Cocos Creator引擎开发：VR跨平台发布_（4）.VR场景设计与交互

VR场景设计与交互

在虚拟现实（VR）游戏中，场景设计与交互是至关重要的部分。场景设计不仅决定了游戏的视觉体验，还影响了玩家的沉浸感。而交互设计则决定了玩家如何与虚拟世界进行互动，提供了更加丰富和真实的游戏体验。本节将详细介绍如何在Cocos Creator中设计VR场景，并实现基本的交互功能。

1. 场景设计基础

1.1 场景构建

在Cocos Creator中，场景构建是通过Node和Component来完成的。Node是场景中的基本元素，可以包含多个Component来实现不同的功能。Component负责处理Node的具体行为，如渲染、动画、物理等。

1.1.1 创建基本场景

首先，创建一个新的VR项目并打开场景编辑器。在场景编辑器中，可以添加各种Node来构建场景。例如，创建一个简单的房间场景：

1. 添加地面：

   • 在Hierarchy面板中右键选择“Create -> 3D Object -> Plane”，创建一个平面作为地面。

   • 选择这个平面，调整其Transform组件的Scale，使其足够大，例如设置为 (10, 1, 10)。

   • 为地面添加一个Material组件，选择一个合适的纹理，例如石板或木板纹理。

2. 添加墙壁：

   • 同样在Hierarchy面板中右键选择“Create -> 3D Object -> Cube”，创建一个立方体作为墙壁。

   • 调整其Transform组件的位置和旋转，使其位于房间的四周。

   • 为墙壁添加一个Material组件，选择一个合适的纹理，例如墙纸或砖墙纹理。

3. 添加天花板：

   • 再次创建一个平面Node，调整其位置和旋转，使其位于房间的顶部。

   • 为天花板添加一个Material组件，选择一个合适的纹理，例如木质或白色纹理。

4. 添加家具：

   • 从Asset Store中导入一些家具模型，例如椅子、桌子等。

   • 将这些模型拖拽到Hierarchy面板中，调整其位置和旋转，使其合理放置在房间内。

1.2 灯光设置

良好的光照效果可以显著提升场景的真实感。Cocos Creator提供了多种光源类型，如Directional Light（方向光）、Point Light（点光源）和Spot Light（聚光灯）。

