浅析次世代游戏中的三维游戏角_邱兆平
浅析次世代游戏中的三维游戏角
邱兆平
（东华大学服装・艺术设计学院，上海 200051）
【摘 要】简要阐述了三维游戏角的相关概念，总结了三维游戏角制作的历史和现状，着重分析了三维游戏角的艺术特点，以及在三维游戏角制作中应用的新技术。
关于立秋的文案【关键词】三维；游戏角；LOD；层次细节度；法线贴图；次表面散射
【中图分类号】J218.9  【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2009)06-0074-02
（一）三维游戏角的概念
随着电子娱乐产业的发展，电子游戏凭借其出的互动性与多样性逐渐脱颖而出，游戏作为新世纪里人机交互的最主要方式之一，正逐渐从娱乐产业中独立出来，发展成为一项融合了自然与文化、技术与艺术的新兴产业。作为游戏灵魂的游戏角，逐渐成为了吸引玩家眼球的第一道靓丽的风景。它不仅仅代
表了一款成功的游戏，通过它所衍生出来的一系列产品以及相关的活动，也为游戏的持续升温及发展提供了无数的机遇。
三维游戏也被称为3D游戏，是指采用计算机艺术架构而成的三维空间游戏。人类日常生活的空间就是一个三维空间，具有长、宽、高三类空间坐标。三维游戏中的物体位置也是由三个方向的坐标值决定的。由于三维游戏采用了立体空间的显示概念，所以对空间操作的随意性强，更具有真实感，也更容易吸引人。
计算机艺术是计算机图形学在艺术领域的应用，它是在20世纪50年代中期开始萌芽的。计算机图形学(Computer Graphics，简称CG)是计算机三维游戏中重要的组成部分。它是研究如何使用数学算法对二维或三维图形进行描述，并将其转化为计算机显示器的栅格形式的学科。计算机三维图像通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、彩等非几何属性组成。现今流行的三维图像制作软件有：3ds Max、Maya、Softimage、Lightwave 3D、Cinema 4D、Rhinoceros 3D、ZBrush等。
三维游戏角是指是采用计算机三维技术制作完成的，符合三维游戏引擎要求和视觉要求的角。这种艺术形象从20世纪80年代开始产生发展。其主要包括三维角的模型、材质、蒙皮、骨骼与毛发。在当代计算机艺术和技术领域中，三维游戏角越来越突显出它的价值。一个好的三维游戏角，可以在第一时间将游戏的美术风格和游戏风格展现给玩家。比如从真正实现三维化的《最终幻想7》开
始的最终幻想系列，Cloud、Tiffa、Squall、Rinoa、Tidus、Yuna等经典角给广大玩家带来的不仅仅是视觉上的享受和冲击，更多的是一种精神上的美好回忆。
（二）三维游戏角制作的历史和现状 在电子硬件迅猛发展，虚拟现实技术突飞猛进的今天，电子游戏的三维化、写实化、电影化已经成为了不可避免的发展趋势。如今的游戏玩家，在享受游戏带来的人机互动魅力的同时，也越来越多的倾向于欣赏游戏。从以往的“玩游戏”到现在的“欣赏游戏”，消费者要求的变更带来的蝴蝶效应对整个游戏产业内的游戏的策划与开发提出了更高的要求。更高的分辨率、更复杂的模型、更实时的光影、更真实的表情，游戏角的塑造在摸索与竞争中不断创新，失败与成功的案例不断推动着游戏角制作手段日益走向成熟。
三维实时渲染游戏作为一种多视角的游戏方式，不仅仅游戏流程、操作判定、AI演算等一系列的基本游戏进程需要良好的CPU来进行运算，如场景着、图像呈现、光影处理等等影像进程更加需要高性能的GPU进行实时运算。因此，显卡运算的速度与数据处理能力的大小直接决定了游戏视觉上所能带给人的冲击。从1995年真正意义上的3D图形加速卡——Voodoo正式推出，直至今日nVIDIA和ATI两大显卡品牌竞争趋向于白热化，所带来的运算能力的提升使得游戏角有了更加精致的面部五官和身体细节。从1996年《古墓丽影》中的劳拉没有鼻子没有嘴巴的500个面的粗糙外表到《古墓丽影6》中高达5000个面所表现出的丰富细节和完美曲线，三维游戏角的表现方法更加自由也更加丰富多彩。
