基于Unity3D的AR学单词小游戏的设计与实现

基于Unity3D的AR学单词小游戏的设计与实现

葛云松

(哈尔滨信息工程学院  黑龙江 哈尔滨 150000)

摘要：众所周知，当今时代是互联网的时代，网络有利有弊，大多数未成年人甚至从三岁起的娃娃就迷恋网络游戏，这就需要我们因势利导，把网络的优势传递出来。成年人也会在休闲时刻玩游戏放松疲倦的身体。随着5G网络的成熟和智能手机的普及,手机游戏是众多互联网用户青睐的平台与休闲方式之一 ，手机游戏的群体涵盖小孩与青年人，手机游戏成为训练反应能力、思考能力、 缓解精神压力的最佳方式。

关键词：AR；Unity3D；益智单词小游戏

引言

AR游戏之所以成为趋势，是因为AR能力的发展，ARkit2的发布，ARCore的更新，整体能力大有增强。该选题具有一定的理论意义和学术价值，基于Unity3D游戏开发引擎，运用基c#语言开发，能够将所学理论与实践很好地结合。本文使用unity3D游戏开发引擎的各个功能模块来实现游戏设计。通过3Dmax软件创建3D模型，在unity3D使用Code软件来编写c#脚本来实现游戏的交互，添加物理碰撞组件及设置触发属性，UI界面等构建一个完整的游戏体系。经过测试，游戏打包发布成exe格式，运行流畅。

1研究内容与方法

1.1研究内容

首先明确基于Unity3D的AR学单词小游戏的基本依托是Unity引擎，结合AR技术进入游戏界面，配合AR插件，NGUI插件等完成UI界面设计，利用Unity3D的粒子系统实现动态特效，利用Animation完成游戏人物的射击，跳跃等多种动作来选中正确单词。当今时代，科学技术发展迅速，计算机技术的应用已经遍布各个行业，给人们的学习、生活、娱乐以及工作等方面都提供了很多便利。

除去基础的GUI交互，多点触控交互，语音交互之外，AR游戏支持更加丰富的虚实交互方式，例如空间锚点交互，自然手势交互等等，这就大大增加了游戏的可玩性。总之AR游戏凭借着跟踪、虚实结合、虚实交互等特点，给玩家全新的玩法和交互体验。信息时代的到来给我们增加了更多选择的可能性。利用Unity引擎实现的游戏多种多样，例如《王者荣耀》《完美世界》等，布局，建模，光照，VFX（视觉效果），渲染效果都带给用户强烈的游戏体验感。

1.2拟解决的问题

（1）需求的进一步分析及完善;

（2）进一步学习Unity的各种组件，InstantOC(包含渲染管线,Occlusion Culling，LOD) ,全局光照（GI）等;

（3）界面的架构及美化;

（4）人物形象设计;

（5）AR技术的实现，吸引玩家。

1.3游戏主要功能的具体实现

（1） 屏幕分辨率自适应功能

为了兼容不同尺寸大小的智能手机，本游戏设计了 AutoResolusion脚本来完成屏幕分辨率自适应。

（2）碰撞检测

在本款游戏中，主要有单词与背景物体的碰撞、单词与单词的碰撞检测，在Unity3D引擎中可以用触发器和碰撞器两种方式进行碰撞检测。其中碰撞器是一组包含静态碰撞器，刚体碰撞器的组件，并且他们必须作用在GameObjecet中。而触发器则是碰撞器的一个属性，当设置该属性后即可对碰撞进行检测。单词和背景之间的碰撞是属于规则图形和背景平面间的碰撞，先对二者进行降维处理，转换为圆形和矩形的碰撞检测，设矩形的中心为 C(Cx,Cy)到圆的圆心为 P（Px, Py），C到P的距离为V其中V=[|Px-Cx|,|Py-Cy|]，矩形到圆的最短距离为U,判断两个物体是否发送碰撞只需比较U与圆半径 R的大小即可。利用绝对值公式可保证圆心在不同象限均能映射这第一象限且不影响相交测试。

