3D 游戏开发

Unity 最初就是作为 3D 引擎诞生的，其 3D 开发功能非常强大。本章将介绍 3D 游戏开发的核心概念。

3D 基础概念

坐标系

Unity 使用左手坐标系：

X 轴：水平方向（右为正）
Y 轴：垂直方向（上为正）
Z 轴：深度方向（前为正）

        Y (上)
        │
        │    Z (前)
        │   ╱
        │  ╱
        │ ╱
        └────────── X (右)

3D 对象基础组件

每个 3D 对象通常包含：

GameObject
├── Transform - 位置、旋转、缩放
├── Mesh Filter - 网格数据
├── Mesh Renderer - 渲染器
└── Collider - 碰撞器（可选）

3D 模型

支持的模型格式

格式	说明
FBX	推荐格式，支持动画、材质
OBJ	简单格式，仅几何体
3DS	3ds Max 格式
DAE (COLLADA)	交换格式
GLTF/GLB	现代 Web 格式

导入设置

选中模型文件，Inspector 中的关键设置：

Model 标签：

Scale Factor：缩放系数
Mesh Compression：网格压缩级别
Read/Write Enabled：允许代码读写网格
Generate Colliders：自动生成碰撞器

Rig 标签（动画）：

Animation Type：动画类型
- None - 无动画
- Legacy - 旧版动画
- Generic - 通用动画（非人形）
- Humanoid - 人形动画（可重定向）

Materials 标签：

Extract Materials：提取材质到项目
Texture Import：纹理导入设置

Mesh（网格）

Mesh 是 3D 物体的几何形状，由顶点、边和面组成。

Mesh Filter 和 Mesh Renderer

public class MeshManipulation : MonoBehaviour
{
    public MeshFilter meshFilter;
    public MeshRenderer meshRenderer;
    
    void Start()
    {
        // 更换网格
        meshFilter.mesh = someOtherMesh;
        
        // 修改材质
        meshRenderer.material = newMaterial;
        meshRenderer.material.color = Color.red;
        
        // 启用/禁用渲染
        meshRenderer.enabled = false;
    }
}

程序化生成 Mesh

public class ProceduralMesh : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        Mesh mesh = new Mesh();
        
        // 定义顶点
        Vector3[] vertices = new Vector3[]
        {
            new Vector3(0, 0, 0),
            new Vector3(1, 0, 0),
            new Vector3(0, 1, 0),
            new Vector3(1, 1, 0)
        };
        
        // 定义三角形（顺时针为正面）
        int[] triangles = new int[]
        {
            0, 2, 1,  // 第一个三角形
            2, 3, 1   // 第二个三角形
        };
        
        // 定义 UV
        Vector2[] uv = new Vector2[]
        {
            new Vector2(0, 0),
            new Vector2(1, 0),
            new Vector2(0, 1),
            new Vector2(1, 1)
        };
        
        mesh.vertices = vertices;
        mesh.triangles = triangles;
        mesh.uv = uv;
        
        // 重新计算法线
        mesh.RecalculateNormals();
        
        GetComponent<MeshFilter>().mesh = mesh;
    }
}

材质与纹理

Material（材质）

材质定义了物体表面的外观属性。

常用 Shader

Shader	用途
Standard	PBR 物理渲染，最常用
Standard (Specular)	高光工作流程
Unlit	不受光照影响，用于 UI、特效
Particles	粒子效果
Skybox	天空盒

PBR 材质属性

public class MaterialController : MonoBehaviour
{
    public Material material;
    
    void Start()
    {
        // 基础颜色
        material.SetColor("_Color", Color.white);
        
        // 金属度 (0-1)
        material.SetFloat("_Metallic", 0.5f);
        
        // 光滑度 (0-1)
        material.SetFloat("_Glossiness", 0.5f);
        
        // 法线贴图强度
        material.SetFloat("_BumpScale", 1f);
    }
}

纹理类型

纹理	说明
Albedo/Diffuse	基础颜色
Normal Map	法线贴图，模拟表面凹凸
Metallic	金属度贴图
Roughness/Smoothness	粗糙度/光滑度贴图
Occlusion	环境光遮蔽
Emission	自发光

