Godot入门到弃坑——3D引入-3楼猫

Godot 4.3已于2024年8月15日发布，此后的文章（直到我又说换版本了为止）以4.3版本为基准

为了便于后续的学习，我们先来新建一个项目，叫它FPS或者什么都可以。

Godot项目在创建时不区分2D和3D，在游戏中同时存在2D场景和3D场景也不是什么稀奇事。渲染器默认就可以。

项目不区分2D和3D，但是场景需要区分。为了构建一个3D游戏，我们至少需要一个3D场景。新建场景，选择3D Scene。

打开3D场景后，视口默认切换到3D模式。

3D场景默认情况下根节点是Node3D，它和2D场景中的Node2D是对等的。

认识Godot的3D坐标系

3D坐标系毫无疑问有三个轴。按照惯例，Godot的3D坐标系的坐标轴也用x、y、z表示。一般来说这和数学课上用的字母一样。

虽然一般来说各种软件中的2D坐标系都是横轴为x，纵轴为y，但是它们在3D坐标系上有很大分歧。

Godot的3D坐标系使用的是y轴指向上方的右手坐标系。

换句话说，伸出右手的大拇指、食指、中指，食指向上，令三个手指相互垂直。食指指的就是y轴正方向，中指是z轴正方向，大拇指指向x轴正方向。

Godot的文档中引用了一张图片，展示了常用3D软件的3D坐标系情况：

可以看到Unreal实在是独树一帜

在3D空间中导航

为了便于在开发过程中观察3D场景，我们要学习如何在3D场景中导航。

鼠标位于3D视口中时，按住右键后即可像玩FPS游戏那样移动鼠标观察场景。同时，你也可以用WASD来前后左右移动（以当前视线方向为前方）。E和R分别是上升和下降（沿Y轴方向移动）。鼠标滚轮可以将视角拉近拉远。

按住鼠标中键，可以让视角环绕画面中心旋转——注意这和2D视口中不一样。2D视口中鼠标中键是用于平移（pan）整个画面，3D视口中的平移需要按住shift再按鼠标中键移动。

右上角的这个玩意儿是另一种用来观察场景的工具。在它身上按住鼠标左键并移动就类似于按住鼠标中键的操作。点击上面的圆球可以让视角快速调整到对应坐标轴的方向：

可以看到除了视角变了之外，左上角也发生了变化。原本的Perspective（透视）变成了Right Orthogonal（右侧正交）。

透视简单来说就是“近大远小”的效果，看起来“更有立体感” ：

而正交的视角则是这样，该平行的边还是平行：

在只想要观察某一个侧面的状况时，正交的画面更容易观察。

最后，工具栏的View菜单下可以选择各种多视口视图，可以同时观察场景的不同角度：

创建简单的3D对象

在开发游戏时，有一些简单的3D对象可供实验和关卡打样是很方便的。

我们在2D游戏的开发过程中，我们想使用一些临时素材来打样的时候都是直接放一个纹理（texture）——或者直接说“图片”——到场景中。毕竟图片本身就是2D的，直接放在2D场景中很自然。

在3D场景中，我们自然要放一些3D模型到场景中。2D场景中我们把图片放到场景中会自动创建一个Sprite节点，然后图片会作为它的texture属性；又或者我们直接选择新建纹理，用Placeholder纹理或者其它选项来作为Sprite的内容。那么3D场景中对应的是什么呢？

MeshInstance3D（网格实例3D）节点用于在场景中渲染网格。啥是网格呢？你可以简单地认为它就是3D模型的同义词。为啥叫网格呢。因为3D模型是有很多顶点连成边、边又连成面形成的，这些数据最终会被计算机渲染成看起来貌似很有立体感的东西：

一个简单的3D模型，其中可以看到若干顶点（黑点）

向场景中加入一个MeshInstance3D节点。MeshInstance3D加入场景后和Sprite类似，不会显示任何内容。我们需要给它的Mesh属性赋值。类似地，我们可以在Mesh属性的下拉菜单中看到一系列内置的选项：

如你所见，除了PlaneMesh之外还有很多种选项可以选。其实不用我介绍，看一眼左边的图标大概也能猜到各自对应的是什么。你可以自行探索。

实际上你也可以看到一个Placeholder。这种Mesh会用位置和长宽高定义一个只显示边框的立方体：

这里我们也可以选择PlaneMesh（平面）来做一个地面：

类似于Sprite的Texture属性，这里填入值之后可以点击它来编辑它的各种属性。这里可以通过Size来调整其大小。平面没有高度（但凡有一点高度的那就是一个立方体了），所以这里只有两个分量。

