基于Unity3D的插花教育游戏设计与实现.docx

基于Unity3D的插花教育游戏设计与实现.docx

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基于Unity3D的插花教育游戏设计与实现

内容摘要

上个世纪八十年代，严肃游戏诞生。

教育游戏属于严肃游戏的一个分支，是专门针对特定教育目的而开发的游戏，具有教育性和娱乐性并且这两点同样重要的特点，它使用游戏作为一种教育手段。

同时“教育游戏”的定义比较宽泛，而且在“教育游戏”和“非教育游戏”之间并没有特别鲜明的界线。

虽然有些游戏并不是专门为教育目的而设计的，但它们具有很强的教育意义，也可以纳入教育游戏的范畴。

近年来,游戏发展迅猛，游戏的各种类型也越来越多，但是它们大多都是偏向于竞技与休闲类，对于教育类这一种游戏来说，市场上出现的频率是比较少的，而且大多数教育类游戏面向的都是青少年人群，受众群体不多。

关于插花这一艺术与教育相结合的游戏在市面上出现的情况是几乎没有的。

因此本次设计将实现一款基于Unity3D的插花艺术的教育类游戏，这款游戏将把插花艺术与教育这两个重要因素相结合，游戏致力于陶冶玩家的性情，让玩家也能在游戏中体验插花的乐趣，足不出户就能接触到插花，增加游戏体验，同时本游戏还增加了插花教育教程，适合零基础的玩家接触并学习插花艺术，达到插花的教育作用。

综上所述，本文设计实现的插花教育类电子游戏新颖，有着可观的发展前景，本文主要讲述了游戏的开发原理，游戏设计与实现以及游戏测试等等。

为后续有想向开发教育类游戏这一方向研究的开发者提供借鉴与参考。

关键词：

Unity3D插花教育严肃游戏

Abstract

Inthe1980s，seriousgameswereborn.Educationalgameisabranchofseriousgame，whichisspeciallydevelopedforspecificeducationalpurposes.Withthecharacteristicsofeducationandentertainment,andthesetwopointsareequallyimportant,itusesgamesasameansofeducation.Atthesametime，thedefinitionof"educationalgame"isrelativelybroad，andthereisnoparticularlyclearlinebetween"educationalgame"and"non-educationalgame".Althoughsomegamesarenotspeciallydesignedforeducationalpurposes，theyareofstrongeducationalsignificanceandcanalsobeincludedinthescopeofeducationalgames.

Inrecentyears，withtherapiddevelopmentofgames，therearemoreandmoretypesofgames，butmostofthemarebiasedtowardssportsandleisure.Foreducationalgames,thefrequencyofemergenceinthemarketisrelativelysmall.Andmosteducationalgamesareaimedattheyouthpopulation,theaudiencegroupisnotmany.Therearefewsituationsonthemarketaboutflowerarrangement,agamethatcombinesartandeducation.

Therefore,thisdesignwillimplementaneducationalgameofflowerarrangementbasedonUnity3D,whichwillcombinethetwoimportantfactorsofflowerarrangementandeducation.Thegameiscommittedtoedifyingthetemperamentoftheplayers,sothattheplayerscanalsoexperiencethehappinessofflowerarrangementinthegame.Playerscangetintouchwithflowerarrangementwithoutleavinghometoincreasethegameexperience.Atthesametime,thegamealsoaddsaflowerarrangementeducationcourse,whichissuitableforzero-basicplayerstocontactandlearntheartofflowerarrangement,andfinallyachievetheeducationalroleofflowerarrangement.

Tosumup,theflowerarrangementeducationvideogamedesignedandimplementedinthispaperisnovelandhasconsiderabledevelopmentprospects.Thispapermainlydescribesthedevelopmentprincipleofthegame,gamedesignandimplementation,gametestingandsoon.Forthefollow-upwanttodevelopeducationalgamesinthisdirectionofthedeveloperstoprovidereferenceandreference.

