游戏设计

——3D空间编程沙盒游戏设计文档 v1.0
最后更新：2026年1月20日
设计原则：代码即积木，空间即策略

一、游戏概述

1.1 核心概念

  • 类型：3D空间策略编程沙盒（单机/创意工坊联机）
  • 平台：PC/主机（键鼠+手柄双操作优化）
  • 目标用户：
    • 编程爱好者（喜欢人力资源机器/深圳I/O）
    • 自动化迷（Factorio/异星工厂玩家）
    • 模组创作者（Minecraft AE2深度用户）
  • 核心循环：
    规划空间 → 摆放元件 → 编写逻辑 → 优化网络 → 达成目标 → 解锁新可能

1.2 差异化设计

传统工厂游戏本作创新点
预设流水线元件自主决策（每个元件运行独立代码）
平面网格布局3D空间策略（高度/遮挡/距离影响物流）
固定配方动态供需（请求系统驱动全网流动）
无代码或简单开关真实代码沙盒（带安全防护的Lua子集）

二、核心系统设计

2.1 3D空间规则（物理层）

空间属性

属性规则说明玩家策略意义
距离物品移动速度 = 5格/秒 - (距离×0.1)高频元件需紧密布局
遮挡无线网络（AE2风格）穿墙衰减：混凝土墙-40%信号，玻璃-5%需规划信号中继塔
高度重力影响：储物箱在高处 → 低处运输节省30%能源；熔岩区元件需冷却模块垂直空间利用
地形沙漠区散热慢（需额外散热代码）、雪原区能源效率+15%代码需适配环境

交互设计

  • 元件摆放：
    • 按F吸附到网格（1m³基础单位）
    • 按Tab切换连接模式：物理管道（无延迟/占空间） vs 无线网络（有延迟/穿透墙体）
  • 空间诊断：
    • 按Alt+L显示热力图：红=请求阻塞 黄=能源不足 绿=高效运行
    • 鼠标悬停元件显示实时数据流（如：[熔炉3] 煤炭请求: 2次/秒）

2.2 物流请求系统（核心机制）

请求生命周期

sequenceDiagram
    participant 元件 as 生产元件(熔炉)
    participant 控制器 as 网络控制器
    participant 存储 as 存储元件(箱子)
    
    元件->>控制器: request({item=“coal”, count=10, priority=2})
    控制器->>存储: scan_stock(“coal”)
    存储-->>控制器: 回报库存位置[箱子A:15, 箱子B:8]
    控制器->>元件: 回调 on_request_sent()
    控制器->>存储: move(“箱子A”,”熔炉”,“coal”,10)
    存储->>元件: 物品送达
    元件->>控制器: on_coal_received() (自动触发)

关键API（安全沙盒版Lua）

-- 全局函数 (所有元件可用)
function request(config)  -- 防洪设计
  if config.count > get_max_request() then 
    log("警告: 请求超限！" + config.count + " > " + get_max_request())
    return false 
  end
  return _system_request(config) -- 内置安全层
end

function get_stock(item) -- 返回当前元件库存
  return _system_get_stock(item) 
end

-- 网络控制器专属
function find_storage(item, min_count) 
  // 返回 {id="chest_01", stock=25, distance=12.3} 
  // 按距离+库存量排序
end

function execute_transport(sources, dst, item, count, delay=0)
  // 自动拆分请求: 若sources[0].stock=15 < 20, 则取15+5
  // delay参数用于模拟物理延迟
end

防死锁机制

  • 超时熔断：单请求超过60秒未响应 → 自动取消并广播on_request_timeout()
  • 循环检测：系统扫描请求链（A→B→C→A）→ 强制暂停并高亮环路
  • 沙盒保护：所有代码运行在隔离线程，崩溃时回滚到上一安全帧（无数据丢失）

2.3 元件编程系统

元件生命周期

阶段触发条件典型用途
init()元件首次通电设置ID/注册网络/初始化状态变量
on_tick()每1秒调用1次检查库存/发起请求/状态监控
on_event()外部事件触发（如收货）处理回调/启动新流程
on_destroy()元件被拆除释放网络资源/保存进度

代码编辑器设计

代码编辑器原型
(注：实际开发时提供视觉稿)

  • 三窗格布局：
    1. 3D视图（左）：高亮选中元件
    2. 代码区（中）：语法高亮+智能补全（输入req提示request()）
    3. 调试台（右）：实时日志 + 断点控制（可暂停单个元件）
  • 安全特性：
    • 禁用危险函数（os.execute/文件操作）
    • 循环保护：for循环超1000次自动中断
    • 资源监控：CPU占用>80%时降频运行

新手友好设计

  • 逻辑块模式（默认开启）： 
    [当] 库存(coal) < 5 
[执行] 请求(coal, 20, 优先级=2)
[回调] 日志("煤炭已补充")
    → 后台生成等效代码，可随时切换至代码视图
  • 智能修复： 
    - request "coal" 10   // 红色波浪线
+ request({item="coal", count=10}) // 悬停显示修复建议

三、内容规划

3.1 元件库（V1.0基础版）

类型元件核心功能编程复杂度
生产基础熔炉1铁矿+1煤→1铁锭 (需热管理)★☆☆
量子组装机多输入合成（需写合成逻辑）★★★
存储智能储物箱响应网络请求/自动分类★★☆
低温缓存器保存易燃品（需温度监控代码）★★★
控制网络控制器路由请求/吞吐量管理★★☆
逻辑门阵列执行AND/OR/NOT条件判断★☆☆
工具信号中继塔增强无线网络范围☆☆☆
能源分配器动态调节元件供电优先级★★☆

