基于Unity射擊游戲的人工智能與碰撞檢測(cè)的研究

孫可言 陳根

摘 要：此文主要是為了介紹關(guān)于開發(fā)基于Unity3D游戲引擎的手機(jī)版射擊類游戲。開發(fā)手機(jī)版射擊類游戲主要的步驟有前期的市場(chǎng)需求和市場(chǎng)技術(shù)的調(diào)研，中期的游戲策劃，游戲場(chǎng)景的搭建與基本功能的實(shí)現(xiàn)以及后期的游戲主要功能的實(shí)現(xiàn)和基本功能的完善與游戲檢測(cè)。這篇文章主要介紹的是中期的游戲策劃，游戲場(chǎng)景搭建與基本功能的實(shí)現(xiàn)。游戲的基本場(chǎng)景包括游戲角色和NPC所處的外部的世界環(huán)境，比如，地形，天氣等； 游戲的基本功能包括人物角色的移動(dòng)，跳躍，射擊，NPC的人工智能系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)等。

關(guān)鍵詞：Unity；NPC；碰撞檢測(cè)；人工智能

Unity3D這款游戲引擎具有很強(qiáng)大的跨平臺(tái)性，同時(shí)也具有強(qiáng)大的兼容性，比較容易入門，也比較適合水平不太高的手機(jī)游戲開發(fā)人員。并且，該引擎的相關(guān)文檔和教程都十分豐富，而且，Unity3D的技術(shù)架構(gòu)具有特殊性，能夠?qū)崟r(shí)生成查看功能，適用性強(qiáng)，使開發(fā)的流程簡(jiǎn)單化，能夠方便廣大用戶的使用。

如今，市場(chǎng)上的關(guān)于射擊類的游戲，其中有60%以上是通過Unity3D游戲引擎開發(fā)的。由此可見，Unity3D是射擊類游戲的最基本使用最廣泛的游戲引擎。這篇文章針對(duì)第一人稱射擊類游戲的開發(fā)過程中的相關(guān)技術(shù)問題展開了詳細(xì)的說明，對(duì)Unity3D的運(yùn)用中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，對(duì)于其他用戶靈活的使用Unity3D游戲引擎有著十分重要的意義。

1 相關(guān)工作

這篇文章是以Unity3D為開發(fā)平臺(tái)，對(duì)碰撞檢測(cè)技術(shù)人工智能技術(shù)進(jìn)行研究。

碰撞檢測(cè)技術(shù)的主要目的有三個(gè)：檢測(cè)模型之間是否發(fā)生了碰撞，反饋出發(fā)生或即將發(fā)生碰撞的部位，動(dòng)態(tài)的查詢模型之間的距離。進(jìn)而針對(duì)碰撞后的反饋進(jìn)行針對(duì)性的動(dòng)作。碰撞檢測(cè)技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種系統(tǒng)中，比如時(shí)下比較流行的游戲英雄聯(lián)盟和守望先鋒，都離不開碰撞檢測(cè)算法。

人工智能技術(shù)是最近幾年興起的一項(xiàng)技術(shù)，簡(jiǎn)稱為AI，使計(jì)算機(jī)具有動(dòng)物或人類的某種智力，這有助于我們作出特別的決定執(zhí)行什么一些程序。另計(jì)算機(jī)只是能接受數(shù)據(jù)、執(zhí)行邏輯的電子設(shè)備.和高速運(yùn)算，輸出結(jié)果。

因此，人工智能（AI）本質(zhì)上是使計(jì)算機(jī)能夠思考并且像活的有機(jī)體那樣決定執(zhí)行特定的操作。人工智能只是一個(gè)通用術(shù)語；它的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用是不同的，實(shí)現(xiàn)不同的目的，解決不同的問題。

2 前期準(zhǔn)備工作

從游戲的可玩性角度來說，射擊類游戲是一款十分容易獲取用戶粘度的游戲類型，近些年來在市場(chǎng)上的一些列的射擊類游戲都取得了不錯(cuò)的成績(jī)。我們的這個(gè)游戲是模范市場(chǎng)已經(jīng)有的射擊類游戲的模式進(jìn)行開發(fā)和研究的，在一些具體的細(xì)節(jié)方面進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化處理。

首先，是運(yùn)用3DMax搭建了一個(gè)完善的游戲界面和游戲場(chǎng)景，增強(qiáng)用戶的沉浸感；其次，我們?cè)谟脩襞c計(jì)算機(jī)的交互上運(yùn)用了人工智能技術(shù)，使得游戲中的AI角色更加具有真實(shí)感；最后，游戲的盈利模式則是通過與其他游戲的廣告商合作收取廣告商的加盟費(fèi)和游戲的道具費(fèi)用等。

3 游戲UI設(shè)計(jì)

