虚拟现实头盔游戏设计与开发.docx
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1、摘 要1ABSTRACT2第1章绪论3VR研究历史及开发的现状31. 1. 1 VR的研究历史31. 1 VR设备及VR游戏的现状41.1 本次设计的主要意义53论文的主要工作51.4论文的组织结构5第2章VR迷宫游戏设计与开发的框架与思想81 VR迷宫游戏开发平台与框架82. 1. 1 VR迷宫游戏开发的平台82. 1. 2 VR迷宫游戏开发的框架92. 2 VR迷宫游戏设计思想102. 1 VR迷宫游戏内容的设计思想102. 2.1 VR迷宫游戏交互方式的设计思想122.3 VR迷宫游戏的规那么13第3章VR迷宫游戏的交互设计151 VR迷宫游戏的交互方式152.2 VR迷宫游戏的交互流程
2、16VR迷宫游戏交互的内部实现183. 3.1 VR迷宫游戏中操纵人物进行游戏的交互行为的内部实现183.2 VR迷宫游戏中与UI进行交互的内部实现21第4章VR迷宫游戏的测试与评价261 VR迷宫游戏的用户测试264.1.1 VR迷宫游戏测试的硬件条件264. 1. 2 VR迷宫游戏中操纵人物进行游戏的交互行为的内部实现26第2章VR迷宫游戏设计与开发的框架与思想2.1 VR迷宫游戏开发平台与框架VR迷宫游戏开发的平台在本次VR迷宫游戏设计与开发中,我们所使用的游戏开发引擎为Unity 3D开 发引擎以及由暴风魔镜提供的Mojing SDKoUnity 3D是由Unity科技开发的跨平台的游
3、戏开发引擎,可用于开发PC端、 游戏机端、移动端以及网站端的视频游戏。有着便携性这一特点,该引擎的目标为以下API: Windows系统以及XBox360上 的 Direct3D, Windows 系统以及 Mac OS 上的 OpenGL,安卓及 IOS 上的 OpenGL ES 以及视频游戏机的专有API。Unity对该引擎支持的任意平台允许规范化的纹理压缩 以及分辨率设置。它对凹凸贴图、反射贴图、视差贴图,屏幕空间环境光遮蔽(SSAO)、 使用阴影贴图的动态阴影、渲染到纹理和全屏后处理效果也提供支持。Unity的图 形引擎的多平台的特点能够提供一个具有多样性的着色器和一个可表达的可应变的
4、 规范,它能够允许Unity为当前的视频硬件检测最正确的候选者,如果没有合适的, Unity可以退而选择另一个可选的但是会牺牲一些性能特点的着色器。Unity是当下十分火热的高级游戏引擎,为开发者提供了极大的便利,可视化 的操作更是为开发者减少了很大的麻烦,如在Unity对游戏UI进行开发时,可直接 对组件进行拖拽将其拖拽到目标位置,并使用自主布局器对组件的位置进行布局。 在使用布局器布局后,在任何屏幕大小的终端,组件的相对位置不变,极大减少了 开发者的工作量。Unity可开发2D、3D游戏,智能手机端的流行游戏神庙逃亡也为用Unity开发。 为了顺应时代的潮流,Unity中增加了对Virtu
5、al Reality的支持,不过在本次VR 迷宫游戏的设计与开发中,由于我们的设备为暴风魔镜小D,我们直接使用了由暴 风魔镜提供的Mojing SDKoMojing SDK是暴风魔镜科技为开发者开发适用于VR眼镜相关app而 开发的SDK,其中包括了头部陀螺仪跟踪、蓝牙手柄适配及交互等功能。Unity在脚本语言中支持C#与JavaScript两种脚本语言,由于MojingSDK为C#语言所编写,为了更方便的进行本次设计与开发,本次VR迷宫游戏设计与开发中 所使用的脚本语言为C#语言。2.1.1 VR迷宫游戏开发的框架本论文在这局部中将简单介绍本次VR迷宫游戏设计与开发的框架,详细介绍将 在第三
