虚拟现实技术导论（微课版） 课件 第2章　Unity3D引擎

.Unity3D引擎

.

2.1Unity3D引擎介绍

.目录.1.Unity下载与安装

.2.创建项目

.3.Unity编辑器界面

1.Unity下载与安装

进入Unity官网，单击“下载Unity”按钮，Unity中的各种版本在此界面均可找到

1.Unity下载与安装

单击“UnityHub(Win)”按钮，下载UnityHubSetup.exe安装程序，运行此程序，即可开始安装UnityHub。在UnityHub中，有Unity官方提供的教程、工程文件、资源、学习链接等，如图2-3所示。单击“安装”>“添加”按钮，选择“Unity2019.3.2f1”单选项，单击“下一步”按钮。添加Unity运行所需要的模块，如MicrosoftVisualStudioCommunity2019（脚本编辑器）、AndroidBuildSupport、Documentation（参考文档）、简体中文等。

2.

创建项目

在UnityHub中单击“新建”按钮，选择Unity版本后，选择项目类型：3D，输入项目名称，设置项目存放位置后，单击“创建”按钮，即可新建一个Unity游戏项目，Unity自动在指定的路径下创建以项目名命名的文件夹。标准的Unity项目文件夹中主要包括以下文件夹：Assets文件夹：包含所有在Unity中创建、导入的文件，是Unity的主要工作文件夹；Library文件夹：存放项目的数据库文件；ProjectSettings文件夹：存放项目的配置文件；Logs文件夹：存放Unity工作过程中的日志文件。

3. Unity编辑器界面

Unity编辑器由多个面板组成，每个面板负责不同的功能，主要包括Hierarchy（层级）、Project（项目）、Inspector（属性）、Scene（场景）、Game（游戏）、Console（控制台）等面板。

Unity中的面板可随意拖动或关闭，也可通过编辑器右上角的“Layout（布局）”选择框设置默认的界面布局。3.

Unity编辑器界面—Project面板

Project（项目）面板按照文件夹的目录结构来存放项目的所有资源，对应着项目文件夹中的Assets文件夹。

在Project面板中的Assets面板空白处右键，弹出菜单中单击Create可创建各种资源，常用的资源包括：场景、游戏脚本、预制体、材质、动画、纹理贴图及导入的其他资源。

3.

Unity编辑器界面—Hierarchy面板

Hierarchy（层级）面板中显示场景中所有的游戏对象（GameObject），新建的项目中具有两个默认的物体：MainCamera（摄像机）和DirectionalLight（方向光）。

在此面板中单击鼠标右键，在弹出的菜单中创建游戏物体，也可通过菜单项“GameObject”来创建游戏物体。

3.

Unity编辑器界面— Inspector面板Inspector（属性）面板相当于“属性编辑器”，显示当前选中游戏对象的所有组件及组件属性，包括GameObject（游戏对象）、Assets（资源）和Materials（材料）等，以及编辑器设置和首选项。右图所示是MainCamera（主相机）的属性，除了物体的Position（位置），Rotation（旋转）和Scale（缩放）值之外，还可以编辑主相机的所有属性。MainCamera属性3.

Unity编辑器界面—Scene面板Scene（场景）面板用来显示和编辑场景中的游戏物体，常见操作是调整游戏对象的位置、方向、旋转、缩放等。

HandTool：手型工具，用于调整当前视野位置；MoveTool：移动物体，可在X、Y、Z三个方向移动物体；RotateTool：旋转物体；ScaleTool：缩放物体；RectTool：物体在二维平面的移动和缩放；Move,RotateorScale：混合工具，集合移动、旋转及缩放三种工具；AvailableCustomEditorTools：自定义编辑器工具。3.

Unity编辑器界面— Game面板Game（游戏）面板中显示游戏运行时的图像，在编辑器中运行游戏后，自动切换到此面板。

在游戏模式下，使用者所做的任何改变都是暂时的，退出游戏模式时使用者所做的修改将会被重置。控制游戏运行的按钮分别是：运行游戏、暂停游戏运行、下一个关卡3.

