[虚拟现实] 手把手，一起开发一个基于VR的投篮球小游戏

　　今天打开落灰的VR头盔时，突然发现两年前开发的VR小游戏，故写此篇博客与大家分享当时开发的过程。本博文以交互为主，不讨论3D建模的相关知识。 　　VR投篮球玩法: 玩家通过按下控制器的Trigger(即扳机)键来拾取篮球，把篮球投入篮框里得分，距离越远分数越高，一局有10次投篮机会。 　　运行设备: HTC VIVE / HTC VIVE PRO 　　操作系统: 支持Mac OS 和 Windows 　　运行环境: SteamVR 　　开发环境: 　　引擎：Unity 2020 　　IDE：Visual Studio 2019 　　依赖的工具包：VRTK 2.0 　　完整工程代码: GitHub 　　开始项目之前 我们需要准备: 　　1.篮球3D模型及贴图 　　2.篮球场的3D模型 　　3.SteamVR sdk 　　4.VRTK包 　　开发环境的搭建可以自行百度搜索。 　　为了使思路清晰简洁，我把需要实现的功能和需要用到的技术以一一对应的方式呈现。 　　1.捡球投球 --> 基于控制器的抓取，释放 　　2.场地的不同方向移动–>基于控制器的传送机制 　　(注:防止晕动症的发生这里使用瞬移的方式，游戏中玩家的匀速或非匀速运动都会引起不适) 　　3.进球计分 --> 碰撞体判断 　　4.球出界自动返回原点 --> 碰撞体判断 　　5.计算剩余球数 --> 物体三维坐标跟踪 　　6.游戏结束的UI交互–>Unity UI交互 篮球 　　首先从篮球的特性入手，篮球具有弹性，符合物理规律，所以需要给篮球Rigidbody和Collider组件，让其受地球重力影响，并与地面发生碰撞而不是穿过地面。此时的篮球还未具有弹性，需要我们手动定义。 　　在project面板中新建一个Physics Material材质，并设置弹力大小以及动摩擦和静摩擦力大小。并将材质赋给篮球模型。此时篮球就可以自由下落和弹起。参数设置如图所示。 　　篮球的属性设置完成后我们可以调整篮球在场景中的位置，以便玩家进入游戏时拾取。 篮框 　　当玩家把篮球投进篮框时，篮框需要作出相应的处理:计算得分，并计算剩余球数。 　　要使篮框作出处理首先需要为篮框添加触发器，当球投入篮框时进行相应处理，否则无动作。具体流程如下: 　　首先，在篮框内部新建一个空的GameObject,调整GameObject位置及尺寸，使得篮球经过篮框时会与此游戏对象发生碰撞，实现加分处理。 　　此GameObject无需符合物理规律，不受外力影响。不可被玩家看见，并且篮球与其发生碰撞时可以直接穿过。所以我们为其添加一个BoxCollider,编辑好Collider，使其覆盖物体外围，并在Collider属性中勾选Is Trigger，使其成为一个触发器。 　　最后，新建一个tag，命名为trigger，并赋给此GameObject。后面写后台交互代码时会用到。 　　这时，我们的篮框触发器就设置好了。 UI界面 　　本项目目的在于总结VR交互技术，所以把UI的权重降低了，但是UI在实际开发中是很重要的。 　　我们只做一个游戏结束的UI界面和游戏信息显示界面。 　　首先在Unity的Hierarchy面板中新建一个GameObject 命名为GameOverUI,再把我们的篮球模型复制一个进去，作为UI的子物体，接着创建3D Text 作为子物体，内容为:Game Over。调整UI位置以及大小，注意放在显眼的位置。 　　然后将做好的GameOverUI拖入Project面板下的Prefab文件夹中，使其成为预制体。然后删除Hierarchy面板中的GameOverUI。这样我们的游戏结束界面就做好了。 　　同理，我们来制作游戏信息显示界面 　　在Hierarchy面板右键，选择UI-Canvas新建一个Canvas，重命名为GameInfo 　　然后在Canvas中新建4个Text，分别用于显示分数文字，分数，剩余球数文字，剩余球数。