游戲開(kāi)發(fā)中的3D 場(chǎng)景建模技術(shù)探微

周澤輝 長(zhǎng)沙職業(yè)技術(shù)學(xué)院

引言

游戲開(kāi)發(fā)一般有規(guī)劃，建模，編程實(shí)現(xiàn)等流程。通過(guò)三維建模軟件構(gòu)建出3D 場(chǎng)景模型是游戲開(kāi)發(fā)編程的基礎(chǔ)。游戲場(chǎng)景有室內(nèi)場(chǎng)景也有室外場(chǎng)景，室外場(chǎng)景呈現(xiàn)得較多，如：開(kāi)始游戲時(shí)，呈現(xiàn)在玩家眼前的典雅古建筑群，美麗的花草，高大的樹(shù)木，高山瀑布，藍(lán)天白云等。但在制作3D 場(chǎng)景模型時(shí)，通常用靜態(tài)場(chǎng)景模型與動(dòng)態(tài)場(chǎng)景模型來(lái)劃分，像房屋建筑、圍墻、走廊等這些就屬靜態(tài)模型，動(dòng)態(tài)模型如，變幻的天空、飄動(dòng)的云朵、潺潺的流水、各種活動(dòng)人物及動(dòng)物等。三維建模要經(jīng)過(guò)模型的構(gòu)建、、紋理貼圖、燈光設(shè)置、場(chǎng)景烘焙等過(guò)程才能完成。3Dsmax 作為一款優(yōu)秀的三維建模工具軟件，不僅受游戲開(kāi)發(fā)者歡迎，還廣泛應(yīng)用于影視特技、虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)及建筑設(shè)計(jì)等方面。

1 常規(guī)建模技術(shù)分析

(1）新建場(chǎng)景模型

常規(guī)性三維建模的方法有基本幾何體建模、復(fù)合建模、NURBS建模、面片建模等。對(duì)于一些較規(guī)則形狀，如，圍墻，房屋建筑的規(guī)則部分等可采用基本幾何體建模，不規(guī)則的形狀通常先用命令畫出切面形狀，再通過(guò)擠出命令建立模型的基本輪廓。建模中，幾何體的運(yùn)用是最基本的，一個(gè)幾何體由多個(gè)元素構(gòu)成，每個(gè)元素由多個(gè)多邊形構(gòu)成，每個(gè)多邊形有邊和邊界構(gòu)成，邊由點(diǎn)構(gòu)成。兩個(gè)元素可以相互依附為一個(gè)元素，一個(gè)元素也可以拆分為多個(gè)元素。

對(duì)于游戲中的花草樹(shù)木等，3Dsmax 支持相關(guān)插件，可自動(dòng)創(chuàng)建既定的模型，但這類模型普遍面數(shù)較多，會(huì)耗費(fèi)較多內(nèi)存空間，使得游戲運(yùn)行變慢。實(shí)際開(kāi)發(fā)中，小型游戲中花草樹(shù)木一般采用體面結(jié)合的方法，花草樹(shù)木中枝干等部分可用基本幾何體建模，而對(duì)于花朵、葉片等細(xì)節(jié)要求高的部分則通過(guò)面貼圖實(shí)現(xiàn)，這樣得到模型效果較真實(shí)，外觀也較漂亮。大型游戲中的花草、樹(shù)木制作則通常采用面紋理貼圖處理，先建立起平面，再導(dǎo)入制作好的花草樹(shù)木的紋理貼圖，從而形成三維的花草樹(shù)木效果。

(2）常規(guī)建模中應(yīng)注意的問(wèn)題

首先，對(duì)象名應(yīng)備注。新建模型時(shí)要注意備注好幾何體的名稱，備注好名稱能讓游戲編程程序員容易辨認(rèn)模型的來(lái)源。對(duì)于像游戲人物的模型，還要將骨骼名稱備注好，方便其他成員快速找到并完成下一步開(kāi)發(fā)。