Unity编辑器界面— Console面板Console（控制台）面板用来显示控制台信息。若脚本编写出现错误，在此面板中会有红色字体显示出错位置和原因等信息。。

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.2.2Unity3D引擎的基础内容

.目录.6.

摄像机Camera

.2.

Assets

.3.

预设体Prefab

.4.

材质Material

.5.光源系统Light

.1

.

GameObject、Component

.7.

粒子系统Particle

.8.物理系统Physics

1.GameObject、Component

.GameObject

.

GameObject，它代表的是游戏对象，如游戏中的角色、道具、敌人，等等。.在Hierarchy面板中创建一个游戏对象，也可通过菜单“GameObject”>“3DObject”命令创建，游戏对象可以是一个相机、一个灯光，或者一个简单的3D模型。

.Component

.

每个游戏对象上可以加载不同的Component（组件），组件可以是一个脚本、一张贴图或一个模型。.一个基本的Cube游戏对象，默认就有4个组件:Transform组件MeshFilter组件BoxCollider组件MeshRenderer组件

2.

外部资源的导入和使用

1. 导入单个文件菜单“Assets”>“ImportNewAsset”；导入Unity系统自带的资源包

在AssetStore页面的搜索框中输入关键字，搜索结果页面选中所需素材，点击下载按钮；下载完成后，在出现的窗口中直接单击“Import”按钮。3.导入外部资源包菜单“Assets”>“ImportPackage”>“CustomPackage”；文件选择框中选择以“.unitypackage”为扩展名的资源；3.

预设体Prefab

Prefab意为预设体，可以理解为一个游戏对象及其组件的集合，目的是使游戏对象及资源能够被重复利用。预设体储存着一个游戏对象及游戏对象的所有组件。修改预设体的属性，预设体实例化后的游戏对象也会发生相应的改变。

创建一个立方体的Prefab，操作步骤如下：

（1） 新建一个Cube（立方体）（2） 将Hierarchy面板中的Cube直接拖动到Project面板prefabs文件夹中，生成Cube预设体，预设体的扩展名为.prefab；Hierarchy面板中的Cube字体颜色变成了蓝色。4. 材质Material

Material材质用来定义物体表现信息的，在3D引擎里，通常默认以球体网格模型来展示材质，所以材质也叫做材质球。Unity提供的材质有：Material（普通材质）、PhysicMaterial（物理材质）、Physics2DMaterial（2D的物理材质）。创建一个材质，操作步骤如下：（1） Project面板中，单击鼠标右键，在弹出菜单中选择“Create”>“Material”，创建一个新的材质球，材质球默认名称为NewMaterial，材质球扩展名为.mat；（2） 单击新材质球，重命名为CubeMaterial；（3） 材质球选色及贴图：在Project面板中选中CubeMaterial材质球，单击Inspector面板的Albedo选材质的颜色，也可以单击属性前面的小圆圈按钮给材质球添加纹理图片。（4） 游戏对象上色：材质球创建好后，选中材质球，按住鼠标左键将其拖曳到Scene面板中的游戏对象上即可，或者拖曳到Hierarchy面板中的游戏对象上。5.光源系统Light

Unity中的光源系统可以很好地模拟自然界的光线效果，比如：光的照射、反射、折射等物理特性，增加真实感和立体感。光源系统可以模拟太阳、燃烧的火柴、探照灯、手电筒、爆炸等等。Unity中提供4种光源：

