基于游戲引擎的VR游戲開發之場景美術設計淺析

摘? 要：在VR游戲中，場景美術設計是游戲體驗的核心，文章主要介紹了VR游戲《幻境之地》在場景創作中對于空間表現形式和光影造型的思考方式，以及場景美術設計的過程，并結合遇到的問題提出解決方法，闡明VR游戲場景與主流3D游戲場景的區別，并經過分析提出適合VR游戲場景設計的思考方式與科學規范的制作方式與具體流程，并結合游戲引擎加以論證觀點。

關鍵詞：游戲引擎;VR游戲;游戲場景美術

中圖分類號：TP39? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）18-0102-05

Abstract： In the VR game， scene art design is core to the game experience. This paper mainly introduces the thinking mode of space expression form and light and shadow modeling in the scene creation of VR game “dreamland”， furthermore， the scene art design process is introduced. This paper puts forward the solving method combined with problems， clarifies the distinction of the VR game scene and mainstream 3D game scene. After analysis， this paper puts forward the thinking mode， scientific and standardized production mode and specific process suitable for VR game scene design， and demonstrates it in combination with the game engine.

Keywords： game engine; VR game; game scene art

0? 引? 言

VR的全稱Virtual Reality即是虛擬現實，是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統它利用計算機生成一種模擬環境是一種多源信息融合的交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真使用戶（玩家）沉浸到該環境中[1]。facebook以20億美元高調收購虛擬現實技術公司Oculus VR 開始，使得虛擬現實這個科技行業小眾的名詞，開始被大眾熟知，之后國內外知名廠商爭先恐后開發VR設備，并面向消費級，從90年代到現在電腦硬件的不斷完善和升級，電子游戲產業成為發展的核心，利潤仍在驅使科技進步和硬件提升，同時也提升所有用戶和玩家的品位以及審美情趣和方式種類的多樣性，VR技術最直接的運用領域必然是游戲。本文從VR游戲的場景設計和制作出發，提出適合VR場景設計的核心。

1? 游戲場景設計的概念

游戲中世界觀的構建和劇情的發展都是以游戲場景為基奠，場景設計是指除了角色以外的一切造型設計，同時也和角色造型設計相互影響。體驗游戲的操作性和可玩性的同時，場景的魅力之處還在于時間和空間的代入感以及藝術的審美，甚至包括作者希望表達的情感或者哲學上的升華。例如陳星漢為PS3平臺開發的《風之旅人》是一款超越人們傳統游戲概念的新類型探索游戲，畫面簡單而唯美，建筑量少又給人寧靜的感覺，并且整個劇情雖簡，但是給人的啟示足以震撼每一款正統大作。

游戲場景的構建也似寫作，作者通過不同于文字的形式建造，以最直觀的畫面和聲音把一個清晰的世界展示給玩家，玩家也通過各種探索方式讀懂作者的意圖。

2? 游戲場景的前期設定

2.1? 游戲引擎的選擇

游戲的開發離不開游戲引擎的支持，游戲引擎是指一些已經編寫好的可編輯電腦游戲系統或者一些交互式實時圖像應用程序的核心組件，作為一款游戲的開發，第一步確認使用的游戲引擎類型有著非常重要的意義，從建模、動畫、物理系統、光效、粒子系統、到專業的編輯工具和程序語言甚至文件管理方式都會有很大的差異。《幻境之地》整體架構如圖1所示。

現面向開發者的游戲引擎主要有UE4和U3D，Unity3D適合個人和小團隊的開發，沒有提供過多的內建編輯，全部腳本實現，靈活度與功能完備，以確定建模以及貼圖等后續制作的規范。UE4具有較好的圖形支持系統，藍圖系統可以幫助不是專業程序開發者進行虛擬現實開發。通過查閱UE4與U3D的官方文檔，結合所使用具體硬件設備所提供SDK整理開發完整架構邏輯可以優化具體設計過程。