1.2.1 创建方向光

1. 添加方向光：

   • 在Hierarchy面板中右键选择“Create -> 3D Object -> Directional Light”，创建一个方向光。

   • 调整其Transform组件的位置和旋转，使其从房间的顶部或窗户方向照射进来。

2. 设置光照参数：

   • 选择方向光，打开Inspector面板，调整光照强度（Intensity）、颜色（Color）等参数。

   • 例如，设置光照强度为 1.0，颜色为 (1, 1, 1)（白色）。

1.2.2 创建点光源

1. 添加点光源：

   • 在Hierarchy面板中右键选择“Create -> 3D Object -> Point Light”，创建一个点光源。

   • 将点光源放置在房间内的合适位置，例如桌子上方或壁灯位置。

2. 设置点光源参数：

   • 选择点光源，打开Inspector面板，调整光照范围（Range）、强度（Intensity）和颜色（Color）。

   • 例如，设置光照范围为 5.0，强度为 0.8，颜色为 (1, 0.8, 0.6)（暖色）。

1.3 场景优化

为了确保VR场景在不同平台上的性能，需要进行场景优化。以下是一些优化技巧：

1. LOD（Level of Detail）：

   • 使用LOD技术，根据玩家的视距动态调整模型的细节层次。

   • 例如，创建一个LOD Group组件，并添加多个LOD Level，每个Level对应一个不同细节的模型。

2. 纹理压缩：

   • 对纹理进行压缩，减少内存占用。

   • 例如，使用ETC2或ASTC格式的纹理。

3. 减少Draw Call：

   • 尽量合并多个Node，减少绘制调用次数。

   • 例如，使用Sprite Atlas或Mesh Renderer的Instancing功能。

2. 交互设计基础

2.1 输入处理

在VR游戏中，输入处理主要包括手柄输入和头部追踪输入。Cocos Creator提供了丰富的输入API来处理这些输入。

2.1.1 手柄输入

Cocos Creator支持多平台的手柄输入，例如Oculus、HTC Vive等。以下是一个简单的手柄输入处理示例：

// 手柄输入处理脚本

cc.Class({

    extends: cc.Component,



    properties: {

        // 手柄节点

        hand: {

            default: null,

            type: cc.Node

        },

        // 交互对象

        interactableObject: {

            default: null,

            type: cc.Node

        }

    },



    // 更新函数

    update(dt) {

        // 检查手柄触发按钮

        if (cc.vr.Input.getButtonDown(cc.vr.Button.TRIGGER, this.hand)) {

            this.handleTriggerDown();

        }



        if (cc.vr.Input.getButtonUp(cc.vr.Button.TRIGGER, this.hand)) {

            this.handleTriggerUp();

        }

    },



    // 触发按钮按下时的处理

    handleTriggerDown() {

        // 检查手柄是否指向交互对象

        const hit = this.checkHandRaycast();

        if (hit) {

            // 触发交互对象的点击事件

            this.interactableObject.getComponent('Interactable').onTriggerDown();

        }

    },



    // 触发按钮释放时的处理

    handleTriggerUp() {

        // 检查手柄是否指向交互对象

        const hit = this.checkHandRaycast();

        if (hit) {

            // 触发交互对象的点击事件

            this.interactableObject.getComponent('Interactable').onTriggerUp();

        }

    },



    // 检查手柄的射线是否击中交互对象

    checkHandRaycast() {

        const ray = cc.vr.Input.getHandRay(this.hand);

        const hit = cc.director.getPhysicsManager().raycastClosest(ray.origin, ray.direction, cc.vr.RayCastMask.ALL);

        return hit && hit.node === this.interactableObject;

    }

});

2.2 控制器交互

控制器交互是VR游戏中最常见的交互方式之一。通过控制器，玩家可以进行抓取、移动、旋转等操作。

2.2.1 抓取交互

实现抓取交互需要处理控制器的射线检测和对象的物理属性。以下是一个简单的抓取交互示例：

// 抓取交互脚本

cc.Class({

    extends: cc.Component,



    properties: {

        // 抓取按钮

        grabButton: {

            default: cc.vr.Button.GRIP,

            type: cc.vr.Button

        },

        // 交互对象

        interactableObject: {

            default: null,

            type: cc.Node

        }

    },



    // 初始化函数

    onLoad() {

        this.isGrabbing = false;

        this.raycastHit = null;

    },



    // 更新函数

    update(dt) {

        // 检查抓取按钮是否按下

        if (cc.vr.Input.getButtonDown(this.grabButton, this.node)) {

            this.handleGrab();

        }



        // 检查抓取按钮是否释放

        if (cc.vr.Input.getButtonUp(this.grabButton, this.node)) {

            this.handleRelease();

        }

    },



    // 处理抓取

    handleGrab() {

        const ray = cc.vr.Input.getHandRay(this.node);

        this.raycastHit = cc.director.getPhysicsManager().raycastClosest(ray.origin, ray.direction, cc.vr.RayCastMask.ALL);

        if (this.raycastHit && this.raycastHit.node === this.interactableObject) {

            this.isGrabbing = true;

            this.interactableObject.getComponent(cc.RigidBody).enabled = false;

            this.interactableObject.setParent(this.node);

        }

    },



    // 处理释放

    handleRelease() {

        if (this.isGrabbing) {

            this.isGrabbing = false;

            this.interactableObject.getComponent(cc.RigidBody).enabled = true;

            this.interactableObject.setParent(null);

        }

    }

});

