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模型和骨骼动画仅仅是开启3D游戏的敲门砖,置入基于摄像机的场景设计方能呈现最完美的3D游戏。本节,我们依旧从简单着手,一步步创建基于模型的3D游戏场景。

XNA4.0学习指南(中文)》是一本绝对值得一看的好书,对于3D游戏的基础知识、概念以及简单应用讲解非常全面。比如书中提到关于XNA内置了创建摄像机的方案代码,根据该提示我们便可轻松实现一个名为Camera3D的类:

3D摄像机
    /// <summary>
    
/// 3D摄像机
    
/// </summary>
    public sealed class Camera3D : Object3D {

        public Matrix View { getset; }
        public Matrix Projection { getset; }
        public Vector3 Target { getset; }
        public Vector3 Up { getset; }
        public float Near { getset; }
        public float Far { getset; }

        /// <summary>
        
/// 获取或设置视角模式
        
/// </summary>
        public ViewModes ViewMode { getset; }

        public Camera3D(ContentManager content, GraphicsDevice device, Vector3 position, Vector3 target, Vector3 up, float near, float far) :
            base(content, device) {
            this.Position = position;
            this.Target = target;
            this.Up = up;
            this.Near = near;
            this.Far = far;
        }

        /// <summary>
        
/// 更新以3D角色为中心的视口
        
/// </summary>
        
/// <param name="role3D"></param>
        public void UpdateViewPort(Role3D role3D) {
            if (role3D != null) {
                Vector3 center = role3D.Position;
                switch (ViewMode) {
                    case ViewModes.FirstPerson:
                        SetViewPort(center, -5, -10, role3D.Eye - 10, role3D.Eye - 10); break;
                    case ViewModes.ThirdPersonHeadlook:
                        SetViewPort(center, 30, -410, role3D.Eye, role3D.Eye - 130); break;
                    case ViewModes.ThirdPersonOverlook:
                        SetViewPort(center, role3D.Eye + 800, role3D.Eye + 1000); break;
                }
            }
        }

        /// <summary>
        
/// 从(0,y1,a)向(0,y2,b)方向看,其中a,b调节远近,y1,y2调节高度,Scale伸缩摄像机
        
/// </summary>
        
/// <param name="center">参照物中心位置</param>
        
/// <param name="a">Position的Z位置</param>
        
/// <param name="b">Target的Z位置</param>
        
/// <param name="y1">Position的Y位置</param>
        
/// <param name="y2">Target的Y位置</param>
        void SetViewPort(Vector3 center, float a, float b, float y1, float y2) {
            a *= Scale;
            b *= Scale;
            float x1 = (float)(a * Math.Sin(RotationY));
            float z1 = (float)(a * Math.Cos(RotationY));
            float x2 = (float)(b * Math.Sin(RotationY));
            float z2 = (float)(b * Math.Cos(RotationY));
            Position = center + new Vector3(x1, y1, z1);
            Target = center + new Vector3(x2, y2, z2);
        }

        /// <summary>
        
/// 更新摄像机的视图矩阵和投影矩阵
        
/// </summary>
        public override void Update(GameTimerEventArgs e) {
            View = Matrix.CreateLookAt(Position, Target, Up) ;
            Projection = Matrix.CreatePerspectiveFieldOfView(
            MathHelper.PiOver4,
            device.Viewport.AspectRatio,
            Near, Far);
        }
    }

摄像机是我们观查3D世界的窗口,很多游戏开发者会亲切的称之为“上帝之眼”。毫不夸张的说,有了它,市面上一切3D游戏视觉设定都能随意实现。

比如“第一人称视角”的RPG和FPS,经典代表作有《魔法门》,《反恐精英》等:


第一人称视角的最大特点是玩家置入感强,屏幕就好比玩家的眼睛,玩家通过屏幕看去仿佛置身其中,身临其境般感觉,非常真实。

当然,在此基础上又进化出来了“第三人称平视”视角,该视角很好的规避了“第一人称视角”中存在的视觉死角以及容易产生眩晕等问题,动作感及玩家操控体验更强,逐渐成为3D游戏,尤其是动作和射击类3D游戏的主流视角。

经典代表作有ACT《鬼泣》和TPS《全球使命》等:


而“第三人称俯视”视角则是我们最最常见的游戏视角,该视角非常有利于玩家时刻观察大范围周边环境,视觉面广,立体感强,操作尤为爽快。应该感谢网游,使之能够成为目前绝大多数玩家最钟爱的3D(2.5D)游戏视角模式。经典游戏耳熟能详,举不胜举,比如ARPG《暗黑破坏神》和SLG《英雄无敌》:


总体来说,游戏视角的选取应该符合游戏本身的性质以及匹配游戏的核心玩法,像《刺客信条》等神作,为了在不同动作、环境时得到最好的玩家操控体验,采用了极为复杂的动态视角切换技术。当然还有比如《上古卷轴5》和《辐射3》等大作,为了不失去任何玩家,系统可根据玩家自身适应性与操作习惯选择相应的特定视角等等。

通过对以上案例的分析,目的只想向大家传递一个思想:开发3D游戏若能很好的把握住摄像机的运作原理,对于3D游戏场景设计来说,一切都是小Case。

接下来,为了让大家更进一步理解3D摄像机,以上一节中的骨骼动画角色作为主角,以3DMAX导出的FBX格式建筑模型模拟游戏实际场景,再根据之前创建的摄像机代码,通过修改其中的Position和Target两个关键参数即可调节出任意3D视角:

当我们将摄像机置于主角的眼睛位置(很多射击类游戏会将摄像机置于角色胸口处,这样角色的双手及手中的武器都能清晰可见),并同时看向主角的正前方时,此时便形成了“第一人称视角”(通常我们会在屏幕正中心放置一个十字准心,用于方向与目标的定位):



当摄像机置于主角身边某处(比如正后方)并穿过主角看向前方,同时仅作围绕主角的垂直方向旋转时,便形成了“第三人称平视”视角:



将摄像机固定于主角的上空,并呈一定角度的倾斜对准主角脚底俯视时,便形成了“第三人称俯视”视角:



其实很简单对吧,不妨将摄像机看作是我们的游戏屏幕,那么各类视角的实现其实都不过如此。

最后,为了配合Windows Phone等移动设备独特的操作方式,按照游戏玩家们的传统习惯,即左手控制角色移动,右手控制行为指令;那么我们便可创建出一个名为Controller的“虚拟拇指摇杆控制器”类,并分别置于屏幕左右两边:

虚拟拇指摇杆
    /// <summary>
    
/// 基于虚拟拇指摇杆的控制器
    
/// </summary>
    public sealed class Controller : Object2D {

        Texture2D rtexture, ltexture, backStick;
        const int maxThumbstickDistance = 50;
        const int distanceThumbsticks = 50;
        Vector2 rightCornerPosition, leftCornerPosition;
        Vector2 rightBackStick, leftBackStick;
        Vector2 rightPosition, leftPosition;
        Vector2 rightThumbstickCenter, leftThumbstickCenter;

        public Controller(ContentManager content, Vector2 size)
            : base(content) {
            backStick = content.Load<Texture2D>("Image/BackgroundStick");
            rtexture = content.Load<Texture2D>("Image/RStick");
            ltexture = content.Load<Texture2D>("Image/LStick");
            Vector2 middleTexture = new Vector2(rtexture.Width / 2, rtexture.Height / 2);

            rightThumbstickCenter = new Vector2(size.X - distanceThumbsticks - middleTexture.X, size.Y - distanceThumbsticks - middleTexture.Y);
            leftThumbstickCenter = new Vector2(distanceThumbsticks + middleTexture.X, size.Y - distanceThumbsticks - middleTexture.Y);

            rightCornerPosition = rightThumbstickCenter - middleTexture;
            leftCornerPosition = leftThumbstickCenter - middleTexture;

            rightBackStick = rightCornerPosition - new Vector2(distanceThumbsticks, distanceThumbsticks);
            leftBackStick = leftCornerPosition - new Vector2(distanceThumbsticks, distanceThumbsticks);
        }

        /// <summary>
        
/// 获取或设置操作模式(精确度)
        
/// </summary>
        public ControlModes ControlMode { getset; }

        /// <summary>
        
/// 获取或设置左侧虚拟拇指摇杆位置
        
/// </summary>
        public Vector2 LeftThumbstick {
            get {
                //缩放向量计算触摸位置的中心,缩放最大摇杆距离
                Vector2 l = (leftPosition - leftThumbstickCenter) / maxThumbstickDistance;
                //如果长度大于1,转化为单位矢量
                if (l.LengthSquared() > 1f) { l.Normalize(); }
                return l;
            }
        }

