HW2: 离散仿真引擎基础
作业简介： 1.简答题（涉及GameObject, Transform, Assets, Prefabs, Component, MonoBehaviour等） 2.编程实践（仅允许使用IMGUI构建UI，训练数据-控制分离的编程思维） 3.思考题（涉及游戏设计模式）
一、简答题
-
解释游戏对象(GameObjects)和资源(Assets)的区别与联系
GameObjects：是 Unity 中的基础对象，表示角色、道具和景物。它们本身并没有取得多大作为，但它们充当组件(Component)的容器，而组件可实现功能。
我们可以看到GameObject列表下有各种属性的对象，包括空属性对象、3D对象、效果、灯光等
Assets：表示 Unity 项目中用来创建游戏或应用的任何项；也可以代表项目中的视觉或音频元素，例如 3D 模型、纹理、精灵、音效或音乐；还可以表示更抽象的项目，例如任何用途的颜色渐变、动画遮罩或任意文本或数字数据。
我们可以看到Assets创建下有很多类型的资源，如C#脚本，着色器，预制件等。
简单地理解，游戏对象是真正加入到游戏场景里的实体，类似一个空盒子，需要向里面添加各种组件来实功能。资源是创建或外导入的各种数据，可以应用到不同游戏对象身上，可以只是存储在项目里，不一定会使用到当前的游戏场景中。
-
下载几个游戏案列，分别总结资源、对象组织和结构（指资源的目录组织结构与游戏对象树的层次结构）
这里用作展示的是官方的游戏教程里的资源与对象的组织和结构。
我们可以看到资源一般是按用途来分的，不同的文件夹存放不同类别的资源，包括音频、角色、环境、脚本、预制件、场景等，这里还可以看到模型资源里的环境精灵是按颜色来分类的，脚本里面按使用场景分类。
游戏对象主要是根据功能不同分类的，可以看到第一个游戏对象树有UI画布、摄像机、角色、格子、敌人等分支，第二个游戏对象树则是利用空对象来写分割线区分结构。
养成合理分类资源与游戏对象的好习惯，能让我们更高效地制作游戏。
-
编写一个代码，使用 debug 语句来验证
MonoBehaviour基本行为或事件触发的条件- 基本行为包括
Awake()Start()Update()FixedUpdate()LateUpdate() - 常用事件包括
OnGUI()OnDisable()OnEnable()
“MonoBehaviour 类是一个基类，所有 Unity 脚本都默认派生自该类。MonoBehaviour 类允许您启动、停止和管理协程。MonoBehaviour 类提供对大量事件消息的访问，允许您根据项目中当前发生的情况执行代码。”
MonoBehaviour 方法简介
Awake：在加载脚本实例时调用，无论该脚本是否启用，初始化脚本时都会调用。其在 Start 前调用Start：在首次调用任何 Update 方法之前启用脚本时，在帧上调用Update：如果启用了 MonoBehaviour，则每帧调用 UpdateFixedUpdate：具有物理系统的频率；每个固定帧率帧调用该函数；在 FixedUpdate之后，进行Physics系统计算。帧率可以通过 Time.fixedDeltaTime 来访问。与Update相互独立。LateUpdate：如果启用了 Behaviour（指可启用或禁用的组件），则每帧在Update调用后调用 LateUpdate，对于安排脚本的执行顺序很有用。OnGUI：系统调用 OnGUI 来渲染和处理 GUI 事件，是唯一可以实现**“即时模式”GUI (IMGUI)**系统来渲染和处理 GUI 事件的函数。OnGUI 实现可以每帧调用多次（每个事件调用一次），若MonoBehaviour 的 enabled 属性设置为 false，则不会调用 OnGUI()。OnDisable：该函数在行为被禁用时调用。当对象销毁时也会调用该函数，它可用于任何清理代码。 当编译完成后重新加载脚本时，将调用 OnDisable，并在加载脚本后调用 OnEnable。OnEnable：该函数在对象变为启用和激活状态时调用。
代码验证：
public class Hello : MonoBehaviour{void Awake() {Debug.Log("Awake");}void Start() {Debug.Log("Start");}void Update() {Debug.Log("Update");}void FixedUpdate() {Debug.Log("Fixed");}void OnGUI() {Debug.Log("OnGUI");}void OnEnable() {Debug.Log("Enabled");}void OnDisable() {Debug.Log("Disabled");}}
- 基本行为包括
-
查找脚本手册，了解 GameObjects, Transform, Component 对象
- 分别翻译官方对三个对象的描述(Description)
- 描述下图中 table 对象(实体)的属性、table 的 Transform 的属性、table 的部件
- 用UML图描述三者的关系
官方描述
-
