Báo cáo: Nghiên cứu ứng dụng Unity vào phát triển game | ĐHCN Hà Nội

Đề tài nghiên cứu Phát triển Game với Unity: Nghiên cứu và Ứng dụng chi tiết với phương pháp khoa học, ứng dụng thực tiễn hiệu quả

• Tác giả: Nhóm 12
• Người hướng dẫn: PTS. Nguyễn Thái Cường
• Trường học: Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin
• Đề tài: Phát Triển Game Với Unity: Nghiên Cứu Và Ứng Dụng Chi Tiết
• Loại tài liệu: Báo Cáo Bài Tập Lớn
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Unity và lịch sử phát triển

Unity là một trong những nền tảng phát triển game được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới hiện nay. Được thành lập tại Copenhagen vào tháng 5 năm 2002 bởi Nicholas Francis, Joachim Ante và David Helgason, Unity đã trở thành công cụ không thể thiếu cho các nhà phát triển game. Engine phát triển game này khởi động chính thức vào năm 2005 với mục đích mở rộng quyền truy cập phát triển game cho nhiều lập trình viên hơn. Ban đầu được phát hành cho Mac OS X, Unity sau đó đã mở rộng hỗ trợ cho Microsoft Windows và trình duyệt Web. Phiên bản 2.0 ra mắt năm 2007 với khoảng 50 tính năng mới, bao gồm công cụ địa hình tối ưu hóa, bóng động real-time và các tính năng hợp tác hiện đại. Sự phát triển liên tục này đã giúp Unity trở thành lựa chọn hàng đầu cho phát triển game chuyên nghiệp.

1.1. Lịch sử hình thành và phát triển

Unity được khởi tạo từ nhu cầu tạo một công cụ phát triển game dân chủ và dễ tiếp cận. Những năm đầu tiên, nó chỉ hỗ trợ Mac OS X, nhưng nhanh chóng mở rộng sang các nền tảng khác. Sự ra mắt của phiên bản 2.0 đánh dấu bước ngoặt quan trọng với các tính năng đồ họa tiên tiến như real-time dynamic shadows và directional lights, giúp lập trình game trở nên linh hoạt hơn.

1.2. Vị trí hiện tại trong ngành công nghiệp game

Hiện nay, Unity chiếm vị trí dẫn đầu trong lĩnh vực phát triển game đa nền tảng. Với cộng đồng khổng lồ, tài liệu học tập phong phú và các tính năng hỗ trợ cả game 2D và 3D, Unity đã trở thành tiêu chuẩn trong ngành phát triển game. Doanh thu toàn cầu của ngành eSports đạt 1,1 tỷ USD, và Unity đóng vai trò quan trọng trong sự tăng trưởng này.

II. Các tính năng chính của Unity

Unity engine cung cấp một bộ công cụ toàn diện cho lập trình viên game. Hệ thống của Unity để lập trình các nội dung và công cụ mới được xem là một trong những hệ thống linh hoạt và có thể mở rộng nhất hiện có. Platform này hỗ trợ phát triển game cho đa nền tảng bao gồm điện thoại di động, máy tính để bàn, console và thực tế ảo. Công cụ phát triển phần mềm này cho phép lập trình viên xây dựng quy trình làm việc của riêng mình với sự hỗ trợ từ ngôn ngữ lập trình C# mạnh mẽ. Ngoài ra, Unity cung cấp asset store với hàng ngàn tài nguyên sẵn sàng sử dụng, giúp tăng tốc độ phát triển. Giao diện trực quan của Unity làm cho việc thiết kế trò chơi trở nên dễ dàng ngay cả cho những người mới bắt đầu.

2.1. Công cụ đồ họa và xử lý hình ảnh

Unity cung cấp các công cụ đồ họa tiên tiến bao gồm real-time rendering, dynamic shadows và advanced lighting. Các nhà phát triển có thể sử dụng Shader để tạo ra các hiệu ứng đồ họa phức tạp. Platform hỗ trợ cả game 2D và game 3D, với các công cụ chuyên biệt cho từng loại. Khả năng tối ưu hóa hiệu suất đảm bảo rằng game chạy mượt mà trên các thiết bị khác nhau.