操作3D对象

接下来我们可以利用这些基本的几何体做一个简单的关卡。你可以随心所欲地摆弄这些东西，当然我这里就简单用BoxMesh（立方体）来讲解一下。

这里新建一个MeshInstance节点，给它一个BoxMesh。默认情况下，这个立方体是边长为1的正方体。现在我希望通过调整它的尺寸，来做一面墙。

在调整尺寸这个问题上，我们这里有两种操作方式。BoxMesh作为一种在引擎内构造的网格资源，可以直接调整其参数来调整大小。

另外，3D节点和各种2D节点一样，有一系列transform属性。它的scale属性也是用于对3D对象进行缩放。自然，3D的scale有三个分量，是一个Vector3D类型的属性，分别令3D对象沿对应的轴进行缩放。

区别在于，直接调整Mesh资源自身的属性不会影响MeshInstance节点的transform。反之亦然。不过调整两者任意的大小都会在视觉上发生变化。另一方面提醒一下。我们在前面已经了解到，资源是共享的。

例如在尝试做一堵简单的墙的时候，你做完一面之后，可能会想要直接复制（duplicate）这个MeshInstance。复制发生时，节点引用的资源不会产生新的副本（copy），它们会引用同一个资源——这本身就是资源的特点。因此此时如果你再去任意一个MeshInstance节点上修改那个Mesh的话，所有引用同一个Mesh的节点都会发生变化。你不妨尝试一下。

因此，具体如何调整，还是那句老话，需要根据具体需要来。

3D视图和2D视图有类似的工具栏可以操作场景中的各种3D对象或者说节点。默认情况激活的是选择工具（图标为鼠标，快捷键为Q）。点击任意3D节点会显示这个看起来乱七八糟的红蓝绿的东西：

这些3D软件中很常见的UI元素一般称为gizmo，它们用来对3D节点进行移动、旋转、缩放等操作。选择模式下实际上是把几种工具同时显示了出来。我们可以进入对应模式单独操作，也可以在选择模式下执行各种不同的操作。

按下W激活移动工具，除了比2D多一个轴以外没有什么区别。鼠标在某个轴上按住并拖动可以让节点沿某个轴移动。和2D不一样的是这里还有三个方框一样的东西。按住它们可以把移动限制在对应平面上而不是某个轴上。

按下E激活旋转工具。没啥说的。

R是缩放工具。和移动工具类似，它也支持在某个平面上操作。

最后，按下Q可以同时激活这些工具，就得到了一开始的效果。

CSG——关卡打样的好帮手

CSG它不是CS Go的意思。它是Constructive Solid Geometry（我其实不太清楚这个constructive用在这里是否恰当，但是总是大概就是“可以构造的实心几何体”）的缩写。和内置的各种简单几何体Mesh相比，可以利用CSG构造出更复杂的网格。

例如在场景中加入一个CSGBox。咋一看和一般的BoxMesh没啥区别。不过CSG提供了几个锚点，可以直接调整其尺寸。

你说好吧，可能方便一点，这也没啥神奇的。现在加入另一个圆柱体，并在监视面板或者场景中调整其尺寸。当然默认的圆柱体只有8个棱，看起来不圆，可以在检视面板调整它的slides。最后把它大概调整成这样，然后插入到CSGBox中：

好吧，到现在为止还是没什么神奇的。接下来，我们把圆柱体的CSGShape下的Operation（操作）属性调整为Subtraction（减去）——依然没有什么神奇的。

接下来才是见证奇迹的时刻。在场景中加入一个CSGCombiner节点，然后把刚才这两个CSG作为它的子节点。

可以看到，圆柱体看不见了（不过节点本身依然在场景中），并且立方体被圆柱体打了一个洞：

这就是CSG的有趣之处。它可以像诸多3D软件那样对网格进行布尔操作，让不同的几何体相互影响来构造复杂的几何体。

CSG对其它的CSG产生什么影响就依赖于刚才的Operation属性。其取值有三，默认为Union，按照集合论的术语来说就是求并，按照布尔代数的术语来说就是与。总之就是把两个CSG合并成一个物体。Subtract已经见过，就是求差集，即从一个CSG上消除掉和另一个CSG重合的部分。Intersection是求交集，也就是只保留两个CSG重合的部分，消除其它的部分：