GameObject 是 Unity 中的基础对象，表示角色、道具和景物，可以被用来表示所有可以存在于场景中的事物。它是Unity中场景的建筑块，可作为决定GameObject外观功能的功能组件的容器。在脚本中，GameObject类提供了一个可以在代码中使用的方法集合，包括查找、建立连接和在它们 之间发送消息，以及添加或移除附加到 GameObject 的组件和设置它们在场景中与状态有关的值。
-
Transform 用于存储游戏对象的位置、旋转、缩放和父子化状态。每个游戏对象始终附加一个变换组件，无法删除变换组件或创建没有变换组件的游戏对象。
-
Component 是每个GameObject的功能部分，它包含一些可编辑的属性，可以通过编辑这些属性来定义GameObject的行为。
图
Table的GameObject属性包含Tag(标签)、Layer(层)、Static(是否静态)、勾选框(是否活动)、属性名； Table的Transform属性包含Position(坐标)、Rotation(旋转角)、Scale(大小)； Table的Component属性包括Cube(Mesh Filter)、Mesh Renderer、Box Collider、RIgidbody、Hello(Script)、Red(Material)。
UML图
-
资源预设(Prefabs)与对象克隆(clone)
-
预设(Prefabs)有什么好处?
Unity 的Prenfabs系统允许创建、配置和存储游戏对象及其所有组件、属性值和子游戏对象作为可重用资源。预制件资源充当模板，在此模板的基础之上可以在场景中创建新的预制件实例。这可以避免重复制作的无用功，提高资源复用率，节省资源空间。
-
预设与对象克隆(clone or copy or Instantiate of Unity Object)关系?
预设本身不需要有实例化的游戏对象，而克隆需要复制实例化的游戏对象。预设也更方便进行批量修改。
-
制作table预制，写一段代码将table预制资源实例化成游戏对象
public class hello:MonoBehaviour{void Start(){GameObject table = (GameObject)Resources.Load("table");table = Instantiate(table);table.transform.parent = this.transform;table.transform.position = new Vector3(0,0,0);}}
-
二、编程实践
源码地址：https://github.com/Cauchyoooo/3DGameDesign/blob/main/hw2/MineGame.cs
这里是利用IMGUI做了一个扫雷小游戏。运行窗口大小为Full HD(1920x1080)
实现的效果如下图
数据定义部分代码：
// Data private int[,] control_arr = new int[16,20]; //用于记录雷和数字 -1是雷 0是空 其他是周围的雷数 private int[,] show_arr = new int[16,20]; //用于记录格子可见性 0是可见 1是不可见 private int[,] mark_arr = new int[16,20]; //用于玩家标记雷 标记雷为1 此时按钮不可点击
private int mine_num = 60; //用于记录剩余雷数 private int wrong = 0; //用于记录标错的雷数 private int time = 0; //用于记录用时 private float tmptime = 0; //用于记录上一帧时间(不会重复初始化) private int state = 0; //0为挖矿模式，1为标记模式 输了为-1，赢了为-2
// Controls Style GUIStyle smileStyle = new GUIStyle(); GUIStyle mineStyle = new GUIStyle(); GUIStyle[] numStyle = new GUIStyle[8]; //记录数字1-8的格式 GUIStyle state0 = new GUIStyle(); GUIStyle state1 = new GUIStyle(); GUIStyle worl = new GUIStyle(); GUIStyle txt = new GUIStyle();由于不是很想利用Texture2D导入图片素材，这里用的是IMGUI里简陋的GUIStyle()，配合可显示的Unicode符号食用。
数据初始启动部分代码：
void Start () { // 对图标格式的初始化 smileStyle.fontSize=50; smileStyle.normal.textColor=Color.yellow; smileStyle.alignment=TextAnchor.MiddleCenter;
mineStyle.fontSize=20; mineStyle.normal.textColor=Color.red; mineStyle.alignment=TextAnchor.MiddleCenter;
state0.fontSize=20; state0.normal.textColor=Color.red; state0.alignment=TextAnchor.MiddleCenter;