2.3 交互反馈

为了增强玩家的沉浸感，需要为交互操作提供视觉和听觉反馈。以下是一些常见的交互反馈实现方法：

2.3.1 视觉反馈

1. 高亮显示：

   • 当玩家的手柄指向某个交互对象时，可以高亮显示该对象。

   • 例如，使用Material的Emission属性来改变对象的颜色。

// 高亮显示脚本

cc.Class({

    extends: cc.Component,



    properties: {

        // 高亮材质

        highlightMaterial: {

            default: null,

            type: cc.Material

        },

        // 默认材质

        defaultMaterial: {

            default: null,

            type: cc.Material

        }

    },



    // 初始化函数

    onLoad() {

        this.isHighlighted = false;

        this.node.getComponent(cc.MeshRenderer).material = this.defaultMaterial;

    },



    // 设置高亮

    setHighlighted(highlight) {

        this.isHighlighted = highlight;

        this.node.getComponent(cc.MeshRenderer).material = highlight ? this.highlightMaterial : this.defaultMaterial;

    },



    // 检查手柄射线是否击中

    checkHandRaycast(hand) {

        const ray = cc.vr.Input.getHandRay(hand);

        const hit = cc.director.getPhysicsManager().raycastClosest(ray.origin, ray.direction, cc.vr.RayCastMask.ALL);

        return hit && hit.node === this.node;

    }

});

2. 动画反馈：

   • 当玩家与对象交互时，可以播放动画来提供反馈。

   • 例如，当玩家抓取一个门把手时，播放开门动画。

// 动画反馈脚本

cc.Class({

    extends: cc.Component,



    properties: {

        // 动画组件

        animator: {

            default: null,

            type: cc.Animation

        }

    },



    // 触发按钮按下时的处理

    onTriggerDown() {

        this.animator.play('open_door');

    },



    // 触发按钮释放时的处理

    onTriggerUp() {

        this.animator.play('close_door');

    }

});

2.3.2 听觉反馈

1. 播放音效：

   • 当玩家与对象交互时，可以播放音效来提供反馈。

   • 例如，当玩家抓取一个物体时，播放“抓取”音效。

// 听觉反馈脚本

cc.Class({

    extends: cc.Component,



    properties: {

        // 音效组件

        audioSource: {

            default: null,

            type: cc.AudioSource

        },

        // 抓取音效

        grabSound: {

            default: null,

            type: cc.AudioClip

        }

    },



    // 触发按钮按下时的处理

    onTriggerDown() {

        this.audioSource.clip = this.grabSound;

        this.audioSource.play();

    }

});

3. 物理交互

物理交互是VR游戏中的一项重要功能，通过物理引擎可以实现真实感的物体碰撞、重力等效果。

3.1 物体碰撞

Cocos Creator支持物理碰撞检测，可以通过添加Collider组件来实现。以下是一个简单的物体碰撞检测示例：

1. 添加Collider组件：

   • 选择需要检测碰撞的Node，添加一个Collider组件，例如Box Collider或Sphere Collider。

2. 处理碰撞事件：

   • 在脚本中处理碰撞事件，例如当玩家的手柄与物体发生碰撞时，播放音效或改变物体状态。

// 碰撞检测脚本

cc.Class({

    extends: cc.Component,



    properties: {

        // 音效组件

        audioSource: {

            default: null,

            type: cc.AudioSource

        },

        // 碰撞音效

        collisionSound: {

            default: null,

            type: cc.AudioClip

        }

    },



    // 碰撞进入事件

    onCollisionEnter(other, self) {

        this.audioSource.clip = this.collisionSound;

        this.audioSource.play();

    },



    // 碰撞持续事件

    onCollisionStay(other, self) {

        // 可以在此处理持续碰撞的逻辑

    },



    // 碰撞离开事件

    onCollisionExit(other, self) {

        // 可以在此处理碰撞离开的逻辑

    }

});

