Unity 3D: о чем давно было пора рассказать нашим подросткам30.11.2023 10:31

Прочитал как-то на Хабре заметку «Что делать с детьми летом, если ты айтишник?» Ответил на нее двумя своими заметками (раз и два). А теперь предлагаю взглянуть на поднятую тему немного с другой стороны: с точки зрения «борьбы с цифровым неравенством»? С тем самым, которое проявляется в ограниченном доступе к информации. По мнению некоторых отечественных экспертов, для ее преодоления, якобы, достаточно всего лишь »100% обеспечение образовательных учреждений, учреждений здравоохранения, органов государственной власти и местного самоуправления современными услугами цифровой связи»… Про борьбу с «цифровым неравенством» учреждений здравоохранения и органов госвласти промолчу… А вот про образование процитирую:»Хошь, как хошь, а маловато будет! » А что, по‑вашему, уважаемые эксперты, получат «преодолев цифровое неравенство» наши «рядовые» школьники? Складывается стойкое убеждение, что единственное, что они получат — это игромания. Где те ресурсы, которые помогут расширить их знания, разовьют полезные навыки? Где (адаптированные на соответствующий возраст) методические материалы, которые сделают доступными нашим детям хотя бы уже имеющиеся в сети Интернет полезные ресурсы, созданные в других странах?

Как минимум 32 развитые страны с 2012–14 годов обучают программированию с первых классов обычных общеобразовательных школ. Почему правительство дарит (выдавая абсолютно безвозмездно) каждому первоклашке специальный «школьный контроллер» не в России, где появился мем »Программирование — вторая грамотность», а в Англии? Почему их, а не наши российские дети, исследуя в школе и дома подаренный им контроллер, уже к 6-му классу успешно осваивают два «взрослых» языка программирования? Ау, академики российской академии образования? Я не про ваш ФГОС, не про парадигму образования и не про куррикулум… Объясните, пожалуйста, толком: может все эти 32 страны идут не тем путем?

Мало того, что мы полностью «пролетели» с «импортозамещением» детского и подросткового контента в сети Интернет, но и достойных книг IT‑тематики на возраст 7–14 лет в России также практически нет. Купил было внуку толстый (600+ страниц) двухтомник по программированию игр, который (российский) автор рекламирует на возраст 9+. Купил и радовался! Но 11-летний внук, который «напилил» к этому времени более 120 программ в Scratch и несколько неплохих игр в Roblox, книжку не оценил.

Решил глянуть сам: в чем же дело? Оказалось — в обыкновенном обмане! Книжка, как минимум, на 14+! Оцените, как и о чем пишет этот автор (см. стр. 106):»Наверняка в школе ты уже проходил возведение в степень, квадратный корень, модуль числа, тригонометрические функции, число Пи и так далее». Или вот еще (см. стр. 112):»А знаешь, что такое матрица? Представь таблицу Пифагора. По сути она является матрицей или двухмерным массивом». А что, такие объяснения — это точно на возраст 9+? Может быть, автору было бы лучше погодить с матрицами? Но вместо этого автор не стал объяснять читателям, что такое «сервер» и что такое «клиент»… Поэтому стрелковое и лазерное оружие, которое можно сделать по его «рецептам», стреляет только на мониторе того, кто этот «рецепт» применил, другие игроки об этом и не подозревают… И перечень «плюх» этого двухтомника можно продолжить…

Что называется, достало! Согласитесь, не странно ли, когда мировое сообщество (восторженно и настороженно) исследует возможности Chat GPT, подавляющее большинство наших подростков (в отличие от подростков тех самых 32-х стран) живут, как жили люди в 19 веке, абсолютно не представляя того, как работает пульт управления ТВ,  лифт или светофор, не говоря о компьютерах, смартфонах, спецэффектах в кино и роботах? И если они случайно не попадут в ССУЗ или ВУЗ на научно‑технический факультет, они так и останутся «засланцами» из 19 века, научившимися говорить: «Ну‑ка, зеркальце, скажи, да всю правду доложи: я‑ль на свете всех милей, всех прекрасней и белей?» Чем еще, кроме конспирологии, можно объяснить этот вопиющий факт? О какой личной успешности таких людей в 21-м веке можно говорить? А с их неуспехом придет и неуспех страны. Не так ли?