state1.fontSize=20; state1.normal.textColor=Color.black; state1.alignment=TextAnchor.MiddleCenter;
worl.fontSize = 50; worl.normal.textColor = Color.red; //win=red / lose=blue worl.alignment=TextAnchor.MiddleCenter;
txt.fontSize = 30; txt.normal.textColor=Color.white; txt.alignment=TextAnchor.MiddleCenter;
for(int i=0;i<8;i++){ numStyle[i] = new GUIStyle(); numStyle[i].fontSize = 20; numStyle[i].alignment = TextAnchor.MiddleCenter; } numStyle[0].normal.textColor=Color.blue; //数字1红色 numStyle[1].normal.textColor=Color.green; //数字2蓝色 numStyle[2].normal.textColor=Color.red; //数字3蓝色 numStyle[3].normal.textColor=new Color(1.00f,0.84f,0.00f,1.00f); //数字4蓝色 numStyle[4].normal.textColor=new Color(0.63f,0.13f,0.94f,1.00f); //数字5紫色 numStyle[5].normal.textColor=new Color(1.00f,0.38f,0.00f,1.00f); //数字6橙色 numStyle[6].normal.textColor=new Color(1.00f,0.75f,0.80f,1.00f); //数字7粉色 numStyle[7].normal.textColor=Color.black; //数字8黑色
Init(); //游戏参数初始化 }由于GUIStyle在游戏过程中，基本不会有何变化，就放在Start()函数调用初始化。
游戏参数初始化代码：
void Init() { // 时间，雷数等参数初始化 time = 0; mine_num = 60; wrong = 0; state = 0;
for(int i=0;i<16;i++){ for(int j=0;j<20;j++){ // 格子可见性初始化 show_arr[i,j] = 0; } }
// 雷区初始化 clearMine(); InitMine(); }每局新游戏开始前的初始化函数，要把各种参数归零，并重新随机生成雷区。
雷区初始化代码：
void InitMine(){ //初始化数字和雷区 int num=0; while (num<60) { int x=Random.Range(0,16); int y=Random.Range(0,20); if(control_arr[x,y]==0){ control_arr[x,y] = -1; num++; } }
for(int i=0;i<16;i++){ for(int j=0;j<20;j++){ if(control_arr[i,j]>-1){ //左边 if(i>0 && control_arr[i-1,j]==-1) control_arr[i,j]++; //右边 if(i<15 && control_arr[i+1,j]==-1) control_arr[i,j]++; //上方 if(j>0 && control_arr[i,j-1]==-1) control_arr[i,j]++; //下方 if(j<19 && control_arr[i,j+1]==-1) control_arr[i,j]++; //左上角 if(i>0 && j>0 && control_arr[i-1,j-1]==-1) control_arr[i,j]++; //右下角 if(i<15 && j<19 && control_arr[i+1,j+1]==-1) control_arr[i,j]++; //右上角 if(i<15 && j>0 && control_arr[i+1,j-1]==-1) control_arr[i,j]++; //左下角 if(i>0 && j<19 && control_arr[i-1,j+1]==-1) control_arr[i,j]++; } } } }
void clearMine(){ for(int i=0;i<16;i++){ for(int j=0;j<20;j++){ control_arr[i,j]=0; mark_arr[i,j]=0; } } }clearMine()函数会把上一局的标记去除，雷全部清除，且格子值全部设为0，配合生成雷的函数InitMine()，InitMine()初始化雷的位置(值为-1)后，会通过循环得出每个格子的数字（周围一圈的雷数）。
OnGUI()循环代码：
