Unity3D游戲開發初探—2.初步了解3D模型基礎

本文轉載自查看原文 2014-02-12 00:08 9840 【008】Unity VR & AR

一、什么是3D模型？

　1.1 3D模型概述

　　簡而言之，3D模型就是三維的、立體的模型，D是英文Dimensions的縮寫。

　　3D模型也可以說是用3Ds MAX建造的立體模型，包括各種建築、人物、植被、機械等等，比如一個大樓的3D模型圖。3D模型也包括玩具和電腦模型領域。

　　互聯網的形態一直以來都是2D模式的，但是隨着3D技術的不斷進步，在未來的時間里，將會有越來越多的互聯網應用以3D的方式呈現給用戶，包括網絡視訊、電子閱讀、網絡游戲、虛擬社區、電子商務、遠程教育等等。甚至對於旅游業，3D互聯網也能夠起到推動的作用，一些世界名勝、雕塑、古董將在互聯網上以3D的形式來讓用戶體驗，這種體驗的真實震撼程度要遠超現在的2D環境。

　1.2 如何構建3D模型

3D模型的構建主要有三種：

　　① 人工軟件構建3D模型：此種方式要求操作人員要具有豐富的專業知識，熟練使用建模軟件，而且操作復雜，周期較長，同時最終構件的3D模型真實感不強；

　　② 三維掃描儀構建3D模型：此種方式需要價格昂貴的三維掃描儀等硬件設備。並且，三維掃描儀現今只能獲得物體的位置信息，對於物體表面的紋理特征多數仍然需要輔助大量的手工工作才能完成。整個過程成本高，周期長；

　　③ 基於圖像構建3D模型：此種方式只需要提供一組物體不同角度的序列照片在計算機輔助下即可自動生成物體的3D模型。操作簡單，自動化程度高，成本低，真實感強。

二、Unity中的3D模型基礎

　2.1 認識游戲對象

　　（1）相信大家經過前一篇博客《Unity3D游戲開發初探—1.跨平台的游戲引擎讓.NET程序員新生》初步認識Unity3D之后，對於Hierarchy中的游戲對象有了初步認識了吧。Hierarchy中顯示的是GameObject—游戲對象，每個游戲都至少有一個Camera，點擊Camera就可以在Preview（預覽視圖）中看到攝像機的視角畫面。

　　（2）每個GameObject都有三組屬性：Position（位置）、Rotation（旋轉、角度）與Scale（縮放大小）三組屬性。Position控制游戲對象在三維空間中的坐標，Rotation控制游戲對象顯示的角度，而Scale則控制游戲對象縮放的比例。

2.2 認識左手坐標系

　　Unity3D采用的是左手坐標系：沿屏幕橫向為x軸，沿屏幕縱向為y軸，垂直屏幕方向為z軸。右、上、背向觀眾的三個方向為正方向。也許這么闡述大家還是不明白，但沒關系，我們先來看看空間幾何常見的坐標系類型。

　　①空間直角坐標系

　　以空間一點O為原點，建立三條兩兩垂直的數軸；x軸(橫軸)，y軸(縱軸)，z軸(豎軸)，這時建立了空間直角坐標系Oxyz,其中點O叫做坐標原點，三條軸統稱為坐標軸，由坐標軸確定的平面叫坐標平面。

　　各軸之間的順序要求符合右手法則，即以右手握住Z軸，讓右手的四指從X軸的正向以90度的直角轉向Y軸的正向，這時大拇指所指的方向就是Z軸的正向。這樣的三個坐標軸構成的坐標系稱為右手空間直角坐標系。與之相對應的是左手空間直角坐標系。

　　一般在數學中更常用右手空間直角坐標系，在其他學科方面因應用方便而異。三條坐標軸中的任意兩條都可以確定一個平面，稱為坐標面。它們是:由X軸及Y軸所確定的XOY平面；由Y軸及Z軸所確定的YOZ平面；由X軸及Z軸所確定的XOZ平面。

　　這三個相互垂直的坐標面把空間分成八個部分，每一部分稱為一個卦限。位於X，Y，Z軸的正半軸的卦限稱為第一卦限，從第一卦限開始，在XOY平面上方的卦限，按逆時針方向依次稱為第二，三，四卦限；第一，二，三，四卦限下方的卦限依次稱為第五，六，七，八卦限。

　　②右手坐標系

　　右手坐標系在中學學空間幾何的時候經常會用到。在三維坐標系中，Z軸的正軸方向是根據右手定則確定的。右手定則也決定三維空間中任一坐標軸的正旋轉方向。要標注X、Y和Z軸的正軸方向，就將右手背對着屏幕放置，拇指即指向X軸的正方向。伸出食指和中指，如下圖所示，食指指向Y軸的正方向，中指所指示的方向即是Z軸的正方向。要確定軸的正旋轉方向，如下圖所示，用右手的大拇指指向軸的正方向，彎曲手指。那么手指所指示的方向即是軸的正旋轉方向。

　　③左手坐標系

　　伸出左手，讓拇指和食指成“L”形，大拇指向右，食指向上。其余的手指指向前方。如下圖所示，這樣就建立了一個左手坐標系。拇指、食指和其余手指分別代表x，y，z軸的正方向。判斷方法：在空間直角坐標系中，讓左手拇指指向x軸的正方向，食指指向y軸的正方向，如果中指能指向z軸的正方向，則稱這個坐標系為左手直角坐標系．反之則是右手直角坐標系。