DirectionalLight：方向光，是游戏场景中的主光源，类似于太阳的照射效果，光线从一个方向照亮整个场景；

PointLight：点光源，从一个点向四周平均发射光线，类似于灯泡的照射效果，常用来模拟火把、灯光来照亮局部场景；

SpotLight：聚光灯，按照一定方向在圆锥体范围内发射光线电，类似于舞台上的聚光灯；

AreaLight：区域光，一般不用于实时光照，用于制作光影贴图烘焙。6. 摄像机Camera

Unity的每个默认场景都会有一个默认的摄像机MainCamera，它的作用是展示游戏世界画面。

Hierarchy面板右键单击，弹出的快捷菜单中选择“Camera”，可创建多个摄像机。

摄像机有一个由白线构成的观察区间，叫做视锥体。在视锥体范围内的物体，才能被游戏玩家看到。

Hierarchy面板上选中摄像机，Scene面板右下角会出现预览窗口（GamePreview）。

7. 粒子系统Particle在场景中模拟烟雾、气流、火焰和各种大气效果粒子本质是简单微小的图片，粒子系统就是发射大量的粒子，这些粒子以特定规律运动，从而模拟出复杂的自然现象或效果。标准资源中粒子效果包括：Dust（沙尘）、Fire（火焰）、Water（水）、Smoke（烟雾）等Project视图中Assets>StandardAssets>ParticleSystems>Prefabs文件夹下的粒子预设体拖入到Scene视图中，即可生成粒子效果。粒子系统的一个好处是它们是可以添加到场景中任何一个GameObject的组件中。通常粒子系统不单独出现，而是依附在游戏对象上。

7. 粒子系统Particle--火焰效果菜单File>NewScene，在场景中新建一个场景；Hierarchy视图面板右键Create>Cylinder，在场景中创建一个圆柱体。Hierarchy视图中选中Cylinder，对应Inspector视图中点击AddComponent按钮，选择Effects>ParticleSystem，给圆柱体添加粒子效果；Hierarchy视图中选中Cylinder，修改Inspector窗口中ParticleSystem组件属性。ParticleSystem组件常用的属性模块有：ParticleSystem（固有模块），Emission（发射模块），Shape（形状模块），Renderer（渲染模块）。属性Duration（Renderer模块：Material和Trail选择ParticleSmokeWhite贴图；粒子系统运行的时间长度）：2，startLiftime（粒子的初始生命周期）：2秒，startspeed（粒子的初始速度）：4，startsize（粒子的初始大小）：3；Shape模块：angle设为0，radius设为0.2，Rotation中X值设为-90；SizeoverLifetime模块：调整它的变化曲线；在ParticleSystemCurves面板中，点击曲线后右键增加一个节点，由于火焰是底部小、中部大、上部小，大致的调整曲线的弧度；调整曲线的过程中可以看到粒子的变化；ColoroverLifetime模块：使用两种颜色混合，火焰底部一点蓝色、上部黄色。

7. 粒子系统Particle--火焰效果8. 物理系统Physics物理系统是Unity3D中非常重要的组成部分。游戏中的物体应该具有正常的物理行为，例如，可以加速、具有摩擦力、受到碰撞、引力和其他力量的影响。Unity的物理系统定义了物体的物理材质属性、物体受力后的运动以及物体碰撞后的运动。单击“Component”>“Physics”命令，展开的列表就是物体的物理属性，如图所示，主要有刚体（Rigidbody）、碰撞器（Collider）、关节（Joint）等。8.

物理系统Physics--刚体Rigidbody当游戏对象添加了Rigidbody组件后，游戏对象便可接受外力与扭矩力，以保证游戏对象像在真实世界中那样进行运动。任何游戏对象只有添加了刚体组件才能受到重力的影响。给游戏对象添加Rigidbody组件可通过菜单“Component”>“Physics”>“Rigidbody”；或直接在游戏对象的Inspector面板中，单击“addComponent”按钮，选择“Physics”>“Rigidbody”命令。

Rigidbody组件的属性面板图。主要属性介绍如下：

Mass：游戏对象的质量，单位为Kg；

Drag：游戏对象运动时受到的空气阻力，0表示没有空气阻力，阻力极大时游戏对象会立即停止运动；

AngularDrag：游戏对象旋转时的角阻力，数值意义与Drag一样；

UseGravity：游戏对象是否受到重力的作用，默认勾选表示应用重力；

Constraints：刚体约束8.

