3D游戲編程與設計–第二次作業

簡答題

解釋游戲物件（GameObjects）和資源（Assets）的區別與聯系，

解答：
- 游戲物件（GameObjects），游戲程式空間中的事物，可能是 Empty（空，最有用的事物）、2D、3D、光線、攝像機等
- 游戲資源（Assets），構造游戲物件、裝飾游戲物件、配置游戲的物體和資料，即序列化的或存盤格式的游戲物件或資料
游戲物件指的是創建出來的物件，以及初始化時的燈光和相機，而游戲資源可以是創建的游戲物件，也可以是從外部匯入的影像，

二者也是有聯系的，我們將游戲物件拖入進游戲資源中，便成為了一個游戲資源；當我們將游戲資源實體化之后便成為了游戲物件
下載幾個游戲案例，分別總結資源、物件組織的結構（指資源的目錄組織結構與游戲物件樹的層次結構）

解答：

在 unity hub 中的學習目錄中有很多游戲樣例進行學習和下載，我選擇了其中的兩款進行分析，
- 通過 unity 打開后可以查看到它的 Assets 目錄如下所示：
  
  由圖中可以看到Assets目錄的結構，是采用的屬性結構，父檔案夾包含多個子檔案夾，且相同或者類似的檔案保存在同一個檔案夾中，每個子檔案夾，也有若干個子檔案，可以根據這樣的層次結構得到結論，資源檔案夾將屬性相似的資源放在同一個檔案夾中，
  
  找到該專案的場景BlankScene打開后，可以看到物件的層次結構，不難看出有多個物件有自己的子物件，這些子物件又具有自己的子物件，父物件由他們的子物件組成起來，所有物件以樹形形式組織起來，
- 又下載了幾個游戲案例，發現其物件的層次結構與Assets的層次結構與上面的案例類似，這里就不展開說明了，直接將他們的結構截圖放在下面：
  - 游戲介紹：
  - Assets的結構如下所示：
  - 物件的層次結構如下所示：
撰寫一個代碼，使用 debug 陳述句來驗證 MonoBehaviour 基本行為或事件觸發的條件
- 基本行為包括 Awake() Start() Update() FixedUpdate() LateUpdate()
- 常用事件包括 OnGUI() OnDisable() OnEnable()
解答：

首先添加一個C#代碼的資源，驗證的代碼內容如下所示：
```
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class Test : MonoBehaviour
{
    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        Debug.Log("Start");
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        Debug.Log("Update");
    }

    void FixedUpdate()
    {
        Debug.Log("FixedUpdate");
    }

    void LateUpdate()
    {
        Debug.Log("LateUpdate");
    }

    void Awake()
    {
        Debug.Log("Awake");
    }

    void OnGUI()
    {
        Debug.Log("OnGUI");
    }

    void OnDisable()
    {
        Debug.Log("OnDisable");
    }

    void OnEnable()
    {
        Debug.Log("OnEnable");
    }
}
```
然后打開保存，在unity中點擊play進行運行，得到的結果如下圖所示：

下面是對行為或事件的解釋：
- Start(): 在Update函式呼叫之前呼叫一遍
- Awake(): 用于腳本被實體裝載時呼叫
- Update(): 每一幀都會呼叫一次
- FixedUpdate(): 每個固定時間片呼叫一次
- LateUpdate(): 在Update函式呼叫后被呼叫
- OnGUI(): 繪制GUI時會被呼叫
- OnDisable(): 物件變為不可用時函式被呼叫
- OnEnable(): 物件變為可用狀態時函式被呼叫
查找腳本手冊，了解 GameObject，Transform，Component 物件
- 分別翻譯官方對三個物件的描述（Description）
- 描述下圖中 table 物件（物體）的屬性、table 的 Transform 的屬性、 table 的部件
  - 本題目要求是把可視化圖形編程界面與 Unity API 對應起來，當你在 Inspector 面板上每一個內容，應該知道對應 API，
  - 例如：table 的物件是 GameObject，第一個選擇框是 activeSelf 屬性，
- 用 UML 圖描述三者的關系（請使用 UMLet 14.1.1 stand-alone版本出圖）
解答：
1. GameObject：Base class for all entities in Unity Scenes.(是所有在Unity場景中的物體的基類)
  
  Transform：Position, rotation and scale of an object.(物體的位置、旋轉、和大小)
  
  Component：Base class for everything attached to GameObjects.(是所有附加到游戲物體上的基類)

table物件的屬性：activeSelf屬性，有物體的名字，和Static屬性，下面是Tap，Layer，Prefab，Transform等屬性

Transform的屬性：Position代表物體在XYZ軸上的位置，Rotation代表物體在XYZ方向旋轉的角度，Scale表示物體在XYZ方向上的大小

table的部件：Transform，Mesh Filter，Box Colider，Mesh Renderer

三者的關系是，GameObject和component是一對多的關系，也就是一個GameObject可以有多個component；GameObject和Transform是一對一的關系，也就是說一個GameObject對應于一個Transform；component是Transform的父類，Transform只是component的一種