6、章给出。由于头戴式设备的特点所致,玩家多从两个方面来与游戏进行交互:通过手柄 交互与通过手机陀螺仪。手柄交互即玩家通过手柄做出行为,如按下ok键、按下menu键、将摇杆向前 后左右推来参与到游戏中,手柄将用户的行为转化成键值传送给游戏,由游戏内部 的脚本文件对这些键值进行处理,如将键值传送给Mojing自带SDK,对玩家行为进 行解析,并且在游戏场景中做出相应的响应,如玩家将摇杆向前推,那么人物前进, 假设游戏为第一人称控制游戏,玩家在将摇杆向前推时,通过代表玩家眼睛的相机的 前移来反响给用户已经前移的事实。在一些游戏场景中,不仅仅存在玩家对场景中 “自己”控制,也存在着与场景中UI的交互,此
7、时通过其它的脚本文件来限定用户 操作的响应者。手机陀螺仪用于对手机的偏转角度进行测定,当玩家将手机组成头戴式设备的 一局部时,手机陀螺仪可以测定用户的头部的偏转,将玩家头部偏转数据传送给游 戏内部的脚本文件(在本游戏中为MojingSDK中的脚本文件),经脚本对数据进行 处理后将该数据转换为游戏场景内相机坐标系的转动,从而向玩家展现随其头部移 动而变换的视角。在本次VR迷宫游戏设计与开发中,我们采用了手柄交互与头控相结合的方式, 具体框架流程见图2-1-1. VR迷宫游戏的开发框架。玩家通过手柄交互控制游戏场景中的人物的移动,并与游戏场景中的UI控件交 互来学习游戏、推进游戏进程。玩家通过转头
8、的方式来观察游戏场景,游戏场景中 的第一人称控制器中的摄像机对玩家转头的行为作出响应并相应地调节摄像机在世 界坐标系中的位置以及旋转角度。在两种交互方法的共同作用下组成游戏的交互框 架,增加玩家的沉浸感以及对游戏的参与度。手柄交互手机陀螺仪手柄键值用户头部移动数据Mojing SDK相机的平移旋转交互相关脚本与UI界面交互用户在场景中 的行为用户所看到参与到的游戏场景图2TT VR迷宫游戏的开发框架2. 2 VR迷宫游戏设计思想2. 2.1 VR迷宫游戏内容的设计思想在 Morgan. Kaufmann 的 Game Design Workshop, Second Edition: APlay
9、-centric Approach to Creating Innovative Games 一书中,我们知道游戏是 一个封闭的形式化的系统,在这一系统中设置了一系列结构化的冲突来吸引玩家积 极参与,让玩家通过努力来把这一不确定性消除。同时书中也告诉我们,作为一个 游戏,要具有形式要素和戏剧化要素。形式化要素为以下几点:玩家(Palyer)、 目标(Objective)、过程(Progress)、规那么(Rule)、资源(Resource)、冲突(Conflict) s 边界(Boundaries)与结果(Outcome)。戏剧化诸如挑战性(Challenge)、玩耍(Play)、 前提(Pr