3.2 物体抓取和移动

物体抓取和移动需要结合物理引擎和输入处理。以下是一个完整的抓取和移动物体的示例：

1. 添加物理组件：

   • 选择需要抓取的Node，添加一个RigidBody组件。

   • 选择手柄Node，添加一个VRHand组件。

2. 处理抓取和移动：

   • 在脚本中处理手柄的射线检测和物体的物理属性。

// 物体抓取和移动脚本

cc.Class({

    extends: cc.Component,



    properties: {

        // 抓取按钮

        grabButton: {

            default: cc.vr.Button.GRIP,

            type: cc.vr.Button

        },

        // 抓取力

        grabForce: 10.0,

        // 交互对象

        interactableObject: {

            default: null,

            type: cc.Node

        }

    },



    // 初始化函数

    onLoad() {

        this.isGrabbing = false;

        this.raycastHit = null;

    },



    // 更新函数

    update(dt) {

        // 检查抓取按钮是否按下

        if (cc.vr.Input.getButtonDown(this.grabButton, this.node)) {

            this.handleGrab();

        }



        // 检查抓取按钮是否释放

        if (cc.vr.Input.getButtonUp(this.grabButton, this.node)) {

            this.handleRelease();

        }



        // 如果正在抓取，更新物体位置

        if (this.isGrabbing) {

            this.updateObjectPosition();

        }

    },



    // 处理抓取

    handleGrab() {

        const ray = cc.vr.Input.getHandRay(this.node);

        this.raycastHit = cc.director.getPhysicsManager().raycastClosest(ray.origin, ray.direction, cc.vr.RayCastMask.ALL);

        if (this.raycastHit && this.raycastHit.node === this.interactableObject) {

            this.isGrabbing = true;

            this.interactableObject.getComponent(cc.RigidBody).enabled = false;

            this.interactableObject.setParent(this.node);

        }

    },



    // 处理释放

    handleRelease() {

        if (this.isGrabbing) {

            this.isGrabbing = false;

            this.interactableObject.getComponent(cc.RigidBody).enabled = true;

            this.interactableObject.setParent(null);



            // 添加抓取力

            const handPosition = this.node.getPosition();

            const objectPosition = this.interactableObject.getPosition();

            const direction = cc.v3().subtract(objectPosition, handPosition);

            direction.normalize();

            this.interactableObject.getComponent(cc.RigidBody).applyForce(direction.multiplyScalar(this.grabForce));

        }

    },



    // 更新物体位置

    updateObjectPosition() {

        const handPosition = this.node.getPosition();

        const objectPosition = this.interactableObject.getPosition();

        const direction = cc.v3().subtract(handPosition, objectPosition);

        this.interactableObject.setPosition(handPosition.add(direction.scale(0.5)));

    }

});

4. UI交互

在VR游戏中，UI交互同样重要。Cocos Creator提供了多种UI组件，可以用于创建虚拟按钮、菜单等。本节将详细介绍如何在Cocos Creator中创建和处理虚拟按钮和虚拟菜单的交互。

4.1 创建虚拟按钮

1. 创建UI节点：

   • 在Hierarchy面板中右键选择“Create -> UI -> Button”，创建一个虚拟按钮。

   • 调整按钮的位置和大小，使其合适放置在VR场景中。

2. 添加脚本：

   • 为按钮添加一个脚本，处理手柄射线检测和按钮点击事件。

// 虚拟按钮脚本

cc.Class({

    extends: cc.Component,



    properties: {

        // 高亮材质

        highlightMaterial: {

            default: null,

            type: cc.Material

        },

        // 默认材质

        defaultMaterial: {

            default: null,

            type: cc.Material

        },

        // 点击音效

        clickSound: {

            default: null,

            type: cc.AudioClip

        }

    },



    // 初始化函数

    onLoad() {

        this.isHighlighted = false;

        this.node.getComponent(cc.MeshRenderer).material = this.defaultMaterial;

    },



    // 更新函数

    update(dt) {

        // 检查手柄射线是否击中按钮

        const hand = cc.find('Hand1');

        if (this.checkHandRaycast(hand)) {

            if (!this.isHighlighted) {

                this.setHighlighted(true);