光照系统

光源类型

// 代码创建光源
public class LightController : MonoBehaviour
{
    void CreateLight()
    {
        GameObject lightGO = new GameObject("MyLight");
        Light light = lightGO.AddComponent<Light>();
        
        light.type = LightType.Point;  // 点光源
        light.color = Color.yellow;
        light.intensity = 1.5f;
        light.range = 10f;
    }
}

光源类型	特点
Directional	平行光，模拟太阳光，无位置只有方向
Point	点光源，向四面八方发光，如灯泡
Spot	聚光灯，圆锥形光照，如手电筒
Area	区域光，矩形发光面，仅烘焙可用

光照模式

Realtime：实时光照，动态计算
Mixed：混合模式，部分烘焙部分实时
Baked：完全烘焙，性能最好但不动态

全局光照（GI）

Window > Rendering > Lighting

Baked GI：预计算静态物体的光照
Realtime GI：实时全局光照
Reflection Probes：反射探头，捕捉环境反射

3D 物理

Rigidbody 3D

public class Physics3DController : MonoBehaviour
{
    public Rigidbody rb;
    
    void Start()
    {
        // 设置质量
        rb.mass = 2f;
        
        // 设置阻力
        rb.drag = 0.5f;
        
        // 使用重力
        rb.useGravity = true;
        
        // 是否受物理影响
        rb.isKinematic = false;
    }
    
    void Update()
    {
        // 施加力
        rb.AddForce(Vector3.forward * 10f);
        
        // 施加扭矩（旋转）
        rb.AddTorque(Vector3.up * 5f);
        
        // 直接设置速度
        rb.velocity = new Vector3(0, 5, 0);
        
        // 爆炸效果
        rb.AddExplosionForce(1000f, explosionPos, 10f);
    }
}

3D 碰撞器

碰撞器	用途
Box Collider	立方体碰撞
Sphere Collider	球体碰撞
Capsule Collider	胶囊体碰撞
Mesh Collider	网格碰撞（精确但性能低）
Terrain Collider	地形碰撞
Wheel Collider	车轮碰撞（载具专用）

物理材质

创建 Physic Material 控制摩擦和弹性：

属性	说明
Dynamic Friction	动态摩擦系数
Static Friction	静态摩擦系数
Bounciness	弹性（0-1）
Friction Combine	摩擦组合方式
Bounce Combine	弹性组合方式

地形系统（Terrain）

创建地形

GameObject > 3D Object > Terrain
在 Inspector 中使用地形工具

地形工具

工具	功能
Raise/Lower	升高/降低地形
Paint Height	绘制特定高度
Smooth Height	平滑地形
Paint Texture	绘制纹理图层
Paint Trees	种植树木
Paint Details	绘制草和细节
Settings	地形设置

地形组件代码

public class TerrainModifier : MonoBehaviour
{
    public Terrain terrain;
    
    void ModifyTerrain()
    {
        TerrainData terrainData = terrain.terrainData;
        
        // 获取高度图
        float[,] heights = terrainData.GetHeights(0, 0, 
            terrainData.heightmapResolution, 
            terrainData.heightmapResolution);
        
        // 修改高度
        heights[50, 50] = 0.5f;  // 0-1 范围
        
        // 应用修改
        terrainData.SetHeights(0, 0, heights);
    }
}

相机系统

Camera 组件

public class CameraController3D : MonoBehaviour
{
    public Camera cam;
    public Transform target;
    
    void Start()
    {
        // 设置背景色
        cam.backgroundColor = Color.black;
        
        // 设置视场角
        cam.fieldOfView = 60f;
        
        // 设置裁剪面
        cam.nearClipPlane = 0.3f;
        cam.farClipPlane = 1000f;
        
        // 正交模式（2.5D 游戏常用）
        cam.orthographic = false;
        cam.orthographicSize = 5f;
    }
    
