一种基于游戏引擎技术及游戏设备的赛车游戏仿真平台
阅读说明：本技术 一种基于游戏引擎技术及游戏设备的赛车游戏仿真平台 (Racing car game simulation platform based on game engine technology and game equipment ) 是由 谢晓兰 余友华 常盼 唐毅刚 刘亚荣 于 2021-06-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于游戏引擎技术及游戏设备的赛车游戏仿真平台。包括数据仓库模块、预处理模块、内部逻辑模块以及页面逻辑模块,其中内部逻辑模块包括：碰撞子模块、材质子模块、场景子模块、渲染子模块,页面逻辑模块包括：操作界面子模块、商城子模块。通过Unity游戏引擎技术、车辆转弯算法、车辆转弯算法、场景优化算法、场景优化算法等实现车辆转弯的真实模拟；实现逼真的场景、灯光、雨滴动态粒子效果；实现图形图像、赛车爆炸动画等方面的真实渲染效果。本发明所述赛车游戏仿真平台在玩家体验时能体现出较为真实的赛车体验,平台稳定性较好,设备接入以及操作较为简单,可通过USB接口外接游戏设备和显示器获得逼近现实的赛车操纵体验。(The invention discloses a racing car game simulation platform based on game engine technology and game equipment. Including data warehouse module, preprocessing module, internal logic module and page logic module, wherein the internal logic module includes: collision submodule piece, material submodule piece, scene submodule piece, render submodule piece, the page logic module includes: an operation interface sub-module and a mall sub-module. The real simulation of the vehicle turning is realized through a Unity game engine technology, a vehicle turning algorithm, a scene optimization algorithm and the like; the vivid scene, light and raindrop dynamic particle effects are realized; and the real rendering effect in the aspects of graphic images, racing car explosion animations and the like is realized. The racing game simulation platform provided by the invention can embody real racing experience when a player experiences, the platform stability is good, the equipment access and operation are simple, and the realistic racing control experience can be obtained by externally connecting game equipment and a display through a USB interface.)
技术领域
本发明属于计算机游戏软件开发领域，特别涉及一种基于游戏引擎技术及游戏设备的赛车游戏仿真平台。
背景技术
最早的汽车电子游戏可以追溯到1984年，Konami公司开发的一款模拟赛车游戏—《公路战士》，它是世界上最早的赛车游戏之一，在该游戏中玩家要驾驶汽车避开旁边的车辆，并且要在燃油耗尽之前到达终点。随着时间的推移，电脑科技迅猛的发展，逐渐开始有公司借助游戏引擎技术使全世界车迷感受到驾车飞驰的快感。现在常见的PC端赛车游戏有《极品飞车》、《地平线》等，其制作大都基于寒霜、Chameleon等引擎，主要使用C和C++等语言进行开发，虽然故事情节及娱乐性较好，此外还借助计算机强大的运算能力，将各款跑车塑造得栩栩如生，但是这些赛车游戏还有以下这些不足：
(1)游戏场景建模越来越魔幻，逐渐偏离真实世界；