В России «Спасение утопающих — дело самих утопающих». И когда на глаза попался совет Михаила Жванецкого:»Писать нужно, когда уже невтерпеж! », — подумал: «Наверное, пора!» Написали вместе с 13-летним внуком две книжки о программировании на возраст 10+. Ведь ни в программировании на MicroPython «школьного» контроллера, ни в создании игр в среде Roblox нет ничего такого, что было бы недоступно пониманию «рядового» школьника даже меньшего возраста. Лейбл »10+» поставили только из‑за того, что понимаем, что помощников у детей нет и разбираться с тем, что написано в наших книжках, им придется абсолютно самостоятельно. Обе книжки по большей части отражают личный опыт, полученный внуком в ходе упорного «грызения» туториалов Micro: bit и Roblox, просмотра «подсказок» в YouTube и разработки‑отладки программ. Дополнительным мотивом была реализация принципа: «Хочешь понять — объясни другому!» Книжки тонкие — по 120/160 страниц (не любят современные дети «лонгридов»). Потому что без «воды» и утомительных «тренировочных задач» — только все самое нужное, что можно сразу же по прочтении встроить в свою игру! Но зато уж точно написаны понятным языком! С самыми подробными комментариями к скриптам, с простым объяснением функций Sin и Cos и др. Должен же читатель понимать, почему скрипт устроен именно так, а не только применять Ctrl+C — Ctrl+V, как частенько советуют в YouTube.

Сделав маленький вклад в расширение доступа к IT‑знаниям, почувствовал, что остановиться трудно, потому как «поле» это в России практически непаханое! Захотелось продолжить, хотя бы для того, чтобы помочь внуку расширить кругозор и приучить его учиться «нон‑стоп». А тему, о чем еще будет полезно написать, выбрал, ориентируясь и на интересы внука, и «в пику» крутым «заманухам» — рекламе Интернет‑курсов по Unity! Обещанные в такой рекламе трудоустройство,  быстрая карьера и финансовый успех в геймдеве в совокупности с невысоким качеством сопровождающих «замануху» материалов и с отсутствием четких учебных планов вполне внятно описали еще один вид «IT‑лохотрона»…

Наличие интереса к разработке игр в Unity подтвердило и большое число просмотров статей по этой теме на habr.com, и множество положительных комментариев к таким статьям. Посмотрел переводные книги — они явно не на подростков! Возможно, что качественная книжка по основам Unity будет полезна. Но чтобы точно убедиться в этом, исследовал англоязычный туториал по Unity и провел экспресс‑анализ самых разных публикаций о разработке игр на этом движке. Это привело к выводу, что основы Unity 3D можно описать гораздо более полно и более системно, чем у «конкурентов». Естественно, придется ограничить круг рассматриваемых тем, но объем доступного для самостоятельного изучения материала вполне позволит школьникам, уже прошедшим «курс молодого бойца» в Roblox, начать создавать качественные игры и в Unity. Выбор был сделан! Более того, пару недель назад книжка уже вышла из типографии.

А чтобы можно было как‑то оценить доступность новой книжки пониманию подростков, давайте сравним то, как одна и та же тема раскрыта в разных печатных изданиях. Например, рассмотрим так называемые «коллайдеры»:

Вот, например, что написано о них в книге Джона Мэннинга и Пэриса Батфилд‑Эддисона »Unity для разработчика. Мобильные мультиплатформенные игры», СПб, 2018

(см. стр. 53): «Добавьте коллайдеры в части тела. Коллайдеры определяют физическую форму объектов. Так как разные части тела имеют разную форму, в них нужно добавить коллайдеры разной формы:

• Выберите спрайты рук и ног и добавьте в них компоненты Box Collider 2D.

• Выберите спрайт головы и добавьте компонент Circle Collider 2D. Оставьте значение радиуса, установленное по умолчанию.