void OnGUI() { GUI.Box(new Rect(720,180,480,720),""); // 生成smile按钮 for restart if(GUI.Button(new Rect(935,220,50,50), "☺",smileStyle)){ Debug.Log("Push Smile"); if(state>=0) Init(); } // 生成挖雷按钮 if(GUI.Button(new Rect(1000,200,50,50), "挖",state0)){ state = 0; state0.normal.textColor=Color.red; state1.normal.textColor=Color.black;
}
// 生成标记按钮 if(GUI.Button(new Rect(1000,240,50,50), "标",state1)){ state = 1; state0.normal.textColor=Color.black; state1.normal.textColor=Color.red;
} //显示剩余雷数 GUI.Button(new Rect(736,220,160,60), "剩余雷数:"+mine_num.ToString());
//显示时间 GUI.Button(new Rect(1050,220,130,60), "用时(s):"+time.ToString());
// 每个大小28*28 // 生成可点击扫雷按钮 for(int i=0;i<16;i++){ for(int j=0;j<20;j++){ if(show_arr[i,j]==1) continue; // 标记的格子可取消标记 if(mark_arr[i,j]==1){ if(GUI.Button(new Rect(736+i*28,300+j*28,28,28),"✯")){ if(state == 1){ mark_arr[i,j] = 0; mine_num++; if (control_arr[i,j]<0) wrong--; } } continue; }
if(GUI.Button(new Rect(736+i*28,300+j*28,28,28),"")){ // 按下按钮的行为 if(state == 1){ mark_arr[i,j] = 1; mine_num--; if (control_arr[i,j]>-1) wrong++; if (mine_num==0) { if(wrong>0){ showAllMine(); state = -1; //lose } else{ state = -2; //win }
} } else{ if(mark_arr[i,j]==0){ show_arr[i,j]=1; if(control_arr[i,j]==0) showEmpty(i,j); if(control_arr[i,j]<0){ showAllMine(); state = -1; //lose } } } } } } // 显示数字和雷 for(int i=0;i<16;i++){ for(int j=0;j<20;j++){ if(show_arr[i,j]==0) continue; // int ctlnum = control_arr[i,j]; if(ctlnum==0){ GUI.Label(new Rect(736+i*28,300+j*28,28,28)," "); } else if(ctlnum>0){ GUI.Label(new Rect(736+i*28,300+j*28,28,28),ctlnum.ToString(),numStyle[ctlnum-1]); } else{ GUI.Label(new Rect(736+i*28,300+j*28,28,28),"✵",mineStyle); } } }
if(state<0){ GUI.Box(new Rect(810,420,300,240),""); if(GUI.Button(new Rect(910,630,100,20), "Restart")) Init(); if(state == -1){ worl.normal.textColor = Color.blue; GUI.Label(new Rect(910,440,100,50), "LOSE", worl); } else{ worl.normal.textColor = Color.red; GUI.Label(new Rect(910,440,100,50), "WIN", worl); } int endnum = 60 - mine_num - wrong; GUI.Label(new Rect(910,510,100,50), "扫雷数："+endnum.ToString(), txt); GUI.Label(new Rect(910,560,100,50), "总用时："+time.ToString(), txt);
tmptime = Mathf.Floor(Time.fixedTime); } else{ //计时 if(Mathf.Floor(Time.fixedTime)-tmptime==1){ tmptime = Mathf.Floor(Time.fixedTime); time++; } }
