unity3d学习（一）：unity3d的介绍

unity3d介绍

简介

unity3d

是由unity technologies公司开发的用于轻松创建游戏和三维互动内容的开发工具，是一个国际领先的专业游戏引擎

游戏

• 在移动平台，unity几乎成为3d游戏开发的标准工具，使用它开发的游戏数不胜数
• 2d游戏：视角完全锁定，二维坐标
• 3d游戏：可以任意变化视角，无锁定，三维坐标

虚拟现实

• virtual reality：是世界前沿科技之一，利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，并提供视觉、听觉、触觉等感官的模拟。使用者通过各种输入设备与虚拟环境中的事务进行交互，从而产生身临其境的体验
• augmented reality：增强现实，通过电脑技术，将虚拟的信息应用到真实世界，真实环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间

游戏引擎

• 什么是游戏引擎：是程序的框架，是一款游戏最核心的代码
• 包含的系统：渲染引擎、物理引擎、碰撞检测系统、音效、脚本引擎、动画系统、人工智能、网络引擎、场景管理
• 使用游戏引擎，开发者可以重用已有的核心技术，将精力集中在游戏逻辑和设计上，从而简单快速的创建游戏

unity特点

• 简单易用
• 开发效率高
• 价格偏移
• 新手居多
• 跨平台

游戏公司大致分工

• 策划
• 美工
• 软件工程师
• 测试工程师

工具介绍

面板

project项目资源面板

• 存放游戏的所有资源
• 与项目中资源文件夹Assets对应，例如场景、脚本、模型、音频、图片等

hierarchy层次面板

• 显示当前场景中所有游戏对象的层次关系
• 包含了当前场景的游戏对象（GameObject），其中一些是资源文件的实例，如3D模型和其它预制组件的实例

scene面板

提供设计游戏界面的可视化面板

常用快捷键

• 按下鼠标左键：选择，移动
• 按下鼠标右键：旋转
• 按下鼠标中键：移动scene观察位置
• 鼠标滚轮滚动：缩放scene
• 鼠标右键+wasd：场景漫游
• 手型工具选中对象+F，或者hierarchy中双击对象：将对象设置为scene视图中心
• alt+鼠标左键：旋转
• alt+鼠标右键：缩放
• alt+鼠标中键：移动scene观察位置

game面板

预览游戏运行后的界面

inspector检视面板

• 显示当前选定对象的附加组件及其属性信息
• 为重要游戏物体选择图标

工具

变换工具

• 移动场景Q
• 移动物体W
• 旋转物体E
• 缩放物体R
• 顶点吸附：选择对象后按住V键，再拖拽到目标物体某个顶点上，松开V键

变化切换

• 改变游戏对象的轴心点
  • center：设置轴心点在物体中心
  • pivot：使用物体本身的轴心
• 改变物体的坐标
  • local：自身坐标
  • global：世界坐标

播放控件

• 从左到右依次是预览游戏、暂停游戏、逐帧播放
• 在预览游戏中，任何改变都是暂时的，推出后会重置

视图

• ISO：正交观察模式
• persp：透视观察模式

基础概念

坐标

• 坐标：x红色、y绿色、z蓝色
• 本地坐标：物体自身坐标，随旋转而改变
• 世界坐标：整个场景的固定坐标，不随物体旋转而改变

场景

scene

一组相关联的游戏对象的集合，通常游戏中每个关卡就是一个场景，用于展现当前关卡中的所有物体

物体（游戏对象）

GameObejct

• 运行时出现在场景中的游戏物体
• 是一种容器，可以挂载组件
• 在hierarchy面板中，将一个物体拖进另一个物体中，子物体将继承父物体的移动、旋转和缩放属性，但子物体不影响父物体

组件

component

• 是游戏对象的功能模块
• 每个组件都是一个类的实例
• transform变换组件：决定物体的位置、旋转、缩放
• mesh filter网格过滤器：用于从资源中获取网格信息
• mesh renderer网格渲染器：从网格过滤器中获得几何形状，再根据变化组件定义的位置进行渲染
• 网格过滤器与网格渲染器联合使用，使模型显示到屏幕上

材质

• 材质：物质的质地，指色彩、纹理、光滑度、透明度、反射率、折射率、发光度等，实际上就是shader的实例
• shader着色器：专门用来渲染3D图形的技术，可以使纹理以某种方式展现，实际就是一段嵌入到渲染管线中的程序，可以控制GPU运算图像效果的算法
• texture纹理：附加到物理表面的贴图

纹理、着色器与材质的关系

物理着色器

基于物理特性的shader是unity 5.x的重大革新之一，所谓物理着色器（physically based shading PBS）就是遵从物理学的能量守恒定律，可以创建出在不同光照环境下都接近真实的效果

