3D游戲場(chǎng)景設(shè)計(jì)與底層技術(shù)解析

于佳建

摘要：游戲業(yè)是新時(shí)代發(fā)展背景下經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，以現(xiàn)階段市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況為基礎(chǔ)，結(jié)合近年來(lái)游戲業(yè)發(fā)展方向，明確3D游戲在市場(chǎng)中占據(jù)的重要地位，分析3D游戲場(chǎng)景設(shè)計(jì)與底層技術(shù)包含的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：3D游戲;場(chǎng)景設(shè)計(jì);底層技術(shù)

目前，受到計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的影響，人們的娛樂(lè)形式產(chǎn)生了改變，從傳統(tǒng)意義上的戶外活動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)上游戲，這種娛樂(lè)方式也是新時(shí)代發(fā)展背景下的主要產(chǎn)物。本文主要是對(duì)3D游戲中設(shè)計(jì)場(chǎng)景的各種技術(shù)進(jìn)行研究和分析，以此為游戲業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供依據(jù)。

1.建模技術(shù)

DS MAX 的對(duì)象建模主要分為以下幾點(diǎn)：其一，多邊形建模。這種形式符合構(gòu)建形狀規(guī)則、無(wú)曲面的對(duì)象，其是通過(guò)小平面模擬曲面，做出形狀各異的三維物體。小平面包含了三角形等多邊形，但大都是應(yīng)用三角形或者是矩形。這種建模形式可以先構(gòu)建基礎(chǔ)的幾何體，再整合規(guī)定應(yīng)用編輯器調(diào)節(jié)物體的形狀，或者是通過(guò)不同的技巧來(lái)做出虛擬顯示的場(chǎng)景與物體;其二，非均勻有理B樣條曲線建模。其是三種建模形式中經(jīng)常應(yīng)用的一種，更符合構(gòu)建光滑、復(fù)雜以及細(xì)節(jié)逼真的模型。但是因?yàn)檫@種建模形式一定要應(yīng)用曲面片作為基礎(chǔ)的建模單元，所以其具備一定的局限性，如其只存在集中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，很難創(chuàng)造出具備多變性的物體，同時(shí)以為其應(yīng)用的曲面片是網(wǎng)狀的，所以若是制作的非常復(fù)雜，將很難控制這一模型;其三，細(xì)分曲面技術(shù)在構(gòu)建曲面的過(guò)程中存在一定問(wèn)題，其可以通過(guò)多面體來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)，之后結(jié)合控制網(wǎng)絡(luò)形成平滑的曲面。當(dāng)然，其也可以應(yīng)用任意形狀的網(wǎng)格，這樣可以更容易構(gòu)建多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并優(yōu)化整體曲面的光滑性^[1]。

2.建模方式

不同的事物可以結(jié)合目標(biāo)形體的形狀提出不一樣的建模方式，其中主要分為以下幾點(diǎn)：其一，旋轉(zhuǎn)建模。其可以用在具備中心軸對(duì)稱的物體，如水果等;其二，Loft放樣建模。其可以用在有截面或少數(shù)截面的一段路徑上;其三，Booleam建模。其用來(lái)整合兩個(gè)造型物體;其四，復(fù)制于堆積建模。其用在形狀不規(guī)則的形體陣或堆積物體，如石塊等;其五，依附建模。用在建模存在空間扭曲或變形的物體;其六，材質(zhì)建模。這種形式是以材質(zhì)為基礎(chǔ)進(jìn)行的，如opaacity透明貼紙等;其七，組合建模。用在工業(yè)復(fù)雜零件中，如交通工具等，其是以多個(gè)部分構(gòu)成，要想完成最終的目標(biāo)物體，就要應(yīng)用多種坐標(biāo)軸，整改部分軸心，以移動(dòng)、對(duì)齊以及縮放等工具，調(diào)換各種視圖來(lái)操作，最終組成一個(gè)完善的有機(jī)部分。

3.游戲場(chǎng)景的設(shè)計(jì)

3.1建筑設(shè)計(jì)

建筑是場(chǎng)景設(shè)計(jì)的重要組成部分，卡通類建筑制作與高仿類建筑模型相比，制作更為簡(jiǎn)單，但從平衡游戲效果、運(yùn)行速度等方面而言其比建筑模型更有利。制作是通過(guò)結(jié)合自己的游戲風(fēng)格明確有效的模型，之后以此為根本轉(zhuǎn)化為卡通化的建筑，或者是結(jié)合原畫(huà)實(shí)施建模。建模的方式主要分為以下幾種：其一，加法。是簡(jiǎn)化一切建筑元素，再整合疊加構(gòu)成新建筑。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，很多物體可以通過(guò)抽象簡(jiǎn)化獲取，只是賦予不同的材料和貼紙;其二，減法。可以將引用的高精度模型變得模糊化;其三，擠壓法。是用二維圖形制作出主體圖形，合成之后擠壓出立體造型，這種形式雖然設(shè)計(jì)速度非?？?，但是并不容易明確目標(biāo);其四，放樣Loft。這種方式是3D游戲場(chǎng)景設(shè)計(jì)與底層設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，適用于構(gòu)成復(fù)雜對(duì)象。從理論上分析，這種形式可以制作出一切目標(biāo)模型，但在應(yīng)用中，其還是會(huì)受到復(fù)雜性的影響難以正確應(yīng)用^[2]。