2.2? 美術風格的設計和世界觀的架構

美術風格代表一款游戲的基本靈魂，關于游戲美術風格，必須結合游戲美術文化和游戲引擎的發展來談，游戲引擎決定著渲染方式，次世代游戲引擎的進步和硬件的飛速提升，使得3D渲染能更好地還原寫實風格游戲，逼真程度越來越高，導致目主流游戲在美術風格上都比較統一的以寫實的風格為主，但重要的是美術風格往往能反映出游戲的題材，反之，游戲題材不能絕對限制美術風格。以《幻境之地》為例，如圖2所示，《幻境之地》美術風格前期設定受到一款富有濃郁風格畫面的冒險解謎游戲《紙藝世界（Tengami）》的影響，游戲中所有場景像是立體的紙藝術，呈現優雅的氛圍。后來選取了風格類似的Low Poly（低面數）風格化，這種設計在早期的計算機和動效中就被廣泛運用，經歷了一代又一代對寫實的無限追求之后的“復古”，低面數的優點又恰好在游戲引擎中發揮，低面數的計算使得游戲引擎能完美的運行使得游戲整體運行效率提升，對玩家而言游戲的流暢性永遠都是排在體驗的第一位。

3? VR游戲場景中的構建元素

3.1? 空間表現形式

基于動畫場景設計空間法則原理，把傳統場景設計拆分成：景深空間、平面空間、想象空間[2]，景深空間是通過場景內物體的有意的安排，通過透視、大小以及色彩構建虛擬存在的場，使玩家得到真實的游戲體驗，尤其在VR游戲下360度的實時觀察和移動，景深空間的視覺體驗是最深刻的，也是創作的過程中最需要著重去表現的，很多游戲作品會有意地放大靠近玩家的物體，并且遠處的物體通過貼圖的形式弱化，增強整個場景的縱深感，玩家進入游戲以后感覺自身處于一個真實開闊的世界，以便達到場景設計中最重要的視覺強度目的;平面空間，平面空間在VR游戲中，是通過線索引導玩家在某一時刻的視覺中心點聚集在某一個特定的地方，從而產生一個相對平面的空間。平面空間帶來的視覺感受更在于細節和內容展示;想象空間，玩家對場景虛擬事物的空間構成進行觀察、分析和抽象思維的思考從而進一步的擴大玩家想象中的游戲內容。以《幻境之地》為例，《幻境之地》空間表現形式如圖3所示，作者有意的構建一些事物從而激發每一個玩家的自我想象，不同的人會有不同的感受，這在動畫和電影中也尤為重要，巧妙地豐富了劇情。

3.2? 光影造型

光影造型在游戲場景空間氛圍營造中起著至關重要的作用[3]，游戲場景的基調就是由光影效果組成其中包括色彩的冷暖、明度的大小、光源以及環境氛圍的粒子特效，用來增強游戲中物體的體積感和場景的空間感，同時渲染游戲劇情，對于游戲的感官體驗有著特別重要的作用。《幻境之地》有意在光影布置中以越靠近玩家越提高燈光色溫的表現方法進行燈光布置，起到塑造場景空間氛圍，情緒氛圍的作用，如圖4所示《幻境之地》燈光布置，使用Unity3D自帶light組件，type類型主要使用兩盞directional作為整體打光組件，增加10盞point類型燈光組件作為環境光源的點綴，并根據距離設置燈光calor色溫和range漸變，以滿足空間色彩空間的塑造。

3.3? 游戲音效

游戲音效在制作和收集的過程中并不是和場景設計在同一個分類下，但個人認為游戲音效是場景設計里密不可分的一部分。如同影視中的視聽語言，有助于描繪、抒情、結構貫穿;突顯立體幻境、渲染畫面氛圍，使得游戲體驗更有質感。

3.4? 自由空間的主觀“約束”

前面提到VR游戲就是讓玩家進入到虛擬現實無限制的感知虛擬世界的一切，但是自古的游戲中往往存在各種規則，當規則與實際相互沖撞的時候，作者則需要主觀地去“約束”玩家所能感知的內容，避免游戲發生Bug或者與作者設計的游戲內容偏離，如圖5《幻境之地》區域設置（來源Unity3D工程截圖），綠框為玩家核心交互區域，超出范圍使用空的不可見collusion組件作為阻擋，藍框利用player組件方向確定玩家視野核心區域。

3.5? 場景模型建構與規范

在游戲引擎中對模型的要求相比其他形式的模型有很大的區別，其中包括場景尺寸、單位、模型歸類塌陷、命名、紋理尺寸與格式、材質球等必須是符合制作規范的，一個歸類清晰、面數節制、制作規范的模型文件對于Unity3D游戲引擎的程序控制管理有十分必要的。《幻境之地》制作流程以及參數如圖6所示。

