Unity《ATD》塔防RPG类3D游戏架构设计（一）

《ATD》 游戏简介

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游戏类型：塔防+RPG的3D游戏

游戏要素：3D 塔防 英雄 建筑树 搭配

主体玩法：游戏里将会有一波波怪物进攻基地。玩家可以建造塔来防御敌人，同时也可以控制单独的个体英雄角色来攻击敌人。

游戏模式：

• 第三人称视角的RPG模式

• 上帝视角的建造模式

控制方式：在游戏中使用Tab按键，切换这两种操作模式：

• RPG模式下：WASD控制移动，Space跳跃，鼠标左键普通攻击。
• 建造模式下：鼠标左键建造，E销毁已建造的建筑。
• 数字键1,2,3,4,5,6控制物品栏,对应英雄技能或者建筑安放。

胜利条件：消灭所有敌人 或者 坚持到时间结束

失败条件：基地生命值为0 或者 英雄死亡

《ATD》 整体结构

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一般来说，整个Unity游戏项目整体结构，我比较偏向分为如下5部分：

• 场景对象 ：不会产生互动的可视物体对象，例如地型/建筑/灯光。

• 游戏对象 ：参与互动的游戏对象，例如英雄/怪物/塔。

• 游戏逻辑 ：负责控制游戏的逻辑，其逻辑对象一般是单例的。

• 非游戏性对象 ：负责增强游戏效果，但不是直接的游戏逻辑，例如UI/HUD/特效/声音。

• 工具 ：负责辅助编码，例如日志工具，调试工具。

在《ATD》游戏项目里，我是这样设置游戏对象目录的：

注：“个体”在《ATD》里的术语表示游戏对象单位。

《ATD》 游戏机制

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通过分析《ATD》策划案，确立了两种需要实现的基本游戏机制：

Buff机制

和策划商量后，策划制作了下面一张含所有Buff属性的Excel表：

由于策划还没想好Buff名字，直接套用装备或者技能名字来命名Buff。

首先，使用了一个数据类型BuffData，用于完全映射Buff在表格的所有属性：

public class BuffData
{
    public int ID;
    public string Name;
    public int HpChange;              //血量变化
    public double HpChange_p;         //血量百分比变化
    public int AttackChange;          //攻击力变化
    public double AttackChange_p;     //攻击力百分比变化
    public double AttSpeedChange_p;   //攻击速度百分比变化
    public double SpeedChange_p;      //速度百分比变化
    public int HpReturnChange;        //血量恢复数值
    public double HpReturnChange_p;   //血量百分比恢复数值
    public int AddReviveCount;        //增加复活次数
    public bool isDecelerate;         //减速
    public bool isVertigo;            //眩晕
    public bool isParalysis;          //麻痹
    //...等属性
}

然后我们就可以用一个 List< BuffData >来存储表示所有Buff种类。
为了读取Excel表，并根据读入的所有Buff种类属性来初始化 List< BuffData >，于是就引入了一个BuffDataBase的全局单例类来负责此事:

//全局单例类
public class BuffDataBase : MonoBehaviour
{
    //读取excel插件生成的json文件
    public TextAsset buffDataJson;
    //存储BuffData的列表
    private List buffDatas;
    
    //全局单例实现
    //...
    
    //根据ID获取相应的BuffData对象
    public BuffData GetBuffData(int ID){
      //...
    }
}

为了表示游戏对象得到/失去一个Buff而从BuffDataBase找到并拷贝一份BuffData对象/释放掉一份BuffData对象显然是不明智的。（BuffData所占空间大，开销大）
正确的做法应该是使用索引/引用的方式，例如某个游戏对象持有3号索引，则表示它当前受一个ID为3的Buff影响。

为了引入Buff的时间有效性，则进一步封装索引，于是编写了下面一个Buff类：

public class Buff
{
    public int ID;              //BuffData的ID（索引）
    
    public double time;         //持续时间
    public int repeatCount;     //重复次数
    public bool isTrigger;      //是否触发类型
}

因为每个Buff的时间有效性都有所不同：有些Buff是一次性触发Buff；也有一些是持续性Buff，持续N秒；还有一些是被动buff，永久生效。

所以我这里就总结了个规则，Buff主要分为两种类型：

• 持续型(Non-Trigger)：开始对属性造成生效影响一次，有效时间结束时造成失效影响一次。例如一段时间内增加攻速Buff
• 触发性型(Trigger)：有效时间内，每一帧对属性造成生效影响一次。例如一次性伤害Buff,光环Buff。