如图 VRTK控制器 　　导入了VRTK包后需要对控制器进行设置。 　　我们定义左手控制器用于传送，右手控制器用于投篮。 　　所以我们为左手控制器添加如下几个组件: 　　为右手控制器添加: 　　属性参数全部默认即可，需要定制可自行查阅文档定制。这里也不多赘述。 后台交互 　　到此，我们已经准备就绪，可以开始敲后台的交互代码。 　　完整源码请前往GitHub下载。 　　我第一个实现的功能是球出界自动回到玩家面前。经过考虑为了可玩性就没有设置自动抓取。 　　代码分析: 要实现这个功能只需要在Update函数中不停判断球和玩家摄影机的位置即可。同时有个问题需要注意。如果单把球移到玩家面前我们会发现球还在不停弹跳。由于球具有一定的初速度，且符合物理规律，所以这个现象是正常的。我们要解决它，就将球移动时的初速度设为0，即所谓的“瞬移”。 　　代码片段如下: 　　接着需要实现进球加分功能。这个功能很简单，直接判断篮球是否碰撞触发器即可。（这里存在一个bug，当球自下而上抛时也会加分，这个后期可以通过空间向量解决） 　　写一个OnTriggerEnter()函数，在里面进行相关处理: 　　这里我们的分数不是简单的+1操作。 　　进球的得分=基础分+距离分 　　所以我们需要判断玩家投球的位置离篮框有多远。思路是计算两个空间向量之间的距离。我们可以使用距离公式来实现，也可以更简单地调用Vector3类中的distance()函数来计算出距离，效率上差别不大。 　　我自己封装了一个距离计算函数，代码如下: 　　这样，在进球时的得分就会根据距离改变，距离越远，分数越高。 　　接着我们需要来判断什么时候从剩余球数里面减一。 　　我最初的思路是判断控制器扳机放开的瞬间，把球数减一。但考虑到玩家可能手滑或者需要运球，这样就会导致剩余球数频繁减少，直接Game over。 　　所以我决定换一个思路。当球达到一定高度时剩余球数才会减少。这样可以防止手滑或者运球造成的“冤枉”。 　　这个地方有一个注意点：球本身是有弹性的，如果不加判断的话，落地后重新弹起也会造成剩余球数减少，球高抛在空中停留也会造成次数多次减少。所以我们只将第一次达到那个高度时的球称为有效，其他均无效。这就需要引入一个开关变量，作为标志。 　　定义一个bool变量，命名为ballCircle 　　当达到一定高度时，ballCircle为真，直到球贴地并且末速度接近0时ballCircle才设为假，重新开始下一球的判断。 　　此部分代码如下: 　　到此，我们的评分和计算剩余球数的功能全部完成。 　　最后是游戏结束界面的显示以及玩家和界面的交互。 　　我们前面已经将游戏结束的UI制作成prefab，到了调用它的时候了。 　　我们定义一个函数名称为:onGameOver(),在剩余球数为0的时候延时3秒调用它。在函数中，我们需要实例化我们制作的prefab，将它显示出来。代码如下: 　　玩家要重新开始游戏怎么办？ 　　有很多种方法，我想到用控制器去触碰游戏结束界面来重新开始游戏，但后来想想，觉得很麻烦，玩家需要先传送到UI前面才能触碰到。后来就采用简单粗暴的方法，当玩家重新拾取篮球时直接开始新的一局，重置分数和剩余球数。即简单又方便。代码如下: 　　思路其实很简单，同样是用一个bool变量来存储游戏是否结束的状态，然后进行相关处理。 　　本项目涵盖了VR交互的基础知识点，包括unity3d的基本操作、SteamVR以及VRTK sdk的使用、VR控制器的交互:抓取物体、传送、控制器事件、C Sharp编程等内容。 　　完整的工程文件可在GitHub上下载，以及成品都会发布在GitHub。

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