其中針對Unity3D游戲引擎在場景模型的調整和導出要特別注意兩個問題，第一Unity3D會記錄模型在建造的時候所有的放大縮小信息，直接導致在Unity3D中模型Transform-Scale屬性出現不統一的數值，這在Unity3D里面直接影響攝像機的數據讀取，應該統一Transform-Scale數值為1，目前解決的方法是在3DS Max中從最開始建模的時候把系統單位和文件單位設置成厘米，并且在模型制作完成的時候新建一個沒有經過調整的幾何體進行附加，以便統一模型XYZ軸向和大小。然后刪除幾何體并調整軸心到中心再導出。第二個問題是在模型經過UV展開，以及貼圖繪制完成后要先導入Unity3D中查看法線是否反轉，因為有些模型在3DS Max中顯示和渲染是沒有任何問題的，但是到了Unity3D中會出現一半或者全部模型法線發轉的情況，特別是使用鏡像建的模型，合并之后一定要檢查法線，然后再進行下一步的編輯，使得最終模型在引擎中縮略圖、單位信息、法線朝向、軸方向在UD3、3DS Max中完全保持一致即可，《幻境之地》工程截圖（來源Unity3D工程截圖）如圖7所示，模型資料顯示無錯誤。

4? VR游戲場景與主流3D游戲場景的區別

全3D立體顯示和完全虛擬的畫面，符合人眼觀看顯示實體物體的習慣，以及給人主觀意識上的比例對比。和主流3D游戲顯示器顯示有很大的區別。完全屏蔽外界光線的干擾，游戲場景的設計也要更符合人體工程學;不受限制的視角方向和寬廣的視野，在主流顯示器游戲中攝像機的視野范圍是可以通過調節來控制景深，在VR游戲中，如果需要達到逼真的視覺體驗，視野必須接近真實，這需要滿足兩個條件：一個是接近人眼的FOV，二是跟隨頭部的運動視覺[4]，在場景的規劃和設計中和主流顯示器游戲有很大的區別;空間定位能力，VR設備自帶的頭部空間定位技術和其他外設空間定位技術，直接地改變了游戲操作方式。

5? 粒子系統

隨著電子游戲的不斷進步，人們對游戲的質量要求越來越高，Unity3D與UE4粒子系統，都采用模塊化管理個性化的粒子模塊配合粒子曲線編輯器使用戶更容易創作出各種繽紛復雜的粒子效果[5]。粒子系統的持續時間、循環方式、運動方式、大小、顏色、速度繼承、以及節奏控制都能夠直觀的控制，對于在程序方面沒有基礎的人來說也很容易把控。粒子特效在游戲游戲場景中能發揮渲染環境氛圍，提高游戲品質。

6? 結? 論

因為數字科技的發展，VR游戲必然是未來幾年甚至幾十年的重要內容，然而美術風格和畫面質感對玩家產生最直觀的影響，在VR游戲場景的設計中，游戲引擎的選擇和確定是游戲的第一要素，在美術風格的設計中應該從腦子的想象之地出發，重要的是創造，用科學的美術風格來表達創建世界。淺看美術場景設計很大程度影響了游戲玩家和用戶第一停留的時長，深看這是一款游戲世界觀和情懷的表達，因為這其中蘊含著整款游戲的文化內涵。而我們更應該清楚的站在玩家的角度去思量，充分的發揮概念設計師的主觀能動，制作更加符合市場需求和玩家審美的作品。

參考文獻：

[1] 郭天太.基于VR的虛擬測試技術及其應用基礎研究 [D].杭州：浙江大學，2005.

[2] 尚媛媛.游戲場景設計中空間氛圍的研究與營造 [J].科技傳播，2019，11（8）：143-144+160.

[3] 陳琳娜.數字技術電影美學的當代建構 [D].南京：南京藝術學院，2020.

[4] 潘鋒.仿人眼頸視覺系統的理論與應用研究 [D].杭州：浙江大學，2005.

[5] 王汝傳，黃海平，林巧民，等.計算機圖形學教程：第3版 [M].北京：人民郵電出版社，2014.

作者簡介：吳揚飛（1993—），男，漢族，江西南昌人，碩士在讀，研究方向：藝術設計-動畫。