（3）AR拍照

AR（Augmented Reality）即增强现实，是指将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息（视觉信息、声音、味道、触觉等），通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。AR游历于虚拟现实和真实之间，用过特殊的处理方式或者利用特殊道具实现真实与虚拟相结合，那才是完美的和谐统一，最终会证实其用途的广泛性。

2游戏设计

2.1软件工具与方法

使用Unity3D（2020）版作为游戏开发主要软件，使用3Dmax软件创建3D模型，将“单词”的背景模板，工具包，人物能量等2D模型导出为png格式文件，并拖入Unity3D的Project视图中的Asset的Pictures文件中，再逐一添加Mesh Collider2D网格碰撞器，并为创建的3D人物主角添加Mesh Collider 3D碰撞器；将.afi和.wav格式的音效素材拖入Project视图的Assets的Music文件中，通过Component/Audio Source中添加音效素材，使用Vode编辑C#脚本语言，实现音效的播放暂停控制；使用粒子特效系统，实现点击单词时的绽放不同粒子的效果。

2.2游戏的逻辑设计

通过Easy AR软件与Unity3D结合，实现利用AR技术扫描现实场景，在游戏场景中随机生成单词，单词分为学习文具类，厨房工具类，蔬菜水果等食物类，交通工具类，家具生活类等，游戏玩家选择和弹出的游戏UI界面要求的汉语含义一致的英文单词，然后点击，检测到单词被点击之后，发出粒子效果。选择正确，自动弹出下一个，否则弹出错误提示，能量减一点，然后由玩家确认下一个，闯关成功后，玩家能量加五点。

2.3游戏的交互设计

AR环境搭建好之后，开始对游戏的交互性进行设计。本游戏的交互设计过程为：首先，利用Unity 3D中的UGUI插件来设计开始界面，可以选择“单词类别”和“开始游戏”，注意要先选择单词类别才能选择开始游戏，通过鼠标点击选中自己想要的单词。选中正确单词，单词裂开，发出特效，否则，单词变灰色，发出其他特效，顶部UI界面答对单词数量增加1；反之，顶部UI界面的能量值减少1。

2.4创新点及应用性

AR技术第一次进入大众视野，就要从一款创新性游戏开始--2016年火遍全球的《Pokemon Go》，将虚拟的精灵、场景等叠加在真实世界上。近年来，全球行业巨头纷纷开展增强现实（AR）产品研发。相比普通的游戏，AR可以将传统游戏界面从手机屏幕延伸到三维场景，让玩家参与度更高。AR设备上，由于AR是现实场景和虚拟场景的结合，所以基本都需要摄像头，在摄像头拍摄的画面基础上，结合虚拟画面进行展示和互动，比如GOOGLE GLASS这些（其实严格的来说，IPAD，手机这些带摄像头的只能产品，都可以用于AR，只要安装AR的软件就可以。）Unity3D作为当今游戏开发的主流工具被越来越多的游戏公司所青睐，具有多个不可忽略的优势:可以跨平台发布、能实现2D和3D自由转换，易学易用，拥有超高效能，日后发展前景广阔。

结束语

本游戏是以 Unity3D 为物理引擎和开发工具，将 Shade 与 EasyAR作为主要插件，后台采用C#语言开发完成的一款手机 益智类游戏。本游戏首次将英语学习教育与趣味游戏有机结合为廉洁教育提供了一种新的方向。将AR与手机游戏大胆地 进行结合，给玩家呈现出一种虚实结合的新体验，新玩法，对手机游戏发展和AR应用具有一定的参考价值。本款游戏后期将 进行AR优化，不只是局限于现有的模型轨道之上，让虚拟之物回归“现实”。

参考文献

[1]杨帆. 基于Unity的小学数学教育游戏的设计理论研究[J]. 知识经济, 2019(5):2.

[2]刘明.基于“Unity 3D游戏特效”课程教学的几点思考[J].美与时代(上),2021,(12):129-131.

[3]张利强.基于AR+Unity3D的廉洁游戏——急速廉球[J].电脑知识与技术,2017,13(19):162-163+166.