在游戏程序和图形处理硬件之间起到沟通作用的是应用程序接口。优良的应用程序接口为游戏角的制作与开发提供了更大的发挥空间和更加严格的要求。比如DirectX 8.0首次引入的“像素渲染”概念，同时具备像素渲染引擎(Vertex Shader)与顶点渲染引擎(Pixel Shader)，反映在特效上就是动态光影效果。这就对游戏角的制作提出了更多细节要求，同时，也带来了贴图以及材质制作的变革。而最新的采用了统一着器架构的DirectX 10，更是使得显卡可以同时对顶点、几何以及象素着进行处理，而不必等待逐个分别进行，这样制作更加精细的模型、更加炫目的材质以及更高分辨率的贴图成为了新一代游戏开发者的优先选择。
在硬件与接口的基础上，各游戏厂商竞相开发各种游戏引擎，将游戏资源加以优化、简化、模组化。游戏引擎是用于控制所有的游戏功能的主程序，对于多边形和贴图的控制能力，角动作的支配能力以及多边形基础的模型渲染能力具有极其重要的意义。随着技术的发展，更多更好的3D游戏引擎被开发了出来，比如Source（用于《半条命2》），Unreal （用于《虚幻竞技场》），IdTech4（用于《毁灭战士4》），CryEngine2（用于《Crysis》）等。
预防新型冠状病毒手抄报内容（三）三维游戏角的艺术特点
1.三维性
三维游戏角的三维性表现在角的三维化和角运动的三维化。三维性是三维游戏角区别于其他
游戏角的主
【收稿日期】2009-03-19
【作者简介】邱兆平（1985－），男，安徽合肥人，东华大学服装・艺术设计学院设计艺术学专业在读研究生，从事三维影视动画、三维游戏制作。
- 74 -
要特点，也是三维游戏角所特有的。
角的三维化是指三维游戏角与其他游戏角相比，其表现形式不再是局限于平面上，即展现给游戏玩家的不仅仅是角的某一个角度的形象，也不是四个或者八个运动方向角度的形象。三维游戏角是一个360度的全方位角，不仅仅是角的正面、背面、侧面，包括头顶、脚底，都需要进行角的外形设计和三维的制作。不仅仅是角本身，包括角的服装、佩饰、武器等都需要进行360度的考虑和设计。这对于游戏角制作人员来说提出了更高的要求，因为对于游戏原画人员来说一般只需要完成角的正、侧面和背面的平面效果图，其他一些地方需要三维游戏制作人员进行完善和补充，最后制作完成。
角运动的三维化指的是三维游戏角的运动空间也是一个360度的空间，除了在地面的平行移动，
游戏角还可以进行跳跃、飞行，在某些地区还有可能坠落导致角受伤或死亡。因为运动的三维化，导致一些在平面运动无法显示的部位在制作中需要加以考虑，比如长袍或长裙下摆的内面，以及可以显露在外的腿部等等。
2.创新性
三维游戏角的创新性主要体现在两个方面，一方面是角设计上的创新，另一个方面是角制作上的创新。这两个方面共同作用，推动三维游戏角不断发展。
角设计上的创新在角制作中占有非常重要的地位。每一个游戏角都可以通过外貌、体形、服装、佩饰的设计，来表现角性格，例如对于人类男性角来说英姿飒爽浓眉大眼穿着重甲的一般是性格豪爽不羁的侠客，而文弱的穿长袍或者轻甲的角则一般是知书达理的翩翩君子；还可以通过上述的设计来表现角的派别是正义还是邪恶，角是战士还是法师，是进攻型的还是辅助型的。在部分游戏中还需要以创新性来表现各种不同种族的角。对于次世代游戏而言，如何设计创造既吸引眼球又符合角塑造要求的外观，除了一个良好的角脚本以外，创新性是必不可少的。
