基于C#的音乐节拍类3D游戏《功夫》的设计与实现

万发林　李悦乔

摘要：介绍了基于C#游戏引擎实现的一款名为《功夫》的音乐节拍类3D游戏的开发过程。在介绍C#语言特点的基础上，简要介绍了《功夫》游戏的总体设计与游戏规则，然后进一步从角色及场景模型设计、UI交互界面设计、游戏数学模型建立、关卡设计、特效设计与制作等方面，完整介绍了音乐类游戏的开发流程。

关键词：音乐节拍类 3D游戏 游戏开发

中图分类号：TB47 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2018）06-0139-03

引言

随着计算机技术和互联网技术的快速发展，在世界范围内，游戏设计产业及教育都正进入崭新的发展时期，在新的时代背景下，游戏设计已经形成了融合多个行业的产业集群，并且成为不少国家和地区经济发展的一大助推力。音乐游戏是在音乐伴奏或歌曲伴唱下，受音乐的内容、性质、旋律、节奏、结构等主导和制约下进行的活动，根据游戏规则和要求，音乐游戏不仅具有陶冶情操、培养玩家审美能力和促进玩家身心健康发展的重要作用，玩家在游戏中通过主动听辨不同的旋律、节奏、速度、力度、音色的过程中，还能够潜意识地调动和发展听觉、视觉、触觉和运动觉，培养注意力、记忆力、音乐思维能力和语言能力等，不仅从音乐游戏中获得快乐，还能发展音乐智能。

一、C#程序设计

C#是由C和C++衍生出来的面向对象的编程语言，它在继承C和C++强大功能的同时去掉了一些它们的复杂特性，因此C#安全、稳定并且简单。C#综合了VB简单的可视化操作和C++的高运行效率，以其强大的操作能力、优雅的语法风格、创新的语言特性和便捷的面向组件编程的支持成为.NET开发的首选语言。

二、音乐类游戏的设计策略

音乐游戏是指以音乐的旋律和节奏为主要设计元素的游戏，音乐游戏是电子游戏中一种独特的游戏类别。玩家依靠自身对游戏中播放的音乐节奏、旋律的直观感觉，通过外设输入装置使模拟器发出相应的音效，与游戏播放的部分音乐共谱新乐章。这类游戏主要考验玩家对音乐节奏的把握能力以及身体的反应能力。音乐类游戏的设计策略有如下三点：

（一）以用户为中心设计

随着任天堂、微软等世界顶级游戏公司开发的Wii、Kinect等体感游戏辅助设备，游戏的操作方式不再局限于按键、键盘等简单的终端输入设备，而是显示出向着更符合人身体自然交互模式且有利于身心健康的方向发展，进入体感游戏时代。新兴的体感音乐游戏为不同类型的游戏提供符合该游戏特点的操作方式，将玩家的身体运动与玩家的音乐体验结合起来，使人的身体运动能够反过来促使玩家对音乐的理解，从而使游戏的操作方式越来越简单，给玩家以最佳的绿色休闲类游戏体验，比如一些大型游戏乐场出现的以打鼓机为雏形模拟敲鼓的节奏类游戏就是以用户为中心、符合交互模式的游戏设计。

（二）重视音乐旋律和节奏

对音乐类游戏而言，音乐的旋律和节奏是最主要的可玩性因素，而音乐的节奏又与游戏的难易度直接挂钩。比如游戏的速度，一首音乐如果按照正常的4/4拍节奏运行，那么该游戏的难度也将会降低，但是如果游戏的节拍被放快，那么该游戏的难度将会大大提升。因此选择曲目及设置游戏难度时要充分考虑旋律和节奏要素，将游戏和玩家技能平衡起来，使玩家能够按照游戏音乐的提示把身体的节奏与音乐的节奏相互匹配，从而能够用身体参与音乐沉浸性。

（三）营造声画统一效果

音乐游戏是以玩家对音乐本身的直觉为前提的，借助音乐的刺激，玩家由游戏的UI界面一步步被引导到游戏的整体情节中，伴随着玩家与游戏的交互，逐渐实现沉浸的过程。注重将音乐的音色、音效与画面特效匹配，能够帮助玩家更快地进入沉浸状态，获得游戏沉浸感的体验。

三、《功夫》游戏总体设计与规则

（一）《功夫》游戏总体设计

《功夫》定位是一款投放于综合性大型游乐场的、由竖款显示屏显示虚拟木人桩及音乐效果，并同时搭配物理体验终端“木人桩”的一款大型游艺游戏设备。曲目选择、画面效果及终端物理设备都体现出其“中国风”的定位特点。节拍类游戏是音乐类游戏的延伸，玩家在感受音乐节奏的同时，观察屏幕节奏点的位置，并用手配合做出最合拍的击打。“功夫”游戏所设的物理体验终端“木人桩”其外观似中国功夫咏春拳代表性练习道具“木人桩”，一共有3个伸出的手柄，每个手柄设有“上”、“下”、“左”、“右”四个方向，当玩家根据画面提示找到正確的击打方向，并找准节拍点，对应击打“木人桩”的相应方向时，玩家便能获得与表现等次相应的优良评价“激”、“优”、“可”，并可继续游戏；反之，当玩家对屏幕显示节奏点没有相应反馈时，屏幕画面显示“失”的负面评价，最终依据每个档次的评分计算得到玩家的分数，并于游戏结束时显示玩家总体评价情况，可玩性与趣味性强。目前市场上有多款节拍类音乐游戏，但大多以流行歌曲或动漫歌曲为主要音乐，以架子鼓、琴键、吉他等乐器为载体。而《功夫》中的音乐均以中国传统武术拳法命名的纯音乐组成，如“咏春拳”、“太极拳”、“螳螂拳”、“通臂拳”等。同时，游戏并未直接使用传统理解范围里的普通乐器为作为该游戏的终端载体设备，而是换成中国功夫中最具有代表性的练习道具“木人桩”为载体。玩家听着音乐，找准节拍，便能舞出“咏春拳”、“太极拳“等经典拳法，玩出中国味。

