这是一款名为`SYSU Billiards Tournament`(中山大学台球大师赛)的3D台球游戏。游戏通过 `unity`虚幻引擎开发，核心目标是实现**相机与球杆的深度联动** ：相机能够以俯瞰视角聚焦母球，并支持玩家通过鼠标旋转观察；同时，球杆必须始终与相机视角同步，指向母球中心。此外，系统需具备智能状态切换功能，在击球后保持视角静止，并在球静止后丝滑回归。
除了参考了市面上部分已知的台球游戏的游戏逻辑外，此项目从建模到代码全程由我们小组人员制作开发。
- 按下鼠标左键左右移动能够转动球杆击球方向；上下移动能够移动视角。
- 按下ctrl键后(保持)，按下鼠标左键前后移动，能够拉动球杆完成击球动作。
- 在犯规时进行自由球选择环节，通过鼠标在台面上移动选择母球放置位置，左键确定放置。
本项目采用基于组件（Component-Based）的架构设计，核心功能划分为物理仿真、游戏逻辑控制、摄像机系统与交互反馈四大模块。
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物理仿真设计：
- 不单纯依赖物理引擎的默认设置，而是针对台球运动特性定制物理参数。
- 重点模拟台球在台泥上的滚动阻力（Rolling Drag）与旋转衰减（Spin Drag）。
- 特别设计了库边物理响应：当球体撞击库边（Cushion）时，需要额外的旋转动能损失模拟，以符合真实物理表现。
- 击球机制不仅包含线性推力（Force），还需支持偏心击球产生的加塞/自旋（Torque）。
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游戏状态机（FSM）设计：
- 台球游戏具有明显的阶段性（瞄准 -> 击球 -> 运动 -> 结算 -> 下一回合）。为此设计了有限状态机（Finite State Machine）来严格管理游戏流程。
- 状态流转覆盖：
Aiming（玩家操作）->Moving（物理演算，锁定输入）->EndTurnCheck（规则判定）->Setup（复位/摆球）等。
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智能摄像机控制策略：
- 摄像机并非简单的“跟随”或“固定”，而是根据游戏状态动态切换行为。
- 瞄准模式：以母球为中心进行轨道旋转（Orbit），支持缩放与俯仰视角。
- 运动模式：在击球瞬间锁定视角位置，或平滑跟随，避免强烈眩晕感。
- 上帝视角：在放置自由球时，无缝切换至顶部俯视相机。
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交互与规则系统：
- 自由球机制：利用射线检测技术（Raycasting）将二维屏幕坐标映射到三维桌面平面，实现精准摆球。
- 规则判定：自动识别进球类型（全色/花色）、犯规检测（母球落袋）及胜负判定（黑八规则）。
物理模块基于 Unity 的 Rigidbody 组件进行二次封装：
- 基础参数配置：在
Awake中初始化质量（mass）、线性阻力（rollingDrag）和角阻力（spinDrag），并计算球体的转动惯量（Inertia Tensor）以获得更真实的滚动效果。 - 库边碰撞优化：利用
OnCollisionEnter监听碰撞事件。当检测到与Cushion（库边）碰撞时，临时增大angularDrag（乘以cushionSpinDampingMultiplier），模拟撞库后的剧烈旋转损耗，随后延时恢复。 - 击球接口实现：提供
ReceiveStrikeImpulse方法，接收来自球杆的两个向量：- 线性冲量：
ApplyLinearImpulse用于产生位移。 - 角冲量：
ApplyAngularImpulse根据击球点偏移量产生旋转（加塞效果）。
- 线性冲量：
作为游戏的中枢神经，维护了一个完整的 GameState 枚举状态机：
- 状态管理：
Update循环中根据当前状态执行逻辑。例如在Moving状态下，持续监测所有球体的速度。- 实现
CheckAllBallsStopped()函数，当所有球体速度低于stopThreshold时，触发从Moving到EndTurnCheck的转换。
- 规则逻辑：
ProcessTurnResult负责结算。通过对比pocketedBallsThisTurn（本回合落袋球）与玩家归属（player1Group），自动判定是否犯规、是否交换球权或游戏结束。- 处理“自由球”逻辑：当发生母球落袋犯规时，切换至
FreeBallPlacement状态，暂停常规输入。
摄像机控制器通过状态模式（State Pattern）管理视角行为：
- 状态流转：定义
Aiming,Moving,PlacementView等枚举。 - 瞄准控制 (
Aiming)：- 基于球坐标计算 Pivot 点。
- 读取
Input.GetAxis控制水平偏航（Yaw）和垂直俯仰（Pitch）。 - 使用数学公式更新相机位置：
Position = Target + Rotation * (0, 0, -Distance)。
- 平滑过渡：在状态切换（如从
Moving回到Aiming）时，使用Transitioning状态配合插值算法（Lerp），使相机平滑飞回母球后方，而非生硬跳变。