Keywords：

Unity3DFlowerarrangementEducationSeriousGame

第一章绪论

1.1本设计的目的和意义

从先秦开始，插花开始萌芽，劳作中的人们随手折花装饰、互相赠送以表情谊，到了汉魏、南北朝时期，容器插花出现，东方插花历史可谓源远流长，许多文学作品中都出现了插花，艺术价值到了一定高度，特别是各种古代插画。

但是清朝中期以后，插画艺术随着中国封建社会的衰败走向衰败。

20世纪50年代后，插花艺术重新复苏，古老传统的插花艺术再次以美好的姿态，成为人们日常生活中的亲切的风景[8]。

近年来，随着国民经济的发展昌盛，插花艺术也逐渐成为许多人选择学习艺术的一门必修课之一。

因为插花是一项高雅的文化艺术活动，即可以陶冶情操提高文化艺术修养，又可以美化装饰我们的生活环境[5]。

关于插花这一艺术的教育游戏，市面上出现较少，而且大多数插花游戏并没有添加学习某一种插花的教程，都只是让玩家操作插花，没有教导如何插花的环节，所以插花与教育相结合的游戏在市面上出现的情况是几乎没有的。

因此本次设计将实现一款插花艺术的教育类游戏，这款游戏将把插花艺术与教育这两个重要因素相结合，游戏致力于陶冶玩家的性情，让玩家也能在游戏中体验插花的乐趣，足不出户就能接触到插花，增加游戏体验，同时本游戏还增加了插花教程，适合零基础的玩家接触并学习插花艺术，达到插花的教育作用。

为了营造一种真实以及温馨的插花环境，本游戏将采用写真的游戏场景与游戏道具，并且增加了许多治愈系的背景音乐，让玩家在插花的过程中也感受到舒服美好的感觉，并且更加专注于在插花游戏实践中。

1.2系统开发工具和技术的简要介绍

1.2.1Unity3D游戏引擎介绍

本次毕业设计所使用到的开发工具主要为Unity3D，其版本为Unity2019.1.9f1（64-bit）。

Unity3D是由UnityTechnologies开发的多平台的综合游戏开发工具，可以被开发的游戏类型包括3D视频游戏、建筑可视化、实时3D动画等，它是一个完全集成的专业游戏引擎[6]。

Unity3D还支持C#、JavaScript等语言开发，本次设计所用到的编程语言为C#开发语言。

1.2.23DStudioMax工具介绍

本次毕业设计中的制作插花材质所使用到的工具为3DStudioMax，常简称为3dMax或3dsMAX，它是基于PC系统的3D动画渲染和制作的软件，它是市面上游戏开发中最常用的三维建模工具[1]。

本次设计需要用到大量的插花，使用3dmax的时间也会相对花费较多，由于模型从3dmax导入到Unity3D中材质会丢失，因此游戏场景中的模型材质与颜色皆为后期到Unity3D后添加Material材质着色，更改颜色完成的。

1.2.3AdobePhotoshop介绍

本次毕业设计中还需制作插花的菜单按钮，其所使用到的工具为AdobePhotoshop，简称“PS”。

Photoshop是一个主要处理由像素组成的数字图像的图形处理工具。

利用其众多的编辑和绘图工具，可以有效地进行图片编辑工作。

第二章游戏的需求分析及总体方案设计

2.1插花教育类游戏的需求分析

2.1.1玩家需求分析

玩家是本次设计针对的用户，玩家对游戏最先接触到的就是交互场景，交互场景的美观和简易操作性更加吸引玩家。

本次设计针对的用户群体定位为有学习插花意愿的玩家，并想从中得到一些插花技巧的玩家。

此游戏可供花店教学使用，促使其学员完成线上教学的成果交付。

2.1.2游戏功能的需求分析

根据用户角度出发，需要完成的功能必须满足插花的基本操作。

关于插花的基本技艺有三点，一是花材的修剪整理，将生长不良的叶子和花瓣剪掉；二是花材的弯曲造型，将花头朝向固定，必要时还可以用铁丝捆绑加固；三是花材的固定[8]。

根据游戏的实用性与操作性，这其中一点和二点都将在选择并设计花枝模型中进行操作，也就是在游戏开发时进行操作，玩家并不用操作这两点，只需要做最后一点，也就是将花枝插在花瓶上。

