次世代游戲角色制作技術分析

鄧祖龍

【摘 要】次世代游戲是指比同時代游戲更加先進的游戲，即下一時代的游戲。運用最先進的引擎技術和渲染技術，創作出精美的畫面、真實的光影和震撼的視聽效果，帶給玩家極佳的沉浸式體驗。次世代游戲對硬件的要求非常高，美術資源也非常龐大，因此對游戲美術設計師也提出了更高的要求。

【關鍵詞】模型雕刻 法線貼圖 法線烘焙

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2017.17.190

對美術資源設計制作流程進行分析和優化，有利于提高項目開發效率和降低運行成本，提供更好的游戲體驗。通過對次世代游戲角色制作解析，分析每個節點的核心技術與方法，節點之間的相互關聯，為學習次世代游戲美術設計提供參考和思路。

一、次世代游戲美術的技術特征

由于計算機科技的高速發展，計算機的計算能力和處理效率得到了極大的提升，體現在游戲中，則是能更快地加載更多美術資源，實時渲染出更多的細節和效果。特別是索尼公司的Play Station和微軟公司的Xbox 360的發布，游戲進入了高畫質時代。

運用高端的引擎技術、材質貼圖技術、渲染技術，次世代游戲有著比肩電影畫面的視覺效果。原本在影視作品中嘆為觀止的特效和美輪美奐的超現實主義角色和場景，如今在次世代游戲中都能實現，且是實時渲染。實時渲染，即每秒至少渲染24幀以上的畫面，才能保證游戲的流暢體驗。而單幀屏幕畫面包含了角色、場景、動畫、物理特效、光線追蹤等大量美術資源和動態演算，對美術設計師的工作提出了更為苛刻的技術標準和能力要求，項目開發的工作量也成倍增長。

對比傳統網絡游戲或手機游戲，次世代游戲美術的主要特征為：模型面數高、貼圖精度高、運用法線貼圖描繪物體表面凹凸變化、高光貼圖表現物體材質反光、實時光影等。本文通過分析次世代游戲角色的設計和制作流程，明確其技術要領和制作思路，探討如何提高美術設計師的技術能力和工作效率。

二、角色模型制作技術分析

次世代游戲角色制作是一個復雜的工程，其環節包括：原畫設定、低模制作、高模雕刻、重拓撲模型、法線貼圖烘焙、貼圖繪制等。原畫設定作為前期工作，通過繪畫的形式，描繪出角色的形象、服裝、性格等特點。作為概念性設定，確立游戲的方向，為后期的模型制作提供參考。

模型制作作為核心環節，有著嚴格的制作流程和技術要求。首先是低模制作，根據原畫設定創建出一個約三千三角面的多邊形模型，要求結構準確，特點突出。其次是高模雕刻，模型面數越高，則表現出的細節越多，將低模導入到Zbrush軟件中進行細節雕刻。Zbrush作為一款數字雕刻軟件，為藝術家提供了各種雕刻工具和紋理，顛覆傳統的工作模式，能雕刻高達10億多邊形的模型，充分釋放了藝術家們的想象空間。經過不斷雕刻打磨，使模型每一處細節都得到充分展現。

法線貼圖作為次世代游戲的主流技術，改變了模型的制作流程。法線貼圖是應用到三維模型表面的特殊紋理，它包含了每個平面的高度值和法線方向，可以在模型表面創建出三維立體效果，但不改變模型表面本身。通俗地講，低模加載上法線貼圖，就能得到高模雕刻的細膩效果，大大降低了游戲中繪制模型需要的面數和計算內容，優化了渲染時間和效果。法線貼圖的生成是由一個高精度的模型，通過烘焙映射到表面結構一致的低面模型，得到一張帶有高度信息和法線方向的貼圖。因此法線貼圖輸出有三個核心要素：低模、高模和法線烘焙，三者缺一不可，且低模和高模的匹配程度決定了法線貼圖的質量。

如何將高模每一處細節在低模上完全呈現呢？這就需要一個在結構上與雕刻的高模完全匹配的低模，此低模也是最終游戲中實際運行的模型。因此，我們會對低模進行重構，這一過程我們稱之為重拓撲。重拓撲，即沿著高模的模型表面結構，進行重新布線，運用工具調節多邊形面的形狀與分布，得到一個布線流暢，結構準確的新低模。較原來的低模，模型精度更高，面數一般為一萬三角面。拓撲軟件可選擇Zbrush、3ds max或3d coat，其中3d coat的拓撲工具最為簡單高效。

法線烘焙，法線輸出的重要手段，為了保證法線貼圖的質量，在烘焙過程中我們需要避免產生以下問題。由于雕刻的高模面數多達幾百萬個面，系統資源占比嚴重，因此在導入3ds max之前，運用Zbrush插件進行減面優化處理，同時保留模型細節。將高低模型進行重合，選擇低模渲染到紋理，拾取高模選擇法線輸出，重置放大投影線框，將兩個模型完全包裹住。為了避免法線信息的錯位和丟失，優化投影線框，顯得尤為重要。投影線框每個節點不能穿插，盡量按照低模表面結構進行布線，才能輸出高質量的法線貼圖，若貼圖輸出過程中，出現黑斑，表示投影線框有穿插或距離過高的問題。

三、次世代游戲貼圖表現

由于硬件有限，為保障游戲流暢運行，網絡游戲和手機游戲的美術資源壓縮比較高，貼圖尺寸一般為256像素，最大為1024像素。而次世代游戲的貼圖可達傳統尺寸的4倍，像素的成倍增加，擁有更多繪制細節的空間，也使得次世代游戲貼圖更為精細。

傳統游戲的貼圖多為手繪貼圖，美術師運用繪畫手段表現貼圖的光影關系和材質質感，局部會采用紋理疊加方式。由于是手繪，貼圖風格與美術師的繪畫習慣息息相關，帶有明顯的個人色彩。次世代游戲貼圖最大的特點就是真實，紋理真實，質感逼真，因此次世代游戲貼圖多為寫實風格。采用高清真實素材進行疊加處理，運用AO貼圖表現真實光影，再繪制高光和磨損等細節，得到效果逼真的高清貼圖。分析貼圖繪制流程，提煉出一套高效且標準統一的繪制方法，有利于整體美術資源風格的統一，便于團隊成員分工協作，提高開發效率。

將角色模型放置游戲引擎中，匹配上顏色貼圖、法線貼圖、高光貼圖等，每一張貼圖對應相應的通道，在燈光烘焙下，真實而細膩的三維游戲角色得以呈現。通過分析，我們認為學習和掌握次世代游戲角色制作的流程非常重要，明確其制作思路，依次完成每一環節，包括低模、高模雕刻、重拓撲模型、法線烘焙、顏色貼圖、高光貼圖等。遵循每一環節的技術要求和標準，能更好地避免問題的產生，從而提高制作效率和效果，設計師能將更多的精力投入到細節表現中。

四、結束語

隨著技術的不斷發展，新技術不斷涌現，都深刻地改變著我們的工作方式。新技術可能會改變某一環節的制作方式，但不會改變關鍵的技術流程，積極運用新技術，就能提高設計師的制作水平，能夠創作出更優秀的數字藝術作品。