【游戏开发实战】Unity实现类似GitHub地球射线的效果（LineRenderer | 贝塞尔曲线）_unitygis地球实现原理

一、前言

嗨，大家伙，我是新发。
好久不见，这是2022年第一篇博客，今天有同学私信我，问我在Unity中如何实现这种地球辐射线的效果，

这一看，我就想到了GitHub主页的地球射线，

那么，今天就来讲讲如何实现这个效果吧~
本文最终效果如下：

本文工程源码见文章末尾~

二、实现思路

我们先把问题进行拆解，

现在挨个问题进行思考与解答。

1、曲线的本质是什么？

一条曲线，它本质上是由N条直线段组成的，当N足够大的时候，曲线就会看起来很平滑，我用Blender给大家演示一下，

2、如何绘制曲线？

我在之前的一些篇文章中有讲过使用LineRenderer来绘制曲线，这里我们是用LineRenderer来实现就好啦。
往期相关文章：
《【游戏开发解答】教你在Unity中使用LineRenderer制作行军蚂蚁线（行军 | 虚线 | 路径 | 线段）》

《【游戏开发实战】Unity实现水果忍者切水果的刀痕效果教程（两种实现方式：TrailRenderer、LineRenderer）》

《【游戏开发实战】TapTap物理画线游戏，教你使用Unity实现2D物理画线功能》

3、如何构造曲线的点？

上面我们说使用LineRenderer来绘制曲线，而LineRenderer需要我们告诉它点的坐标，那么我们如何来构造曲线的点坐标呢？常用的曲线有B样条、贝塞尔曲线等，关于贝塞尔曲线，我之前也有专门写过文章，
《【游戏开发进阶】玩转贝塞尔曲线，教你在Unity中画Bezier贝塞尔曲线（二阶、三阶），手把手教你推导公式》

这里我们就用贝塞尔曲线即可，这里我打算使用三阶贝塞尔曲线，三阶贝塞尔曲线需要知道四个点坐标，现在问题变成了我们如何确定这四个点的坐标，其中起始点和终止点是在球的表面选取，中间两个点我们通过一些几何运算来获得，现在问题变成了如何在球的表面获取两个点。

4、如何在球的表面选取两个点？

这是一个几何问题，我们已知球的球心坐标，想要在球的表面随机选取两个点，我们只需要在球心处随机两个方向向量，然后从球心出发，分别沿着这两个方向走一个半径长度的距离即可到达球的表面，画个图方便大家理解，

写成代码大概是这样子：

// 球心坐标
Vector3 centerPos = Vector3.zero;
// 球半径
float radius = 1;
// 随机一个单位向量作为方向向量
Vector3 randomDir = new Vector3(Random.Range(-1f, 1f), 
						Random.Range(-1f, 1f), 
						Random.Range(-1f, 1f)).normalized;
// 球表面的点				
Vector pos = centerPos + randomDir * radius;
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我们使用上面的方法分别取到球表面的两个点即可。

上面我们说使用三阶贝塞尔曲线，现在还差中间两个控制点的坐标，我们可以用下面这样的方法来计算控制点的坐标：先求出球表面两个点的连线的中点，然后从球心指向这个中点，得到一个方向向量，再分别从点1和点2朝这这个方向向量走一段距离，得到控制点1和控制点2的坐标，如下

5、如何让曲线有动画效果？

我们可以看到曲线是有一个从起始点飞向目标点的效果的，

这个我们可以在脚本中动态设置LineRenderer的点来达到这个效果。

三、具体实操

讲完了理论，下面我们就来具体实操吧~

1、创建Unity工程

工程名就叫UnityEarthRay好了，工程模板使用3D，点击创建，

2、制作宇宙天空盒

2.1、天空盒贴图

我们先去找6张宇宙天空盒的图片，导入到工程目录中，如下

2.2、天空盒材质球

创建一个材质球，重命名为Skybox，如下

设置材质球的Shader为Skybox/6 Sided，并设置六个面的贴图，如下，

2.3、设置场景天空盒

将Skybox材质球拖入Scene窗口中，
我们也可以通过点击菜单Window / Rendering / Lighting，

然后点击Environment标签页，设置Skybox Material来设置天空盒，

如果想改回原来的天空盒，只需把Skybox Material设置为默认的天空盒材质即可，如下

3、制作地球

3.1、创建球体

在Hierarchy窗口空白处右键鼠标，点击菜单3D Object / Sphere，创建一个球体，

重命名为Earth，作为地球的外形，

如下

3.2、地球贴图

去找一下地球的贴图，导入工程目录中，我找了云层贴图、地球贴图、灯光贴图，如下

3.3、制作地球材质球

创建一个材质球，重命名为Earth，

设置材质球的Shader为Standard，设置Albedo贴图，调节Matallic（金属度）和Smoothness（光滑度），开启Emission（自发光），并设置发光贴图，设置发光颜色为橘黄色，如下