所以需要实现的功能有以下几点：

首先完成插花操作：

通过控制鼠标实现控制插花的移动，由于游戏毕竟与现实不同，无法将插花任意方位调整，但是考虑到插花调整方向以及位置的需求，我还加入通过按键盘控制插花的方向位置，如插花向左右方向旋转以及围绕自身旋转。

其次，考虑到要插花的美观不只是当从屏幕的正面去观看，而现实中观察插花的形态，我们可以自己去走动或者移动花瓶来观察插花的效果，就要求在游戏中能各个方向去观察插花，所以我设计摄像机的功能为：

镜头围绕花瓶旋转，由此我们可以通过摄像机的移动来观察各个位置的插花的形态。

第三，实际上，我们需要的插花会提前在花瓶旁边准备好，方便我们进行插花的操作，在游戏中，如果花枝放在桌面上，而且花枝数量较多时，玩家可能难以去辨认所需的插花类型，以及难以准确地抓取想要的花枝，所以我设计将插花隐藏，通过设计插花按钮功能：

点击按钮生成插花在特定位置，即实现点击需要用到的花枝的按钮才出现花枝的功能。

需要声明的是游戏中插花的教程和实践的花枝出现的位置不同。

第四，由于游戏展现的花枝数量较多，假如花枝按钮全部堆放到界面会影响美观以及干扰插花游戏进行，所以增加了可以收纳花枝按钮的菜单功能：

实现收起与展开插花按钮的操作。

以上四点都是最主要的功能需求，其他细节的功能下文再做赘述。

2.1.3性能需求分析

一款游戏呈现到玩家面前，他们最直观的感受就是游戏的界面场景美观程度，游戏画面精美，风格鲜明统一，是一款优秀且高颜值的游戏所具备的要求。

但是游戏的流畅度更加重要，即使游戏画面再精致，游戏流畅度不达标也留不住玩家。

而本游戏为插花教育类游戏，对游戏场景的美观度要求也较高，场景为写实风，贴和现实，会用到很多高保真模型，而且插花游戏免不了会出现很多植物，所以花枝数量较多，每个花枝都需要进行移动操作，所以必须给花枝模型加上碰撞器，碰撞器越复杂越会影响到游戏的性能，游戏进行时流畅度会受到影响。

针对以上问题，我将进行以下三个解决方案：

一是将游戏界面看不到的模型进行隐藏或者删除，二是将大多数花枝模型的MeshCollider（网格碰撞器）改为BoxCollider（盒碰撞器）或者CapsuleCollider（胶囊碰撞器）。

最后第三个方案是在复杂场景切换中，加入异步加载，并在加载页面加入进度条以及关于插花的小知识，使玩家在切换场景时不用在原来的场景等待太久以致觉得游戏体验差，并且不会由于加载时间过长而没有耐性，相反，玩家可能会喜欢加载页面提示的内容，这是因为玩家群体就属于喜欢花艺并想学习的一类人。

2.2游戏的总体方案设计

2.2.1游戏结构方案设计

本设计研究制作的为插花教育类游戏，插花本是一种现实实物的艺术操作，但是将其实现为虚拟，又要添加教程的操作，包括进行插花游戏的玩家水平可能参差不齐，无法保持一致，所以基于以上几点，为了使水平较低的玩家可以进行学习教程后在进行实践操作，水平较高的玩家直接进行插花实践，所以该设计的大体结构比较简单，由开始界面就可以任意选择到想要去学习或者游戏操作的场景，要再进行下一个场景游戏时也很简单，直接回到开始界面就可以再做选择。