• Выберите спрайт тела и добавьте коллайдер Circle Collider 2D. После этого перейдите в панель инспектора и уменьшите радиус коллайдера примерно до половины размера тела. Теперь части тела гномика готовы к соединению друг с другом. Соединение частей тела будет осуществляться с помощью сочленения HingeJoint2D…»

Согласитесь: очевидно, что имеет место погрешность перевода. Ну и краткость в данном случае — вовсе не сестра таланта… Это была страница 53. Следующее упо минание термина «коллайдер» мы находим на стр. 88 в комментариях скрипта:

                // Если да, удалить все сочленения.…
                      foreach (Joint2D joint in GetComponentsInChildren ())
                      { Destroy (joint); }
                // …и коллайдеры.
                      foreach (Collider2D collider in GetComponentsInChildren ())
                      { Destroy (collider);}

Далее термин «коллайдер» встречается в комментариях скриптов, приведенных на стр. 92, 100, 105 и только на стр. 112 встречаем (опять‑таки не совсем четкое) пояснение:
«Основой класса SignalOnTouch является метод SendSignal, который вызывается методами OnCollisionEnter2D и OnTriggerEnter2D. Последние два метода вызывает движок Unity, когда объект касается коллайдера или когда объект входит в область действия триггера. Метод SendSignal проверяет тег объекта и, если он хранит строку «Player», генерирует событие Unity. Теперь, имея класс SignalOnTouch, можно добавить первую ловушку…»

Согласитесь: начав со стр. 53, не завершить (хотя бы в общем) тему до стр. 112 — это странно. То есть это однозначно не на подростков!

Теперь посмотрим, что рассказано о коллайдерах в книге Ферроне Харрисона »Изучаем C# через разработку игр на Unity». 5-е издание, 2022:

(стр. 231) «Компоненты Collider определяют, как и когда объекты GameObject входят и выходят из физического пространства друг друга, сталкиваются или отскакивают. К одному GameObject должен быть прикреплен только один компонент Rigidbody, а вот компонентов Collider может быть несколько. Такой вариант называется составным коллайдером (рис. 7.7).»

Рис. 7.7

(стр. 237) «Компоненты Collider не только позволяют физической системе Unity распознавать объекты, но и дают возможность реализовать взаимодействия и столкновения. Коллайдеры — своего рода невидимые силовые поля, окружающие объекты GameObject. Они могут позволить проходить сквозь них, а могут быть твердыми, в зависимости от их настроек. У коллайдеров есть множество методов, которые срабатывают во время различных взаимодействий… Взгляните на приведенный ниже скриншот объекта Capsule. Зеленая оболочка вокруг объекта — это компонент Capsule Collider. Его можно перемещать и масштабировать с помощью свойств Center, Radius и Height. Когда мы работаем с примитивом, его Collider по умолчанию соответствует форме примитива.

Рис. 7.8 Скриншот объекта Capsule

Поскольку мы создали примитив Capsule, у него в комплекте сразу есть Capsule Collider.

У коллайдеров есть различные формы: Box, Sphere и Mesh. Их можно вручную добавлять в меню Component Physics или с помощью кнопки Add Component на панели Inspector. Когда компонент Collider входит в контакт с другими компонентами, он отправляет так называемое сообщение или рассылку. Любой сценарий, в котором есть один или несколько соответствующих методов, получит уведомление, когда Collider отправит сообщение.
Например, когда два GameObject с коллайдерами контактируют друг с другом, они оба отправляют сообщение OnCollisionEnter со ссылкой на объект, с которым произошло столкновение.

Полный список уведомлений, которые выдают компоненты Collider, можно найти в разделе Messages на странице docs.unity3d.com/ScriptReference/Collider.html. События столкновения и триггера отправляются только в случае, когда сталкивающиеся объекты относятся к определенному набору компонентов Collider, Trigger и RigidBody, а также в случае кинематического или некинематического движения. Подробнее можно почитать в разделе Collision action matrix по адресу docs.unity3d.com/Manual/CollidersOverview.html.» (конец цитирования темы коллайдеров в книге Ферроне Харрисона).