摄像机

• 附加了摄像机camera组件的游戏对象
• 向玩家捕获和显示世界的设备
• 场景中摄像机的数量不受限制

摄像机的组件

• transform：变换组件
• camera摄像机：向玩家捕获和显示世界
• flare layer耀斑层：激活可显示光源耀斑
• GUI layer：激活可渲染二维GUI元素
• Audio Listener音频监听器：接收场景输入的音频源Audio Source并通过计算机的扬声器播放声音

摄像机的属性

• clear flag清除标识：决定屏幕的空白部分如何处理
  • skybox天空盒：空白部分显示天空盒图案
  • solid color纯色：空白部分显示背景颜色
  • depth only仅深度：画中画效果时，小画面摄像机选择该项可清除屏幕空部分信息只保留物体颜色信息
  • don‘t clear不清除： 不清除任何颜色或深度缓存
• background背景：所有元素绘制后，没有天空盒的情况下，剩余屏幕的颜色
• culling mask 选择遮蔽层：勾选的层为要渲染的，不渲染的层则不会显示
• projection投射方式
  • perspective透视：filed of view 摄像机视距
  • orthographic正交：size 摄像机视距
• clipping planes剪裁面：near之内的不渲染，far之外的不渲染
• viewport rect 视口矩形：该相机在屏幕上绘制的坐标和大小
• depth深度：相机在渲染顺序上的位置，越大越靠前

天空盒

• 围绕整个场景的包装器，用于模拟天空的材质

使用天空盒

• 设置摄像机clear flag属性为skybox
• 方式一：摄像机添加组件skybox
• 方式二：光照窗口，window-rendering-lighting-environment
  • skybox可以作为反射源将天空色彩反射到场景中的物体

小技巧

ctrl+shift+f，让选中对象移动到当前位置

渲染管线

• 图形数据在GPU经过运算处理，最后输出到屏幕的过程
  • 1. 游戏
    2. 图形API
    3. CPU与GPU分界线
    4. 顶点处理
    5. 图元装配
    6. 光栅化
    7. 像素处理
    8. 缓存
• 绘制调用draw call：每次引擎准备数据并通知GPU的过程，通俗讲，每帧调用显卡渲染物体的次数

顶点处理

• 接收模型顶点数据
• 坐标系转换

图元装配

组装面：连接相邻的顶点，绘制为三角面

光栅化

计算三角面上的像素，并为后面着色阶段提供合理的插值参数

像素处理

• 对每个像素区域进行着色
• 写入到缓存中

缓存

• 一个存储像素数据的内存块，最重要的缓存是帧缓存与深度缓存
• 帧缓存：存储每个像素的色彩，即渲染后的图像，帧缓存常常在显存中，显卡不断读取并输出到屏幕中
• 深度缓存z-buffer：存储像素的深度信息，即物体到摄像机的距离，光栅化时便计算各像素的深度值，如果新的深度值比现有值更近，则像素颜色被写到帧缓存，并替换深度缓存

遮挡剔除

occlusion culling

• 即时遮挡剔除：instant occlusion culling
• 这趟剔除：当物体被送到渲染流水线之前，将摄像机视角内看不到的物体进行剔除，从而减少了每帧渲染数据量，提高渲染性能

步骤

• 为物体创建层和标签，并添加
• 为物体添加碰撞器collider组件
• 摄像机附加IOCcam脚本

属性

• layer mask：参与遮挡剔除的游戏对象层

• IOC tag：将为指定标签的游戏对象自动添加IOClod脚本对象

• Samples：每帧摄像机发射的射线数目，数量多剔除效果好，但是性能开销大，通常在150-500之间

• Rays FOV：射线视野，应大于摄像机视野Field of view

• view distance：视图距离，射线长度，与far相同

• hide delay：延迟隐藏，当物体被剔除时延迟的帧数，建议在50-100之间

• PreCull check：检查采集信息，建议勾选，可以提高剔除效率

• realtime shadows：实时阴影，一般不勾选

多层次细节LOD

• Levels of detail：LOD技术指根据物体模型的节点在显示环境中所处的位置和重要度，决定物体渲染的资源分配，降低非重要物体的面数和细节度，从而获得高效率的渲染效率

步骤

• 创建层和标签
• 创建空物体，并添加不同精度的模型
• 为之前的空物体指定层和标签，不应用到子对象
• 父物体或子物体添加碰撞检测组件
• 摄像机附加脚本IOCcam

属性

• Lod1 distance：摄像机到物体距离小于当前距离时，使用Lod_0模型
• Lod2 distance：摄像机到物体距离大于Lod1且小于当前距离时，使用Lod1模型，大于当前值使用Lod2模型
• Lod Margin：LOD边缘，如果物体在LOD各阶段过度时发生闪烁，尝试提高当前值