(2)车辆过弯道时略显僵硬，流畅度不足；
(3)车辆碰撞不够真实，真实感操作有待加强；
(4)接入外部游戏设备的操作较繁琐。
由此可见，目前的PC端赛车游戏在上述几个方面还有一些不足，因此开发一种模拟现实的赛车游戏仿真平台已经成为亟需解决的一个需求。本发明提供的一种基于游戏引擎技术及游戏设备的赛车游戏仿真平台，基于Unity引擎及C#语言进行开发，可通过USB接口外接游戏设备和显示器以获得逼近现实的赛车操纵体验。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于游戏引擎技术及游戏设备的赛车游戏仿真平台，改进现有PC端赛车游戏真实操作感不足的特点。
本赛车游戏仿真平台包含数据仓库模块、预处理模块、内部逻辑模块以及页面逻辑模块。其中内部逻辑模块包括：碰撞子模块、材质子模块、场景子模块、渲染子模块；页面逻辑模块包括：操作界面子模块、商城子模块。
上述模块、子模块的连接关系为：数据仓库模块和预处理模块相连，预处理模块和内部逻辑模块相连，内部逻辑模块和页面逻辑模块相连；内部逻辑模块中场景子模块和渲染子模块相连，页面逻辑模块中操作界面子模块和商城子模块相连。
所述数据仓库模块基于Unity游戏引擎里的数据桶和数据堆栈进行实现，负责存储赛车仿真平台内各种资源及游戏内部数据。
所述预处理模块负责读取数据仓库模块中的游戏数据并对其进行预处理，优化游戏资源，配置游戏内部环境。
所述内部逻辑模块主要完成整个游戏平台的核心逻辑实现，包括碰撞子模块、材质子模块、场景子模块和渲染子模块。
所述碰撞子模块主要完成赛车的转弯设计、赛车间的碰撞检测和碰撞效果的展示。赛车转弯设计采用车辆转弯算法；赛车间的碰撞检测采用赛车碰撞检测算法；碰撞效果的展示采用合适的碰撞动画进行实现。
所述材质子模块主要包括路面、树木、建筑、车辆外观等静态材质，应用于游戏平台内各游戏模型。
所述场景子模块采用场景优化算法，实现逼真的场景、灯光、雨滴动态粒子效果等。
所述渲染子模块采用渲染加速算法，实现图形图像、光照粒子以及赛车爆炸动画等方面的真实渲染效果。
所述页面逻辑模块主要完成游戏平台的界面设计与实现，包括商城子模块和操作界面子模块。
所述商城子模块即游戏商城，用于玩家购买赛车以及升级赛车性能。
所述操作界面子模块即赛车游戏界面，用于玩家在游戏中进行赛车仿真体验与交互。
本发明基于Unity引擎开发制作赛车游戏仿真平台，将外部游戏设备和显示器通过USB接口接入本平台以搭建外部游戏环境，玩家进行赛车仿真体验。
与现有赛车游戏相比，本发明的基于游戏引擎技术及游戏设备的赛车游戏仿真平台有以下优点：
(1)采用场景优化算法，实现逼真的场景、灯光、雨滴动态粒子效果等；采用渲染加速算法，实现图形图像、光照粒子以及赛车爆炸动画等方面的真实渲染效果。
(2)计算赛车转弯半径，采用车辆转弯算法实时调整车辆转弯角度，实现车辆转弯的真实模拟。
(3)采用车辆碰撞检测算法，进一步地还原了真实的车辆碰撞，能使玩家得到更为真实的赛车交互体验。
(4)平台稳定性较好，设备接入仅通过USB口即可解决，操作较为简单。
附图说明
图1为本发明的一种基于游戏引擎技术及游戏设备的赛车游戏仿真平台结构示意图。
图2为本发明的实施例的游戏环境图。
图中标记：1.数据仓库模块；2.预处理模块；3.内部逻辑模块；3-1.碰撞子模块；3-2.材质子模块；3-3.场景子模块；3-4.渲染子模块；4.页面逻辑模块；4-1.操作界面子模块；4-2.商城子模块；5.Unity游戏引擎；6.赛车游戏仿真平台；7.游戏设备；8.显示器。
具体实施方式
实施例：
(1)如图1所示，本发明提供了一种基于游戏引擎技术及游戏设备的赛车游戏仿真平台，包括4个主模块，6个子模块，分别是：数据仓库模块1、预处理模块2、内部逻辑模块3、页面逻辑模块4。其中内部逻辑模块3包括：碰撞子模块3-1、材质子模块3-2、场景子模块3-3、渲染子模块3-4；页面逻辑模块4包括：操作界面子模块4-1；商城子模块4-2。其中，数据仓库模块1和预处理模块2相连，预处理模块2和内部逻辑模块3相连，内部逻辑模块3和页面逻辑模块4相连，场景子模块3-3和渲染子模块3-4相连，操作界面子模块4-1和商城子模块4-2相连。
所述数据仓库模块1用于存储赛车仿真平台内各种资源及游戏内部数据，主要基于Unity游戏引擎里的数据桶和数据堆栈进行实现。
所述预处理模块2主要用于预处理大量输入的游戏数据，对整个赛车游戏平台进行游戏预处理。游戏预处理模块接收从游戏数据仓库模块1传输过来的游戏数据，优化游戏资源，完成游戏内部环境配置。
所述内部逻辑模块3主要负责完成整个游戏平台的核心逻辑实现，包括碰撞子模块3-1、材质子模块3-2、场景子模块3-3和渲染子模块3-4。