Получается, что и эта книга — не на подростка, да и не на всех, кто постарше, ведь нужно знать английский,  либо «пилить» тексты переводчиком. А теперь сравните, что написано про коллайдеры в новой книжке (ниже приведены три главы текста):

Игровые объекты Unity

Игровые объекты GameObject могут быть как физическими объектами (персонажами, травой, деревьями, транспортом, зданиями, оружием, пулями, взрывами) так и виртуальными (интерфейсами и др.). У каждого физического игрового объекта есть физические координаты. Допускается вложение игровых объектов в «родительские» игровые объекты. Координаты вложенного физического объекта привязаны к координатам «родительского» объекта. Если же объект расположен непосредственно в сцене, он позиционируется относительно «мировых координат». Например, в родительский объект автомобиля могут входить колеса, корпус, окна и т.д. Каждый игровой объект состоит из компонентов, реализующих свой набор функций и свойств, необходимых, чтобы объект мог быть именно таким, каким он задуман. Это позволяет собирать объекты из отдельных простых блоков.

В состав GameObject могут входить следующие компоненты:

— Renderer, который рисует объект в игре; — Transform, задающий положение и ориентацию объекта в игровом мире; — Collider, задающий границы столкновений с другими объектами; — Animator, оживляющий объект; — Script, управляющий его движением, здоровьем, уроном и т.п.; — Audio Listener, выводящий аудио через динамики компьютера; — и др.

Рассмотрим примеры того, как свойства и поведение объектов отображаются в окне Inspector. Для этого кликнем ранее вставленный нами куб в окне Hierarchy, чтобы он отобразился в окне Inspector.

*  Статус активности объекта. По умолчанию GameObjects активны, но они могут быть деактивированы. Деактивация отключает все компоненты, входящие в GameObject, делает объект невидимым и не реагирующим ни на какие события. Активный статус GameObject соответствует наличию флажка слева от имени объекта.

Рис. 4.1 Статус активности объекта Cube

Статусом активности, как и многим другим, можно управлять при помощи скриптов, а не только «вручную»:  
— для деактивации статуса GameObject достаточно указать GameObject.SetActive (false);

— для активации статуса GameObject достаточно указать GameObject.SetActive (true);

*  Компонент Трансформация (Transform). Используется для размещения всех игровых объектов в пространстве игры, определяя их положение (Position), ориентацию (Rotation) и масштаб (Scale). К каждому GameObject всегда прикреплен Transform. 

Рис. 4.2. Компонент Transform объекта

*  Компонент Mesh Filter содержит ссылку на сетку (mesh) —  совокупность вершин, рёбер и граней, которые определяют форму многогранного объекта в трехмерной компьютерной графике.

Рис. 4.3 Компоненты Mesh Filter и Mesh Renderer объекта

* Компонент рендеринга (Mesh Renderer) визуализирует в игре mesh трехмерного игрового объекта и включает следующие параметры:
 — Materials — материалы объекта с указанием их количества; — Lighting — свойства освещения включая:
          * Cast Shadows (отбрасывает ли этот объект тени);           * Receive Shadows (отображаются ли тени на самом объекте); — Additional settings — возможность отслеживания движения объекта.

* Компонент границ столкновения объекта (Box Collider)   

Рис. 4.4 Box Collider

Этот компонент определяет геометрическую фигуру (параллелепипед, сферу, капсулу) или несколько таких фигур, охватывающих части объекта, и может служить в игре для определения моментов столкновений этого объекта с другими объектами. Выбрать тип объекта можно, нажав в главном меню Unity кнопку Component — Physics, и далее выбрать Box, Capsule, Sphere, Mesh.

Чтобы изменить границы столкновений выбранной фигуры, кликните по кнопке Edit Collider внутри компонента — в границах объекта появится параллелепипед или другая фигура с мелкими желтыми квадратиками, расположенными на каждой его грани. Курсором мыши, нажав ЛКМ, можно удобно и быстро менять размеры фигуры, устанавливая наиболее оптимальные. Наведите курсор на мелкий квадрат и: — нажмите клавишу Shift, чтобы изменять размер объекта по всем трем осям X, Y, Z сразу; — нажмите клавишу Alt, если хотите менять размер только по одной из осей координат;
— двигайте мышкой в нужную сторону; — для выхода из режима редактирования границ столкновения объекта нажмите кнопку Edit Collider еще раз. 