角制作上的创新主要是对于不同的角要求进行模型布线、材质贴图、以及动作的创造。例如对角的胳膊进行环状布线能够更好的表现肌肉走向，也能够更方便的进行骨骼的绑定和动作的调整。又比如将人物手部骨骼进行划分为拇指、食指和其余手指三个部分，由于前两者平时动作较多所以赋予
单独的骨骼，而剩下三根手指由于动作不复杂，赋予一根骨骼进行控制，既节省了制作时间，也降低了系统资源的消耗。
3.可重用性
三维游戏角的可重用性是其他角所不具有的，这是由三维游戏角的数字特性所必然决定的。可重用性分为模型的重用、材质的重用和动作的重用。
模型的可重用性主要是指两个方面，一方面是指模型整体的重用，例如游戏中的NPC（Non-Player Character非玩家控制角）往往都会通过不同的材质贴图搭配后重复使用，以在某些游戏场景，比如在城镇里产生很多人物的感觉；另一方面是指游戏角模型中的一部分可以在制作过程中进行重用，比如已经制作完成的手、脚、甚至是整个身体都可以拿来作为一个新角的部分。同时，角的佩饰、武器等也可以重复使用。
材质的可重用性是指对于相同或者相似的材质或者贴图，可以直接使用或者稍稍经过修改后继续使用。最主要的用在角的换装以及武器装备的更换上，例如同样型号的男装女装的花纹与式样贴图，角皮肤、头发的贴图等。
动作的可重用性主要是指对于相同架构的骨骼系统，可以将常用动作保存下来，直接赋予另外一套没
有动作的骨骼系统。例如相似形台角的跑、走、跳、坐等基本动作，还有相同招式的攻击动作、以及各种动态的表情语言等。
（四）三维游戏角制作的新技术
1.LOD层次细节度
LOD（Level of Detail）层次细节度技术是指根据物体模型的节点在显示环境中所处的位置和重要度，决定物体渲染的资源分配，降低非重要物体的面数和细节度，从而获得高效率的渲染运算。LOD技术在近年来的次世代游戏中被大量运用。在越来越多的游戏中，层次细节度不仅仅包括模型的细节程度，也包括贴图的细节程度。
（1）模型的层次细节度
在很多的三维游戏中，尤其是网络游戏中，由于电脑硬件的限制和游戏人数的众多，一般通过省略距离玩家视角远的物体来达到节省系统资源的目的，比如韩国的三维网络游戏《天堂II》。在游戏中，距离玩家太远的物体会被隐藏，取而代之的是雾化的效果，进而加快游戏实时渲染的速度。在很多游戏中，玩家可以在规定的范围内根据自己的硬件配置调节游戏视野的远近。在物体进入可视范围后，游戏采用透明过渡来使物体逐渐显现，带给玩家一种物体从浓雾中浮现出来的感觉。这样做的好处是
节省了大量的硬件资源，但是相对来说玩家的视野受到了很大的限制，在真实性方面也不尽如人意。而且在视野范围很大的情况下，游戏速度仍然会受到很大的影响。也就是说在视野远端和中段的物体仍然会以高细节度进行渲染，这样既无法展现很好的游戏效果，也是游戏速度的提升进入了一个瓶颈。
为了解决这个问题，模型的层次细节度就应运而生了。在游戏中，可以将视野范围划分为不同的区域，同时将模型划分为对应不同区域的多级复杂度模型。比如一个游戏引擎将视野范围划分为1000米以上、1000米以下500米以上和500米以下三个区域，那么对应的角模型面数就可以划分为500面、3000面和5000面。这样对于不同的视野范围切换成不同复杂度的模型，并通过游戏引擎的数学运算完成模型之间的过渡效果，以达到增大游戏视野范围，节约系统资源和加快游戏渲染速度的。
（2）贴图的层次细节度
在三维游戏中，贴图也是一个大量消耗系统资源的元素。越靠近镜头的物体，就需要越大的贴图来表现细节，以免出现马赛克，而离镜头越远的物体，即使贴图再复杂再大，所能表现出来的细节也是有限的。所以不仅仅对于模型需要划分层次细节度，模型上的贴图也需要划分不同的层次细节度。
贴图的细节度划分和模型细节度的划分原理基本一致，也是通过对视野范围划分不同的区域，然后对贴图进行不同复杂度和大小的划分。对于不同的视野区域，游戏引擎自动进行贴图的调节。这样既能