然后把材质球赋值给模型，如下

此时效果，

3.4、制作云层

同理，我们在Earth子节点下再创建一个球体，重命名为Clouds，如下

调节Clouds的缩放，让它比Earth大一点点，

创建一个材质球，重命名为Clouds，

设置材质球的Shader为Standard，设置Rendering Mode为Transparent（透明），设置Albedo贴图，设置颜色值的A通道为0，调节Matallic（金属度）和Smoothness（光滑度），开启Emission（自发光），并设置发光贴图，设置发光颜色为灰色，如下

把Clouds材质球赋值给Clouds节点，

此时效果

4、制作LineRenderer

4.1、创建LineRenderer

在Earth节点右键鼠标，点击菜单Effects / Line，创建一个LineRenderer，

如下

此时可以看到场景中多了一条粗粗的白色短线，它就是LineRenderer本君了，

4.2、调节宽度

我们可以调节一下它的宽度，让它细一点，

如下

4.3、设置材质球

我们可以给他创建一个材质球，

如下

5、Line脚本：曲线逻辑

创建一个C#脚本，重命名为Line，编写曲线的逻辑代码，

首先我们封装一个三阶贝塞尔曲线的函数，如下

注：这里三阶贝塞尔曲线代码看不懂的建议先看我之前的这篇文章，《【游戏开发进阶】玩转贝塞尔曲线，教你在Unity中画Bezier贝塞尔曲线（二阶、三阶），手把手教你推导公式》

// Line.cs

// 三阶贝塞尔曲线
private Vector3 cubicBezier(Vector3 a, Vector3 b, Vector3 c, Vector3 d, float t)
{
    Vector3 aa = a + (b - a) * t;
    Vector3 bb = b + (c - b) * t;
    Vector3 cc = c + (d - c) * t;

    Vector3 aaa = aa + (bb - aa) * t;
    Vector3 bbb = bb + (cc - bb) * t;
    return aaa + (bbb - aaa) * t;
}
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接着我们定义曲线的最大点数，

/// <summary>
/// 曲线最大点数
/// </summary>
public int MAX_FRAG_CNT = 100;
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声明一个List用于存储点坐标

private List<Vector3> posList = new List<Vector3>();
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我们声明一个lineRenderer成员，并在Awake中获取它，

[RequireComponent(typeof(LineRenderer))]
public class RadiationLine : MonoBehaviour
{
    private LineRenderer lineRenderer;
	...
	
	void Awake()
    {
        lineRenderer = GetComponent<LineRenderer>();
    }
	
	...
}
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封装一个绘制曲线的方法，如下

// Line.cs

/// <summary>
/// 绘制曲线
/// </summary>
/// <param name="fromPos">起始坐标</param>
/// <param name="ctrlPoint1">控制点1</param>
/// <param name="ctrlPoint2">控制点2</param>
/// <param name="toPos">目标坐标</param>
public void DrawRay(Vector3 fromPos, Vector3 ctrlPoint1, Vector3 ctrlPoint2, Vector3 toPos)
{
    posList.Clear();
    for (int i = 0; i <= MAX_FRAG_CNT; ++i)
    {
        posList.Add(cubicBezier(fromPos, ctrlPoint1, ctrlPoint2, toPos, (float)i / MAX_FRAG_CNT));
        lineRenderer.positionCount = posList.Count;
    }
    lineRenderer.SetPositions(posList.ToArray());
}
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把Line脚本挂到Line节点上，如下

6、Earth脚本：地球逻辑

创建一个C#脚本，重命名为Earth，编写地球逻辑代码，

代码很简单，这里就不拆开讲解了，我都有写注释，

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

/// <summary>
/// 地球逻辑
/// </summary>
public class Earth : MonoBehaviour
{
    private Transform selfTrans;
    // 曲线
    public Line line;


    void Start()
    {
        selfTrans = transform;
        StartCoroutine(FireLine());
    }

    void Update()
    {
        // 地球自转
        selfTrans.Rotate(Vector3.up * Time.deltaTime, Space.Self);
    }

    /// <summary>
    /// 发射辐射射线
    /// </summary>
    /// <returns></returns>
    IEnumerator FireLine()
    {
        this.line.gameObject.SetActive(false);
        while (true)
        {
            // 循环生成曲线，这里只是演示效果，我就不是用对象池了
            var line = Instantiate(this.line);
            line.gameObject.SetActive(true);
            line.transform.SetParent(selfTrans);

            // 半径
            var radius = selfTrans.localScale.x / 2f;

            // 在地球表面随机一个起始点
            var from = selfTrans.position + new Vector3(Random.Range(-1f, 1f), Random.Range(-1f, 1f), Random.Range(-1f, 1f)).normalized * radius;

            // 在地球表面随机一个终点
            var to = selfTrans.position + new Vector3(Random.Range(-1f, 1f), Random.Range(-1f, 1f), Random.Range(-1f, 1f)).normalized * radius;
            var center = (from + to) / 2f;
            // 控制点1
            var ctrlPoint1 = from + (center - selfTrans.position).normalized * (from - to).magnitude * 0.6f;
            // 控制点2
            var ctrlPoint2 = to + (center - selfTrans.position).normalized * (from - to).magnitude * 0.6f;

            line.DrawRay(from, ctrlPoint1, ctrlPoint2, to);
            // 随机一个时间后销毁曲线
            Destroy(line.gameObject, Random.Range(4, 7));
            // 随机等待一个事件
            yield return new WaitForSeconds(Random.Range(0.3f, 2f));
        }
    }
}
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把Earth脚本挂到Earth节点上，并赋值Line成员，如下