　　④左手坐標系與右手坐標系的比較

　　左手坐標系是X軸向右，Y軸向上，Z軸向前，右手坐標系的Z軸正好相反，是指向“自己”的，在計算機中通常使用的是左手坐標系，而數學中則通常使用右手坐標系。計算機里面其實很多也有用右手坐標系，這個只是根據實際應用不同，沒有說哪個比較好。

　　現在，相信大家至少對於左手坐標系有了一個比較形象的了解了，那么這里介紹的目的也就達到了。（貼圖好麻煩的，么么嗒）

2.3 認識Vector3

　　如果大家有心的話，會發現我們在第一篇博客里邊寫的代碼里引用了一個Vector3的類，那么這個類是干啥用的呢？我們現在來初步了解一下。

　　Vector3是Unity中定義的一個含有x、y、z三個字段的類，可以表示位置點，也可以表示一個向量。

　　Vector3乘以數值表示對向量的三個值乘以相應的值，假設v1,v2是兩個向量，則v1-v2表示從v2指向v1的向量，如下圖所示。擴展：后面我們在做打箱子游戲的時候，當一個小球向指定區域發射時，就是一個向量減法的典型應用。已知小球在攝像機位置（即是一個攝像頭所在的向量，假設其為v2），以及鼠標所指向的位置坐標后（即為目標地向量，假設其為v1），通過v1-v2即可得到要發射的具體方向的向量（相當於告訴小球朝哪個目標方向發射！）。

三、先學走再學飛—第二個Unity3D程序

　　在第一篇博客中的HelloCube程序中，我們讓Cube實現了翻轉。這次，我們讓Cube實現前后移動，讓游戲對象學會“走路”這項技能。

　　（1）在Hierarchy中Create一個Cube（立方體），並且加入一個Direction Light（平行光）；之后，將Cube的Position屬性設置為（0,0,-4），這樣鏡頭會近一點；將Cube的Scale屬性設置為（1,1,1），這樣Cube會放大一點；

　　（2）在Project中新增一個C# Script，隨便取個名字，這里取名為:CubeController。雙擊該腳本，在Update方法中輸入以下代碼：

 1 using UnityEngine;
 2 using System.Collections;
 3 
 4 public class CubeController : MonoBehaviour {
 5 
 6     // Use this for initialization
 7     void Start () {
 8     
 9     }
10     
11     // Update is called once per frame
12     void Update () {
13         if(Input.GetKey(KeyCode.UpArrow))
14         {
15             transform.Translate(Vector3.forward*0.2f);
16         }
17 
18         if(Input.GetKey(KeyCode.DownArrow))
19         {
20             transform.Translate(Vector3.back*0.2f);
21         }
22     }

View Code

　　（3）點擊預覽按鈕：按鍵盤Up鍵，Cube會朝前移動；按Down鍵，Cube會往后移動；

四、案例深入：地球圍繞太陽轉

　　有了以上的基本的3D理論基礎之后，我們再來做一個Unity3D小案例：地球圍繞太陽轉。所謂地球圍繞太陽轉，指的是指地球繞太陽做周期性轉動。（如果你要問為什么地球圍繞太陽轉，請問哥白尼先生和牛頓童鞋）

　　（1）首先Create以下游戲對象：兩個Sphere，一個Direction Light；並將其中一個Sphere命名為Earth，另一個Sphere命名為Sun；設置Sun的Scale為（3,3,3），讓太陽這個大球體顯得大一點；而將Earth的Position設置為（5,0,0），讓Earth顯示在太陽的右邊；

　　（2）為了讓太陽更像太陽一點，我們在Project中Create一個Material（材質，所謂材質就是修飾游戲對象的），命名為SunMaterial，這里主要是為太陽增加一個顏色。

　　選中SunMaterial，雙擊Main Color，彈出顏色選擇器，在顏色選擇器中選則一個深黃色的區域。

　　（3）為了讓地球更像地球一點，這里我們為地球增加一個背景圖片—地球貼圖。（可以從網上搜索一下，也可以從本文底部給出的URL下載）下載完成之后，將地球貼圖拖動到項目中，最后將貼圖拖動到Earth對象上。最后效果如下圖所示。

　　（4）新增一個C# Script，命名為EarthControl。雙擊該腳本文件，在編輯器中寫入以下代碼。這里要注意，常用的游戲對象一般設置為全局變量，並且在Start方法中進行初始化（這里是通過GameObject的Find靜態方法獲取，你可以理解為JavaScript的Dom操作GetElementById("Earth")）。游戲對象的transform組件用於控制物體的位置，旋轉和縮放。

 1 using UnityEngine;
 2 using System.Collections;
 3 
 4 public class EarthControl : MonoBehaviour
 5 {
 6     // 定義游戲對象
 7     public GameObject earth;
 8     public GameObject sun;
 9 
10     // Use this for initialization
11     void Start()
12     {
13         // 啟動時獲取游戲對象
14         earth = GameObject.Find("Earth");
15         sun = GameObject.Find("Sun");
16     }
17 
18     // Update is called once per frame
19     void Update()
20     {
21         // 使地球對象圍繞着太陽旋轉
22         earth.transform.RotateAround(sun.transform.position, Vector3.up, 0.3f);
23     }
24 }