物理系统Physics--碰撞器Collider碰撞器定义游戏物体在发生物理碰撞时的形状，两个游戏对象发生碰撞时，碰撞器可以产生系统默认的碰撞产生的物理效果。

通常Collider会与Rigidbody一起使用，没有碰撞器组件的刚体物体相遇时，会相互穿过。Unity的碰撞器分为两类：基本碰撞器和非基本碰撞器。基本碰撞器包括BoxCollider（盒碰撞器）、SphereCollider（椭圆碰撞器，Sphere自带的碰撞器）、CapsuleCollider（胶囊碰撞器，Capsule自带的碰撞器）等；非基本碰撞器包括WheelCollider（车轮碰撞器）、MeshCollider（网格碰撞器，Plane自带的碰撞器）等。

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2.3操作实例：野外地形的制作１．创建一个新的场景

File>NewScene２．导入Unity自带的标准资源包Environment

AssetStore页面的搜索框中输入standardAssets，页面中选择第一个下载；下载完成后，直接点击import按钮。

Project视图中的Assets文件夹下新增加了一个StandardAssets文件夹，其下包含：2D、相机（Cameras）、角色（Characters）、跨平台输入（CrossPlatformInput）、效果（Effects）、环境（Environment）、粒子系统（ParticleSystems）、原型（Prototyping）、实用工具（Utility）和车辆（Vehicles）等文件夹。

Project视图中的Assets>StandardAssets>Environment文件夹中提供了地形系统设计中需要的树木、花草、水等资源纹理贴图；３．导入外部资源包点击菜单Assets>ImportPackage>CustomPackage；文件选择框中选择以“.unitypackage”为扩展名的资源；在ImportUnityPackage对话框中点击“All”按钮后，再点击“Import”按钮；Project视图中的Assets文件夹下新增加了一个TerrainAssets文件夹4．Scene场景中创建一个Terrain游戏对象

Hierarchy面板下的Create>3DObject>Terrain；调整摄像机的角度到合适位置，以便观察地形的变化；5．地形系统的工具按钮创建相邻地形图：在当前地形图的四边增加新的地形图，可形成不规则形状的地图；地形绘制种树工具：在Terrain中添加树木。细节绘制：用于添加草丛、花和其他小物体（例如岩石）。地形设置：Terrain的参数设置面板6．地形设置－－Resolution单击地形设置按钮，找到MeshResolution

设置地形宽度（TerrainWidth）：500

长度（TerrainLength）：500

高度（TerrainHeight）：6007．绘制地形的第一层纹理Inspector面板中，单击Terrain下的PaintTerrain工具，选择paintTextures，点击按钮EditTerrainLayers>CreateLayer，弹出的SelectTexture2D对话框中选择一种Grass的纹理贴图点击添加的纹理图，修改Tilling值：X—10、Y—10，使草地效果更接近真实实景。8．绘制地形中的道路再次给地形系统添加一个纹理贴图，用于绘制地形中的道路；调整笔刷大小（BrushSize）和笔刷透明度（Opacity）的值后，用笔刷在地形系统下绘制道路。9．整个地形向上抬高在Terrain的Inspector面板中，单击Terrain下的PaintTerrain工具，选择SetHeight，将Height设置为20，然后单击FlattenTile按钮，此时整个地形就会向上抬高20个单位，为制作地形系统的湖泊做准备；10．绘制山脉：在Terrain的Inspector面板中，单击Terrain下PaintTerrain工具，选择Raise/LowerTerrain按钮，选择不同的笔刷样式，设置不同的BrushSize大小；直接在Scene视图中单击鼠标左键或者按住鼠标左键拖动，即可绘制不同的山脉；按住Shift按钮，同时拖动鼠标左键，可降低地形高度，用来制作湖泊。使用SmoothHeight工具，对地形进行整体平滑过渡处理，使景观柔和并减少突然变化的外观。11．添加树木单击PlaceTrees按钮－－EditTrees按钮－－选择AddTree选项－－选择树的贴图，添加到地形系统中；

TreeDensity参数用来调节树的密度

TreeHeight参数用于设置树的高度范围；12．添加水效果在Project视图中的Environment文件夹下的Water文件夹中，找到水资源的预设体WaterProDaytime