（二）《功夫》游戏规则

游戏规则及流程设计是一个繁琐、复杂的工作，需要细心和耐心支持，方能设计出逻辑严谨的流程，每一关的核心玩法都要慎重考虑，每一个障碍的设计都关系到玩家对游戏的评价。游戏运行流程（如图1）所示。

《功夫》游戏分单人模式和对战模式。单人模式主要是闯关卡，游戏共设有“入门弟子”、“武林高手”、“一代宗师”三个难度级别，玩家先选择一个难度级别，再选择该难度级别下对应的任一首音乐进行游戏，每一首音乐都有一个程序预设的达标分数，完成一首歌曲后，程序会根据玩家的表现给出一个分数与评价，同时判断是否达到达标分数，如果没有达到本次挑战就失败了，如果达到则继续选择下一首进行，以此类推，游戏设定最多5首音乐为一次挑战成功。当完成5首音乐后程序会给一个综合的评分和评价。对战模式主要是玩家可以与好友对战，对战玩家同时完成一首音乐，程序在结束后根据玩家的表现给出分数和评价，分数高者获胜。通过对战模式可以提高游戏的竞技性，吸引更多玩家。单人模式和联机模式的流程图（如图2，图3）所示。

四、《功夫》游残实现流程

（一）角色及场景模型设计

游戏主场景选择中国传统武馆和木人桩为主要元素，都通过三维软件Autodesk 3ds max进行创建。首先设计出场景的基本布置和组成的原画，然后三维制作人员根据原画构建场景的三维模型。在模型制作完成后进行拆分UV与制作贴图的工作，在此过程中时刻注意如何拆分UV可以最大化的利用资源，严格控制贴图的数量以节省程序运行空间，以便游戏程序能够流畅地运行。最后进行灯光测试，当所有效果达到满意后将场景中模型导出带贴图的.FBX格式文件，导入到C#中。

（二）UI界面设计

《功夫》游戏的UI界面被划分为三个层次，第一层次是中国风的武馆背景，衬于界面的最底层。第二层次是摆放于场景中央的中国武术练习道具“木人桩”，由于外设的同款“木人桩”是该游戏的主要操作载体，并且虚拟“木人桩”与实体“木人桩”均对于玩家的击打操作有相同的反馈，因此屏幕中的虚拟“木人桩”也占据了主体的显示地位。第三层次就是屏幕最表层的分数计算及评价显示层，属于游戏评价系统的外部显示，画面采用中国画风格，采用大量水墨、印章效果等中国元素，并以优化设计过的字体配合显示浓浓的中国武侠风格，（如图4）所示。

（三）游戏数学模型建立

游戏程序的本质是一套数据和指令的集合，属于计算科学，所以游戏数学模型的建立尤为重要。程序设计人员基于前期策划的游戏玩法和流程建立了一套科学的数学模型，实现了同一首音乐可以根据难度的不同而改变节奏点出现数量多少的问题，同时根据玩家每一个节拍是否最契合给出每一个节拍的评价，体现玩家操作水平。想要得到更高的评价和分数就需要更多的练习，这是节拍类音乐游戏的本质和精华，也是《功夫》最核心的技术。

（四）特效設计与制作

《功夫》游戏在玩家get到节奏时的正确反馈通过炫目的特效来表现，以激励玩家。游戏设有多套不同的特效，配合绿色、黄色、红色、紫色、金色分别在玩家击中节拍并得到相应的评价之后，按照预设显示出来。

游戏的特效以燃烧的烟火和发光的球体为主，与每一个节拍对应的特效显示都有一个拖尾粒子的限时呈现。粒子特效主要采用Adobe After Effects进行设计与制作，设计完成后导出.png格式单张图片或者.png格式序列帧动画，导入到C#中调用。

五、测试发布

丰富多变的游戏模式、略高于玩家能力的难度及关卡设置以及合理的游戏流程是在保证游戏性能的基础上提高游戏整体可玩性的有力保障。因此，游戏制作完成后，有必要对游戏的模式、难度、关卡以及流程设置这几个方面进行全面测试。经过测试，《功夫》游戏的各项数据表现良好，未出现异常，“木人桩”外设与虚拟界面中“木人桩”对于玩家的交互反馈正常且流畅，游戏在游艺设备上也能够运行流畅。

结语

本文游戏已经发布到游艺游戏设备，并投放到综合性大型游乐场的商业运营，从游戏的玩法、音乐的选择、木人桩的设计与玩法的实现都呈现出浓浓的中国风味，与市面上国外进口游戏相比呈现出个性与特色。尤其是将音乐节拍对应的“上”、“下”、“左”、“右”简单操作转化为典型的中国功夫，是一种具有民族特色的创新玩法，满足了年轻一代的武侠情怀。当然游戏在选曲和动作设计上还有一些不足，社交功能也略显薄弱，还需要继续改进和进一步的优化。