Godot入門到棄坑——3D引入-3樓貓

Godot 4.3已於2024年8月15日發佈，此後的文章（直到我又說換版本了為止）以4.3版本為基準

為了便於後續的學習，我們先來新建一個項目，叫它FPS或者什麼都可以。

Godot項目在創建時不區分2D和3D，在遊戲中同時存在2D場景和3D場景也不是什麼稀奇事。渲染器默認就可以。

項目不區分2D和3D，但是場景需要區分。為了構建一個3D遊戲，我們至少需要一個3D場景。新建場景，選擇3D Scene。

打開3D場景後，視口默認切換到3D模式。

3D場景默認情況下根節點是Node3D，它和2D場景中的Node2D是對等的。

認識Godot的3D座標系

3D座標系毫無疑問有三個軸。按照慣例，Godot的3D座標系的座標軸也用x、y、z表示。一般來說這和數學課上用的字母一樣。

雖然一般來說各種軟件中的2D座標系都是橫軸為x，縱軸為y，但是它們在3D座標系上有很大分歧。

Godot的3D座標系使用的是y軸指向上方的右手座標系。

換句話說，伸出右手的大拇指、食指、中指，食指向上，令三個手指相互垂直。食指指的就是y軸正方向，中指是z軸正方向，大拇指指向x軸正方向。

Godot的文檔中引用了一張圖片，展示了常用3D軟件的3D座標系情況：

可以看到Unreal實在是獨樹一幟

在3D空間中導航

為了便於在開發過程中觀察3D場景，我們要學習如何在3D場景中導航。

鼠標位於3D視口中時，按住右鍵後即可像玩FPS遊戲那樣移動鼠標觀察場景。同時，你也可以用WASD來前後左右移動（以當前視線方向為前方）。E和R分別是上升和下降（沿Y軸方向移動）。鼠標滾輪可以將視角拉近拉遠。

按住鼠標中鍵，可以讓視角環繞畫面中心旋轉——注意這和2D視口中不一樣。2D視口中鼠標中鍵是用於平移（pan）整個畫面，3D視口中的平移需要按住shift再按鼠標中鍵移動。

右上角的這個玩意兒是另一種用來觀察場景的工具。在它身上按住鼠標左鍵並移動就類似於按住鼠標中鍵的操作。點擊上面的圓球可以讓視角快速調整到對應座標軸的方向：

可以看到除了視角變了之外，左上角也發生了變化。原本的Perspective（透視）變成了Right Orthogonal（右側正交）。

透視簡單來說就是“近大遠小”的效果，看起來“更有立體感” ：

而正交的視角則是這樣，該平行的邊還是平行：

在只想要觀察某一個側面的狀況時，正交的畫面更容易觀察。

最後，工具欄的View菜單下可以選擇各種多視口視圖，可以同時觀察場景的不同角度：

創建簡單的3D對象

在開發遊戲時，有一些簡單的3D對象可供實驗和關卡打樣是很方便的。

我們在2D遊戲的開發過程中，我們想使用一些臨時素材來打樣的時候都是直接放一個紋理（texture）——或者直接說“圖片”——到場景中。畢竟圖片本身就是2D的，直接放在2D場景中很自然。

在3D場景中，我們自然要放一些3D模型到場景中。2D場景中我們把圖片放到場景中會自動創建一個Sprite節點，然後圖片會作為它的texture屬性；又或者我們直接選擇新建紋理，用Placeholder紋理或者其它選項來作為Sprite的內容。那麼3D場景中對應的是什麼呢？

MeshInstance3D（網格實例3D）節點用於在場景中渲染網格。啥是網格呢？你可以簡單地認為它就是3D模型的同義詞。為啥叫網格呢。因為3D模型是有很多頂點連成邊、邊又連成面形成的，這些數據最終會被計算機渲染成看起來貌似很有立體感的東西：

一個簡單的3D模型，其中可以看到若干頂點（黑點）

向場景中加入一個MeshInstance3D節點。MeshInstance3D加入場景後和Sprite類似，不會顯示任何內容。我們需要給它的Mesh屬性賦值。類似地，我們可以在Mesh屬性的下拉菜單中看到一系列內置的選項：

如你所見，除了PlaneMesh之外還有很多種選項可以選。其實不用我介紹，看一眼左邊的圖標大概也能猜到各自對應的是什麼。你可以自行探索。

實際上你也可以看到一個Placeholder。這種Mesh會用位置和長寬高定義一個只顯示邊框的立方體：

這裡我們也可以選擇PlaneMesh（平面）來做一個地面：

類似於Sprite的Texture屬性，這裡填入值之後可以點擊它來編輯它的各種屬性。這裡可以通過Size來調整其大小。平面沒有高度（但凡有一點高度的那就是一個立方體了），所以這裡只有兩個分量。

