用虚幻4开发搭积木的VR游戏

虚幻引擎作为国际顶尖水平的3D引擎，一直是众多技术人员所向往的。感谢Epic Games采取免费、开源的政策，让它从“旧时王谢堂前燕”，飞入了“寻常百姓家”。在当前VR开发火热的大环境下，虚幻4在VR技术领域始终保持领先。笔者有幸在虚幻3时代就深入学习过这款引擎，目前也从事虚幻4 VR领域的开发工作，因此希望将自己的经验分享给更多对虚幻4引擎技术感兴趣的同学。

虚幻4 VR开发从何入手

很多人听闻“虚幻引擎比较难学”，但我想说“对未知的恐惧是学习新知的最大障碍”，而且虚幻4在易用性上相较于前一代已有大幅提升。所以，对虚幻4引擎技术心动的同学，不妨放松心情，勇敢尝试，实际上并没有那么难。

无论是VR开发还是游戏开发，我们首先要对引擎中的概念有基础的理解，扎实掌握基础知识。这涵盖基本的编辑器操作、资源管理流程、C++/Blueprint蓝图编程，以及Actor、ActorComponent等基础入门知识。由于大量入门知识不适合用文字表达，我正在泰课在线播出虚幻4入门的系列视频教学课程（https://www.taikr.com/course/417）。对于未接触过虚幻4开发的读者，建议先观看此视频教程，再继续阅读本文。

对引擎有了基本掌握后，VR开发便水到渠成。VR开发在技术层面，主要需对接主流的VR硬件，如头戴式显示（HMD）、手柄等。像Oculus和HTC Vive都为软件开发者提供了可访问其硬件的SDK。而整合这些SDK的工作，虚幻4引擎已完成，我们只需开启指定的插件即可（如图1所示）。虚幻4引擎在上层针对VR硬件提供统一的抽象接口，下面示例中会详细讲解。

虚幻4内置了主流VR硬件支持插件

在Gear VR上开发搭积木的小游戏，下面我们通过这个简单的小游戏，来阐述使用虚幻4开发VR游戏的基本知识。

在这个小游戏中，玩家通过视线瞄准一个积木块，点击Gear VR头盔右侧的Touch Pad即可拿起积木；转动头盔时，拿起的积木块会跟随视线移动；再次点击Touch Pad，积木块放下。之后，使用物理刚体模拟进行状态更新，玩家可以尝试堆积多个积木块。

Gear VR项目创建

首先，我们使用C++ Basic Code工程模板创建新工程，基本设置选择：Mobile/Tablet，以及Scalable 2D/3D。需要注意的是，必须选择C++的工程模板，若使用Blueprint模板，打包到Gear VR后将无法正常运行。

然后，要向引擎中添加一个Oculus签名文件，具体方法如下：

1. 手机使用USB线连接电脑。
2. 使用“adb devices”命令获取Device ID，例如：0915f92985160b05。
3. 打开网址https://developer.oculus.com/osig/，将签名的Device ID粘贴进输入框，点击Download按钮。
4. 将获取到的文件（如oculussig_0915f92985160b05）放入：引擎安装目录\引擎版本号\Engine\Build\Android\Java\assets（如图2所示）。
5. 最后，在编辑器中打开“Project Settings”->“Android”，修改以下选项：
   • Minimum SDK Version：设置为19。
   • Target SDK Version：设置为19。
   • Configure the AndroidManifest for deployment to GearVR。

这样配置后，UE4项目就可以打包到Gear VR上运行了。

资源准备

尽管虚幻4引擎中默认带有一些基本形状的几何体，但我还是使用3ds Max生成了一套自己的几何体FBX文件。此外，还有几个表情图标作为这些几何体的贴图，我们用不同表情标识对象的不同状态。将这些FBX、TGA文件拖入Content Browser中即可完成导入。

接下来，我们要在引擎中创建一个材质。需注意，贴图的节点“TextureSampleParameter2D”是一个Parameter，这使我们能在运行时改变该节点的内容。

Gear VR开发基础功能

创建VRPlayerBase类

首先，创建一个名为VRPlayerBase的C++类，它从Pawn派生，作为玩家角色。开发Gear VR游戏时，若每次测试都打包到手机运行会很耗时，因此我编写了一段C++代码，用鼠标模拟HMD头盔转动，方便在编辑器中测试视线焦点相关操作。同时，将Gear VR Touch Pad相关操作封装在这个类中，关键代码如下：

void AVRPlayerBase::SetupPlayerInputComponent(class UInputComponent* InputComponent)
{
Super::SetupPlayerInputComponent(InputComponent);
//-- 测试用的鼠标转动操作
// InitializeDefaultPawnInputBindings
UPlayerInput::AddEngineDefinedAxisMapping(FInputAxisKeyMapping("Turn", EKeys::MouseX, 1.f));
UPlayerInput::AddEngineDefinedAxisMapping(FInputAxisKeyMapping("LookUp", EKeys::MouseY, -1.f));
UPlayerInput::AddEngineDefinedActionMapping(FInputActionKeyMapping("MouseLMB", EKeys::LeftMouseButton));
// Action Bind
InputComponent->BindAxis("Turn", this, &AVRPlayerBase::AddControllerYawInput);
InputComponent->BindAxis("LookUp", this, &AVRPlayerBase::AddControllerPitchInput);
InputComponent->BindAction("MouseLMB", IE_Pressed, this, &AVRPlayerBase::OnTouchTap);
//-- Touch
InputComponent->BindTouch(IE_Pressed, this, &AVRPlayerBase::OnTouchBegin);
InputComponent->BindTouch(IE_Released, this, &AVRPlayerBase::OnTouchEnd);
InputComponent->BindTouch(IE_Repeat, this, &AVRPlayerBase::OnFingerMove);
}