}由于IMGUI的控件部分只能在OnGUI()函数使用，因此这里会写的比较冗杂，嵌套也比较多。这里利用Time类来辅助我们计时。
其他相关代码：
void showAllMine(){ for(int i=0;i<16;i++){ for(int j=0;j<20;j++){ if(control_arr[i,j]==-1){ show_arr[i,j]=1; } } } }
// 递归显示无雷区域 void showEmpty(int i,int j){ // 遇到被标记的非雷 直接翻开 if(mark_arr[i,j]==1){ mark_arr[i,j]=0; mine_num++; } show_arr[i,j]=1; if(control_arr[i,j]>0) return;
if(i>0 && show_arr[i-1,j]==0) showEmpty(i-1,j); if(i<15 && show_arr[i+1,j]==0) showEmpty(i+1,j); if(j>0 && show_arr[i,j-1]==0) showEmpty(i,j-1); if(j<19 && show_arr[i,j+1]==0) showEmpty(i,j+1); if(i>0 && j>0 && show_arr[i-1,j-1]==0) showEmpty(i-1,j-1); if(i<15 && j<19 && show_arr[i+1,j+1]==0) showEmpty(i+1,j+1); if(i<15 && j>0 && show_arr[i+1,j-1]==0) showEmpty(i+1,j-1); if(i>0 && j<19 && show_arr[i-1,j+1]==0) showEmpty(i-1,j+1);
}showAllMine()函数是使用在踩雷情况，把剩下的雷也显示出来；showEmpty()函数是在扫雷过程中，如果遇到一个连续空白无雷区，会把没有数字(周围一圈没有雷)的区域及围绕它们的数字显示出来。
小结
- 在写控件Style的时候，感觉这也不太好设置，那也不太好设置，默认的Style风格又不太适用，整体看起来勉强过得去，有的按钮周围没有边框(比如“标”和“挖”)，就是皮肤设置的问题，做不出想要的风格，多少有点痛苦。可能还是乖乖导入Texture2D会更美观一些，但也要耗费时间去找合适的素材。
- 制作计时器的时候，因为OnGUI()调用频率，以及Time可以获取从游戏启动的时间，就想到了这个先floor()，再比较有无变化的这个方法计时。其他的一些协程或是延时调用的方法看起来都比较复杂，不太好实现。
- 关于利用Button按钮控件的“标”和“挖”来实现标雷和挖格子。似乎是在IMGUI中没能找到控件比较广泛的按键功能，只能监听到按钮被点击，无法监听是被左键或是右键点击又或是按键按下或松开这种，因此实现起来有点怪怪的并且有些麻烦。
- 利用自定义状态值
state来表示不同的游戏状态，能帮助更好地实现这个游戏功能。
三、思考题
-
微软XNA引擎的Game对象屏蔽了游戏循环的细节，并使用一组虚方法让继承者完成它们，我们称这种设计为“模板方法模式”。
-
为什么是“模板方法”模式而不是“策略模式”呢？
**模板方法模式：**一个抽象类公开定义了执行它的方法的方式/模板。它的子类可以按需要重写方法实现，但调用将以抽象类中定义的方式进行。
**策略模式：**是针对一组算法，将每一个算法封装到具有共同接口的独立的类中，从而使得它们可以相互替换。
— 微软XNA引擎的Game对象屏蔽了游戏循环的细节，用虚方法让继承者完成它们，更强调继承重写，明显更符合模板方法模式。
-
-
将优先对象组成树形结构，每个节点都是游戏对象（或数）。
-
尝试解释组合模式(Composite Pattern /一种设计模式)。
将对象组合成树形结构以表示”部分-整体”的层次结构。组合模式使得用户对单个对象和组合对象的使用具有一致性。
-
使用 BroadcastMessage() 方法，向子对象发送消息。写出 BroadcastMessage() 的伪代码。
public class BcM : MonoBehaviour{public GameObject pobject;void Update () {pobject.BroadcastMessage("dbug","inputstr",SendMessageOptions.RequireReceiver);}}public class c1 : MonoBehaviour{void dbug(){Debug.Log("c1");}}public class c2 : MonoBehaviour{void dbug(string str){Debug.Log("c2:"+str);}}
-
-
一个游戏对象用于许多部件描述不同方面的特征。我们设计坦克游戏对象不是继承于 GameObject 对象，而是 GameObject 添加一组行为部件(Component)。
-
这是什么设计模式？
装饰器模式?
-
为什么不用继承设计特殊的游戏对象？
由于继承为类引入静态特征，并且随着扩展功能的增多，子类会很膨胀。使用继承的话，扩展不够灵活。
-
文章分享
如果这篇文章对你有帮助，欢迎分享给更多人！