次時(shí)代游戲角色模型創(chuàng)建應(yīng)用研究
——以ZBrush軟件為例

羅運(yùn)毛

（阜陽師范學(xué)院，安徽阜陽236041）

1 ZBrush軟件與次時(shí)代游戲角色模型相關(guān)概述

ZBrush是一款數(shù)字雕刻和繪畫軟件，它以強(qiáng)大的功能和直觀的工作流程徹底改變了整個(gè)三維模型制作行業(yè)。ZBrush為當(dāng)今數(shù)字藝術(shù)家提供了最先進(jìn)的三維虛擬雕刻工具，是一種非常簡(jiǎn)潔流暢的操作平臺(tái)，能夠極大地激發(fā)藝術(shù)家的創(chuàng)作靈感。ZBrush軟件能夠雕刻出高精細(xì)的角色模型，非常適合三維高精細(xì)模型的制作，它為次時(shí)代游戲中角色模型制作提供了很好的創(chuàng)建工具[1]。

次時(shí)代游戲是指和同類游戲相比擁有更先進(jìn)技術(shù)的游戲，又被定義為“下一代游戲”，由微軟公司與索尼公司發(fā)布，標(biāo)志著游戲的品質(zhì)進(jìn)入新時(shí)代。這種游戲的品質(zhì)比傳統(tǒng)的電腦游戲畫質(zhì)上了一個(gè)新臺(tái)階。其名稱的由來是日語中原字“次時(shí)代”。具有代表性的作品有反恐精英系列、孤島危機(jī)系列、使命召喚系列等，游戲中的三維角色模型達(dá)到相當(dāng)精細(xì)的程度，模型在高精細(xì)條件下具有低面數(shù)的特征。次時(shí)代角色模型因其獨(dú)特的精細(xì)畫面效果，受到越來越多的游戲玩家的好評(píng)。

2 游戲發(fā)展的歷程與次時(shí)代游戲角色模型特征

2.1 游戲發(fā)展的歷程

20世紀(jì)90年代初《傳奇世界》《萬王之王》《石器時(shí)代》的發(fā)布標(biāo)志著真正意義上的網(wǎng)游的出現(xiàn)。當(dāng)時(shí)的游戲畫面尚無法旋轉(zhuǎn)視角，是純2D畫面效果的游戲。二維游戲最基本的特征是所有畫面都是以平面圖的形式繪制而成的，游戲畫面無論是拼接的圖還是整體繪制的圖，其場(chǎng)景都由單張繪制的畫面構(gòu)成，動(dòng)畫則是通過K幀的形式預(yù)先制作從而實(shí)現(xiàn)游戲世界豐富動(dòng)畫效果的。

國內(nèi)出現(xiàn)的首款三維游戲是2002年6月網(wǎng)易從韓國引進(jìn)的《精靈》，但實(shí)際上被廣泛應(yīng)用的三維游戲是新浪代理的《天堂2》及隨后開始運(yùn)營的《魔獸世界》，這些游戲開啟了中國3D網(wǎng)絡(luò)游戲的新局面，隨后諸多三維游戲制作者紛紛效仿，三維游戲作品大量涌現(xiàn)。這些作品使三維游戲在畫面效果、質(zhì)量和真實(shí)度方面都跨躍了一大步。

三維技術(shù)把游戲世界的每個(gè)元素都看作是由若干個(gè)多邊形模型組成的立體對(duì)象。游戲玩家可以在計(jì)算機(jī)顯示器上通過操作從不同角度查看三維模型。當(dāng)然，構(gòu)成三維模型的多邊形面數(shù)不能太多，三維模型的面數(shù)越多在計(jì)算機(jī)合成時(shí)的計(jì)算量就越大。貼圖是一種所占空間很小的圖形文件，也被稱為材質(zhì)。如果說多邊形模型是骨架，那么貼圖就是模型的皮膚（如圖1）。

圖1 《魔獸世界》畫面

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和游戲開發(fā)門檻的提高，網(wǎng)絡(luò)游戲的升級(jí)速度加快，“次時(shí)代”的概念正被越來越多的玩家所接受，從而被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)游中。次時(shí)代網(wǎng)游把次時(shí)代游戲開發(fā)技術(shù)融于網(wǎng)絡(luò)游戲之中，通過增加模型和貼圖的數(shù)據(jù)量并使用次時(shí)代游戲引擎改善網(wǎng)絡(luò)游戲的畫面質(zhì)量，使網(wǎng)絡(luò)游戲可以達(dá)到主機(jī)平臺(tái)游戲的畫面效果。和傳統(tǒng)的三維網(wǎng)絡(luò)游戲相比，次時(shí)代網(wǎng)游的畫面更加華麗。

次時(shí)代游戲開發(fā)技術(shù)采用NM（法線）貼圖表現(xiàn)模型表面細(xì)節(jié)的凸凹變化，采用漫反射貼圖表現(xiàn)模型的顏色和紋理，采用高光貼圖表現(xiàn)模型在光線照射條件下體現(xiàn)出的質(zhì)感效果，通過采用以上貼圖可以使網(wǎng)絡(luò)游戲達(dá)到更加精美的畫面效果（如圖2）。