3.2自然環(huán)境的設(shè)計(jì)

場(chǎng)景裝飾物包含了遠(yuǎn)景、近景以及中景，結(jié)合其展現(xiàn)的特點(diǎn)提出不同的建模形式，有助于在獲取相同結(jié)果的情況下，提升程序運(yùn)行的效率和質(zhì)量。通常應(yīng)用的方案是讓遠(yuǎn)景應(yīng)用低精度模型，近景引用高精度模型。這種方式有助于平穩(wěn)全場(chǎng)景的運(yùn)行效果。例如，群山或高樓大廈，遠(yuǎn)景可以通過(guò)引用單面環(huán)繞方式進(jìn)行制作，其有助于減少模型的面數(shù)，提升運(yùn)行的效率。

3.3制作心得

其一，作圖前要做出方案。設(shè)計(jì)者要先明確場(chǎng)景設(shè)計(jì)的內(nèi)容，了解場(chǎng)景構(gòu)成的元素，哪些元素需要建模等問(wèn)題，之后分析整體的顏色匹配效果等;其二，在建模時(shí)，要以減少圖形的計(jì)算量為原則。由于圖形連續(xù)顯示的計(jì)算時(shí)間至關(guān)重要，只有降低圖形的計(jì)算量才能增加圖形處置的速度，優(yōu)化圖形的動(dòng)態(tài)效果，提升畫(huà)面的連續(xù)性。而在設(shè)計(jì)中要想降低計(jì)算量，就需要選擇較快的計(jì)算方法，減少圖形中較為復(fù)雜的算術(shù)方法，所以設(shè)計(jì)者可以引用循環(huán)迭代算法;其三，在作圖過(guò)程中一定要應(yīng)用幾何元素進(jìn)行命名，不然在整合場(chǎng)景之后，很容易出現(xiàn)box01、box02……等，無(wú)法明確判斷各種元素屬于哪種物體。由此，在每完成一種建模后，要應(yīng)用所用元素進(jìn)行命名，或?qū)?yīng)用材質(zhì)進(jìn)行命名，以此預(yù)防建?；煜?/p>

4.地形數(shù)據(jù)與地表的設(shè)計(jì)

4.1地形數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)

游戲中的3D人物需要站在地形上才能進(jìn)行場(chǎng)景的運(yùn)動(dòng)，而場(chǎng)景只是用于表現(xiàn)圖面效果，并不是程序中的人物跑動(dòng)都需要信息數(shù)據(jù)，因此程序要設(shè)計(jì)與場(chǎng)景相關(guān)的地形數(shù)據(jù)，以此計(jì)算場(chǎng)景地面和人物走動(dòng)的高度和碰撞的相關(guān)數(shù)據(jù)，由此可知地形數(shù)據(jù)是程序中計(jì)算空間邏輯的數(shù)據(jù)。

4.2地表的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)大地形和復(fù)合地形時(shí)，只用一張簡(jiǎn)單的大地表紋理是不充裕的，因?yàn)榫退阍俅蟮募y理依舊無(wú)法覆蓋地表的深層細(xì)節(jié)，若是相機(jī)距離地面較近，畫(huà)面顯示的內(nèi)容會(huì)非常粗糙。另外，不同的地塊間要具備平衡性，這就需要設(shè)計(jì)者進(jìn)行特殊處理。以紋理為例，其要進(jìn)行多種細(xì)節(jié)處置，一方面選擇一張大的地表紋理作為地表的底層，之后以此為基礎(chǔ)覆蓋多個(gè)細(xì)節(jié)紋理進(jìn)行處置。也就是說(shuō)，設(shè)計(jì)者要將地表分為多個(gè)板塊，并對(duì)每一版塊進(jìn)行細(xì)節(jié)處置。

5.復(fù)合式天空頂?shù)脑O(shè)計(jì)

通過(guò)整合傳統(tǒng)意義上天空頂設(shè)計(jì)方案展現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)者在方形的天空頂內(nèi)部融入半球形天空頂，有助于模擬多層的大氣效果。通過(guò)將最外圍的天空盒作為天空宇宙的背景，通常情況下設(shè)計(jì)為深邃的天空背景色，內(nèi)部每層的半球形天空頂作緩慢圓周自轉(zhuǎn)，用于模擬大氣層的運(yùn)動(dòng)，在設(shè)置阿爾法的半透明，從遠(yuǎn)到近不斷變化深淺，以此模擬白天到黑夜的變化。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著游戲業(yè)的持續(xù)發(fā)展，游戲設(shè)計(jì)師開(kāi)始嘗試從不同方向進(jìn)行創(chuàng)新，而深層了解和研究3D游戲場(chǎng)景設(shè)計(jì)與底層設(shè)計(jì)是現(xiàn)階段游戲設(shè)計(jì)創(chuàng)新的主要方向，全新的素材和技術(shù)為吸引群體目光奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]趙璐. 卡通風(fēng)格3D游戲場(chǎng)景設(shè)計(jì)制作技術(shù)[J]. 電腦迷， 2016（10）.

[2]陳申杰. 3D游戲科幻場(chǎng)景設(shè)計(jì)研究[J]. 電子技術(shù)與軟件工程， 2016（3）：69-69.

[3]何廣鵬. 3D游戲?qū)崟r(shí)圖形渲染框架的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 西南交通大學(xué)， 2014.