2.2. Hỗ trợ đa nền tảng và networking

Một điểm mạnh của Unity game engine là khả năng xây dựng game cho nhiều nền tảng cùng một lúc. Unity cung cấp Networking Layer cho phép lập trình game online dựa trên User Datagram Protocol, giúp tạo game multiplayer chất lượng cao. Điều này tiết kiệm thời gian phát triển và đảm bảo tính nhất quán trên các nền tảng.

III. Các bước chung để phát triển game với Unity

Phát triển game là một quá trình phức tạp đòi hỏi sự lập kế hoạch kỹ lưỡng và thực hiện có kỷ luật. Bước đầu tiên trong quy trình phát triển game là xác định mục tiêu rõ ràng của tựa game, bao gồm đối tượng người chơi mục tiêu và nền tảng phát triển. Tiếp theo là xác định thể loại game (action, puzzle, adventure, v.v.) và các tùy chọn cụ thể của game. Thiết kế kịch bản đóng vai trò quan trọng, bao gồm phác thảo các thách thức chơi game và khảo sát môi trường trò chơi. Sau đó, nhóm phát triển cần đánh giá hiện trạng công nghệ và tài nguyên có sẵn. Cuối cùng, bước triển khai bao gồm lập trình game, tạo đối tượng đồ họa, âm thanh và kiểm thử toàn diện.

3.1. Định hướng và phân tích thị trường

Trước khi bắt đầu phát triển game trong Unity, cần xác định rõ mục tiêu game và đối tượng người chơi. Nhóm phát triển phải phân tích thị trường, nghiên cứu các game cạnh tranh và định vị độc đáo cho sản phẩm của mình. Việc chọn nền tảng phát triển phù hợp (PC, mobile, console) là quyết định quan trọng ảnh hưởng đến toàn bộ quy trình phát triển game.

3.2. Thiết kế lập trình và kiểm thử

Thiết kế kịch bản game bao gồm tạo cốt truyện hấp dẫn, nhân vật độc đáo và gameplay thú vị. Trong giai đoạn lập trình game với Unity, nhà phát triển sử dụng C# để viết script game điều khiển hành vi nhân vật, vật lý và tương tác. Giao diện menu cần được thiết kế thân thiện. Kiểm thử kỹ lưỡng đảm bảo trò chơi không có lỗi và hoạt động tối ưu trên tất cả nền tảng.

IV. Ứng dụng thực tế và tương lai của Unity

Phát triển game với Unity đã tạo ra một thế giới ảo hoàn toàn mới, mở ra hàng triệu cơ hội việc làm trong ngành công nghiệp game toàn cầu. Ngành eSports - thể thao điện tử đang phát triển nhanh chóng với doanh thu toàn cầu tăng 26,7% so với năm trước. Công cụ phát triển game Unity không chỉ được sử dụng cho game thương mại mà còn cho các ứng dụng VR, AR và giáo dục. Cộng đồng Unity với hàng triệu lập trình viên đóng góp tài nguyên, plugin và kiến thức, tạo nên một hệ sinh thái mạnh mẽ. Trong tương lai, Unity sẽ tiếp tục phát triển với các tính năng AI, machine learning và công nghệ mới. Phát triển game sáng tạo sẽ mở ra những trò chơi độc đáo và trải nghiệm người chơi tuyệt vời.

4.1. Ứng dụng hiện tại trong các lĩnh vực khác nhau

Unity không chỉ giới hạn trong phát triển game thương mại. Nó được ứng dụng trong giáo dục, tạo ra các trò chơi học tập tương tác. Trong lĩnh vực y tế, Unity được sử dụng để tạo mô phỏng y học. Công nghệ VR và AR cũng được hỗ trợ mạnh mẽ bởi Unity, mở ra những khả năng mới cho trải nghiệm người dùng. Các tòa nhà ảo, mô phỏng môi trường được tạo ra bằng Unity cho phép đào tạo và giải trí.