结构详情如图2-2所示。

图2-1游戏大体结构

2.2.2总体功能方案设计

由上文的功能需求分析可以得出主要的功能，但其中的某些功能是作为辅助进行这个游戏的构成，在这里进行一一赘述。

总体功能方案设计框架如图2-3所示。

图2-2游戏总体功能设计框架图

针对游戏总体功能设计框架，下面进行一一具体分析。

（1）插花操作：

首先从插花操作开始讲起，上文说道要使玩家在游戏中操作花枝，可以用控制鼠标来实现花枝的移动，又由于我们现实中对插花并不是只进行单纯的水平上的移动，即x轴或y轴方向的移动，还需要对插花进行各个位置的调整，如向左或向右倾斜，以及旋转花枝。

这时候单靠鼠标是无法完成的，需要键盘才能进行旋转和倾斜的操作，并且鼠标的移动与键盘的操作能同时进行，这就相当于玩家在边移动花枝的时候就可以进行调整花枝的方向，模拟我们现实中对插花的操作。

（2）摄像机：

同上文分析所说，我们平常插花时，可能需要从各个方向来观察花枝插得怎么样了，所以玩家在插花时，需要观察插花各个方向的状态，如何实现这一功能，其实有两种解决方案，在现实中如果我们旋转花瓶就能看到四面八方的插花，因为我们转动花瓶，插在花瓶上花枝也会一起旋转，所以第一种方案是对花瓶和插花进行旋转，但是基于插花的数量较多这个性能方向上的要求，以及插花和花瓶是基于世界坐标还是自身坐标来进行旋转，还有轴方向是否如模型一致这些复杂问题的探讨，方案一中将花瓶和插花进行旋转的实现功能是不现实的。

于是就有了方案二，就是本次设计采取的功能，让摄像机来完成旋转的功能，即模拟玩家肉眼来进行的操作，围绕着花瓶进行设定的角度移动。

（3）插花位置：

现实中的一般情况下，插花者需要提前准备好需要的花枝放在花瓶旁边，也就是将花枝横着放在桌边上，但是在游戏中，如果一开始就把花枝倒放在桌面上，那么玩家在插花时，还需要先把花竖起来，这样的交互没有意义，也会使玩家疲惫，所以为了去除这一操作并优化插花时无意义的操作，本游戏将插花位置改为出现就为竖着，后续玩家只需进行水平移动或者相应方向的调整即可。

而游戏还有分为插花教程和插花实践，插花教程面对的是想学习如何插花的玩家，所以这类玩家对插花接触的相对较少，如何在游戏中快速学习到如何插花并且不需要复杂的操作，所以本游戏将插花教程中的插花设计为不用移动，直接出现在花瓶中，并且为了防止玩家错误的操作使花枝位置出现异常，所以插花也不可以被操作，玩家无法对插花进行任何移动以及位置上的变化。

插花实践就与插花教程不同，插花实践中，花枝是出现在花瓶外的，但是是可以被玩家进行移动以及位置调整操作的。

（4）UI按钮：

本游戏中许多功能的实现都需要用到按钮，游戏中除了插花操作需要用到鼠标和键盘外，其他的都是由按钮来点击实现的。

如插花出现在游戏中，是需要点击插花的按钮才能出现的，一个场景中出现的插花数量多，所以相应的出现在游戏屏幕的插花按钮数量也多，由此衍生了另外一个按钮，菜单按钮，这个按钮用于隐藏和展示插花按钮，菜单按钮的UI也会随着插花按钮的展开与收起进行变化。

插花教程与插花实践面对的玩家水平不同，同时设定也不同，所以游戏需要对玩家有提示，提示按钮就解决这个问题，点击提示按钮，提示框就会出现，再点击一次，提示框就会隐藏，同时提示按钮也会和菜单按钮一样会随着操作变化UI。