Коллайдеры имеют ряд других параметров:

— впараметре Is Trigger (Триггер) «галочка» ставится, когда нужно,  чтобы при столкновениях объект столкновения не становился преградой, пропуская сквозь себя движущийся объект, но при этом запускались какие-нибудь события;
— параметр Material используется для придания объектам свойств трения и упругости (способности подпрыгивать). Из-за наличия исходно установленных свойств трения и упругости игровые объекты и персонажи могут самым неожиданным образом «прилипать» друг к другу. Чтобы этого не случалось, объектам, в состав которых не входит компонент Rigidbody, нужно «обнулять» исходно заданные значения коэффициентов трения. Для этого кликните ПКМ в окне Project, выберите Create — Physic Material и в окне свойств материала обнулите указанные коэффициенты:

Рис. 4.5 «Обнуление» коэффициентов трения физических материалов

После этого созданный «физический материал» нужно применить в коллайдере, выбрав его в меню, которое откроется после нажатия на маленький кружок в окошке None (Physic Material).

— параметр Center используют для задания положения центра фигуры, определяющей границы столкновений;
— параметр Size задает размеры фигуры коллайдера.

Рис. 4.6 Путь выбора и перечень вариантов компонентов, используемых для определения границ столкновения объектов

6. Определяем факт столкновения объектов

Вы можете добавлять коллайдеры в GameObject без компонента Rigidbody для создания полов, стен и других неподвижных элементов. Они называются статическими коллайдерами. Коллайдеры GameObject, которые имеют жесткое тело, называются динамическими коллайдерами. Статические коллайдеры могут взаимодействовать с динамическими коллайдерами, но, поскольку у них нет твердого тела, они не будут двигаться при столкновении с динамическими.

Давайте добавим нашему кубу (Cube) скрипт, определяющий его поведение:
— в окне Project выберите папку Assets и, нажав ПКМ, выберите в выпадающем меню Create — Folder. В директории Assets появится папка New Folder. Переименуйте папку в Scripts;
— выберите созданную папку, нажмите ПКМ и выберите в меню Create — C# Script. В папке появится файл с именем NewBehevior, представляющий собой заготовку нового скрипта. Переименуйте ее в Cube;
— откройте объект Cube окна Hierarchy в окне Inspector;
— наведите курсор на скрипт Cube в окне Project, нажмите ЛКМ и перетащите скрипт в окно Inspector — на кнопку Add Component в самом низу окна Inspector. Скрипт Cube станет одним из компонентов объекта Cube; — дважды кликните по скрипту — скрипт откроется в окне Inspector, и Windows предложит вам открыть скрипт в одном из доступных редакторов. Если же вы установили Microsoft Visual Studio, скрипт автоматически откроется в нем;

Рис. 6.1 Созданная Unity «заготовка» скрипта игрового объекта Cube

Дадим пояснение по составу заготовки скрипта:

*  строки 1… 3 подключают стандартные библиотеки,  используемые для работы скрипта;
*  в строке 5 Unity объявил класс с именем Cube. Классы должнысодержать методы (функции), описывающие свойства и поведение каждого из игровых объектов. Название класса, как правило, должно совпадать с названием скрипта, чтобы Unity мог связать объект с нужным скриптом. MonoBehaviour показывает, что созданный класс относится к базовому классу компонентов, создаваемых пользователем. Модификатор public означает возможность доступа и использования данного класса в других классах (другими классами);
*  классы обычно содержат несколько методов (функций),  которые определяют поведение объекта. В заготовке скрипта Unity всегда создает два метода: Start и  Update (см. строки 8 и 14). Эти методы вызываются:

— Start в первый момент, сразу после того, как скрипт загружается;
— Update впоследствии при каждом новом кадре игры. 

