基于Unity3D的汽车驾驶游戏的设计与实现(毕业论文).doc
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目录
摘要 I
ABSTRACT II
一、 绪论 1
（一） 研究背景和研究意义 1
（二） 国内外研究现状 1
（三） 论文组织结构 2
二、 3D游戏技术的知识系统 2
（一） 3D图形库 2
（二） 物理引擎 5
（三） Unity3D 8
三、 车辆驾驶游戏的设计 11
（一） 游戏创意 11
（二） 游戏框架结构设计 13
（三） 游戏层次结构设计 14
四、 车辆驾驶游戏的实现 15
（一） 场景渲染实现 15
（二） 场景物理仿真实现 21
（三） 汽车动力学模拟 22
（四） 用户图形界面实现 24
（五） 网络联机模块实现 27
五、 游戏展示与性能分析 28
（一） 游戏展示 28
（二） 性能分析 30
六、 项目总结 32
（一） 总结 32
（二） 下一步工作的展望 33
参考文献 34
华东师范大学学士学位论文基于Unity的车辆模拟游戏的设计与实现
摘要
随着计算机技术的发展，电子游戏的形式越来越丰富，用户对于电子游戏的娱乐性需求也越来越高，追求更加真实的感官体验成为电子游戏的一条发展趋势。
作为虚拟现实领域的一项的综合应用，3D游戏已经在电脑、手机、机顶盒等多平台得到了普及，相对于传统的2D游戏，3D游戏让用户感觉更融入，更加享受，但所依赖的计算机技术也更加复杂，计算机图形学、物理仿真等都成为3D游戏开发所需要的重点研究方向。
我国在电子游戏领域的发展与领先国家还具有一定的差距，为了振兴本国电子游戏行业，对这一项综合应用所涉及的技术进行整体的梳理是完全有必要的。
论文按照从设计到实现，从理论到应用。
首先介绍了3D游戏的一般技术框架，之后围绕一款基于Unity3D的小型的汽车驾驶游戏，使用Unity3D支持多个平台，可方便引入各方面插件。
在游戏设计和实现阶段，先简单介绍了游戏的创意，接着设计了整个游戏的的整体结构，并将游戏系统主要分为图形渲染、物理仿真、网络同步等模块，图形渲染使用Unity3D中OpenGL插件，使得游戏可以运行到手机平台，为了更精确、更快速处理汽车的物理仿真，使用了PhysX来对车身及场景进行物理设计，着重涉及到碰撞检测、车身刚体及轮胎的悬挂系统的概念及算法，并且增加界面设计及网络模块使得用户增加互动性。
论文的最后对游戏做了一定的分析，在执行效率及可玩性做出了改进展望。
整个游戏系统各模块之间接口灵活且耦合性低，且运行效率高，虽然属于小型游戏，但涉及的技术点较为全面，可以为同类问题提供参考。
关键字：
Unity3D，游戏，图形引擎，物理引擎，PhysX，汽车驾驶
Abstract
Withthedevelopmentoftheelectronicscience,formsofelectronicgamesarebecomingricherandricher,meanwhilethatusersneedtomorerealsensejudgmenthasbeenanimportantprogresstrend.Asanapplicationofthevirtualreality,3Dgamesisavailableonallthemajorcomputer,mobileplatforms,set-topboxesandsoon.3Dgamesmakeuserseasierimmerseinenjoyingitcomparedwith2Dgames,butrequiremorecomplextechnique,sothatComputerGraphicandColliderdetectionhavebeenkeyresearchfields.Theindustrylevelof3DgamesfallsbehindinChinaatpresent,itisameaningworktogothroughthetechnologyofthecomprehensiveapplication.
Thethesisisorderfromtheorytoapplication.Firstlythispaperintroducesthebaseframeworkof3Dgames,andthendevelopavehiclegamebyUnity3D,whichsupportsmultipleplatformsandeasiertodevelopbytheplugin.Inthespecificgame,introducetheideaofthisgameanddiscusstheoveralldesignoftheintegralstructure.Thisgameisbrokendownintomodulessuchasgraphicrending,physicalsimulationandnetwork.GraphicrenderingusesOpenGLplugininUnity3D,whichmakesgameruninmobilephone.PhysicalsimulationdependsonPhysXwhichcanobtainmoreaccurateresultstodesigntherigidbodyofthecar,thesuspensionofthewheelsandthescene.InordertoaddinteractivityweaddnetworkandUImodule.Intheend,thispaperanalysisthisgametoputforwardthenextimprovement.
Thisvehiclegameismini,butownssomeadvantagessuchasflexiblemoduleinterfaces,lowcouplingandfastexecuting.Mostimportantlythispaperreferstomostaspectsofa3Dgameandprovideareferencefordeveloperswhohasasimilarrequirement.