圖2 《荒野行動(dòng)》畫面

2.2 次時(shí)代游戲中角色模型的特征

一般而言，游戲可分為現(xiàn)時(shí)代游戲與次時(shí)代游戲。現(xiàn)時(shí)代游戲也就是我們現(xiàn)在比較普及的3D網(wǎng)絡(luò)游戲，也包括2.5D或者2D的游戲。目前，多數(shù)3D網(wǎng)游的角色模型面數(shù)主要在2 000～4 000之間，貼圖數(shù)量為1～2張，分辨率為512像素，多數(shù)只有一張顏色貼圖。3D網(wǎng)絡(luò)游戲?qū)δＰ驮煨徒Y(jié)構(gòu)的要求是準(zhǔn)確生動(dòng)貼近原設(shè)定，布線均勻并符合動(dòng)畫原則，面數(shù)和UV分配合理，UV要充分考慮共用，貼圖效果整體一致，多數(shù)模型要和原畫高度近似，符合項(xiàng)目的風(fēng)格要求。而次時(shí)代游戲角色模型低模面數(shù)多在5 000～9 000之間，貼圖一般都保持在2 048像素的分辨率這個(gè)級(jí)別上，除了基本的顏色貼圖外還需要制作高光和法線貼圖，有些還要作自發(fā)光貼圖等；法線貼圖需要制作高模烘焙出來，高模則需要通過zbrush軟件進(jìn)行雕刻。同時(shí)，多數(shù)次時(shí)代游戲角色模型需要低模結(jié)構(gòu)，做到準(zhǔn)確生動(dòng)、邊緣完整平滑、布線均勻合理、便于動(dòng)畫K幀，UV模型要基本平展，法線貼圖細(xì)節(jié)要充分和生動(dòng)，顏色貼圖要清晰自然，高光貼圖要合理、生動(dòng)。

3 次時(shí)代游戲中角色模型的創(chuàng)建應(yīng)用

3.1 角色創(chuàng)建分析

次時(shí)代游戲創(chuàng)作中主要制作三維人物模型，而人物模型不可能憑空想象出來，無論多么有想象力的設(shè)計(jì)師也不可能直接在模型制作軟件中直接制作出符合人體規(guī)律且切合想象的人物模型來。因此，前期的設(shè)計(jì)制作——游戲原畫的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。原畫設(shè)計(jì)在游戲的創(chuàng)作過程中起著承上啟下的作用，這要?dú)w功于原畫設(shè)計(jì)師的觀察、想象和創(chuàng)造。原畫設(shè)計(jì)師根據(jù)游戲的背景和情節(jié)設(shè)定，再通過想象繪制出符合角色特征的人物原畫。不僅建模時(shí)需要參考這個(gè)原畫，而且之后的貼圖制作也需要這個(gè)人物原畫的參與。

在普通三維游戲模型制作中，面數(shù)一般不得超出可控范圍，因?yàn)橐坏┏隹煽胤秶赡軙?huì)造成三維引擎的堵塞并造成游戲運(yùn)行不暢甚至卡頓。普通三維游戲模型無法將現(xiàn)實(shí)世界人物的衣服和盔甲所具有的厚度或者細(xì)節(jié)等完整呈現(xiàn)出來，只能依靠貼圖來呈現(xiàn)，多種貼圖的應(yīng)用能使簡(jiǎn)單的模型呈現(xiàn)出復(fù)雜的狀態(tài)（如圖3）。

圖3 高低模例圖

下面以某角色手上護(hù)腕為例說明模型師是如何表現(xiàn)逼真效果的。模型師在制作模型的初始，為了盡可能減少模型面數(shù)，一般會(huì)制作成圓柱體的形狀，綜合使用位圖貼圖、凹凸貼圖和透明貼圖的手法，使這個(gè)圓柱體展現(xiàn)出立體的效果，即在一個(gè)面上展現(xiàn)出厚度和梯度。多種手法的運(yùn)用給了模型師較多的設(shè)計(jì)空間，這不僅有助于美感的傳達(dá)，而且所創(chuàng)造的立體效果也讓模型有了更多的意蘊(yùn)，使玩家獲得更多的參與感和代入感。

3.2 次時(shí)代游戲角色模型的創(chuàng)建應(yīng)用

三維模型的制作分為兩類：角色模型制作和非角色模型制作。不管是角色模型還是非角色模型都能根據(jù)細(xì)節(jié)的需求差別分為兩種表現(xiàn)形式：高面數(shù)模型和低面數(shù)模型。不同面數(shù)的模型運(yùn)用于不同的行業(yè)領(lǐng)域，如在許多單機(jī)次時(shí)代游戲和影視作品中用到了高面數(shù)的精細(xì)模型。高精度模型對(duì)模型的精度和細(xì)節(jié)要求非常高，它是在使用交互軟件制作低精度模型的基礎(chǔ)上，將低精度模型經(jīng)細(xì)致加工轉(zhuǎn)化為高精度模型的。目前，業(yè)界主要使用ZBrush軟件來完成高精度模型的制作。

