摘要
本文介绍了用cocos creator3.x开发的《我的世界》小游戏版《像素空间3d》的主要内容和涉及到的技术概述。
欢迎大家扫码体验
（体验前，也可以先看看下方游戏实录视频）
前言
22年末，我参加了cocos论坛的第五期征文，有幸凭借此作品获得了最终大奖：华为平板，再次感谢官方大佬们的认可！让我能够投入更多的精力来完善此作品。期间经历了多次重构优化优化优化，真是“朝发夕拾”。
晒一下第五期征文的奖品，哈哈哈
游戏介绍
《像素空间3D》是一款仿照《我的世界》用cocos creator3.7.1开发的一款小游戏。目前包体2.5M。游戏中，实现了诸如地形随机、地图随机、体素物理、体素亮度、流水、合成、熔炉、战斗等等功能。虽然相较于《我的世界》还有缺少非常多的内容和功能，不过还是可以进行一番探索和生存了。虽然性能还有一些缺陷，不过还是可以跪求体验的
，虽然…
下方视频是手机录屏，试玩的体验版(自动播放
《像素空间3D》微信小游戏实录演示
核心技术简介
体素空间
我所理解的体素非常简单，就是给定任意一个坐标，对其进行Math.floor就可以获得其所在方块的坐标。以此建立起整个3D像素空间
地形随机
- 地形随机是用的npm里的一个柏林噪声函数（perlin-simplex），将其改成typescript形式进行使用。其可以进行2d和3d的随机。返回-1到1之间的渐变随机数,(r+1)*0.5就可以返回0~1。地形的起伏用的noise2d，矿洞、矿物的生成用的noise3d。
- 每构造一个噪声对象，需要传递一个随机对象，用来构造最初的随机数。使用的是cocos的pseudoRandom函数构造随机对象。只需要给一个世界种子即可。世界种子基于某局游戏是一定的，所以就能保证每次进入都是相同的地形。
地图随机
游戏里主要使用了岛域的方式来划分地图，256*256范围为1个岛域。每个岛域内是一组定义好的地貌。岛域的随机是用pseudoRandom生成噪声二维数组来实现的，基于不同的世界种子，生成不同的数组。也能保证每次进入都是相同的岛域。不过因为版本的变化，可能会增加不同的岛域地貌，所以缓存了已经修改过的岛域，没有修改过的岛域就会随着版本对地貌的影响而改变。
地形展示视频
用cocos实现《我的世界》之雪、山洞、湖泊
体素存储
- 整个游戏空间里，主要有chunk（区块）和block（方块）两个概念。区块包含方块。在刚开始的版本里，方块也会是一个具体的对象。这导致了大量对象的创建，在pc上经过优化还能接受，不过到了小游戏平台，就完全不好使了。所以最后进行重构，block在chunk里用多个arraybuffer进行存储，包含类型arraybuffer，亮度arraybuffer等。结合上微信小游戏的sharedarraybuffer，就可以利用worker进行大量数据的处理和共享。
- 每一个chunk是一个对象。为了只用一维数组来存储所有chunk。使用了螺旋曲线的算法，给定chunk坐标，算出唯一id。然后写了一下给定长度，反解坐标的函数。我感觉很多需要用二维数组去存储对象的地方，都可以使用这种方式来减少数组的创建。
小游戏worker
- 大量的block数据，如果只是在主线程里进行运算，想要在小游戏里刷新地图时保持60帧那是很困难的。所以使用了微信小游戏的worker。核心是构造sharedArrayBuffer，然后主线程和worker线程可以共享这部分数据。在worker里进行各种随机，水流，光照，面优化，网格构造等功能，主线程直接读取buffer里的数据即可。但是数据量还是很大，一个面优化经常需要耗费worker的好几帧，一次日夜更替更是耗费1秒以上。所以在体验的过程中，会有效果延迟的现象。还在努力研究中。(上线后，发现微信小游戏ios正式版sharedarraybuffer无法正常传递，研究未果，所以只得暂时关掉IOS小游戏的worker功能，导致IOS在体验的地图刷新的时候，会有强烈的卡顿感。等到研究明白了，再加回来~)
- 在开发过程中，需要保证可以本地pc测试，也可以打包到微信小游戏。所以需要worker做的功能是在项目的assets目录里编写的，在项目外增加了worker的单独目录，编写入口文件，引入assets里的相关文件，最后通过tsc打包到build-template/wechatgame/workers里。因为小游戏worker不认识cc，所以和cc相关的功能都需要抽出去（只是worker用到的功能，不是所有功能）。比如vec类就需要自己复制出来一些用到的函数，自己构造类。
动态网格
- 之前版本动态网格只使用了一个submesh，不能同时构造土地和流水，所以重构版本里变成了多个submesh。抽离出了基础组件，可以适用于各种体素的动态网格现显示。不同的submesh使用meshrenderer上对应的material。并且重写了包围盒，避免更新时多余的Vec3类的创建。
- 动态网格在渲染的时候，需要提供typearry，如果变化频繁，可以只用一个相对较大的arraybuffer，然后用slice来截取数据，避免每次申请空间。
- 玩家角色手中持有的物品，也大量使用了动态网格。比如下图的火把，就是由动态网格实现的。其流程是在aseprite里用像素画好道具，再用脚本导出像素，然后拷贝到项目里，优化面后使用。这样就可以减少使用建模工具、创建材质的时间和消耗。（这个脚本完全是gpt整的）
