给新建的脚本添加视频、音频、文本和RawImage，给按钮添加点击事件控制视频的播放和暂停，选择按钮，在OnClick处点击+号，将ManageScript拖进去。
运行时，单击播放按钮视频开始播放，此时播放按钮变成暂停按钮。
代码如下，视频页面如图2-8所示。
publicMovieTexturemovTexture;
//电影纹理
publicRawImageimage;
publicAudioSourceaudio;
//视频和声音
publicTexttextLab;
//播放暂停按钮字显示
voidStart（）{
image.texture=movTexture;
//设置当前对象的主纹理为电影纹理
movTexture.loop=false;
//设置电影播放模式为不循环
publicvoidVedioPlayOrPause（）
if（!
movTexture.isPlaying）
movTexture.Play（）;
audio.Play（）;
textLab.text="
暂停"
;
else
movTexture.Pause（）;
audio.Pause（）;
播放"
publicvoidVedioStop（）
movTexture.Stop（）;
//停止播放
audio.Stop（）;
图2-8视频介绍界面
3.2.3游戏界面
此游戏共有两个游戏界面：
室外界面和室内界面。
室外界面主要有博物馆主体和升旗台组成，辅以音乐控件和返回、退出按钮，博物馆前门添加了碰撞器，玩家控制角色靠近前门时会触发跳转场景明亮，跳转到室内场景。
室内场景由一些展示台和各种文物组成，室内的UI按钮和室外场景相同。
室内文物中，铜奔马、清明上河图、越王勾践剑、青花花卉纹执壶、兵马俑、四羊方尊这六件文物添加了碰撞器，当玩家移动到这六件文物周围时，会弹出相对应文物的介绍框，玩家可以点击介绍框将其隐藏。
室内界面如图2-9所示。
图2-9游戏室内界面
3.2.4游戏交互
本游戏通过键盘的上下左右键控制角色视角移动，同时相机是跟随在角色之上，通过鼠标点击触发相应功能。
例如视频播放功能和隐藏介绍框，都需要鼠标点击才
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