游戲玩家對(duì)游戲的評(píng)價(jià)主要有兩個(gè)方面，一個(gè)是主要的也就是游戲的模式和操作，而另一個(gè)十分重要的因素也就是游戲的美工。好的游戲離不開精良的美術(shù)內(nèi)容。這里說的游戲美術(shù)就是游戲中出現(xiàn)的可視化內(nèi)容，包括游戲UI界面，游戲場(chǎng)景及角色等，游戲美術(shù)決定游戲的界面風(fēng)格，是游戲設(shè)計(jì)與開發(fā)過程中不可或缺的重要組成部分。具體來說本款作品的游戲美術(shù)需要完成UI界面的設(shè)計(jì)、游戲場(chǎng)景和道具的設(shè)計(jì)與制作、人物角色和NPC形象的設(shè)計(jì)和建模以及動(dòng)畫的制作等。

4 核心技術(shù)要求

上文介紹了美術(shù)制作的部分內(nèi)容，現(xiàn)在介紹一下程序設(shè)計(jì)部分。程序需求是一個(gè)游戲的核心，是實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果的必要保證。即用一些腳本和代碼將美工設(shè)計(jì)的好的各種素材聯(lián)系起來并進(jìn)行交互。程序需求在游戲設(shè)計(jì)開發(fā)過程中十分重要，決定著一個(gè)游戲現(xiàn)在運(yùn)行過程中是否能完美還原策劃的預(yù)期效果和運(yùn)行時(shí)是否流暢。

這款手機(jī)版的FPS射擊游戲中涉及到多種人工智能技術(shù)，NPC，主角，場(chǎng)景中障礙物，道具等一些列對(duì)象，需要通過腳本來控制個(gè)對(duì)象之間的關(guān)系以及互動(dòng)。當(dāng)前介紹碰撞檢測(cè)技術(shù)，人工智能實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

4.1 人工智能實(shí)現(xiàn)技術(shù)

4.1.1 內(nèi)部需求

在三維射擊游戲中。我們所設(shè)置的AI角色即NPC需要了解他們自身所處的周圍環(huán)境，他們所處的世界的相互作用，以便于他們按照程序做出相應(yīng)的決定，執(zhí)行特定的操作。

這些信息主要包括以下幾個(gè)方面：

1）玩家位置：NPC與玩家的相對(duì)位置信息主要作用是用于NPC決定是否執(zhí)行擊，或追逐等操作。

2）玩家的健康狀況和自身的健康狀況：這里主要指的是射擊游戲中玩家所操控的角色的血量和NPC自身的血量，主要是為了讓NPC做出正確的判斷，是執(zhí)行繼續(xù)前進(jìn)或者撤退。

3）在游戲地圖中的資源位置：在射擊游戲中主要是需要玩家占領(lǐng)的地域資源，當(dāng)玩家操作的角色傾占了該地形資源的時(shí)候，NPC就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的攻擊和追逐的動(dòng)作與玩家進(jìn)行實(shí)時(shí)的互懂。

4）其他單位：除了以上的游戲中的對(duì)象，所有其他的單位，也必須要獲取他們的位置以及性能等其他信息，比如，場(chǎng)景中的障礙物和建筑，NPC不能夠穿越他們，而是需要躲避。

4.1.2 基本的感官系統(tǒng)

人工智能系統(tǒng)會(huì)模擬感官，比如視覺，聲音，甚至氣味追蹤和識(shí)別目標(biāo)。這就使得NPC會(huì)有自己的感覺，如感知，嗅覺，視覺和觸覺等。這些感覺將尋找特定的操作來使NPC完成相對(duì)應(yīng)的執(zhí)行任務(wù)從而達(dá)到與用戶進(jìn)行交互的效果。比如，當(dāng)玩家控制的角色與進(jìn)入NPC的事業(yè)范圍之內(nèi)，NPC會(huì)執(zhí)行攻擊任務(wù)，對(duì)玩家進(jìn)行攻擊，并在攻擊的同時(shí)執(zhí)行移動(dòng)操作，向著玩家操控的角色靠近。或者，當(dāng)玩家控制的角色對(duì)NPC進(jìn)行攻擊NPC會(huì)根據(jù)自身的健康狀況和玩家操縱角色的健康狀況以及周圍的環(huán)境等綜合因素做出判斷，對(duì)玩家進(jìn)行攻擊還是撤退。