火把道具，用动态网格实现
体素物理
- 新版本增加了水的浮力和阻力，使用的是简化的浮力加速度（重力加速度*实体淹没高度比/密度）和阻力加速度（水的粘度*实体速度）公式。
具体效果可以看下面的视频：
- 关于射线检测，之前版本使用的是八叉树来查找射线碰撞的方块。后来一想，不需要啊。虽然方块是多，但是都是均匀整齐排布的。我使用了一种步进式的检测方法，步骤是由射线原点开始，查看是否处在空气块里，如果不是则直接返回。如果是则，用cocos的intersect.rayAABB方法获得aabb内的射线距离射线方向最近面的距离，然后将射线原点按照射线方向移动这么远的距离，然后步进一个非常小的数，然后再进行检测，直到返回找到，或者超出检测范围。这样的话会省去非常多八叉树的创建和更新成本。检测性能也非常高！
光照系统
- 这个使用的是预计算光照，假设太阳光始终从上到下，计算所有块的基础日照亮度。然后再迭代计算所有非太阳光亮度的块，迭代过程中逐步减小亮度阈值，直到所有块的亮度设置完成。即使掉光头发优化，性能仍然一般，将就能跑。
- 在破坏、放置实体方块或者光源时，会BFS查找所有被影响的方块，再次迭代亮度。这个进行优化后，性能还可以接受。
- 针对亮部和暗部的对比，使用了自定义无光照shader。随着24小时变化，改变主光源位置，在shader里用法线和光源方向进行点乘，再叠加到主颜色里。这会导致一个问题，就是明明太阳光是从上到下，但是亮暗部却一直在变化。没有找到性能又好，效果又好的招式。
- 阴影，除了预计算的阴影，动态阴影暂时没有。在预计算过程中，不同的块的透光度不一样，光线从一个块穿过的时候，因为透光度的不同，光线经过的三个块可能不一样，从上到下照射太阳光的时候，比如经过了树叶，树叶不是完全透光，就会导致下方变暗，最终到地面上，就会相对暗一些，就呈现除了阴影。
- 角色在不同的地方，身上的亮度是不一样的。比如夜晚，在没有光源的地方，很黑，靠近光源就会亮。但是角色的shader是无光照，我用的是instancedAttribute,每0.1秒检测一下当前角色所在方块的亮度，然后设置到shader里，最后同亮暗功能一起加成。
可以看下方视频了解光照系统：
海、湖泊及流水
- 海是区块的表面高度到海平面的所有块会被设置为海水。
- 湖泊是检测区块的最低点，然后用BFS查找空气区域。
- 湖泊的水量是一定的，水会往空的块进行流动，水量为1的水无法流动。流动是在worker里每1秒一次执行当前区块的流水检测。
- 海水的水量是无穷的，只要附近有空气块，就会被海水填满。
- 水面的渲染，是通过查询每个顶点周围的4个方块的水量求平均值，设置成块的渲染高度，最后还要乘以一个缩放，来让水面低于方块，看起来更真实一些。
- 水下的效果是屏幕后处理，检测摄像机的位置是否有水，如果有则shader里乘上一定的蓝色。
可以看下方视频了解流水功能：
背包、合成、熔炉
- 所有背包的UI操作都继承自一个操作组件。即使像合成的目标格子就1个格子，那也是1个背包。背包可以选择是否支持放入和拿出。在所有当前打开的背包里，设置了一个当前激活背包变量，用来处理两个背包的交互。
- 合成功能配置了一个对象，对象的每个key都是一个道具名，value都是一个函数，每次合成背包或者工作台进行了变化，就会遍历这个配置里是否有符合要求的key。具体的逻辑是遍历配置对象，对每个函数传入当前背包，函数自己判断是否符合合成要求，如果是，则返回合成数量。比如木棍的检测逻辑是背包里仅有两格有物品，并且物品上下排列，平且都是木板，如果都符合，就返回4，代表合成了4个木棍。
- 熔炉的功能类似，也是配置燃料、材料和产品。数据很多都是问GPT得到的。
可以看下方视频了解合成功能（熔炉功能视频在光照那里有）：
NPC和状态机
- 目前生物NPC仅有羊和僵尸两种。不过也方便扩展。NPC现在分为三类：动物、怪物和特殊。动物现在就是羊，怪物现在就是僵尸，特殊现在就是船（对，我把船也变成了NPC，目前看没啥不好的，等发现不适合了再说）。
- 现在设想的是所有动物公用1个材质和贴图，使用实例属性来设置材质偏移。怪物也是，特殊NPC也是。
- 写了一个简单的注册状态机。每个动物自己注册想要的状态，比如闲呆，巡逻，逃跑，被击，死亡。注册状态时配置相关参数，然后每帧执行当前状态的逻辑，并判断是否结束跳到下一个状态。
可以看下方两个视频来了解当前NPC：
其它次要内容
- 比如一个可以绘制ICON的画板，用graphics组件实现的。
- 比如摄像机弹簧臂，每帧检测是否第三人称，检测最近并且小于最大摄像机距离的实体方块，然后设置摄像机位置。
- 比如破坏粒子，是用体素物理来实现的。
- 比如破坏裂缝，是用shader偏移贴图实现的。
- 比如…好像也没啥了。哈哈哈。
其它基建
- UI管理器，是基于prefab名称的UI管理器，管理加载，卸载，传参，关闭回调等基础逻辑，方便快捷。
- 事件管理器，发布订阅模式的事件管理器，可以定义事件名称，回调参数，返回参数，在其它地方调用的时候，有很好的代码提示。
写在最后
欢迎大家加入我创建的微信群聊，一起探讨开发技术和游戏内容，共同成长！没事发发图，摇摇花手都是挺好的~~~
太强了，除了首次进入游戏闪屏（看起来是报错，重启打开就好了），效果太出色了，我甚至很想在PC上用键鼠玩这款游戏