其次，模型面數(shù)要控制。制作游戲模型要注意控制模型多邊形的面數(shù)，多邊形的面數(shù)過(guò)多，會(huì)影響游戲的運(yùn)行流暢。對(duì)于單個(gè)體的模型來(lái)說(shuō)，可為多邊形添加優(yōu)化器，通過(guò)優(yōu)化命令來(lái)優(yōu)化所建立的模型，簡(jiǎn)化模型的面數(shù)，從而降低模型復(fù)雜度。對(duì)于像房屋建筑群這樣群集化模型的簡(jiǎn)化，首先應(yīng)注意去除個(gè)體三維模型多余面，有效減少模型的整體復(fù)雜度，如遇某些面在另一個(gè)外部面的內(nèi)部這樣的情形，則沒(méi)必要對(duì)其進(jìn)行渲染，游戲時(shí)如不需要進(jìn)入房屋的內(nèi)部面，對(duì)于這樣的房屋墻體，建模時(shí)可直接用幾何體代替。

2 粒子系統(tǒng)的運(yùn)用

(1）粒子建模技巧

粒子系統(tǒng)是制作游戲模型時(shí)一個(gè)不可缺少的重要組成部分，游戲中很多特效場(chǎng)景，如：雨、雪、灰塵、泡沫、火花、氣流等，這其中很大一部分都是通過(guò)粒子系統(tǒng)來(lái)構(gòu)建的。雖然粒子系統(tǒng)的場(chǎng)景效果也可以通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這需要專門的算法來(lái)支持實(shí)現(xiàn)，復(fù)雜度大且易產(chǎn)生運(yùn)行報(bào)錯(cuò)。好的做法是，一般先用3Dsmax 制作出相應(yīng)粒子系統(tǒng)的模型，再導(dǎo)入游戲場(chǎng)景，再編輯實(shí)現(xiàn)其動(dòng)態(tài)效果就容易和方便多了。

粒子系統(tǒng)是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模型構(gòu)造系統(tǒng)，制作粒子系統(tǒng)模型時(shí)，同樣要簡(jiǎn)單不能過(guò)于復(fù)雜，粒子的數(shù)量也不能太多。構(gòu)造粒子系統(tǒng)模型時(shí)，要注意設(shè)置場(chǎng)景的重力效果，粒子系統(tǒng)視圖中的指定材質(zhì)功能較單一，無(wú)法解決不透明等問(wèn)題，通常要使用材質(zhì)管理器。

(2）粒子動(dòng)畫的烘焙

3Dsmax 建立的粒子系統(tǒng)模型，導(dǎo)出FBX 格式文件后，在游戲場(chǎng)景中可能不顯示，這是由于粒子對(duì)象本質(zhì)上來(lái)說(shuō)不是幾何體模型，因而無(wú)法直接顯現(xiàn)，但可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化（Mesh）的方法，將粒子系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為幾何體來(lái)呈現(xiàn)。粒子系統(tǒng)動(dòng)畫效果的實(shí)現(xiàn)，一般還需要使用到PFlowBaker 等插件，把粒子系統(tǒng)動(dòng)畫烘焙在動(dòng)畫軌跡關(guān)鍵幀上，不然網(wǎng)絡(luò)化拾取粒子對(duì)象時(shí)，只相當(dāng)截圖一張。

3 貼圖技巧

(1）紋理貼圖

場(chǎng)景模型建立后，還需要貼圖操作來(lái)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的真實(shí)效果，場(chǎng)景模型的貼圖一般支持的圖像格式有：JPG、BMP、TGA、PNG、DDS等幾種格式，其中TGA 圖像格式適合于制作一些不規(guī)則形狀的圖形及圖像文件。Photoshop 是開(kāi)發(fā)者通常使用來(lái)完成紋理貼圖處理的工具軟件。游戲場(chǎng)景的更換也可以通過(guò)貼圖技巧來(lái)實(shí)現(xiàn)，如樹(shù)木花草，不同房間場(chǎng)景變換，可以對(duì)同樣樹(shù)木、房間通過(guò)采用不同紋理貼圖變換場(chǎng)景，這樣做既可節(jié)省在建模上花費(fèi)的時(shí)間，還能節(jié)省游戲占用的內(nèi)存空間，讓玩家有更好的體驗(yàn)感。