Keywords:
Unity3D,game,graphicengine,physicalengine,PhysX,automobilism
III
一、绪论
（一）研究背景和研究意义
这几年，中国经济以8%左右的速度持续平稳的增长，而在刚刚过去的2012年中国游戏市场实际销售收入602.8亿元，同比增长率为35.1%，首次突破600亿规模[1]。
游戏产业己经成为经济市场中增长速度最快的热点，是众所关注的焦点。
游戏是文化创意产业里的一部分，创意经济是知识经济的核心内容，更是其经济的重要表现形式，没有创意就没有新经济。
游戏设计是文化艺术创意和商品生产的结合，游戏产业的发展在中国的经济发展中具有十分重要的意义[2]:
1.有利于保护民族的文化传统和价值观，抵制文化入侵;
2.推动创意产业的快速发展，提升我国经济产业发展水平;
3.提供健康快乐的大众娱乐方式，提升消费者的休闲体验感受。
游戏的发展从表现方法上经历了2D游戏和3D游戏两个阶段。
游戏设计，特别是3D游戏开发综合运用了计算机图形学、物理仿真和网络通讯等技术，并且移动平台技术在这几年得到迅猛发展，轻量级、微创新、时间碎片化一直是移动游戏的发展趋势，如《愤怒的小鸟》、《顽皮鳄鱼爱洗澡》、《神庙逃亡》的用户数都已经过亿。
论文通过一个简单的“碰碰车”创意予以实现，涵盖了3D游戏涉及到的一些基本技术，能深入理解这些领域的底层技术并熟练掌握成熟的引擎使用，对于将来开发具有自主知识产权的游戏提供了参考。
（二）国内外研究现状
国外的3D游戏起步在90年代初，美国的卡马克的《重返德军总部3D》是第一部3D第一人称射击游戏，由其开发的Doom引擎也成为最早3D游戏引擎。
国内首款自主研发的3D游戏始于2003年，到目前为止，国内在3D游戏已经有了很多的研究，但由于3D游戏开发的复杂性及经济效益的考虑，国内只有屈指可数的互联网公司拥有自主研发的3D游戏引擎，中小型公司还是使用国外较为成熟的游戏引擎和工具，如虚幻，Unity3D，寒霜。
虽然近年来国内涌现一些优秀的3D网游诸如《剑侠情缘3》、《九阴真经》，但一直无法像产出世界级的3D游戏大作，大部分游戏公司还是以代理国外优秀产品为主，导致资金外流及本土文化缺失。
随着移动硬件设备的日益强大，移动平台上的游戏也出现了惊人的增长，3D互动娱乐在手机领域的应用也逐渐增加。
而移动领域存在诸多的操作系统，常用的有Android、WindowsMobile、iOS等，而在各个平台上的移植和实现对于开发商来说是不经济的，而目前国外优秀的成熟引擎已经成功解决这类需求，最为突出的要数Unity3D引擎，Unity3D中使用虚拟机技术使游戏编译结果独立于平台执行。
国内对于跨平台引擎技术的研究还处于起步阶段，但熟练掌握和理解这些引擎的使用依然具有一定意义。
（三）论文组织结构
论文按照从设计到实现，从理论到应用，主要围绕一款基于Unity3D的小型的汽车驾驶游戏，对一些3D游戏设计的技术进行相关的研究，并予以设计实现。
本文共分为六章，各章节安排如下：
第一部分：
绪论，阐述了论文的研究背景和意义、国内外研究现状以及本文主要研究内容；
第二部分：
介绍了3D游戏开发的一般技术框架，及相关的第三方引擎，主要有图形渲染库、物理引擎及Unity3D的概述；
第三部分：
汽车驾驶游戏的创意以及游戏系统的整体设计，并根据Unity3D框架规范设计了一种MVC层次结构；
第四部分：
讨论游戏中各模块的技术研究和实现过程，主要的核心模块是场景渲染和物理仿真；
第五部分：
展示当前的游戏并对效率、玩法等方面做一定分析；
第六部分：
结论，对该设计进行总结并指出其中的不足，提出下一步展望。
二、3D游戏技术的知识系统
（一）3D图形库
1.3D图形库简介
3D图形库被定义为显卡与应用程序直接的接口。
编程人员只要调用3D图形库中的API（ApplicationProgrammingInterface）函数，从而与硬件的驱动程序沟通，启动3D芯片内强大的3D图形处理功能，制作具有3D图形效果的软件。
3D图形库的执行具有非常快速的特点，并且具有高度的可移植性，其中的API函数定义为独立于任何程序设计语言的一组规范，在特定语言中的实现描述由国际标准化组织来制定。
严格按照计算机图形学原理设计而成，符合光学和视觉原理，编程人员只要用这些API函数定义点、线、面的三维特征，如位置坐标、顶点颜色、法向向量、纹理坐标等就可以创建极其逼真的3D图像。
许多三维演示系统都用3D图形库作为三维图形生成和控制的编程接口。
目前主要应用的3D函数库有DirectX和OpenGL。
DirectX：
微软公司专为PC游戏开发的API，与Windows操作系统兼容性好，可绕过图形显示接口（GDI）直接进行支持该API的各种硬件的底层操作，大大提高了游戏
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