然后Buff的有效时间取决于2个属性：

• 持续时间(time)：每帧持续时间减少DeltaTime
• 触发次数(repeatCount)：每帧触发次数减一

当一个Buff对象，持续时间 <= 0 并且 触发次数为0，则应视为失效。特殊地，触发次数为-1时，表示无限时间。

这样Buff/BuffData/BuffDataBase基本构造就出现了：
整个游戏同种类Buff只用存储一份BuffData；但是可以有很多个对象持有索引/引用，指向这个BuffData。
游戏对象持有Buff对象，通过BuffDataBase访问BuffData的数据，然后利用这些数据对游戏对象属性造成影响。

看到这里，可能会有人想到前面有个问题：对于任意一种Buff，它往往有很多属性是false或者0，使用这种完全映射会不会很影响空间占用或者效率。

首先，空间占用绝对不用担心，因为前面BuffDataBase机制保证同种Buff只有唯一BuffData副本，其所有BuffData总共占用量不过几kb而已。

其次，至于效率，例如说某个Buff对某个游戏对象造成影响，因为是完全映射，所以需要对该游戏对象每个属性都要进行更新，其实这也并不是太糟糕。
而且只要游戏对象有比较好的Buff计算方式，可以让一个Buff对象的整个有效周期只对对象造成两次影响计算（生效影响，失效影响），避免每帧出现影响多余的计算，这样就很不错了。

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Skill机制(技能机制)

可以说技能是我比较头疼的部分。
看到那千奇百怪的Skill需求时，然后才总结出大概这几个分类：

• 主动Buff技能 = 主动释放，生成一个Buff
• 被动Buff技能 = 初始化时，生成一个Buff
• 召唤技能 = 生成一个游戏对象
• 指向性技能 = 主动释放，对锁定的目标生成一个Buff

最后我决定使用继承接口的方式来实现Skill：

技能接口类:

public interface ISkill
{
    // 技能初始化接口
    void InitSkill(Individual user);
    // 使用技能接口
    void ReleaseSkill(Individual user);
    /// 技能每帧更新
    void UpdateSkill(Individual user);
    
    /// 技能是否冷却
    bool IsColdTimeEnd();
    // 技能冷却百分比
    float GetColdTimePercent();
}

需要注意的一点是，技能并不是主动释放时调用一个自定义的技能函数即可完事：
例如持续性的范围技能，需要每帧调用散发Buff的函数。
所以一个ISkill对象 该有这3种重要的接口方法：初始化/主动释放/每帧更新

下面是其中一个派生类的具体实现：

由于一开始设计考虑不足，Buff技能类暂时包含了ActiveBuff技能类和PassiveBuff技能类的功能。

// 示例：Buff技能类
public class BuffSkill : ISkill
{
    public int buffID;               //目的Buff
    public bool isAura = true;       //光环
    public bool releasable = true;   //是否主动释放
    public float range = 0.01f;      //范围

    private float coldTime = 5.0f;  //冷却时间
    private float timer = 5.0f;     //冷却计时

    //构造方法
    public BuffSkill(int buffID,bool releasable = true,bool isAura = true, float range = 0.01f)
    {
        this.buffID = buffID;
        this.isAura = isAura;
        this.range = range;
        this.releasable = releasable;
    }
    
    //初始化技能
    public void InitSkill(Individual master)
    {
        //非光环的被动buff
        if (!releasable && !isAura)
        {
            var individual = master.GetComponent();
            master.GetComponent().SendMessage(2, individual.ID,buffID);
        }
    }
    
    //释放技能
    public void ReleaseSkill(Individual master)
    {
        //主动buff
        if (releasable && IsColdTimeEnd())
        {
            timer = 0.0f;

            Factory.TraversalIndividualsInCircle(
                (individual) => { master.GetComponent().SendMessage(2, individual.ID, buffID); }
                , master.transform.position, range);
        }
    }
    
    //技能每帧更新
    public void UpdateSkill(Individual master)
    {
        //增加计时
        timer =Mathf.Min(timer+Time.deltaTime, coldTime);
        
        //光环被动buff：每帧向周围range范围内的对象散发buff
        if (!releasable && isAura)
        {
            Factory.TraversalIndividualsInCircle(
                (individual) => { master.GetComponent().SendMessage(2, individual.ID, buffID); }
                , master.transform.position, range);
        }
    }
    
    //得到冷却时间百分比
    public float GetColdTimePercent()
    {
        if (!releasable) return 1.0f;

        return timer / coldTime;
    }

    //冷却时间是否结束
    public bool IsColdTimeEnd()
    {
        return timer > coldTime;
    }
}