Использовать методы Start и Update необязательно. Заменим оба метода своим скриптом (см. рис. 6.2), а именно:  

*  вставим в строке 8 функцию OnCollisionEnter (), позволяющую определять столкновения объекта с другими объектами,
*  в строке 10 в состав этой функции включим функцию Debug.Log, которая (при обнаружении столкновений) будет выводить в консоль Unity сообщение, указанное в скобках этой функции.  

Рис. 6.2 Скрипт, определяющий столкновения объекта Cube

Продолжим работу с объектом Cube:

— сохраните скрипт, выбрав File — Save Cube.cs  или кликнув по «кнопке-дискете» в меню Microsoft Visual Studio и (после обработки кода редактором Unity) нажмите кнопку Play — вы увидите, что при падении куба внизу на «линии статуса» редактора Unity появится сообщение »Hit Something» («Столкнулся с чем-то»), которое мы вставили в Debug.Log;

— нажмите кнопку Console и откройте ее окно — в нем вы увидите два (или больше) таких же сообщения, что и на «линии статуса». Эти сообщения соответствуют столкновениям куба как с наклонной пластиной, так и с игровой платформой Plane.

Рис. 6.3 Сообщения о столкновениях (с какими-то объектами)

— чтобы понять, с каким именно объектом столкнулся наш куб,  поменяем скрипт: введем (в строках 10 и 14) операторы if  и else if. Они будут проверять имена объектов, с которыми произошло столкновение куба, и выводить в консоль редактора Unity соответствующие этому сообщения. 

Рис. 6.4 Определение имен объектов, с которыми сталкивается куб

— запускаем программу и убеждаемся, что программа точно определила, что куб сначала столкнулся с объектом Cube_1, а затем с объектом Plane.

Рис. 6.5 Сообщения об объектах, с которыми столкнулся куб

11. Определение столкновений объектов с использованием триггера

Реализуем и испытаем этот режим:
— поставьте башне Tower_1 «галочку» Is Trigger;
— наведите курсор на «шапку» окна Rigidbody объекта Tower_1,  нажмите ПКМ и в появившемся меню выберите Remove Component, чтобы удалить компонент Rigidbody (иначе игровой объект, лишенный физических границ, обладающий массой и находящийся под действием силы гравитации, просто провалится через игровую площадку;
— измените скрипт Tower_1:

Рис. 11.1 Модифицированный скрипт объекта Tower_1

Рис. 11.2 Сообщения в консоли, отражающие события столкновений объектов Box, Tower_1 и Tank

Нажав кнопку Play, мы видим, что, падая, кубик (Box) легко проваливается сквозь башню. Первое сообщение в консоли редактора Unity сообщает об этом же. Второе сообщение в консоли оповещает, что кубик столкнулся с игровой площадкой Plane. Затем, когда мы протаранили башню танком, появилось третье сообщение в консоли о том, что продолжая движение, танк столкнулся с объектом Box. А через 3 сек с момента тарана башни танком мы видим, что башня бесследно пропадает.

Кроме перечисленного выше, коллайдеры упомянуты в главе 32, описывающей создание анимаций персонажей, процитирую и этот небольшой блок текста:

»— кликните по Add Component —Physics — Box Collider и настройте коллайдер под размеры персонажа. 

Рис. 32.9 Настройка границ столкновения персонажа

На этом цитирование глав новой книжки завершаю. По-моему, я не упустил ничего важного для понимания темы «коллайдеров» и не заставил никого из читателей-подростков перенапрягать когнитивные способности. Практика также показывает, что приведенные примеры скриптов, снабженные построчными комментариями, легко воспринимаются теми, кто до сих пор не имел опыта программирования на С#, но имеет хоть маленькую практику написания скриптов в Roblox.

Если вы, уважаемый читатель, дошли до текущей строки моей заметки и вам интересно, что это за книжка, сообщу, что «гуглить» нужно «Азбуку программирования игр в Unity 3D». А еще мне очень хочется надеяться, что однажды и вы напишете свою «детскую» книжку или создадите иной IT‑контент, который будет полезен российским подросткам. Ведь не случайно же вы остались, отказавшись от релокации? И потом: «Если не мы, то кто?»

© Habrahabr.ru