4.2. Xu hướng phát triển và tương lai

Ngành phát triển game đang hướng tới những công nghệ tiên tiến như AI và machine learning. Unity sẽ tiếp tục evolve để hỗ trợ các công nghệ này, giúp lập trình viên game tạo ra trò chơi thông minh hơn. Cộng đồng Unity developers sẽ tiếp tục phát triển, chia sẻ kinh nghiệm và tạo ra những công cụ phát triển game mới. Tương lai của phát triển game sáng tạo hứa hẹn sẽ mang lại những trải nghiệm gaming chưa từng có.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I: TỔNG QUAN 1. Giới thiệu đề tài 1. Unity và AutoDesk 3DsMax 1. Giới thiệu về Unity A.

Lịch sử Unity: - Unity được thành lập tại Copenhagen bởi Nicholas Francis, Joachim Ante và David Helgason trên một diễn đàn OpenGL vào tháng 5 năm 2002, nơi Francis đã đăng một lời kêu gọi cộng tác viên về một trình biên dịch shader mã nguồn mở (công cụ đồ họa) cho nhóm các nhà phát triển trò chơi dựa trên Mac như anh ta. - Unity game engine khởi động năm 2005, nhằm mở rộng phát triển game bằng cách cung cấp cho nhiều nhà phát triển hơn. - Unity ban đầu được phát hành cho Mac OS X, sau đó bổ sung hỗ trợ cho Microsoft Windows và trình duyệt Web.0 ra mắt năm 2007 với khoảng 50 tính năng mới. Bản phát hành bao gồm một công cụ địa hình được tối ưu hóa cho môi trường 3D, real- time dynamic shadows, directional lights và spotlights, phát lại video và các tính năng khác.

Bản phát hành cũng bổ sung các tính năng nhờ đó các nhà phát triển có thể cộng tác dễ dàng hơn. Nó bao gồm một Networking Layer để các nhà phát triển tạo game nhiều người chơi dựa trên User Datagram Protocol, cung cấp Network Address Translation.0 ra mắt tháng 9 năm 2010 với tính năng mở rộng các tính năng đồ họa của engine cho máy tính để bàn và video game. Ngoài hỗ trợ Android, Unity 3 còn có tính năng tích hợp công cụ Beast Lightmap của Illuminate Labs, deferred rendering, một built-in tree editor, kết xuất 5 6 phông chữ gốc, ánh xạ UV tự động và bộ lọc âm thanh, cùng nhiều thứ khác. - Vào tháng 12 năm 2016, Unity Technologies thông báo họ sẽ thay đổi hệ thống số phiên bản trên Unity từ định theo thứ tự sang năm phát hành để sắp xếp các phiên bản với nhịp cập nhật thường xuyên hơn.

Tổng quan về Unity: - Unity hỗ trợ đồ họa 2D và 3D, các chức năng được viết chủ yếu qua ngôn ngữ C#. Hai ngôn ngữ lập trình khác cũng được hỗ trợ: Boo, đã bị loại cùng với việc phát triển Unity 5 và UnityScript bị loại vào tháng 8 năm 2017 sau khi phát hành Unity 2017. UnityScript là một ngôn ngữ lập trình độc quyền có cú pháp tương tự JavaScript. Phần mềm nhắm mục tiêu các đồ họa APIs sau: Direct3D trên Windows và Xbox One, OpenGL trên Linux, macOS, và Windows; OpenGL ES trên Android và iOS; WebGL trên web; và APIs độc quyền trên các máy chơi video game.

Ngoài ra, Unity hỗ trợ APIs cấp thấp như Metal trên iOS và macOS và Vulkan trên Android, Linux, và Windows, cũng như Direct3D 12 trên Windows và Xbox One. Trong 2D games, Unity cho phép nhập sprites và một renderer thế giới 2D tiên tiến. Đối với 3D games, Unity cho phép thiết lập các đập điểm kỹ thuật của các kết cấu và độ phân giải mà công cụ trò chơi hỗ trợ, cung cấp các hỗ trợ cho bump mapping, reflection mapping, parallax mapping, cảnh không gian hiệu ứng bóng đổ bằng cách sử dụng shadow maps, render thiết lập toàn cảnh đến hiệu ứng. Unity cũng cung cấp các dịch vụ cho nhà phát triển, bao gồm: Unity Ads, Unity Analytics, Unity Certification, Unity Cloud Build, Unity Everyplay, Unity API, Unity Multiplayer, Unity Performance Reporting and Unity Collaborate.