7、运行效果

运行Unity，基本的效果已经出来了，

四、动态效果

1、Line脚本：动态效果

我们要让曲线有动态的效果，把原来的DrawRay改成协程，动态设置点的坐标，如下，

// Line.cs

/// <summary>
/// 绘制曲线
/// </summary>
/// <param name="fromPos">起始坐标</param>
/// <param name="ctrlPoint1">控制点1</param>
/// <param name="ctrlPoint2">控制点2</param>
/// <param name="toPos">目标坐标</param>
public IEnumerator DrawRay(Vector3 fromPos, Vector3 handPos1, Vector3 handPos2, Vector3 toPos)
{
    for (int i = 0; i <= MAX_FRAG_CNT; ++i)
    {
        posList.Clear();
        for (int j = 0; j <= i; ++j)
        {
            posList.Add(cubicBezier(fromPos, handPos1, handPos2, toPos, (float)j / MAX_FRAG_CNT));
        }
        lineRenderer.positionCount = posList.Count;
        lineRenderer.SetPositions(posList.ToArray());
        yield return new WaitForSeconds(0.02f);
    }

    yield return new WaitForSeconds(2);

    for (int i = 0; i <= MAX_FRAG_CNT; ++i)
    {
        posList.Clear();
        for (int j = i; j <= MAX_FRAG_CNT; ++j)
        {
            posList.Add(cubicBezier(fromPos, handPos1, handPos2, toPos, (float)j / MAX_FRAG_CNT));
        }
        lineRenderer.positionCount = posList.Count;
        lineRenderer.SetPositions(posList.ToArray());
        yield return new WaitForSeconds(0.001f);
    }
    Destroy(gameObject);
}
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改下Earth脚本中的调用，如下

// Earth.cs

/// <summary>
/// 发射辐射射线
/// </summary>
/// <returns></returns>
IEnumerator FireLine()
{
	this.line.gameObject.SetActive(false);
	while (true)
	{
  		...
  		// 启动协程
        StartCoroutine(line.DrawRay(from, ctrlPoint1, ctrlPoint2, to));

        // 随机等待一个事件
        yield return new WaitForSeconds(Random.Range(0.1f, 0.5f));
   }
}
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2、运行效果

运行效果如下，可以，

五、加点粒子特效

制作个粒子效果，

包装成预设，挂到Line节点下，作为起始点和目标点的特效，如下

在Line脚本中加上粒子控制的逻辑，

// Line.cs

public Transform startPoint;
public Transform endPoint;

/// <summary>
/// 绘制曲线
/// </summary>
/// <param name="fromPos">起始坐标</param>
/// <param name="ctrlPoint1">控制点1</param>
/// <param name="ctrlPoint2">控制点2</param>
/// <param name="toPos">目标坐标</param>
public IEnumerator DrawRay(Vector3 earthPos, Vector3 fromPos, Vector3 handPos1, Vector3 handPos2, Vector3 toPos)
{
    // 起始位置粒子
    startPoint.gameObject.SetActive(true);
    startPoint.forward = fromPos - earthPos;
    startPoint.localPosition = fromPos + startPoint.forward * 0.01f;
    for (int i = 0; i <= MAX_FRAG_CNT; ++i)
    {
        posList.Clear();
        for (int j = 0; j <= i; ++j)
        {
            posList.Add(cubicBezier(fromPos, handPos1, handPos2, toPos, (float)j / MAX_FRAG_CNT));
        }
        lineRenderer.positionCount = posList.Count;
        lineRenderer.SetPositions(posList.ToArray());
        yield return new WaitForSeconds(0.02f);
    }

    // 目标位置粒子
    endPoint.gameObject.SetActive(true);
    endPoint.forward = toPos - earthPos;
    endPoint.localPosition = toPos + endPoint.forward * 0.01f;
    yield return new WaitForSeconds(2);
    startPoint.gameObject.SetActive(false);
    for (int i = 0; i <= MAX_FRAG_CNT; ++i)
    {
        posList.Clear();
        for (int j = i; j <= MAX_FRAG_CNT; ++j)
        {
            posList.Add(cubicBezier(fromPos, handPos1, handPos2, toPos, (float)j / MAX_FRAG_CNT));
        }
        lineRenderer.positionCount = posList.Count;
        lineRenderer.SetPositions(posList.ToArray());
        yield return new WaitForSeconds(0.001f);
    }
    Destroy(gameObject);
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最终运行效果如下

六、工程源码

本文工程我已上传到GitCode，感兴趣的同学可自行下载学习，
地址：https://gitcode.net/linxinfa/UnityEarthRay
注：我使用的Unity版本是2021.1.7.f1c1

七、完毕

好了，就写到这里吧。
我是新发，https://blog.csdn.net/linxinfa
一个在小公司默默奋斗的Unity开发者，希望可以帮助更多想学Unity的人，共勉~