        /// <summary>
        
/// 获取或设置右侧虚拟拇指摇杆位置
        
/// </summary>
        public Vector2 RightThumbstick {
            get {
                Vector2 l = (rightPosition - rightThumbstickCenter) / maxThumbstickDistance;
                if (l.LengthSquared() > 1f) { l.Normalize(); }
                return l;
            }
        }

        public override void Update(GameTimerEventArgs e) {
            TouchLocation? leftTouch = null, rightTouch = null;
            TouchCollection touches = TouchPanel.GetState();
            foreach (TouchLocation touch in touches) {
                switch (ControlMode) {
                    case ControlModes.Accurate:
                        if (Math.Pow((touch.Position.X - leftThumbstickCenter.X), 2) + Math.Pow((touch.Position.Y - leftThumbstickCenter.Y), 2) <= Math.Pow(backStick.Width / 22)) {
                            leftTouch = touch;
                            leftPosition = touch.Position;
                            continue;
                        }
                        if (Math.Pow((touch.Position.X - rightThumbstickCenter.X), 2) + Math.Pow((touch.Position.Y - rightThumbstickCenter.Y), 2) <= Math.Pow(backStick.Width / 22)) {
                            rightTouch = touch;
                            rightPosition = touch.Position;
                            continue;
                        }
                        break;
                    case ControlModes.Rough:
                        if (touch.Position.X <= TouchPanel.DisplayWidth / 2 && touch.Position.Y >= TouchPanel.DisplayHeight / 3) {
                            leftTouch = touch;
                            leftPosition = touch.Position;
                            continue;
                        }
                        if (touch.Position.X > TouchPanel.DisplayWidth / 2 && touch.Position.Y >= TouchPanel.DisplayHeight / 3) {
                            rightTouch = touch;
                            rightPosition = touch.Position;
                            continue;
                        }
                        break;
                }
                if (leftTouch.HasValue && rightTouch.HasValue) { break; }
            }
            if (!leftTouch.HasValue) { leftPosition = leftThumbstickCenter; }
            if (!rightTouch.HasValue) { rightPosition = rightThumbstickCenter; }
        }

        public override void Draw(GameTimerEventArgs e, SpriteBatch spriteBatch) {
            if (RightThumbstick.Length() > 0) {
                spriteBatch.Draw(backStick, rightBackStick, Color.White);
            }
            spriteBatch.Draw(rtexture, rightCornerPosition + RightThumbstick * distanceThumbsticks, Color.White);
            if (LeftThumbstick.Length() > 0) {
                spriteBatch.Draw(backStick, leftBackStick, Color.White);
            }
            spriteBatch.Draw(ltexture, leftCornerPosition + LeftThumbstick * distanceThumbsticks, Color.White);
        }

    }
}

在本节的Demo中,左手遥控杆用于移动角色。需要说明一点,基于XNA右手坐标系下,一个场景模型从3DMAX中默认坐标系中导入进游戏,角色若要在其表面上移动,改变的不是X、Y值,而是X、Z值,Y值代表实际高低深度,这与后面章节将要讲到的HeightMap有很大区别:

右手遥控杆则用来旋转摄像机和角色(模拟PC中的鼠标右键按住不放时的场景旋转功能),实际游戏开发中大家可以在此基础上作更进一步设计,比如单击、双击、长时按压以实现主角攻击、射击、特技、魔法等行为,使得遥控杆功能得以最大化,满足游戏更多的操控需求:


本节源码中集成了EngineNine源码的核心部分,源码下载地址:(WP)SLXnaGame2

手记小结:本节主要讲解了基于不同视角的3D场景搭建以及传统的基于遥控杆的游戏操控功能实现,也算是非常简单的3D游戏开发入门级场景设计知识。后续章节我将在本节源码的基础上进行深度拓展,通过搭建出各种类型的经典3D游戏Demo案例向大家展示SL.XNA在跨平台3D游戏开发方面的强大与高效,敬请关注。

推荐参考:NowpaperWilliams关于Windows Phone的游戏开发博客。

posted on 2012-05-23 17:33 深蓝色右手 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