派生类的构造函数很重要，这样即使硬编码了4个技能派生类，通过不同的数据参数传入，也能产生更多不同的技能对象。

最后还应该再写一个SkillDataBase全局单例类，它负责读取策划写的技能配置文件，来初始化出来一些ISkill对象，以供游戏对象使用。

不过项目代码还没写完，因此项目目前是直接在SkillDataBase的初始化函数直接硬编码3个技能。

public class SkillDataBase : MonoBehaviour
{
    //技能json文件
    public TextAsset skillDataJson;
    
    //全局单例实现
    //...
    
    //读取文件，初始化ISkill对象给英雄使用
    public void InitSkillsData(){
      //...TODO:读取文件来初始化英雄的技能
      
      //目前硬编码给英雄赋予3个技能
      HeroSkills.Add(new BuffSkill(6, true, true, 5.0f));   //主动技能：嘲讽Buff
      HeroSkills.Add(new BuffSkill(0, false, false));       //被动技能：回血buff
      HeroSkills.Add(new BuffSkill(14, true, false));       //主动技能：攻速戒指buff
    }
}

以后的话，SkillDataBase的初始化函数应该是读取某种配置文件，然后生成若干个对应的技能对象分配给游戏对象使用：

仇恨机制

待更新

《ATD》 游戏模型

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策划案部分摘取

分析了策划案后，显而易见里面划分了这4种游戏模型：
英雄，怪物，陷阱，塔

继承实现游戏模型

最初想到的是使用继承的方式来实现这些游戏模型（如图）：

然而考虑到现在的英雄/怪物/陷阱/塔类型已经足够太多了，而且以后还可能会扩展更多。
若用继承的方式，其派生类数量将到达一个小团队难以维护的地步。

至于之前设计Skill机制的时候，为什么反而采用继承的方式，原因如下：

1. 策划案里，Skill的种类只有8种，所以需要编写的派生类比较少，而英雄/怪物/陷阱/塔所有种类总共加起来有二十多种。
2. Skill不是GameObject，没有Unity提供的GameObject-Component机制，不太方便接纳组件（除非自己再实现一套组件模式）。
3. 实际上，还有个设计Skill的思路就是把Skill设计成一个行为树，通过组合节点来生成一个Skill。然而因为当时急于实现，于是抛弃了这个想法。

首先为了统一术语，避免游戏模型和Unity的GameObject弄混淆，我们定义了一个称之为 个体（Individual） 的名词，来表示一个游戏模型单位。

组合实现游戏模型

再想到Unity的GameObject-Component机制，于是最后我采用组合组件的方式来设计这几个游戏模型。

那么如何表示一个个体游戏对象呢？
首先我们需要编写一些个体游戏对象必要的组件脚本类。

对于一个个体游戏对象，它可能由如下图构成：

一般来说行为和输入都应该放在一起统称为控制器，然而实际上在游戏里，输入来源可能是玩家，也可能是AI，因此把个体对象行为和输入分离是个好的选择。

也就是说它得有属性，行为，操控行为的输入，还得可以容纳Buff机制，Skill机制和装备机制。

根据这些需求分化出来不少组件类：

然后为了解耦各组件的依赖关系，特别是跨游戏对象的组件依赖，于是还额外引入了一个 消息系统组件 ，实际上就是用于实现观察者模式。
每个个体对象都必须带一个消息系统组件，且其他编写的组件类基本上都依赖这个消息系统组件。

例如，A个体用指向性技能对B个体进行释放实际上的行为是：
由A个体的 技能系统组件 发送消息给A个体的 消息系统组件 ，
然后A个体的 消息系统组件 把消息再转发给B个体的 消息系统组件，
B个体的 消息系统组件 再把消息通知给 Buff系统组件 ，从而让B个体受到该Buff影响。

组合实现设计结构

最终个体游戏对象的组件依赖关系图：

然后通过一个GameObject然后添加好模型，然后放置一些组件从而组合出来一个个体游戏对象。

一个怪物个体游戏对象示例：

结语

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《ATD》本来只是社团部门内提出的一个Unity游戏项目，而我负责这个项目的程序架构设计。
然而中途开发因为不少事，我们不得不放弃了这个项目。
感觉到有些可惜，因此才想得写点东西总结一下开发这个项目时的经验。

第二篇：Unity《ATD》塔防RPG类3D游戏架构设计（二） - KillerAery - 博客园