10、emise)、人物(Character)、故事情节(Story)、世界架构(World Building)、 戏剧弧(Dramatic Arc)。尽管VR游戏是在头戴式设备上进行显示与交互的,交互方式与其它的游戏有较 大的区别,但是它仍然属于游戏这个大范畴中,所以我们根据以上理论来设计了我 们这次的VR迷宫游戏。结合VR沉浸式的特点,我们选择了迷宫来作为游戏的主题。平日我们所见过的 迷宫多为二维平面迷宫,往往是一个平面图,上面用线来代表墙体,没有线阻拦的 地方为通路,这类游戏根据迷宫复杂度有一定的难度与趣味性。后来在一些公园或 游乐园等地方出现了真人迷宫,即用植物(如冬青)来组成墙体来阻碍玩家
11、的行动, 让玩家真实的进入迷宫并努力走出迷宫。这类游戏玩家参与性更强,玩家充当了游 戏中的一个局部进入到游戏中,也更有趣味性。而这次VR迷宫游戏正是以这为原型 而设计,通过丰实细节,提高其趣味性,是其更加吸引玩家。在本次VR迷宫游戏中,玩家以第一人称操控场景中的角色,能更好的使玩家沉 浸,目标即为走出迷宫。为了增强难度以及趣味性,在迷宫中玩家可以选择答题,通过答题可获得通关 道具,此时目标变更为走出迷宫并获取相应的通关道具。为了进一步增强游戏难度 使游戏更富有挑战性,游戏设计了计时模式,在计时模式中,目标有会有所变更: 在限定时间内走出迷宫并获取相应的通关道具。在本游戏中玩家持有的资源即为时间
12、与通关道具,通关道具通过答题获得。玩 家答题为自主选择,即并不需要在进入每个答题点进行答题,但是规那么对答题正确 及通关道具的数量有下限限制。冲突即为计时模式中在有限时间内走出迷宫并获得 要求数量的通关道具。本游戏将结果笼统的分为两大类:成功走出迷宫与未能成功走出迷宫。而在这 两大类中,存在着时间这一变量,即两大类的结果中会因时间的不同出现更多的结 果,时间的差异会对玩家的反映有一定的影响:在第二次的尝试中刷新了上一次的记录,这可以让玩家产生一定成就感并且为挑战自己而对游戏持续性存在兴趣。2. 2.1 VR迷宫游戏交互方式的设计思想在本次VR迷宫游戏中,我们采取了头控与手柄控制相结合的方式来让
13、玩家与游 戏进行交互。本游戏中采用了第一人称控制,通过手机的陀螺仪来获得玩家的头部动作,并 通过对数据进行处理将玩家动作反映在游戏场景中,以视角的变化来直接的反响给 用户。通过手柄来进行玩家与UI控件的交互并且移动当前玩家在游戏场景中的位置。UI控件被设定固定于玩家视角正前方,就像眼镜上显示的东西一样。如果UI 控件固定于游戏场景中的某一地点,在本游戏中会对玩家造成一定困扰,因为玩家 在游戏进行中是处于一种移动状态,在游戏中假设玩家想通过UI对游戏进行操作如暂 停退出等,那么需移动到固定地点来进行操作,这是十分不方便的。但UI被设定于固 定距离处且随玩家移动而移动时,无论玩家如何转动视角UI都
14、在眼前,此时玩家与 UI的交互是十分方便的。其次,本游戏中玩家可以在游戏未开始阶段通过与UI进 行交互,即查看帮助,来了解游戏,也可通过UI对游戏模式进行选择,选择玩家自 己当下更感兴趣的一种游戏模式来进行游戏。在这一阶段,玩家与UI的交互是主要 目标,通过与UI的交互来了解、开始游戏,此时UI总出现在玩家眼前并占有较大 的视觉空间能够起到强调左右,引导玩家首先与UI进行交互。在游戏中可通过手柄调出游戏中UI界面这一点可以使玩家在游戏中获得一定 的主动权,在能够控制全局的情况下,玩家往往更加富有自信。在对UI界面的设计中,由于我们选择的交互界面为图形用户界面,所以我们遵 循了图形用户界面设计的