Một số thống kê về Unity: - Tính đến quý 3 năm 2016 đã có 5 tỉ lượt download game và ứng dụng được phát triển bởi Unity. - 2,4 tỉ thiết bị di động đã từng tải ít nhất 1 ứng dụng bởi unity. - Trong top 1000 game Mobiles miễn phí thì số lượng game tạo ra bởi Unity chiếm tới 34%.1: Xếp hạng engine trong top 1000 game Mobiles miễn phí Nguồn: https://viblo.asia - Số lượng người dùng của Unity đạt tới con số 770 triệu, trong khi đó số người thường xuyên sử dụng Twitter là 310 triệu người. - Sự thay đổi trong cách thức chơi game của người chơi hay nói cách khác là xu hướng mọi người tập trung vào game trên di động nhiều hơn.

Một số tính năng của Unity: Unity hiện là công cụ chơi game phổ biến nhất được các nhà phát triển trên khắp thế giới sử dụng - và vì lý do chính đáng. Nó có giao diện trực quan mạnh mẽ để tạo trò chơi, phát triển đa nền tảng và một cộng đồng đóng góp tích cực. Unity là một công cụ trò chơi đa nền tảng chủ yếu được sử dụng để phát triển trò chơi điện tử và mô phỏng cho PC, bảng điều khiển, thiết bị di động và trang web. Nó được phát triển bởi Unity Technologies và lần đầu tiên được 7 8 công bố chỉ dành cho OS X, tại Hội nghị các nhà phát triển toàn cầu của Apple vào năm 2005, kể từ đó nó đã được mở rộng cho hầu hết mọi nền tảng có sẵn.

Dưới đây là danh sách một số tính năng của Unity theo quan điểm kỹ thuật. Đó là: + Tạo và phá hủy đối tượng trò chơi + Truy cập các thành phần + Sự kiện cho GameObject + Xử lý các biến vectơ và biến thời gian + Sự kiện hướng vật lý + Các loại hành trình và trở lại 1. Giới thiệu về 3DsMax Autodesk 3Dsmax là phần mềm mô hình 3D phổ biến và được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới, cho phép bạn tạo ra những cảnh rất thú vị và hấp dẫn. Bạn có thế phát triển hoạt hình, sản xuất hình ảnh 3D chuyên nghiệp với phần mềm 3ds Max.

Ngoài ra, nó còn là một công cụ hiệu quả để giúp bạn tạo nội dung 3D và thực tế ảo (VR) tốt nhất trong một khoảng thời gian ngắn. Phần mềm 3ds Max do hãng công nghệ nổi tiếng Autodesk cung cấp nhằm mang đến cho người dùng những giải pháp mô phỏng, hoạt hình với chất liệu 3D, mô phỏng và dựng hình toàn diện cho các nghệ sĩ đồ họa, phim, trò chơi hay các đồ họa chuyển động. Nó có thể cung cấp cho người dùng các công cụ mới hiệu quả, tăng hiệu suất làm việc và phân luồng công việc hiệu quả để giúp người dùng dễ dàng sản xuất các sản phẩm thiết kế. 8 9 Tính năng của 3DsMax - Sử dụng Keyframe và các công cụ hoạt hình để xem trước hình ảnh trực tiếp.

- Tạo hiệu ứng hạt như nước, lửa, phun và tuyết dễ dàng. - Animate mô phỏng dữ liệu trong các CFD, CSV và OpenVDB khác nhau. - Mô phỏng thực như tốc độ, khẩu độ, độ sâu hình ảnh, độ phơi sáng. - Chỉnh sửa 3ds Max Interactive trực tiếp trên VR và xem cập nhật theo thời gian thực.

- Tích hợp và đồng bộ hóa với một số công cụ Python / .NET - Tạo một không gian làm việc tùy chỉnh với giao diện hiện đại để đáp ứng nhu cầu của bạn và DPI thậm chí còn khả dụng hơn. - Các công cụ trong CivilView hỗ trợ các hoạt động vật lý 3ds Max, giảm chuyển đổi và đơn giản hóa hiển thị. - Chuyển từ nhà cung cấp này sang nhà cung cấp khác mà không có vấn đề. - Tạo hình ảnh động bằng cách sử dụng các công cụ spline mới và nâng cao.