以下是一個(gè)高精度模型的創(chuàng)建流程：首先，在創(chuàng)建高精細(xì)模型前需要利用一些平面軟件（photo?shop或其他平面軟件）細(xì)化作品的細(xì)節(jié)，完成從不確定的草稿到原畫設(shè)計(jì)及細(xì)節(jié)處理的過程。其次，對(duì)平面繪制創(chuàng)作出來的作品，需要結(jié)合maya或是3dmax軟件進(jìn)行初級(jí)三維模型制作。制作過程中要注意合理布線，便于后期的處理。然后將建好的模型轉(zhuǎn)化為OBJ格式導(dǎo)出，利用軟件之間的交互功能，將導(dǎo)出的模型導(dǎo)入ZBrush軟件中進(jìn)行細(xì)致加工創(chuàng)作。接著利用ZBrush強(qiáng)大的筆刷功能，對(duì)模型進(jìn)行細(xì)致加工，如深化角色頭部、軀干、四肢的細(xì)節(jié)部分以及身上佩飾細(xì)節(jié)的雕刻，使該角色的細(xì)節(jié)部分更為完善，以呈現(xiàn)強(qiáng)烈的視覺沖擊效果。最后，還需要使用ZBrush軟件進(jìn)行模型拓?fù)?，拓?fù)涑龇洗螘r(shí)代游戲要求的低面數(shù)模型。低面數(shù)模型布線一般需要四邊一面，盡量避免出現(xiàn)三邊形，同時(shí)要對(duì)低面數(shù)模型進(jìn)行UV拆分展平等（如圖3）。

3.3 次時(shí)代游戲角色模型貼圖的創(chuàng)建應(yīng)用

次時(shí)代游戲之所以能夠達(dá)到影視級(jí)別的視覺效果，是因?yàn)槠浣巧Ｐ捅旧磉_(dá)到了精細(xì)化的寫實(shí)程度。次時(shí)代游戲利用自身強(qiáng)大的雕刻功能可以雕刻出三維模型的高精細(xì)細(xì)節(jié)，增強(qiáng)了高精細(xì)物體造型的細(xì)節(jié)效果。然而，次時(shí)代游戲角色模型的制作，不能完全效仿影視模型那樣的制作流程，原因有二：一是影視模型的制作需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和成本；二是影視模型面數(shù)過多，不宜應(yīng)用于計(jì)算機(jī)游戲中，過多的面數(shù)會(huì)導(dǎo)致游戲畫面卡頓、不流暢，從而影響游戲的品質(zhì)。既不能照搬影視角色模型的制作流程，又要使游戲具有影視級(jí)別的視覺效果，這就需要借助ZBrush軟件強(qiáng)大的貼圖創(chuàng)建技術(shù)。

ZBrush創(chuàng)建次時(shí)代游戲角色模型中的漫反射（DM）、法線（NM）、環(huán)境光（AO）、高光（specular）等貼圖流程如圖4。

首先，ZBrush創(chuàng)建法線（NM）貼圖需要利用到上述已經(jīng)制作完成的高精度模型和已經(jīng)拓?fù)渫瓿傻牡兔鏀?shù)模型，即把二者放在一起烘焙出法線貼圖、AO貼圖。需要指出的是，次時(shí)代游戲角色模型的法線貼圖、AO貼圖是使低面數(shù)模型產(chǎn)生細(xì)節(jié)效果的關(guān)鍵之一。其次，使用ZBrush軟件中的顏色筆刷可以創(chuàng)建出角色模型的漫反射（DM)、高光（specular）貼圖，它們是低面數(shù)模型顏色細(xì)節(jié)表現(xiàn)的關(guān)鍵。最后，將法線貼圖賦予已經(jīng)拓?fù)渫瓿傻牡兔鏀?shù)模型，再將漫反射（DM)貼圖與AO貼圖結(jié)合，使低面數(shù)模型也能具有高精度模型的細(xì)節(jié)效果，創(chuàng)造出與影視級(jí)別模型同等的藝術(shù)效果。運(yùn)用ZBrush創(chuàng)建次時(shí)代角色模型貼圖很好地解決了低精度模型在高精度模型上渲染細(xì)節(jié)的問題，該技術(shù)使次時(shí)代游戲呈現(xiàn)影視級(jí)別畫面效果成為現(xiàn)實(shí)。

圖4 各種貼圖

4 結(jié)語

以ZBrush軟件為例的次時(shí)代游戲角色模型創(chuàng)建應(yīng)用，使創(chuàng)建具有高細(xì)節(jié)的三維角色模型有了新的突破，三維模型法線貼圖與高模拓?fù)涔δ艿膽?yīng)用使低面數(shù)模型也具備了高精細(xì)模型的細(xì)節(jié)效果，從而呈現(xiàn)影視級(jí)別視覺效果的游戲畫面，給玩家?guī)韽?qiáng)烈的視覺沖擊。