够在必要的时候充分显示贴图细节，也不至于由于贴图过大过多而占用太多硬件资源，影响游戏速度。
高考全国一卷哪几个省
2.法线贴图
法线贴图是一种可以应用到三维模型表面的特殊贴图纹理。法线贴图作为普通Bump凹凸贴图的改进和扩展，不仅包括了每个像素的高度值，而且其高度落差和变化比凹凸贴图更加丰富。凹凸贴图仅仅计算模型表面垂直方向的高度偏移，它所产生的凹凸效果也是两个相邻像素之间高度差异的计算结果。而法线贴图使用颜来描述在其他非垂直方向的位置偏移。在法线贴图中，R/G/B三个通道是相对（下转第80页）
- 75 -
3.观测方案
首先以观测基准网建立独立直角坐标系和假定高程系统，测量出基准点的坐标和高程。假定1－KZ2点的坐标为（0，0，0），平面坐标系X轴方向指向1－KZ3，Y轴与X轴垂直，Z轴为垂直向上的铅垂线方向。然后在分别在两处观测墩以极坐标测量方法对变形监测点进行观测。测量出各个变形监测点的水平角、倾角、及斜距，然后解算出变形监测点的坐标值。通过多次观测比较坐标值的变化，得到各
个变形监测点的位移情况。水平位移观测精度按二等变形观测进行，垂直变形观测精度按四等变形观测进行。边坡每年在1、4、6、8、11月各观测一次，在大暴雨过后观测一次。
在实施观测时，严格按照“三固定、一相同”的原则，即固定观测人员、固定仪器、固定路线，在基本相同的条件下进行数据采集。
（四）变形监测成果分析
取其中3个变形监测点1-A1,1-A2,1-A3按监测月份统计出各监测点的累计变形量值，见表1。
表1变形监测点位移累积变形量值统计表
监测点 变形值 2004年
11月
2005年
1月
4
7 9 12
2006年
6
月
7 10
△D 0    2.4    2.6    3.2  4.0    4.2    4.3    4.1  4.2 1-A1
△H 0 -1.2 -0.8 -5.2-5.7 -6.0 -6.4 -7.3-6.2
△D 0    1.3    1.4    1.5  2.2    2.5    2.0    2.4  2.1 1-A2
△H 0 -2.9 -1.7 -1.9-2.8 -2.5 -3.0 -3.7-3.9
△D 0    4.1 7.8 7.6  6.7 7.0 7.1 7.68.0 1-A3
△H 0 -1.6 -1.0 -1.3-3.2 -2.5 -4.0 -5.6-5.5注：（1）表中变形量指自观测之日起到当月止的累积变形量，(mm)；
（2）△D指水平位移变形值，△H指高程沉降值。
观测点水平位移和沉降与时间的关系曲线如图2和3所示。
图2 监测点水平位移与时间的关系曲线
图3 监测点高程与时间的关系曲线
由图可知：
1.边坡监测点水平位移随着埋设时间的推移，逐渐趋于稳定，监测点在埋设半年之后水平位移基本不再发生变化。
2.所有监测点位移变化均不大，最大累积位移只有8mm，说明边坡处于稳定状态。
3.监测点高程随时间的推移在不断变化，其中1-A1点高程变化较为显著，但沉降值并不大；高程变化和降水有很大关系，在6、7月份强降雨时高程变化明显较为显著。这说明降雨使表面变形增大，影响边坡稳定。
（五）结论
1.惠河高速公里K35+232～K35+580段边坡水平位移基本稳定，水平位移和高程沉降均不显著，边坡较为稳定。
2.由于影响边坡稳定性的因素很多，往往边坡失稳时间的预报具有不确定性，但从监测成果可以看出，强降雨会明显的引发边坡沉降，因此应加强山体边坡降雨期间的巡查、监测和报告工作。
3.为了保持边坡的稳定，应加强山体表面封水和山体内部排水的工程治理工作。
【参考文献】
[1] 陈强，韩军，艾凯.某高速公路山体边坡变形监测与分析[J].