15、一般性原那么。游戏中局部按钮图标采用了隐喻的方式,用图形代替文字,这是因为用户对于 图形的认知度高于文字。但是为了防止玩家的对图标的误解,按钮周围也会出现少 量的文字进行辅助解释(图2-2-1 VR迷宫游戏的UI展示图)。图2-2-1 VR迷宫游戏的UI展示图因为玩家是通过手柄与UI进行交互,并不能切实的触碰UI与之交互,所以部 分UI控件诸如按钮之类需要一定方式来说明玩家选择(此处选择并不代表点击,为 点击前的动作)了它,在本游戏中,我们采取对玩家选中的按钮进行一定的放大来 进行反响,能与未被选择的其他按钮有明显区别。针对向退出游戏、重新开始游戏这类会对游戏结果产生重大影响的操作,我们 设定
16、了警示框来要求用户进行确认。对玩家持有的游戏资源,即小旗数目与星星数目,我们将其以图形及数字相结 合的方式显示在玩家所见画面上方。已用时间或当前所余时间也以平日所见的时间 显示方法进行表示,并显示在画面的右上方。以上措施可以让玩家对当前资源有直 观了解。在对手柄的使用上,我们充分利用手柄上的已存按钮,玩家可通过手柄进行选 择、确认、返回、调出菜单、放置小旗、回答下列问题等功能。2. 3 VR迷宫游戏的规那么本游戏共有两种模式可供用户选择:休闲模式与计时模式。练习模式即为不限时模式,玩家可在随意时长中努力走出迷宫,走出迷宫计时 即停止,可以帮助玩家来提高自己的能力,更加熟悉游戏的玩法并且在计时模
17、式中 取得较好的成绩。对于面对倒计时会有一定紧张的玩家,休闲模式也是不二的选择, 当然努力克服自己的紧张取得较好的成绩是为最正确。计时模式即为倒计时模式,玩家被要求在给定时间内走出迷宫并完成任务,即 正确回答下列问题的数量。该模式下可增强玩家的紧张感,增加紧张感的同时会增加一 定的沉浸感,玩家能够很好地进入游戏环境中。在该模式下,限定时间内走出迷宫 并到达要求会激发玩家的挑战心理,能够吸引住玩家。两种模式的区别仅为不限时与限时,游戏要求没有其它区别。玩家被置于迷宫入口,在游戏进行中,通过按下手柄上的0K键来放置小旗对迷 宫地点做标记,小旗的数量为有限数量,放置小旗可以对迷宫地点进行标注辅助玩
18、家走出迷宫。在迷宫一些带有问答环节标记的地点,玩家可自主选择进入问答标记 所标记的问答区域来进行答题,玩家可通过答题来积攒星星,星星数到达要求数量 即为通关。玩家所持有的小旗以及星星数量将会在一直显示在玩家视角上方。第3章VR迷宫游戏的交互设计2.1 VR迷宫游戏的交互方式在目前的一些VR游戏中,一般分为两种主要的交互方式:手柄控制与头控。关 于这两种交互方式的一些区别,本论文在第二章VR迷宫游戏设计与开发的思想与框 架中VR迷宫设计与开发的框架中已有介绍,所以在这里我们将从用户体验方面进行 比拟。一些VR游戏仅仅采用了头控,这类游戏大局部为体验类游戏,如过山车。玩家 佩戴头戴式设备后,游戏中
19、的游戏场景将填充玩家的视觉,并且随着玩家转动头部 玩家所看到的场景也会发生变化。这类游戏往往玩家参与度较低,主要是以游戏场 景的模型的逼真还原以及游戏场景中增加现实世界的物理规那么来增加玩家沉浸感并 吸引玩家。仍然以过山车这个游戏来举例,该游戏仅从视觉上来增加玩家的体验,通过对 环境的设计:城市中高楼大厦的环境、过山车曲折刺激的轨道;附加上与现实世界 类似的物理规那么:过山车在平行阶段的缓慢爬升,在由高向下的高速俯冲;通过这 两类相结合来向玩家反响游戏场景并将玩家拉入游戏场景。但单纯的视觉体验并不能一直吸引玩家,或许在一两次的体验过后,玩家或许 会对这类游戏失去兴趣。增加玩家对游戏的参与度能够
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