4.1.3 射擊游戲中的AI角色

一款游戲若是缺少交互就無法生存，所以射擊游戲中的AI角色是射擊游戲的核心部分，AI角色的人工智能程度也就決定著一個(gè)射擊類游戲的趣味性和可玩性。

AI角色具有兩種感覺，視覺與觸覺。透視感即視覺將檢查是否玩家角色是在一套可見的范圍和距離內(nèi)以決定AI角色是否要采取相關(guān)反射行為。觸覺將檢測(cè)如果敵人的側(cè)面撞上了方塊對(duì)撞機(jī)，很快就要環(huán)繞我們的AI角色了。正如我們以前看到的，我們的玩家角色將會(huì)發(fā)現(xiàn)敵人信息。所以，當(dāng)AI角色的這些感官被觸發(fā)時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)玩家角色并作出程序里寫入的相應(yīng)動(dòng)作與玩家進(jìn)行交互。在我們這款射擊類游戲中，僵尸的視覺系統(tǒng)看到了玩家的角色，僵尸將會(huì)按照一定的線路追逐玩家并在一定的距離范圍內(nèi)對(duì)玩家進(jìn)行攻擊；玩家的子彈如果與僵尸發(fā)生碰撞，僵尸的觸覺系統(tǒng)將會(huì)讓僵尸的血量發(fā)生減少的變化，當(dāng)血量降低為0時(shí)，僵尸死亡；玩家擲出的手雷發(fā)生爆炸，觸碰到僵尸的觸覺系統(tǒng)，僵尸將會(huì)被彈飛并死亡。這些都是AI角色的人工智能技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，即玩家實(shí)施的每一步操作，AI角色都會(huì)做出對(duì)應(yīng)的操作予以回應(yīng)從而到達(dá)與玩家進(jìn)行交互的效果。

4.2 碰撞檢測(cè)技術(shù)

碰撞檢測(cè)技術(shù)有各種不同的算法，優(yōu)秀的碰撞檢測(cè)的算法可以很好地增強(qiáng)游戲中對(duì)象之間進(jìn)行碰撞的的真實(shí)性而且能夠減少CPU在計(jì)算碰撞檢測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)的時(shí)候的內(nèi)部計(jì)算時(shí)間。

這款射擊類游戲在Unity3D中用如下JavaScript腳本進(jìn)行碰撞檢測(cè)：

function OnCollisionEnter（obj：Collision）{

Debug.Log（"Collider："+obj.collider.name+"gameObject："+obj.gameObject.name）；

Action；

}

將如上的碰撞檢測(cè)的OnCollisionEnter函數(shù)綁定到對(duì)象obj上，當(dāng)這個(gè)物體被其他物體碰撞時(shí)函數(shù)被調(diào)用。

碰撞檢測(cè)技術(shù)幾乎是任何游戲中都必須要用到的技術(shù)，玩家與游戲場(chǎng)景中的各個(gè)對(duì)象和游戲中AI角色之間的交互動(dòng)作都是在碰撞檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上來實(shí)現(xiàn)的。碰撞檢測(cè)的算法根據(jù)使用的對(duì)象和實(shí)際的情況會(huì)分為很多種，其中有距離預(yù)測(cè)算法、時(shí)間預(yù)測(cè)算法等等。距離計(jì)算算法是一種計(jì)算量比較大碰撞檢測(cè)算法，但是這種方法的計(jì)算的精確度高，更具有真實(shí)性。這款射擊類游戲采用的就是距離計(jì)算的算法。當(dāng)物體之間發(fā)生碰撞以后，會(huì)出現(xiàn)什么樣的效果和做出什么反應(yīng)都是調(diào)用上面提及的函數(shù)來進(jìn)行進(jìn)行碰撞檢測(cè)的計(jì)算。

5 總結(jié)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益發(fā)展，Unity3D游戲引擎越來越平民化，人工智能技術(shù)也漸漸的被人們熟知并加以運(yùn)用到計(jì)算機(jī)技術(shù)中。這篇文章在對(duì)Unity3D游戲引擎精心研究的基礎(chǔ)上結(jié)合FPS射擊類游戲的特點(diǎn)，通過3D建模技術(shù)和次世代貼圖技術(shù)，運(yùn)用碰撞檢測(cè)和人工智能交互技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與開發(fā)。總結(jié)出射擊類游戲相關(guān)場(chǎng)景的設(shè)置以及AI角色的設(shè)置的一些簡(jiǎn)單的方法。同時(shí)，這款游戲的故事情節(jié)也略顯不足，人物角色單一，游戲模式也不夠多元化，還需要進(jìn)一步的改進(jìn)與深化研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] （美）羅素.殷建平譯.人工智能：一種現(xiàn)代的方法（第3版）.清華大學(xué)出版社，2013-11-01.

[2] 伍傳敏，張帥，邱錦明.基于Unity3D的FPS游戲設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].三明學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，29（2）：35-40.

[3] （澳）尼格尼維斯基.陳薇譯.人工智能：智能系統(tǒng)指南（原書第3版）.機(jī)械工業(yè)出版社，2012-08-01.

項(xiàng)目名稱：

2015北方工業(yè)大學(xué)實(shí)培計(jì)劃大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃深化項(xiàng)目