岩石力学与工程学报,2004,23(2):299-302.
[2] 张雷，沈明荣，石振明.岩体边坡工程中的位移监测及分析[J].
岩土力学,2003,24(增1):202-205.
[3] 景锋，张忠亭，肖本职，等.某滑坡体变形监测及稳定性分析
[J].岩土力学,2003,24(增1):234-236.
[4] 王广军，姚令侃，杨明.岩质边坡变形监测技术研究[J].路基财务工作总结
秦国历代皇帝
工程,2007(3):108-110.
建党百年纪念（上接第75页）独立的，分别表示在x、y、z三个方向上的位移。这样就能够在简单的模型物体上，
创建出许多原本需要耗费大量多边形才能创建出来的复杂结构。例如角身体上的皮肤褶皱、毛孔、皱纹以及盔甲上繁复的花纹等。在具有光源的条件下，法线贴图可以在原本简单的表面上精确地生成复杂模型的光照效果。
3.SSS次表面散射
Subsurface Scattering简称SSS，即次表面散射。在真实世界中，许多半透明的物体比如皮肤、树叶、玉、蜡等，在受到多个光源产生透射时，会因为材质的厚度不同而影响产生出不同的透光性。光线在这些半透明材质中会互相产生混合、干涉，进而产生次表面散射。也就是说光线进入材质表面，在材质里发生多重散射，然后从各个方向透射出表面。
三维角制作中的SSS材质能够使照明的整体效果变得柔和，也能使角变得更加真实和生动。物体的透光性越好，光线透入物体越深，发生的衰减和散射也就越严重。比如对于人体皮肤来说，由于光线透过表皮进入真皮组织时，皮下血管和组织对光线产生散射并吸收，然后光线从皮肤的阴影部分投射出来，所以次表面散射会对皮肤颜产生微小的红偏移。这个效果在皮肤和组织较薄的部位更加明显，比如手指、鼻翼和耳朵。许多游戏中的人物呈现出一种塑料化、橡胶化的感觉，就是因为缺少皮肤的次表面散射而显得生硬。在《Crysis》中，就是因为采用了SSS次表面散射来制作人物、树叶和冰面，才获得了前所未有的生动与真实的感觉。
【参考文献】
[1] 徐大鹏，徐彦波.浅析三维动画艺术的应用现状与发展前景
[J].浙江万里学院学报,2005(6).
[2] 曹宁.数字艺术之星——计算机三维人物[J].装饰,2005(6).
[3] 陈瑛，吴志勇.影院级游戏角设计理论与实践[J].首届中国
国际动漫产业高峰论坛,2005(5).
[4] 隋晏，曲延瑞.充分利用3DSMAX应用游戏引擎创建游戏
和动画[J].福建电脑,2008(6).
- 80 -

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。