插花有很多种维度去学习，本设计围绕从花瓶不同开始该进行怎么样插花的操作的学习，在游戏自由模式中，玩家可以自由发挥插花并更换花瓶，所以花瓶按钮就是用于更换花瓶的。

每点击一个花瓶按钮，这个花瓶就会出现在游戏场景中，其他花瓶就会消失。

2.3本章小结

从进行插花的玩家的需求出发，进行了一系列的探讨分析，得出了游戏的总体结构，这样场景单项的来回切换，更利于基础玩家的操作，同时也给玩家呈现出游戏的大纲以及选择的权利。

从功能分析上，我们结合现实插花，将本设计模拟成较贴近现实的游戏，玩法参考现实插花的操作，同时也减少不必要的操作，使玩家操作到的都是最核心的插花步骤。

将游戏总体框架和总体功能加以结合总结，由此得出本文所设计实现的游戏总体设计方案。

第三章游戏详细设计及实现

3.1人机交互模块

3.1.1开始界面

插花艺术是现代的一种艺术表现形式之一，它象征着美好。

所以本游戏必须具备一定的美观性，由上文2.2.1节游戏结构方案设计的研讨中，要考虑到玩家的游戏经验水平，我们也必须考虑到开始界面的简洁性。

所以根据美观性与简洁性这两个特征。

现在对游戏开始界面进行详细的制作方案。

首先，从美观性开始研究设计，为了突出游戏主题为插花，所以可以将插花完成的作品放在开始界面中，让游戏这一插花主题在一开始就深入人心，即使不知道本游戏是什么玩法的时候，也可以大概地猜测到是有关于花的游戏，同时本游戏中插花的色系多为粉色系，这个色调给人一种浪漫温馨的舒适感，而开始界面插花的粉色为主色调，所以为了整体美观性的协调性，所以在设置按钮的UI上面，也要求按钮的UI字体颜色为与粉色系贴近的颜色。

此外，单单只有插花呈现在开始界面是不够的，因为此时界面还是静态的，所以为了打破开始界面的寂静感，游戏将通过增加层次感来达到动态的效果，在开始界面中给场景中的环境添加光影，通过光透过树叶的影子照到插花作品上，并让风吹拂到树叶上，结果会呈现一种风吹动树枝摇晃的动态感，而这种动态是通过光打到插花呈现出来，并且配合应景的空灵的背景音乐，节奏舒缓清新，这样一来就非常巧妙地营造出一种如沐春风的氛围感。

接着，就是开始界面的简洁化，开始界面背景应该选择简约大气的背景，但也不能选择纯色且干净平整的背景，会显得界面没有层次感，所以背景稍微带点材质纹路并且不太瞩目抢眼更利于突出主题，并且让玩家越看越能发现细节的美，有一定的耐看性，不会一览无余。