            }

            // 检查触发按钮是否按下

            if (cc.vr.Input.getButtonDown(cc.vr.Button.TRIGGER, hand)) {

                this.handleClick();

            }

        } else {

            if (this.isHighlighted) {

                this.setHighlighted(false);

            }

        }

    },



    // 设置高亮

    setHighlighted(highlight) {

        this.isHighlighted = highlight;

        this.node.getComponent(cc.MeshRenderer).material = highlight ? this.highlightMaterial : this.defaultMaterial;

    },



    // 检查手柄射线是否击中

    checkHandRaycast(hand) {

        const ray = cc.vr.Input.getHandRay(hand);

        const hit = cc.director.getPhysicsManager().raycastClosest(ray.origin, ray.direction, cc.vr.RayCastMask.ALL);

        return hit && hit.node === this.node;

    },



    // 处理点击事件

    handleClick() {

        // 播放点击音效

        const audioSource = this.node.getComponent(cc.AudioSource);

        audioSource.clip = this.clickSound;

        audioSource.play();



        // 处理按钮点击逻辑

        cc.log('Button clicked!');

    }

});

4.2 创建虚拟菜单

1. 创建菜单容器：

   • 在Hierarchy面板中创建一个空Node作为菜单容器。

   • 为菜单容器添加一个Canvas组件，设置为3D模式。这可以通过在Inspector面板中将Canvas组件的Render Mode设置为“World Space”来实现。

2. 添加菜单项：

   • 在菜单容器中添加多个Button节点作为菜单项。

   • 调整每个按钮的位置和大小，使其合理布局在菜单容器内。

3. 添加脚本：

   • 为菜单容器添加一个脚本，处理手柄射线检测和菜单项的点击事件。

// 虚拟菜单脚本

cc.Class({

    extends: cc.Component,



    properties: {

        // 菜单项节点列表

        menuItems: {

            default: [],

            type: cc.Node

        }

    },



    // 初始化函数

    onLoad() {

        this.selectedItem = null;

    },



    // 更新函数

    update(dt) {

        // 检查手柄射线是否击中菜单项

        const hand = cc.find('Hand1');

        const selectedItem = this.checkMenuItemRaycast(hand);



        // 更新选中的菜单项

        if (selectedItem !== this.selectedItem) {

            if (this.selectedItem) {

                this.selectedItem.getComponent('VRButton').setHighlighted(false);

            }

            if (selectedItem) {

                selectedItem.getComponent('VRButton').setHighlighted(true);

            }

            this.selectedItem = selectedItem;

        }



        // 检查触发按钮是否按下

        if (cc.vr.Input.getButtonDown(cc.vr.Button.TRIGGER, hand) && this.selectedItem) {

            this.selectedItem.getComponent('VRButton').handleClick();

        }

    },



    // 检查手柄射线是否击中菜单项

    checkMenuItemRaycast(hand) {

        const ray = cc.vr.Input.getHandRay(hand);

        for (let i = 0; i < this.menuItems.length; i++) {

            const hit = cc.director.getPhysicsManager().raycastClosest(ray.origin, ray.direction, cc.vr.RayCastMask.ALL);

            if (hit && hit.node === this.menuItems[i]) {

                return this.menuItems[i];

            }

        }

        return null;

    }

});

4.2.1 菜单项的交互脚本

为了使每个菜单项都能独立处理交互事件，可以为每个菜单项添加一个专门的交互脚本。

// 菜单项交互脚本

cc.Class({

    extends: cc.Component,



    properties: {

        // 高亮材质

        highlightMaterial: {

            default: null,

            type: cc.Material

        },

        // 默认材质

        defaultMaterial: {

            default: null,

            type: cc.Material

        },

        // 点击音效

        clickSound: {

            default: null,

            type: cc.AudioClip

        }

    },



    // 初始化函数

    onLoad() {

        this.isHighlighted = false;

        this.node.getComponent(cc.MeshRenderer).material = this.defaultMaterial;