所述碰撞子模块3-1主要完成赛车的转弯设计、赛车间的碰撞检测和碰撞效果的展示。赛车转弯设计采用车辆转弯算法；赛车间的碰撞检测采用赛车碰撞检测算法；碰撞效果的展示采用合适的碰撞动画进行实现。
所述车辆转弯算法，依据赛车转弯半径公式计算出赛车转弯半径，在Unity游戏引擎中采用C#语言实时获取赛车过弯道时的转弯角度，实现车辆转弯的真实模拟。
其赛车转弯半径为车辆的前轮外侧与弯道中心两点之间连线的距离，赛车转弯半径计算公式如下：
式中R为赛车转弯半径，R2为赛道外半径，R1为赛道内半径，d1为赛车长度，d2为赛车宽度，x为赛车环行时最外点至赛道外边距离，y为赛车环行时最内点至赛道内边距离。
所述赛车碰撞检测算法，将平台内玩家赛车与其它物体的碰撞处理为矩形碰撞，玩家赛车为矩形1，其它物体为矩形2。赛车碰撞检测算法的实现原理：检测两个矩形是否重叠，在数学上具体处理为比较中心点的坐标在x和y方向上的距离和宽度的关系，即两个矩形中心点在x方向的距离的绝对值小于等于矩形宽度和的二分之一，在y方向的距离的绝对值小于等于矩形高度和的二分之一，其数学公式如下：
x方向：|(x1+w1/2)–(x2+w2/2)|≦|(w1+w2)/2| 公式(2)
y方向：|(y1+h1/2)–(y2+h2/2)|≦|(h1+h2)/2| 公式(3)
式中(x1，y1)为矩形1左上角的坐标参数，w1为矩形1的宽度，h1为矩形1的高度，(x2，y2)为矩形2左上角的坐标参数，w2为矩形2的宽度，h2为矩形2的高度。
所述材质子模块3-2包括路面、树木、建筑、车辆外观等静态材质，应用于游戏平台内各游戏模型，其制作均在Photoshop软件中加工制作完成。
所述场景子模块3-3采用场景优化算法，以实现逼真的场景、灯光、雨滴动态粒子效果等。
所述场景优化算法，利用八叉树数据结构对游戏平台内的场景进行分割，采用区域LOD(Level of Detail，多层次细节)法优化场景地图,对场景采用改进的平面贴图法进行优化,在保证游戏视觉效果的同时减少优化复杂度。
所述渲染子模块3-4主要完成图形图像、光照粒子以及赛车爆炸动画等方面的渲染，采用渲染加速算法实现。
所述渲染加速算法采取BSP树的空间数据结构，运用LOD(Level of Detail)切换及选取技术，将游戏平台内的图形图像、光照粒子以及赛车爆炸动画在屏幕上由后往前地渲染出来。
所述页面逻辑模块4主要完成整个游戏平台的界面设计与实现，包括操作界面子模块4-1和商城子模块4-2。
所述操作界面子模块4-1用于玩家在游戏中进行良好的赛车体验与交互，由游戏操作界面的各个LOGO图片组成，包括刹车按钮、油门按钮、转弯按钮等图片，均在Photoshop软件中加工制作完成。
所述商城子模块4-2用于玩家购买赛车以及升级赛车性能，由游戏商城界面的各个LOGO图片组成，包括游戏金币、赛车模型、赛车零件等图片，均在Photoshop软件中加工制作完成。
(2)如图2所示，本发明的实施例的游戏环境包括四个部分，分别是：Unity游戏引擎5、赛车游戏仿真平台6、游戏设备7、显示器8。其中，Unity游戏引擎5和赛车游戏仿真平台6相连，赛车游戏仿真平台6和游戏设备7、显示器8相连。
所述Unity游戏引擎5用于开发制作赛车游戏仿真平台6，开发过程如上文所述。
所述赛车游戏仿真平台6为本发明的基于游戏引擎技术及游戏设备的赛车游戏仿真平台。
所述游戏设备7、显示器8为外部游戏设备，用于连接赛车游戏仿真平台6以搭建外部游戏环境，然后用于玩家进行赛车仿真交互。
所述赛车游戏仿真平台6具体的工作流程为：首先游戏设备7和显示器8通过USB接口连接赛车游戏仿真平台6，然后启动平台6，其中的数据仓库模块1将存储好的平台内各种游戏资源及游戏内部数据传输到预处理模块2，预处理模块2对游戏资源及数据进行优化，配置游戏内部环境。然后内部逻辑模块3开始工作，其中的碰撞子模块3-1实现赛车的转弯设计、赛车间的碰撞检测和碰撞效果的展示，材质子模块3-2显示游戏平台内各游戏模型的静态材质，游戏平台中的真实环境背景由其中的场景子模块3-3和渲染子模块3-4相互作用形成。内部逻辑模块3运转后，页面逻辑模块4开始工作，其中的商城子模块4-2用于玩家购买赛车以及升级赛车性能，操作界面子模块4-1用于玩家进行赛车仿真体验与交互。
综上，本发明涉及一种基于游戏引擎技术及游戏设备的赛车游戏仿真平台，采用车辆转弯算法实时调整赛车转弯角度，实现车辆转弯的真实模拟；采用场景优化算法，实现逼真的场景、灯光、雨滴动态粒子效果；采用渲染加速算法，实现图形图像、光照粒子以及赛车爆炸动画等方面的真实渲染效果；通过USB接口连接游戏设备和显示器，实现更为真实的赛车仿真交互。
以上所述内容，仅为本发明较好的具体实施方式。以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。