光照系统

简介

全局光照

Global Illumination

• 简称GI，即全局光照
• 能够计算直接光，间接光，环境光以及反射光的光照系统
• 通过GI算法可以使渲染出来的光照效果更为丰富真实

直接光照

• 从光源直接发出的光，通过light组件实现
• type类型：灯光对象的当前类型
  • directional light 平行光：平行发射光线，可以照亮场景内所有物体，用于模拟太阳
  • point light 点光源：在灯光位置上向四周发射光线，可以照射其范围内的所有对象，用于模拟灯泡
  • spot light 聚光灯：在灯光位置上向圆锥区域内发射光线，只有在这个区域内的物体才会收到光线照射，用于模拟探照灯
  • area light 区域光：由一个面向一个方向发射光线，只照射该区域内的物体，仅烘焙时有效，用在光线较为集中的区域
• range 范围：光从物体的中心发射的范围，仅适用于点光源和聚光灯
• spot angle 聚光角度：灯光的聚光角度，只适用于聚光灯
• color颜色：光线的颜色
• intensity 强度：光线的明亮程度
• culling mask 选择遮蔽层：选择要照射的layer
• shadow type 阴影类型：
  • no shadow：没有阴影
  • hard 硬阴影：效果较差
  • soft 软阴影：效果逼真
  • strength 硬度：阴影的黑暗程度
  • resolution分辨率：阴影的细节程度
  • bias 偏移：物体与阴影的偏移
• 通过 mesh renderer组件启用/禁用阴影
  • cast/receive shadows 当前物体是否投射/接收阴影
    • off 不投射阴影
    • on投射阴影
    • two sided 双面阴影
    • shadows only 隐藏物体，只投射阴影
• 阴影剔除：设置显示阴影的距离
  • edit->project->settings->quality->shadows distance

环境光照

• 作用于场景内所有物体的光照，通过enviroment lighting中的ambient控制
• ambient source 环境光源
  • skybox 通过天空盒颜色设置环境光照
  • gradient 梯度颜色
    • sky 天空颜色
    • equator 地平线颜色
    • ground 地面颜色
  • ambient color 纯色
• ambient intensity 环境光强度
• ambient GI 环境光GI模式
  • realtime 实时更新，环境光源会改变
  • backed 烘焙，环境光源不会改变

间接光照

• 物体表面在接受光照后反射出来的光
• 通过light组件中bounce intensity反弹强度控制
• 可以通过scene面板irradiance模式查看间接光照
• 只有标记lightmaping static的物体才能产生间接反弹光照

反射光照

• 根据天空盒或立方体贴图计算作用于所有物体的反射效果，通过environment reflection控制
• reflection source 反射源
  • skybox 天空盒
    • resolution 分辨率
    • compression 是否压缩
  • custom 自定义
    • cubemap 立方体贴图
• reflection intensity 反射强度
• reflection bounces 使用reflectionprobe后允许不同游戏对象间来回反弹的次数

实时GI

realtime GI

• 所谓实时，是指在运行期间任意修改光源，所有的变化可以立即更新
• 由于unity5引入了行业领先的实时全局光照技术enlighten系统，才可以在运行时产生间接光照，使场景更加真实丰富
• 操作步骤
  • 游戏对象设置为static
  • 启用lighting面板的precomputed realtime GI
  • 点击build按钮

烘焙GI

lightmap

当场景中包含大量物体时，实时光照和阴影对游戏性能有很大影响，使用烘焙技术，可以将光线效果预渲染成贴图，再作用于物体上模拟光影，从而提高性能，适用于在性能比较低的设备上运行的程序

步骤

1. 游戏对象设置为static
2. 设置light组件的baking属性
3. 启用lighting面板的backed GI
4. 点击build

光源侦测

light probes

由于lightMapping只能作用于static物体，所以导致运动的物体与场景中的光线无法融合在一起，显得非常不真实，而light probes组件可以通过probe收集光影信息，然后对运动物体邻近的几个probe进行插值运算，最后将光照作用到物体上

步骤

1. 创建游戏对象light probe group
2. 添加侦测小球 add probe
3. 点击build 按钮
4. 勾选需要侦测物体的meshrenderer组件的use light probes属性

声音

简介

unity支持的音频文件格式

• mp3、ogg、wav、aif、mod、it、s3m、xm
• 声音分为2D、3D两类
  • 2D声音：适合背景音乐
  • 3D声音：有空间感，近大远小
• 在场景中产生声音，主要依靠两个重要组件
  • audio listener 音频监听器：接收场景中音频源Audio source发出的声音，通过计算机的扬声器播放
  • audio source 音频源

音频源

• audio clip 音频剪辑：需要播放的音频资源
• mute 静音：启用则静音
• play on awake 唤醒播放：勾选后场景启动时自动播放
• loop 循环：循环播放音频
• volume 音量：音量大小
• pitch 音调：通过改变音调值调节音频播放速度，1是正常速度
• stereo pan：2d声音设置左右声道
• spatial blend：2d与3d声音切换

3D声音设置

• volume rolloff：音量衰减方式
• min distance：开始衰减距离
• max distance：结束衰减距离