(2）UVW 展開(kāi)貼圖

UVW 貼圖展開(kāi)的操作方法比較復(fù)雜，特別是對(duì)于人物模型或者動(dòng)物模型進(jìn)行UVW 展開(kāi)的操作流程則更加費(fèi)時(shí)耗力。例如，對(duì)人臉進(jìn)行UV 展開(kāi)，要注意觀察多邊形網(wǎng)絡(luò)，展開(kāi)時(shí)，可從頭骨頂面剝開(kāi)到背面的后腦骨中間，繼續(xù)展開(kāi)至下巴下面的頂點(diǎn)及脖子循環(huán)的邊面，把臉部UV 展開(kāi)，平鋪在UV 編輯器的視圖中，調(diào)整松弛度。有時(shí)候，在完成UVW 展開(kāi)時(shí)，也許會(huì)反了或者是倒的，這時(shí)可以用水平鏡像和旋轉(zhuǎn)方法糾正。之后，啟動(dòng)Photoshop 軟件，打開(kāi)UV 貼圖文件，進(jìn)行圖像紋理處理操作。不過(guò)，進(jìn)行UV 網(wǎng)絡(luò)形狀展開(kāi)時(shí)，擺放UV 桌面有可能比較亂，需要進(jìn)行“緊縮UV”等自動(dòng)整齊操作，有時(shí)甚至還會(huì)需要手工操作來(lái)對(duì)某些部分進(jìn)行對(duì)齊。

(3）貼圖優(yōu)化

貼圖圖像素材可通過(guò)數(shù)碼相機(jī)拍攝，很多時(shí)候也可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)渠道來(lái)收集。原始圖像的文件數(shù)據(jù)一般都比較大，使用Photoshop 處理圖像時(shí)，除了制作出需要的紋理效果外，對(duì)貼圖圖像的格式優(yōu)化也是非常重要的，合理大小的紋理貼圖可以減少對(duì)內(nèi)存的占用，大大提高顯示處理的速度。此外，紋理圖片的格式也影響著圖像的呈現(xiàn)效果，PNG、TGA 圖像格式支持透明屬性，JPG 圖像格式支持不失真的壓縮算法，同時(shí)還能保障紋理貼圖的呈現(xiàn)質(zhì)量，使用Photoshop 進(jìn)行紋理貼圖處理時(shí)，要根據(jù)游戲場(chǎng)景的需要及圖像的屬性特點(diǎn)合理設(shè)置參數(shù)，以便達(dá)到最佳顯示和運(yùn)行效果。

4 文件存儲(chǔ)與導(dǎo)出

(1）文件保存及備份

完成模型制作之后，要及時(shí)保存到命名層次清晰的目錄文件夾里，最好不要單獨(dú)存放到其它文件夾位置或散開(kāi)的復(fù)雜性文件夾。制作3D 模型有必要在每個(gè)模型制作階段保存其副本，方便后階段遇有特殊要求時(shí)，對(duì)模型進(jìn)行重復(fù)使用或修改。

(2）導(dǎo)出三維模型文件

完成三維場(chǎng)景模型的制作后，可根據(jù)游戲引擎軟件或虛擬現(xiàn)實(shí)制作軟件的需要，將模型、動(dòng)畫導(dǎo)出為所需要的格式文件。導(dǎo)出時(shí)，在3dsmax 左上角展開(kāi)找到“導(dǎo)出”按鈕，如要導(dǎo)出為FBX 這種通常格式，只要在導(dǎo)出FBX 界面按“確認(rèn)”保存即可，參數(shù)選擇操作一般只要采用默認(rèn)設(shè)置即可。

5 結(jié)束語(yǔ)

3Dsmax 因建模方式直觀，功能強(qiáng)大，一直以來(lái)深受三維游戲及虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)人員的親睞，從游戲開(kāi)發(fā)建模的視角，探討了3Dsamx三維場(chǎng)景建模的技術(shù)應(yīng)用要領(lǐng)，為相關(guān)學(xué)習(xí)者提供參考。