实现了从 2D 屏幕空间到 3D 世界空间的交互：
- 数学平面构建：创建一个虚拟的数学平面
new Plane(Vector3.up, height)与台面高度对齐。 - 射线检测：
- 在
Update中调用camera.ScreenPointToRay(Input.mousePosition)生成射线。 - 使用
plane.Raycast计算射线与台面的交点。
- 在
- 位置修正：将计算出的交点叠加
cueBallRadius和placementYOffset，确保母球刚好放置在台面上方而不发生穿模。 - 完成放置：点击确认后，通过
gameManager.NotifyPlacementCompleted()通知系统恢复物理模拟并进入瞄准阶段。
- 采用观察者模式解耦 UI 与逻辑。
GameManager定义OnStatusUpdate事件。- UI 脚本订阅该事件，仅在状态变更时更新文本，避免要在
Update中轮询检查状态字符串。
- 关键问题：Unity 默认的物理引擎（PhysicMaterial）难以模拟真实台球撞击库边（Cushion）后的动能衰减特性。仅调整摩擦力或反弹系数会导致球体要么反弹无力，要么像永动机一样无法静止。
- 解决方案：
- 在
BallPhysics.cs中实现自定义碰撞响应。当检测到OnCollisionEnter撞击对象为库边时，瞬间将球体的角阻力（Angular Drag）提升 5 倍（cushionSpinDampingMultiplier）。 - 效果对比：
- 优化前：大力击球后，球体在库边来回反弹次数过多，且旋转一直保持高速。
- 优化后：球体撞库后迅速损失旋转动能，不仅轨迹更符合物理直觉，也防止了极端情况下的无限震荡。
- 在
- 方法设计：摒弃了简单的“摄像机做子物体”方案，开发了基于状态机的独立摄像机控制器（
CameraController.cs）。 - 效果提升：
- 平滑过渡：在“瞄准”与“跟随”状态切换时，引入
Vector3.Lerp实现位置与旋转的软插值，避免了镜头硬切带来的视觉突兀感。 - 防眩晕设计：在球体高速运动时，摄像机并非死板锁定球心，而是保持相对偏移，模拟真实比赛转播的跟拍效果。
- 平滑过渡：在“瞄准”与“跟随”状态切换时，引入
- 方法来源：参考 RTS（即时战略）游戏中的单位放置算法。
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对比分析：
- 常规碰撞检测：若使用物理射线检测台面 Collider，容易因球体模型半径导致放置位置计算偏差，甚至发生“球体一半在桌内”的穿模 Bug。
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本项目方案：构建虚拟数学平面
new Plane(Vector3.up, ...)。直接计算视线与平面的几何交点，并强制叠加$Y$ 轴半径偏移。
-
优势：计算复杂度从
$O(\log N)$ 降为$O(1)$ ，且从数学上保证了放置位置的绝对合法性（零穿模）。
- 效率提升：使用 C# 事件（
Action）重构了 UI 系统。相比于传统的Update()轮询检测状态字符串，事件驱动机制确保了仅在游戏逻辑发生实质变化时才触发 UI 重绘。这不仅降低了 CPU 开销，更实现了逻辑层与表现层的完美解耦。
- 全流程自主开发：区别于使用 Asset Store 现成资产的常规做法，本项目的小组成员利用 Blender 等专业建模软件，从零构建了包括标准斯诺克球桌、高精度球杆以及室内装饰在内的所有 3D 模型资产。
- 基于物理的材质表现 (PBR)：
- 台球质感：通过精心调整材质的 平滑度 (Smoothness) 和 高光 (Specular) 参数，完美复刻了酚醛树脂球体特有的反光特性与“玻璃质感”。
- 台泥细节：为桌面应用了高分辨率的织物纹理（Fabric Texture）并配合法线贴图（Normal Map），在光照下呈现出真实绒布的微观凹凸感，而非单调的绿色色块。
- 模型优化：在保证视觉精度的同时，对球杆和桌腿等复杂几何体进行了合理的拓扑优化，确保在实时渲染中的帧率稳定性。
- 初始视角：
- 击球瞬间：
- 多球碰撞：
- 自由球选择阶段：
- 问题一：球体高速撞击时穿模。
- 解决方案：将 Rigidbody 的 Collision Detection 模式改为
Continuous Dynamic。
- 解决方案：将 Rigidbody 的 Collision Detection 模式改为
- 问题二：自由球放置时位置不准。
- 解决方案：引入数学平面计算（详见 5.3 节）。
这个项目对于我们小组是许多个“第一次”所构成的挑战：第一次做游戏，第一次使用unity，第一次建模，第一次使用C#编程，第一次将一个项目从构想到落地的过程完完全全展现出来。当从项目构建导出exe文件，成功打开并运行的那一刻，我们每个人心中都充满了自豪感。当然这份项目依然是不完美的：例如杆没有做实体所以会出现穿模情况；台球的碰撞与运动与真实世界存在一定差距；没有实现加塞之类的台球进阶技巧。但是在有了前面过程积累下的经验后，我相信我们后续可以更加完善这个项目，做成一款真正的、能够面向用户的3d台球游戏。