游戲開發中的3D 場景建模技術探微

周澤輝 長沙職業技術學院

引言

游戲開發一般有規劃，建模，編程實現等流程。通過三維建模軟件構建出3D 場景模型是游戲開發編程的基礎。游戲場景有室內場景也有室外場景，室外場景呈現得較多，如：開始游戲時，呈現在玩家眼前的典雅古建筑群，美麗的花草，高大的樹木，高山瀑布，藍天白云等。但在制作3D 場景模型時，通常用靜態場景模型與動態場景模型來劃分，像房屋建筑、圍墻、走廊等這些就屬靜態模型，動態模型如，變幻的天空、飄動的云朵、潺潺的流水、各種活動人物及動物等。三維建模要經過模型的構建、、紋理貼圖、燈光設置、場景烘焙等過程才能完成。3Dsmax 作為一款優秀的三維建模工具軟件，不僅受游戲開發者歡迎，還廣泛應用于影視特技、虛擬現實開發及建筑設計等方面。

1 常規建模技術分析

(1）新建場景模型

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

對于游戲中的花草樹木等，3Dsmax 支持相關插件，可自動創建既定的模型，但這類模型普遍面數較多，會耗費較多內存空間，使得游戲運行變慢。實際開發中，小型游戲中花草樹木一般采用體面結合的方法，花草樹木中枝干等部分可用基本幾何體建模，而對于花朵、葉片等細節要求高的部分則通過面貼圖實現，這樣得到模型效果較真實，外觀也較漂亮。大型游戲中的花草、樹木制作則通常采用面紋理貼圖處理，先建立起平面，再導入制作好的花草樹木的紋理貼圖，從而形成三維的花草樹木效果。

(2）常規建模中應注意的問題

首先，對象名應備注。新建模型時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模型的來源。對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發。

其次，模型面數要控制。制作游戲模型要注意控制模型多邊形的面數，多邊形的面數過多，會影響游戲的運行流暢。對于單個體的模型來說，可為多邊形添加優化器，通過優化命令來優化所建立的模型，簡化模型的面數，從而降低模型復雜度。對于像房屋建筑群這樣群集化模型的簡化，首先應注意去除個體三維模型多余面，有效減少模型的整體復雜度，如遇某些面在另一個外部面的內部這樣的情形，則沒必要對其進行渲染，游戲時如不需要進入房屋的內部面，對于這樣的房屋墻體，建模時可直接用幾何體代替。

2 粒子系統的運用

(1）粒子建模技巧

粒子系統是制作游戲模型時一個不可缺少的重要組成部分，游戲中很多特效場景，如：雨、雪、灰塵、泡沫、火花、氣流等，這其中很大一部分都是通過粒子系統來構建的。雖然粒子系統的場景效果也可以通過編程來實現，但這需要專門的算法來支持實現，復雜度大且易產生運行報錯。好的做法是，一般先用3Dsmax 制作出相應粒子系統的模型，再導入游戲場景，再編輯實現其動態效果就容易和方便多了。

粒子系統是一個相對獨立的模型構造系統，制作粒子系統模型時，同樣要簡單不能過于復雜，粒子的數量也不能太多。構造粒子系統模型時，要注意設置場景的重力效果，粒子系統視圖中的指定材質功能較單一，無法解決不透明等問題，通常要使用材質管理器。

(2）粒子動畫的烘焙

3Dsmax 建立的粒子系統模型，導出FBX 格式文件后，在游戲場景中可能不顯示，這是由于粒子對象本質上來說不是幾何體模型，因而無法直接顯現，但可以通過網絡化（Mesh）的方法，將粒子系統轉換為幾何體來呈現。粒子系統動畫效果的實現，一般還需要使用到PFlowBaker 等插件，把粒子系統動畫烘焙在動畫軌跡關鍵幀上，不然網絡化拾取粒子對象時，只相當截圖一張。

3 貼圖技巧

(1）紋理貼圖

場景模型建立后，還需要貼圖操作來實現場景的真實效果，場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則形狀的圖形及圖像文件。Photoshop 是開發者通常使用來完成紋理貼圖處理的工具軟件。游戲場景的更換也可以通過貼圖技巧來實現，如樹木花草，不同房間場景變換，可以對同樣樹木、房間通過采用不同紋理貼圖變換場景，這樣做既可節省在建模上花費的時間，還能節省游戲占用的內存空間，讓玩家有更好的體驗感。

(2）UVW 展開貼圖

UVW 貼圖展開的操作方法比較復雜，特別是對于人物模型或者動物模型進行UVW 展開的操作流程則更加費時耗力。例如，對人臉進行UV 展開，要注意觀察多邊形網絡，展開時，可從頭骨頂面剝開到背面的后腦骨中間，繼續展開至下巴下面的頂點及脖子循環的邊面，把臉部UV 展開，平鋪在UV 編輯器的視圖中，調整松弛度。有時候，在完成UVW 展開時，也許會反了或者是倒的，這時可以用水平鏡像和旋轉方法糾正。之后，啟動Photoshop 軟件，打開UV 貼圖文件，進行圖像紋理處理操作。不過，進行UV 網絡形狀展開時，擺放UV 桌面有可能比較亂，需要進行“緊縮UV”等自動整齊操作，有時甚至還會需要手工操作來對某些部分進行對齊。

(3）貼圖優化

貼圖圖像素材可通過數碼相機拍攝，很多時候也可通過網絡渠道來收集。原始圖像的文件數據一般都比較大，使用Photoshop 處理圖像時，除了制作出需要的紋理效果外，對貼圖圖像的格式優化也是非常重要的，合理大小的紋理貼圖可以減少對內存的占用，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，同時還能保障紋理貼圖的呈現質量，使用Photoshop 進行紋理貼圖處理時，要根據游戲場景的需要及圖像的屬性特點合理設置參數，以便達到最佳顯示和運行效果。

4 文件存儲與導出

(1）文件保存及備份

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

(2）導出三維模型文件

完成三維場景模型的制作后，可根據游戲引擎軟件或虛擬現實制作軟件的需要，將模型、動畫導出為所需要的格式文件。導出時，在3dsmax 左上角展開找到“導出”按鈕，如要導出為FBX 這種通常格式，只要在導出FBX 界面按“確認”保存即可，參數選擇操作一般只要采用默認設置即可。

5 結束語

3Dsmax 因建模方式直觀，功能強大，一直以來深受三維游戲及虛擬現實開發人員的親睞，從游戲開發建模的視角，探討了3Dsamx三維場景建模的技術應用要領，為相關學習者提供參考。