- Chuyển động của tóc và lông trong khung được chọn làm phương tiện như cắt tỉa, đánh răng. - Tạo bản đồ OSL trong một trình soạn thảo tài liệu đơn giản. 9 10 - Tạo các hoạt động Boolean tham số trên nhiều vòng quay với giao diện quen thuộc từ Booleans 3D. - Tạo, tăng và hoàn thiện kết cấu gỗ cho các loại gỗ khác nhau dựa trên cấu trúc gỗ Fusion 360.

- Tạo các đối tượng tham số hữu cơ với đa giác, bề mặt ngăn và các thuộc tính mô hình hóa dựa trên spline. - Các cạnh được hiển thị cho Morph bằng cách trộn một số vật liệu được áp dụng cho đối tượng. - Sử dụng công cụ 3Dsmax để tạo các hình Box, Sphere, Cylinder, line, sau đó tùy chỉnh và thêm màu sắc bằng kĩ thuật rendering và dùng các kĩ thuật chỉnh trục tọa độ để khi chuyển sang unity sẽ khớp và đúng hệ trục của unity3D. Trước khi chuyển đối tượng từ 3Dsmax sang Unity cần chuyển tất cả chúng về dạng edit poly hoặc mesh để phù hợp với định dạng của Unity3D.

- Tìm hiểu cách vẽ chi tiết các hình khối trên google, youtube, các kênh dạy vẽ 3D để có cái nhìn tốt hơn về các đối tượng cần vẽ. - Tìm hiểu các phím tắt để thuận tiện cho việc sử dụng các công cụ cũng như tiết kiệm thời gian cho chúng ta.8 : Một số đối tượng thường dùng trong 3Dsmax. Sử dụng Unity - Tạo Project Bắt đầu với project: trong Unity nó là một ứng dụng cơ bản. Trong thực tế nó có nghĩa là mỗi khi bạn làm một game mới, bạn sẽ cần một Project mới.

Trong Unity 1 Project là một Game, nó không quan trọng cho dù game của bạn là 2D hay 3D. Một Project đơn giản chỉ là nơi chứa các files và data. Để tạo một Project trong unity, click File/New Project nó sẽ hiển thị view để bạn nhập thông tin. Tiếp theo là tên Project của bạn có hai cách : - Cách 1: Nhập tên project trong trường Project Name, Unity sẽ tạo project của bạn trong thư mục mặc định.

- Cách 2: Tạo một thư mục tên Project của bạn ở nơi mà bạn muốn lưu trữ, trong view bạn click vào dấu "." bên phải trường Location trỏ đường 11 12 dẫn tới thư mục Project của bạn vừa tạo. Tiếp theo là chọn 2D hoặc 3D cho project. Cuối cùng là click create project.2: Tạo Project - Các thành phần chính Hình 1.3: Các thành phần giao diện chính Unity A: Thanh Menu 12 13 B: Game: hiển thị thực tế game của bạn trên màn hình khi run game. C: Scene: là nơi làm việc chính, là vùng làm việc kéo thả thiết kế các đối tượng trong game.

D: Hierarchy: list các đối tượng trong Scene. E: Inspector: hiển thị chi tiết các thành phần của đối tượng. F: Project: hiển thị các folder, file trong project. G: Console: hiển thị lỗi trong project.

- Asset and project File Assets là nơi chứa tất cả các file trong Game của bạn như: Meshes, Textures, Movies, Animations, Sounds, Music, Text data. Các folder, file là do bạn tự tạo ra theo các của riêng bạn làm sao để dễ dàng quản lý nhất, nên đắt tên theo các chức năng của chúng. Khi bạn muốn đặt một mesh hoặc object hay file bên trong Game của bạn, bạn sẽ cần phải import lần đầu tiên như là một thành phần của các dự án. Cả 2D và 3D game thường sử dụng rất nhiều assets—perhaps có cả hàng trăm.

Trò chơi 2D dựa vào nhất là về texture và material. Sự khác biệt giữa texture và material được xem xét trong bài 2. Nói về tài Assets nói chung, đó là thực tế tốt để tổ chức Assets trong cửa sổ Project.