[Unity]2D像素游戏中让UI与世界的像素大小保持一致

在使用Unity制作2D像素游戏时,经常会遇到Canvas中的Image与世界中的Sprite Renderer大小不一致的情况,即使是同一素材也会有差别:

特别是对于像素游戏,这会导致画面中的逻辑像素大小不统一,影响观感。

由于Unity使用了不同的方式来处理它们,首先要了解它们的大小是如何计算的。

Pixels Per Unit

图片导入选项中的Pixels Per Unit(以下简称PPU),表示多少个实际像素为1个Unity单位。

例如PPU设置为16,则一张16×16像素的图片在世界中的大小为1×1个单位,一张32×8像素的图片在世界中的大小为2×0.5个单位。

一张16×16像素的图片Unit.png用于Sprite Renderer在世界中显示的情况:

相机大小

正交相机的Size表示半个屏幕/窗口高度中能显示多少Unity单位的内容。

例如Size设置为3,则屏幕纵向有3×2=6个单位,图中每个地块大小为1个单位,纵向显示了6个地块。

在Size不变的情况下,无论显示分辨率、宽高比如何变化,纵向显示的内容总是不变的,都是6个地块。

Canvas的Reference Pixels Per Unit与缩放模式

新建一个Canvas,Canvas Scaler中有一个Reference Pixels Per Unit参数(以下简称RPPU),默认为100。

此时将上面的Unit.png图片作为Image放到UI中,会发现与世界中Sprite Renderer的大小有差别。

和世界中的物体不同,Canvas中不直接使用Unity单位,而是适用于Canvas的像素大小,它的大小这样计算:

Canvas像素大小 = 图片像素大小 / (PPU / RPPU)

例如这里的Unit.png,它的大小为16×16像素,PPU为16,Canvas Scaler的RPPU为100,则它在Canvas中的像素大小为100×100。

需要注意的是,Canva像素大小并不是实际显示的像素大小,它受Canvas Scaler的UI Scale Mode(缩放模式)以及其他缩放参数影响。

当UI Scale Mode设置为Constant Pixel Size(固定像素大小)时,无论显示分辨率、宽高比如何变化,图片的大小都不变。Scale Factor(缩放因子)参数影响图片的缩放倍率,例如Scale Factor为1时,Image的显示大小始终固定为100×100,为2时,固定为200×200。

当UI Scale Mode设置为Scale With Screen Size(随屏幕大小缩放)时,图片的显示大小受显示分辨率、Reference Resolution(参考分辨率),和Match(宽高匹配)影响。

听起来很复杂,实际上可以理解成是另一种Constant Pixel Size模式,它具有一个隐含的缩放因子,会根据一些规则自动变化,缩放适应不同分辨率和宽高比的屏幕。

例如显示分辨率为1920×1080,Reference Resolution也是1920×1080,此时可以认为内置的缩放因子为1,Image的显示大小为100×100;

当显示分辨率变为1680×720(21:9),Reference Resolution依然是1920×1080,当Match参数拉到Height端为1时,此时的缩放因子为720÷1080=2/3,Image的显示大小变为66×66;当Match参数拉到Width端为0时,缩放因子为1680÷1920=7/8,Image的显示大小变为87×87。

还有一种缩放模式Constant Physical Size(固定物理大小)个人从来没用过,就不讨论了。

统一大小

以结果来看,最终需要统一的是图片在世界和UI中的实际显示大小,例如一张16×16的图片,如果在UI中作为Image显示的实际像素大小是100×100,那么它在世界中用Sprite Renderer显示的实际像素大小也应该是100×100,反之亦然,要么调整UI相关参数让它匹配世界,要么调整世界相关参数让它匹配UI。在此基础上,还要确保不同显示分辨率和宽高比下的缩放情况,以及处理相机自身的缩放。

由于不同项目情况不同,这里只介绍一种思路,只要清楚了原理其他都是相通的。

首先确定并统一所有图片素材的PPU,像素素材在制作过程中通常会有一个参考大小,例如8×8、16×16、32×32,不同参考大小可表现的细节也不同。

使用这个参考大小作为PPU是一个不错的选择,例如素材中每个地块的大小为16×16,PPU也设置为16,1个地块刚好为1个Unity单位。

然后确定一个设计分辨率,也就是以此分辨率为基准,其他分辨率都在它基础上缩放,例如确定设计分辨率为1920×1080,将显示分辨率和Canvas Scaler的参考分辨率都调整为这个值,此时 实际显示分辨率 = 设计分辨率

接下来有两种选择,调整UI适配相机,或调整相机以适配UI。

调整UI适配相机

这种方式适合一屏显示的内容有固定要求的情况,例如要求屏幕中必须显示32×18个地块,那么相机的大小不能变化。

根据相机大小一节,屏幕纵向共有相机Size×2个Unity单位,用设计分辨率高度除以它,可以得到1Unity单位对应的实际像素大小,即:

屏幕高度(Unity单位) = 相机Size * 2

屏幕高度(像素) = 设计分辨率高度

1Unity单位对应像素 = 屏幕高度(像素) / 屏幕高度(Unity单位)

然后根据图片的PPU,可以计算出图片中的1个像素,实际显示在屏幕上是多少像素,也就是像素比率(Pixel Ratio):

像素比率 = 1Unity单位对应像素 / PPU

举个例子,当设计分辨率为1920×1080,相机的Size设置为6,图片大小16×16,PPU为16,此时的像素比率:

像素比率 = 1080÷(6×2)÷16 = 5.625

也就是图片素材的1个像素,显示在屏幕上为5.625个像素,因为是设计分辨率,有小数是正常的,实际显示时Unity会帮我们处理好。

得到的像素比率有什么用呢?它可以用来确定UI中图片的大小,如果UI的显示也能符合这个像素比率,那么就做到UI和世界显示大小一致了。

将UI Scale Mode改为Scale With Screen Size,Reference Resolution设置为设计分辨率,Match调整为Height为1。当显示分辨率与设计分辨率一致时,Canvas不会有缩放。

根据Canvas一节,在没有缩放的情况下:

实际显示像素大小 = Canvas像素大小 = 图片像素大小 / (PPU / RPPU)

由此可以得出UI的像素比率:

UI像素比率 = 图片像素大小 / 实际显示像素大小 = RPPU / PPU

为了让UI的像素比率和世界的像素比率一致,我们唯一还能调整的只有RPPU。按上面的例子,当像素比率为5.625时,RPPU应该调整为16×5.625=90,调整后需要点击Image的Set Native Size重置大小。

调整好后,由于Canvas按高度缩放,相机也是按高度缩放,所以在不同分辨率和宽高比下都能保持一致:

如果项目不符合这种情况,例如需要按宽度缩放,可以试着按类似的原理调整相机大小和UI缩放。

调整相机适配UI

了解了上面的方法后,另一种情况依葫芦画瓢就行,先计算出UI的像素比率,然后调整相机大小匹配这个比率。

另外在使用Pixel Perfect Camera的情况下,相机大小不可直接调整,Pixel Perfect Camera会根据当前各项参数计算出像素比率(图中为实际显示像素 : 图片素材像素),按照这个值调整UI的像素比率即可。

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