操作3D對象

接下來我們可以利用這些基本的幾何體做一個簡單的關卡。你可以隨心所欲地擺弄這些東西，當然我這裡就簡單用BoxMesh（立方體）來講解一下。

這裡新建一個MeshInstance節點，給它一個BoxMesh。默認情況下，這個立方體是邊長為1的正方體。現在我希望通過調整它的尺寸，來做一面牆。

在調整尺寸這個問題上，我們這裡有兩種操作方式。BoxMesh作為一種在引擎內構造的網格資源，可以直接調整其參數來調整大小。

另外，3D節點和各種2D節點一樣，有一系列transform屬性。它的scale屬性也是用於對3D對象進行縮放。自然，3D的scale有三個分量，是一個Vector3D類型的屬性，分別令3D對象沿對應的軸進行縮放。

區別在於，直接調整Mesh資源自身的屬性不會影響MeshInstance節點的transform。反之亦然。不過調整兩者任意的大小都會在視覺上發生變化。另一方面提醒一下。我們在前面已經瞭解到，資源是共享的。

例如在嘗試做一堵簡單的牆的時候，你做完一面之後，可能會想要直接複製（duplicate）這個MeshInstance。複製發生時，節點引用的資源不會產生新的副本（copy），它們會引用同一個資源——這本身就是資源的特點。因此此時如果你再去任意一個MeshInstance節點上修改那個Mesh的話，所有引用同一個Mesh的節點都會發生變化。你不妨嘗試一下。

因此，具體如何調整，還是那句老話，需要根據具體需要來。

3D視圖和2D視圖有類似的工具欄可以操作場景中的各種3D對象或者說節點。默認情況激活的是選擇工具（圖標為鼠標，快捷鍵為Q）。點擊任意3D節點會顯示這個看起來亂七八糟的紅藍綠的東西：

這些3D軟件中很常見的UI元素一般稱為gizmo，它們用來對3D節點進行移動、旋轉、縮放等操作。選擇模式下實際上是把幾種工具同時顯示了出來。我們可以進入對應模式單獨操作，也可以在選擇模式下執行各種不同的操作。

按下W激活移動工具，除了比2D多一個軸以外沒有什麼區別。鼠標在某個軸上按住並拖動可以讓節點沿某個軸移動。和2D不一樣的是這裡還有三個方框一樣的東西。按住它們可以把移動限制在對應平面上而不是某個軸上。

按下E激活旋轉工具。沒啥說的。

R是縮放工具。和移動工具類似，它也支持在某個平面上操作。

最後，按下Q可以同時激活這些工具，就得到了一開始的效果。

CSG——關卡打樣的好幫手

CSG它不是CS Go的意思。它是Constructive Solid Geometry（我其實不太清楚這個constructive用在這裡是否恰當，但是總是大概就是“可以構造的實心幾何體”）的縮寫。和內置的各種簡單幾何體Mesh相比，可以利用CSG構造出更復雜的網格。

例如在場景中加入一個CSGBox。咋一看和一般的BoxMesh沒啥區別。不過CSG提供了幾個錨點，可以直接調整其尺寸。

你說好吧，可能方便一點，這也沒啥神奇的。現在加入另一個圓柱體，並在監視面板或者場景中調整其尺寸。當然默認的圓柱體只有8個稜，看起來不圓，可以在檢視面板調整它的slides。最後把它大概調整成這樣，然後插入到CSGBox中：

好吧，到現在為止還是沒什麼神奇的。接下來，我們把圓柱體的CSGShape下的Operation（操作）屬性調整為Subtraction（減去）——依然沒有什麼神奇的。

接下來才是見證奇蹟的時刻。在場景中加入一個CSGCombiner節點，然後把剛才這兩個CSG作為它的子節點。

可以看到，圓柱體看不見了（不過節點本身依然在場景中），並且立方體被圓柱體打了一個洞：

這就是CSG的有趣之處。它可以像諸多3D軟件那樣對網格進行布爾操作，讓不同的幾何體相互影響來構造複雜的幾何體。

CSG對其它的CSG產生什麼影響就依賴於剛才的Operation屬性。其取值有三，默認為Union，按照集合論的術語來說就是求並，按照布爾代數的術語來說就是與。總之就是把兩個CSG合併成一個物體。Subtract已經見過，就是求差集，即從一個CSG上消除掉和另一個CSG重合的部分。Intersection是求交集，也就是隻保留兩個CSG重合的部分，消除其它的部分：