同时，界面的简洁性还包括UI设置的简洁性，UI简洁就要求界面的UI不过度饱和，UI要少且精，排除一切多余UI出现。

所以开始界面上要求只存在游戏名称“花颜”的UI和进入游戏的按钮UI，连结束游戏的UI也可以简化为一个单纯的“×”符号位于右上角。

至此，游戏的开始界面指向简洁且明确。

根据以上所有对游戏开始界面的探讨研究，完成游戏开始界面的最终效果图如下图3-1所示。

图3-1游戏开始界面

3.1.2游戏关卡界面

这个小节将对游戏中的关卡界面制作流程进行简单的阐述。

游戏有7个界面，其中包括开始界面和加载界面。

除了这两个界面，我们把其他5个界面称为主游戏界面，其中主游戏界面又分为三种，一种是教程类的游戏界面，另一种是实践类的游戏界面，最后一种是自由模式的游戏界面。

其实这三种界面都有相同的地方，只是都有比上一个多添加的内容，比如自由模式的界面与上一种实践类的游戏界面相似，只是多了花瓶的按钮还有一条提示语句。

所有界面的设计都是基于当前游戏关卡模式的主题，使用Unity3D开发引擎所自带的NGUI所制作完成的。

其中自由模式游戏界面如下图3-2所示。

图3-2自由模式界面

3.1.3游戏交互

本设计与市场上主流的游戏一样，都是以鼠标、键盘作为输入装置来对游戏进行操作的，本游戏主要使用到的是鼠标，通过点击鼠标左键来实现按钮操作、长按鼠标来操控拾起花枝并移动，而键盘就只用在花枝方位的调整上，键盘按A键控制插花向左倾斜旋转，S键控制插花向右倾斜旋转，D键控制插花自身顺时针旋转，F键控制插花自身逆时针旋转。

具体的功能实现代码将在下文详细描述。

游戏的交互除了鼠标和键盘外，还包括游戏的提示框，教程关卡开始时会出现提示，指引玩家操作点击另外一个操作指示，它被点击后就会消失，不再出现。

而实践关卡则不会出现这个提示框，这是默认玩家是先从教程开始玩后再进行实践，所以这个不会在实践关卡出现的提示是为了防止新手过度引导。

这个提示框为了方便点击后消失，所以提示框由Unity3D中UI的Button实现，且鼠标点击后消失的设计流程为：

将提示框按钮从Hierarchy面板中拖动到->OnClick（）->RuntimeOnly->GameObject.SetActive->不勾选后面的选项。

教程关卡提示如图3-3所示。

图3-3宽口瓶实践场景的提示框

3.2游戏具体功能

3.2.1场景的设计

首先，进行阐明游戏场景设计的思路。

游戏用户群体定位为喜欢花艺的玩家，所以玩家大部分为对美有追求的人，所以对游戏场景的美观程度会有比较大的要求，所以游戏场景将走写实风，会比较贴近现实场景，而且是需要场景较简洁干净，这样玩家可以更加专注于花艺中。

同时本游戏设定为插花教育类游戏，所以教授插花方向维度从花瓶形状入手，选用日常生活中最常出现的花瓶类型：

宽口瓶和瘦高瓶。

同时这两个花瓶形状不同也就意味着摆放的空间位置不同，也就是场景不同，所以游戏中主要的场景有2个，一个为宽口瓶插花所在的场景，一个为瘦高瓶关卡所在的场景。

同时为了增加游戏丰富性，瘦高瓶和宽口瓶的摄像头远近也不同，即镜头有远近之分。

最后游戏还设计了一个“自由模式”的游戏关卡，这个关卡花瓶可以选择以及没有标准的插花样式教程，它所在瘦高瓶关卡那个场景的不同位置上。

其中瘦高瓶关卡所在的场景如图3-4所示。

图3-4瘦高瓶关卡所在的场景

3.2.2插花模型与按钮的设计

在现实生活中，插花需要花费一定的金额去购买鲜花材料并且保质期不长，使用假花又质感相差甚远[5]，用游戏中的鲜花模型就能很好地解决这个问题，不需要额外的花费，也不需要去担心鲜花枯萎的问题。

所以，在游戏中，插花当之无愧是游戏的主角，插花的美观性直接影响到游戏的美术质量，所以对应的花枝模型我在前期用了大量时间去收集花的模型素材，最终找到风格一致的各种花枝模型，由于找到的花枝模型都为.max且以束为单位，所以就使用到3dMax工具将素材中能被用在游戏中的花给单独分离出来，并为其添加轴，最后转化格式为Unity3D能使用的格式.fbx，并导入到Unity3D中。

由于在将模型导入到Unity3D时材质会丢失，因此在将模型导入到Unity3D后，还要为模型添加材质球，模型最终呈现颜色为后期添加的材质球中所设置的颜