3.2 目标系统

任务模板（动态生成）

{
  "id": "med_supply_01",
  "name": "急救药品订单",
  "description": "医疗站急需50单位抗生素，30分钟内送达",
  "reward": {
    "credits": 1500,
    "unlock": "生物实验室科技"
  },
  "failure_condition": {
    "timeout": 1800, // 秒
    "penalty": "医院满意度-20%"
  },
  "debug_hint": [ // 失败时逐步提示
    "检查抗生素合成线是否通电",
    "网络控制器吞吐量是否≥30件/秒？",
    "医疗站请求优先级应设为1"
  ]
}

科技树分支

graph TD
  A[基础元件] --> B[物流科技]
  A --> C[编程科技]
  B --> B1(量子传送器：无视距离)
  B --> B2(自修复管道：自动绕开损坏段)
  C --> C1(多线程元件：同时处理4请求)
  C --> C2(故障预测AI：提前申请备件)
  B1 & C1 --> D[太空电梯：解锁外星地图]

3.3 地图类型

地图空间挑战特殊规则
标准基地平坦地形+基础资源无
峡谷要塞陡坡/岩架分割区域仅允许垂直管道运输
数据核心虚拟空间（代码即地形）元件性能=编写代码质量
外星巢穴动态地形（生物破坏管道）需防御代码：on_attack()

四、技术实现规范

4.1 代码运行架构

                          +---------------------+
                          |   主游戏引擎 (C#)   |
                          +----------+----------+
                                     |
                          +----------v----------+
                          | 沙盒VM (Lua 5.4)    |
                          |  - 资源隔离         |
                          |  - 帧同步控制       |
                          +----------+----------+
                                     |
          +----------------+--------+--------+----------------+
          |                |                 |                |
+---------v------+ +-------v------+ +--------v------+ +-------v------+
| 熔炉#1线程     | |控制器#1线程   | |储物箱#3线程    | |太阳能板#2线程 |
| CPU限额:5%     | |CPU限额:15%   | |CPU限额:2%     | |CPU限额:1%    |
+----------------+ +--------------+ +---------------+ +--------------+
  • 线程策略：
    • 每个元件独立线程（最大200个活跃元件）
    • CPU配额动态分配：控制器默认15%，熔炉5%
    • 超限时降频而非中断（保证系统存活）

4.2 3D连接机制

  • 物理连接（管道/传送带）： 
    // 伪代码：自动寻路
public void Connect(Connector start, Connector end) {
  if (Physics.Raycast(start.pos, end.pos, out hit, Layer.Mask("Wall"))) {
    Path path = AStar.FindPath(start, end, ignoreWallHeight); 
    CreatePipeSegments(path);
  }
}
  • 无线连接（网络节点）：
    • 信号强度 = 100% - (距离×0.5) - (穿墙数×20)
    • <30%信号时丢包率指数上升 → 触发on_signal_weak()事件

五、开发路线图

5.1 原型验证阶段（1-2个月）

优先级任务验收标准
P0实现3D元件摆放+旋转玩家可放置10个熔炉不卡顿
P0基础请求系统（熔炉→箱子）煤炭自动补给，无死锁
P1代码编辑器（沙盒保护）恶意循环代码不导致崩溃
P2热力图诊断工具能识别阻塞点

5.2 风险控制清单

风险点缓解方案监控指标
玩家畏惧编程逻辑块模式 + 20个预设元件模板新手关卡完成率>75%
3D空间复杂度高按H显示网格/高度参考线平均布局时间<3分钟
多元件协同崩溃全局状态快照（每5秒存档）崩溃回滚成功率100%
代码性能失控动态CPU限额 + 控制台警告95%设备60FPS稳定运行

5.3 扩展性设计

  • Mod支持：
    • 元件JSON定义：furnace.json声明I/O端口/模型路径
    • 事件钩子：on_factory_load()允许Mod注入新API
  • 创意工坊：
    • 一键分享：上传元件代码/地图配置
    • 社区评分：按“效率/创意/稳定性”三维度评级

六、附录

6.1 新手关卡脚本（节选）

[关卡1：基础熔炼]
条件： 
  - 地图：20x20平坦区
  - 初始元件：1熔炉 + 1煤炭箱（含50煤）+ 1铁矿箱（含100矿）
目标：生产50铁锭
失败条件：熔炉过热3次
教学步骤：
  1. 拖放熔炉到工作区 → 弹出提示：“按E打开代码”
  2. 代码编辑器自动填充基础框架 → 高亮提示需补全request
  3. 首次运行失败 → 显示：“错误：缺少回调函数” → 提供修复按钮
  4. 成功运行 → 热力图显示绿色物流流
奖励：解锁网络控制器

6.2 核心API速查表

函数参数说明返回值
request(config)config={item,count,priority}bool
get_stock(item)item=物品名int
find_storage(item,min)min=最小数量table[]
move(src,dst,item,cnt)支持动态延迟bool
log(message)显示在调试台-
事件触发条件参数
on_coal_received请求的煤炭送达item,count
on_overheat元件温度>阈值current_temp

设计验证声明：

本设计通过三重验证：

  1. 可行性：核心循环在Unity DOTS架构可实现（参考《Dyson Sphere Program》物流）
  2. 乐趣性：预留“啊哈时刻”触发点（例：首次用无线网络跨峡谷运输）
  3. 包容性：逻辑块模式覆盖非程序员，深度代码满足硬核玩家

下一步行动：
✅ 优先开发 P0原型（3D摆放+请求系统）
✅ 制作 新手关卡脚本（含失败分支）
✅ 定义 安全沙盒规范（Lua限制清单）

设计团队签名：
“代码应是创造的画笔，而非牢笼的栅栏” —— 2026.01.20