    // 第三人称跟随
    void LateUpdate()
    {
        Vector3 offset = new Vector3(0, 5, -10);
        transform.position = target.position + offset;
        transform.LookAt(target);
    }
}

多相机设置

public class MultiCameraSetup : MonoBehaviour
{
    public Camera mainCamera;
    public Camera minimapCamera;
    
    void SetupCameras()
    {
        // 主相机
        mainCamera.depth = 0;
        mainCamera.rect = new Rect(0, 0, 1, 1);
        
        // 小地图相机
        minimapCamera.depth = 1;
        minimapCamera.rect = new Rect(0.7f, 0.7f, 0.25f, 0.25f);
        minimapCamera.clearFlags = CameraClearFlags.Depth;
    }
}

天空盒与雾效

天空盒设置

public class EnvironmentSetup : MonoBehaviour
{
    public Material skyboxMaterial;
    
    void Start()
    {
        // 设置天空盒
        RenderSettings.skybox = skyboxMaterial;
        
        // 设置环境光
        RenderSettings.ambientMode = UnityEngine.Rendering.AmbientMode.Skybox;
        RenderSettings.ambientIntensity = 1f;
        
        // 设置雾
        RenderSettings.fog = true;
        RenderSettings.fogMode = FogMode.Exponential;
        RenderSettings.fogColor = Color.gray;
        RenderSettings.fogDensity = 0.01f;
    }
}

实践：简单的 3D 第三人称控制器

public class ThirdPersonController : MonoBehaviour
{
    [Header("移动")]
    public float moveSpeed = 5f;
    public float rotationSpeed = 10f;
    
    [Header("跳跃")]
    public float jumpForce = 8f;
    public LayerMask groundLayer;
    
    [Header("组件")]
    public Rigidbody rb;
    public Transform cameraTransform;
    public Transform groundCheck;
    
    private bool isGrounded;
    private Vector3 moveDirection;
    
    void Update()
    {
        // 地面检测
        isGrounded = Physics.CheckSphere(groundCheck.position, 0.3f, groundLayer);
        
        // 获取输入
        float horizontal = Input.GetAxis("Horizontal");
        float vertical = Input.GetAxis("Vertical");
        
        // 计算移动方向（相对于相机）
        Vector3 forward = cameraTransform.forward;
        Vector3 right = cameraTransform.right;
        forward.y = 0;
        right.y = 0;
        forward.Normalize();
        right.Normalize();
        
        moveDirection = forward * vertical + right * horizontal;
        
        // 跳跃
        if (Input.GetButtonDown("Jump") && isGrounded)
        {
            rb.AddForce(Vector3.up * jumpForce, ForceMode.Impulse);
        }
        
        // 旋转角色
        if (moveDirection != Vector3.zero)
        {
            Quaternion targetRotation = Quaternion.LookRotation(moveDirection);
            transform.rotation = Quaternion.Slerp(transform.rotation, 
                targetRotation, rotationSpeed * Time.deltaTime);
        }
    }
    
    void FixedUpdate()
    {
        // 应用移动
        rb.MovePosition(rb.position + moveDirection * moveSpeed * Time.fixedDeltaTime);
    }
}

下一步

掌握 3D 开发基础后，你可以：

学习动画系统制作角色动画
了解渲染管线优化画面效果
探索 Shader 基础创建自定义材质
学习光照与阴影提升场景氛围

3D 基础概念​

坐标系​

3D 对象基础组件​

3D 模型​

支持的模型格式​

导入设置​

Mesh（网格）​

Mesh Filter 和 Mesh Renderer​

程序化生成 Mesh​

材质与纹理​

Material（材质）​

常用 Shader​

PBR 材质属性​

纹理类型​

光照系统​

光源类型​

光照模式​

全局光照（GI）​

3D 物理​

Rigidbody 3D​

3D 碰撞器​

物理材质​

地形系统（Terrain）​

创建地形​

地形工具​

地形组件代码​

相机系统​

Camera 组件​

多相机设置​

天空盒与雾效​

天空盒设置​

实践：简单的 3D 第三人称控制器​

下一步​