在Gear VR真机运行时，要使摄像机跟随头显转动，只需设置VR Player的转动与Controller一致即可（见下图）。

实现视线焦点检测功能

接下来实现视线焦点检测功能，这部分使用Blueprint开发。在蓝图中，我们调用引擎提供的“LineTraceByChannel”进行射线检测。需要指定线段的起点和终点，起点是玩家眼睛所在位置，通过GetActorEyeViewPoint节点获取；终点是沿着玩家面朝向（GetForwardVector）一定距离的点。“LineTraceByChannel”有两个返回值，“Out Hit”是一个结构体，我们用Break节点取出所需项：射线击中的最近的Actor；然后检测它是否实现了“BPI_VRObject”蓝图接口（自定义蓝图接口，后面详述）；最后调用自定义事件“OnFocusActorChanged”处理具体逻辑。

现在，可以设置一个新的GameMode，指定这个类作为Player Pawn，并将其设为默认的GameMode。

积木块

创建一个新的蓝图类，从Static Mesh Actor派生，实现积木块的相关功能。首先，为实现动态改变积木块贴图的功能，在Construction Script中创建Dynamic Material Instance。在蓝图脚本中，使用“CreateDynamicMaterialInstance”节点为StaticMeshComponent创建一个动态材质实例，并保存到名为“BlockMaterial”的变量中。

另外，考虑到今后可能添加其他对象类型，创建了一个名为“BPI_VRObject”的Blueprint Interface，用于定义玩家对场景中物体的交互，主要包含以下四项。

实现积木块交互功能

当玩家注视积木块时，让它眨眼（换张贴图）。首先，在积木块的Blueprint的Class Settings中添加上述Blueprint Interface，然后在EventGraph中使用Add Event菜单添加OnFocus和LostFocus事件处理。在蓝图中，实现“BPI_VRObject”的两个接口事件，分别是OnFocus和LostFocus，在焦点获得或失去时，调用“SetTextureParameterValue”节点改变材质中的BaseColor所使用的贴图资源对象。

当积木块坠落时，显示害怕的表情；静止不动时，显示微笑表情。此功能通过刚体（Rigid Body）的Wake、Sleep状态实现。要设置StaticMesh组件的“Generate WakeEvent”才能收到这两个事件。在Blueprint脚本中，通过响应“OnComponentWake”和“OnComponentSleep”变更自定义变量“IsSleeping”，然后调用自定义事件“ChangeTextureByState”变更材质的贴图参数。

当玩家抓起积木时，让它开始哭，实现方法与上述类似，在此不再赘述。

在玩家周围随机生成积木块

既然积木已准备好，可在关卡启动时随机生成一些积木供玩家玩耍。此功能可在Level Blueprint或Game Mode中实现，这里假设是本测试关卡的功能，将其放在Level Blueprint中。蓝图代码在PlayerStart对象周围随机产生10个积木块，响应关卡的BeginPlay事件，通过ForLoop节点调用10次SpawnActor节点，Class参数选择积木块（BP_Block）；积木块的出生点通过MakeTransform节点生成，该节点使用3种不同随机方式产生位置、旋转和缩放参数。

拿起和放下积木

继续完善玩家类，添加拿起、放下积木块的功能。玩家先注视某个积木，轻点Touch Pad拿起积木；转动头盔，积木随视线移动；再次轻点TouchPad放下积木。

首先，在Touch Pad的Tap事件中实现上述流程，该Tap事件在VRPlayerBase的C++类中触发。在此，判断如果PickActor是有效值，则调用DropActor，否则调用PickFocusActor。

其中，Pickup Focus Actor和Drop Actor是两个自定义事件。在PickupFocusActor事件中，先通知积木块对象调用其OnPickup接口，然后用TimeLine驱动的动画控制积木块位置，使其从当前位置平滑移动到玩家面前的位置。在DropActor事件中，先通知积木块对象调用其OnDrop接口，然后将PickedActor对象设为空值。

总结

通过上述步骤，一个简单且有趣的积木小游戏就完成了。你可以通过项目打包功能生成APK包，在Gear VR上体验。由于篇幅限制，项目中的一些细节无法详述。

本文演示的项目仅为讲述基本开发方法，未对画面效果进行修饰。实际上，虚幻4在手机上已支持PBR材质效果。各种酷炫效果有待大家发掘。在未来一段时间内，我会持续更新关于虚幻4开发的视频教程，欢迎大家关注“泰斗社区”。