資源預設（Prefabs）與物件克隆 (clone)
- 預設（Prefabs）有什么好處？
- 預設與物件克隆 (clone or copy or Instantiate of Unity Object) 關系？
- 制作 table 預制，寫一段代碼將 table 預制資源實體化成游戲物件
解答：
1. 預設可以快速實體化很多相同的物件，可以減少作業量，并且對于預設的修改相當于是對所有由預設創建出來的物件的修改，這樣不需要一一修改，也是減少了作業量
2. 用預設創建一個物件，相當于是從預設克隆出來的一個物件，對預設的全部修改，由它創建出來的所有物件都會進行修改，但是如果是克隆物件的話，由于克隆物件是相對獨立的，彼此之間沒有聯系，也不會互相影響，所以對一個克隆物件進行改變并不會造成別的克隆物件的改變
3. 首先做好Table物件，做好的成果如下所示：
  
  做好之后將Table拖入到Assets中成為一個預制資源
  
  成為預制資源后將原先做好的游戲物件洗掉掉，使得場景中只有燈光和相機兩個物件，然后創建一個C#資源進行撰寫代碼：
```
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class NewBehaviourScript : MonoBehaviour
{
    // Start is called before the first frame update
    public GameObject table;

    void Start()
    {
        Instantiate(table);
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        
    }
}
```
  將寫好的C#代碼加入到新創建的物件的部件中,然后點擊 play 開始運行，結果如下所示：
  
  可以看到成功將資源實體化成物件

編程實踐，小游戲

游戲內容：井字棋或貸款計算器或簡單計算器等等
技術限制：僅允許使用 IMGUI 構建 UI
作業目的：
- 了解 OnGUI() 事件，提升 debug 能力
- 提升閱讀 API 檔案能力
我學習并制作了井字棋這個專案，實驗的程序截屏如下所示：

在這里插入圖片描述

游戲程序：分為兩個玩家進行游戲，第一個玩家是’X’，第二個玩家是’O’，如果某個玩家的棋子3個連成一條線那么就會顯示該玩家獲勝，如果最終棋盤填滿也沒有玩家獲勝，則會顯示“Play even(平局)”，在游戲進行途中，或者游戲結束后都可以進行重置，只需點擊左邊的reset按鈕即可，棋盤會重新清零，開始新的游戲
游戲框架：該游戲主要由9個按鈕組成的棋盤，一個插入的背景圖片，按鈕組成的重置鍵，標簽組成的游戲名稱，以及最后游戲結束顯示的結束語組成
代碼說明：首先設定兩個全域變數，int型別的board陣列代表 3 * 3 的棋盤，如果數值為0代表該位置為空，如果數值為1代表玩家1在此下了棋，若為2代表玩家2在此下了棋，和int型別step變數，用于記錄當前的棋盤有多少位置被下過了

然后是start()函式，包括了init()函式用來初始化棋盤，也就是清零board陣列，并且將step設定為0

接下來是isWin()，函式用來判斷是否有人獲勝，并且回傳獲勝的人，如果沒有人獲勝則回傳0

接下來就是OnGUI()函式，用來呼叫上面的初始化或者判斷是否有人獲勝，并且進行每一步下棋的操作，并且顯示游戲的名稱和背景，具體代碼如下所示：
實驗總結：通過本次實驗學會了OnGUI函式的完成，并且學會了按鈕，標簽的定義程序，也更加熟悉了在游戲運行時，各個函式的運行順序和運行次數，也發現了unity做游戲的方便之處，
完整實驗代碼：傳送門

思考題【選做】

微軟 XNA 引擎的 Game 物件屏蔽了游戲回圈的細節，并使用一組虛方法讓繼承者完成它們，我們稱這種設計為“模板方法模式”，
- 為什么是“模板方法”模式而不是“策略模式”呢？
解答：

模板方法模式：定義一個操作中演算法的骨架，而將一些步驟延遲到子類中，模板方法使得子類可以不改變一個演算法的結構即可重定義該演算法的某些特定步驟，是一種行為模式，
策略模式：定義一系列演算法，將每一個演算法封裝起來，并讓它們可以相互替換，策略模式讓演算法獨立于使用它的客戶而變化，是一種物件行為模式，

策略模式的缺點：

策略類數量有可能會很多，
所有的策略類都需要對外暴露，

模板方法模式和策略模式都可以用來分離高層的演算法和底層的具體實作細節，都允許高層的演算法獨立于它的具體實作細節重用，此外，策略模式也允許具體實作細節獨立于高層的演算法重用，不過要以一些額外的復雜性、記憶體以及運行時間作為代價，

參考：設計模式之模板方法模式和策略模式

將游戲物件組成樹型結構，每個節點都是游戲物件（或數），
- 嘗試解釋組合模式（Composite Pattern / 一種設計模式），
- 使用 BroadcastMessage() 方法，向子物件發送訊息，你能寫出 BroadcastMessage() 的偽代碼嗎?
解答：
1. 組合模式（Composite Pattern），又叫部分整體模式，是用于把一組相似的物件當作一個單一的物件，組合模式依據樹形結構來組合物件，用來表示部分以及整體層次，這種型別的設計模式屬于結構型模式，它創建了物件組的樹形結構，這種模式創建了一個包含自己物件組的類，該類提供了修改相同物件組的方式，
2. ```
// father
void Start () {
   	this.BroadcastMessage("Mes");
}

// son
void Mes(){
   	Debug.Log ("Son");
}
```
一個游戲物件用許多部件描述不同方面的特征，我們設計坦克（Tank）游戲物件不是繼承于GameObject物件，而是 GameObject 添加一組行為部件（Component），
- 這是什么設計模式？
- 為什么不用繼承設計特殊的游戲物件？
解答：
1. 組合模式
2. 直接添加不見，可以方便的調整物件的屬性，否則可能會造成浪費現象

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思考題【選做】