    },



    // 设置高亮

    setHighlighted(highlight) {

        this.isHighlighted = highlight;

        this.node.getComponent(cc.MeshRenderer).material = highlight ? this.highlightMaterial : this.defaultMaterial;

    },



    // 处理点击事件

    handleClick() {

        // 播放点击音效

        const audioSource = this.node.getComponent(cc.AudioSource);

        audioSource.clip = this.clickSound;

        audioSource.play();



        // 处理按钮点击逻辑

        cc.log('Menu item clicked: ' + this.node.name);

        // 可以在此添加具体的菜单项点击逻辑，例如切换场景、打开子菜单等

    }

});

4.3 UI优化

为了确保UI在VR中的性能和用户体验，需要进行一些优化：

1. UI分辨率：

   • 确保UI元素的分辨率足够高，以适应不同的显示设备。

   • 可以使用高分辨率的纹理和字体。

2. UI位置和大小：

   • 调整UI元素的位置和大小，使其在VR场景中易于识别和操作。

   • 例如，将按钮放置在玩家手柄的合理范围内，避免过远或过小。

3. UI交互提示：

   • 为UI元素添加交互提示，帮助玩家了解如何操作。

   • 例如，当手柄指向按钮时，显示一个提示文本或图标。

// UI交互提示脚本

cc.Class({

    extends: cc.Component,



    properties: {

        // 提示文本节点

        tooltip: {

            default: null,

            type: cc.Node

        },

        // 提示文本组件

        tooltipLabel: {

            default: null,

            type: cc.Label

        }

    },



    // 初始化函数

    onLoad() {

        this.tooltip.active = false;

    },



    // 更新函数

    update(dt) {

        // 检查手柄射线是否击中

        const hand = cc.find('Hand1');

        if (this.checkHandRaycast(hand)) {

            this.showTooltip();

        } else {

            this.hideTooltip();

        }

    },



    // 显示提示文本

    showTooltip() {

        this.tooltip.active = true;

        this.tooltipLabel.string = 'Click to interact';

    },



    // 隐藏提示文本

    hideTooltip() {

        this.tooltip.active = false;

    },



    // 检查手柄射线是否击中

    checkHandRaycast(hand) {

        const ray = cc.vr.Input.getHandRay(hand);

        const hit = cc.director.getPhysicsManager().raycastClosest(ray.origin, ray.direction, cc.vr.RayCastMask.ALL);

        return hit && hit.node === this.node;

    }

});

5. 总结

在Cocos Creator中设计VR场景和实现交互功能是一个多步骤的过程，涉及场景构建、光照设置、物理交互和UI交互等多个方面。通过合理的设计和优化，可以显著提升游戏的真实感和沉浸感，为玩家提供更加丰富和流畅的体验。

1. 场景构建：

   • 使用Node和Component来构建基本的VR场景，包括地面、墙壁、天花板和家具等。

   • 通过调整Transform组件和Material组件来优化场景的视觉效果。

2. 光照设置：

   • 使用Directional Light、Point Light和Spot Light等光源类型来设置场景的光照效果。

   • 调整光照强度、颜色等参数，以达到最佳的视觉效果。

3. 物理交互：

   • 使用物理引擎实现物体的碰撞检测、抓取和移动等交互功能。

   • 通过脚本处理碰撞事件和物理属性的变化，提供真实的交互体验。

4. UI交互：

   • 创建虚拟按钮和菜单，处理手柄射线检测和按钮点击事件。

   • 优化UI的分辨率、位置和大小，确保在VR中易于识别和操作。

   • 为UI元素添加交互提示，帮助玩家更好地理解和使用UI。

通过以上步骤，你可以在Cocos Creator中设计和实现一个功能完整、性能优秀的VR游戏场景。希望这些内容对你有所帮助，祝你在VR游戏开发的道路上取得成功！