可編輯多邊形在三維游戲場景建模中的應用
——以歇山建筑為例

葛田

（蕪湖職業技術學院，安徽 蕪湖 241006）

0 引 言

自20世紀90年代起，《完美世界》《第四世界》等系列游戲開啟了中國自己的三維游戲時代。隨著我國經濟的不斷發展，中式風格的游戲（如著名的《仙劍奇俠傳》系列游戲）逐漸進入大眾市場。一款三維游戲的誕生包含了從原畫設計、關卡設計、游戲角色與模型構造、烘焙材質、燈光渲染、線下線上測試到正式運營等環節。模型設計主要包含角色設計、室內外場景建模。其中，場景設計決定了一款游戲整體的風格走向，出色的場景設計可以突出游戲的美感和角色的情感，提升對新老用戶的吸引力和重玩率，總之可以提升整個游戲的價值。場景模型中精準的面數控制能夠增強游戲的流暢度，降低游戲在不同設備上的卡頓風險。不合適的場景建模會在第一時間降低用戶的體驗感，影響游戲整體的銷售和口碑。游戲場景設計在一款游戲中的重要地位可見一斑。

目前，市場上的三維建模軟件種類繁多，有C4D、3DS Max、CAD軟件，等等。有的軟件偏重于機械類工業建模如CAD，有的軟件偏向于3D動畫廣告制作如C4D，而3DS Max軟件對建筑模型和室內設計更加得心應手，同時它在游戲廣告、VR虛擬場景建設方面都有不俗的表現。3ds Max軟件有種類豐富的修改器和插件,其中的可編輯多邊形和可編輯網格工具都是游戲場景建模中不可或缺的工具?？删庉嬀W格是早期比較成熟的三邊建模工具，它將模型最小的面定義為“三角形”，包含頂點、邊、面、元素和編輯幾何體工具。網格建模的優點在于所建立的模型消耗內存小，非常適合網絡游戲的內存要求，但網格算法在性能上遜色于可編輯多邊形，也沒有那么多靈活的附加工具?？删庉嫸噙呅蔚幕A參數除了頂點、邊、多邊形元素外，還包括邊界參數。頂點層級包含移除和斷開點、將點切成面的切角和消除無用頂點的目標焊接等命令。邊層級比較重要的工具是連接、切片平面和切割，可以幫助設計師快速得到想要的邊面形狀。邊界層級多用來修補建模時的漏洞，可編輯多邊形層級的輪廓、倒角等工具都是對面的細化處理命令。除此之外，附加命令還包含細分曲面、細分置換和繪制變形等工具?？删庉嫸噙呅巫钚∶媸恰八倪呅巍保久婵梢允侨我舛噙呅危阅莒`活地處理模型的各種細節。同時還內嵌了NURES曲面，可以在可控點數不變的基礎上對對象進行網格平滑處理。從理論上來說，任何實體或幻想物都可以使用可編輯多邊形創建。所以目前最常見的建模方式是先用可編輯多邊形完成游戲模型，導出時再轉化為可編輯的三角網格文件。

1 游戲場景建模的流程與規范

游戲場景建模對象包含建筑模型和其他所有非建筑模型，包括山川、河流、巖壁、室內室外物品等。一個三維場景的建模遵循以下流程與規范：首先確定該款游戲的大體風格，收集類似場景建筑的資料。資料包括但不限于建筑物的年代背景、尺寸、建筑材料、建筑裝飾等內容。其次確定游戲場景的尺寸與相對比例，整個流程從使用手繪原畫或CAD軟件完成模型的圖紙設計開始，其中建模必須以軟件世界坐標“0”為中心點。然后使用可編輯多邊形構建低模并按照需求細化為高模。模型完成后進行貼圖的制作、烘焙。最后完成場景模型的整合塌陷，即刪除一切對該模型無用的功能性操作，以此減少內存的消耗。最終完成場景建模并導出為三角網格文件。后期還要進行平臺修改測試，完成游戲上線。特別需要注意的是，建模時對模型布線的計算應該盡量控制面的數量。根據游戲場景的復雜程度和游戲引擎的技術特點，一個屏幕內的面應該控制在500到8 000個，同時盡量減少無用三角面和無用頂點的產生。這樣既方便了后期UV的調節又能減少引擎渲染的時間，提高玩家的游戲體驗感。

2 歇山建筑模型建模的主要流程

人類的文明史總要提及中國的長城、埃及的金字塔、印度的泰姬陵，可以說一個國家的古建筑最能顯現這個國家的文明和智慧。古代建筑的發展往往也體現了當時的生產力發展水平，中國古代建筑歷史悠久，具有其獨特的造型和布局，虛實相生，動靜結合，反映了我國古代勞動人民極高的建筑技巧和藝術水平，是民族的文化瑰寶，是歷史研究的實例物證。哪一個時代出現什么樣的建筑結構和建筑材料都會在歷史上留下痕跡。例如建筑工匠們早在三千年前就能基于框架結構制作如飛翼一樣的屋頂，遠在漢朝時期，懸山、硬山、歇山、廡殿、攢尖五種中式屋檐結構就已經基本成熟。北宋頒發的《營造法式》就是研究土木工程的早期法典文本。清朝雍正十二年官方頒布的《工程做法則例》詳細介紹了懸山、歇山、廡殿等大木做法。其中懸山頂與歇山頂建筑是最為常見的古建筑屋頂構造方式，如圖1所示。

圖1 懸山與歇山建筑

懸山頂又名挑山頂，是典型的民間建筑，也是清朝時最常見的民間建筑，規格上低于歇山，主要的特點是僅有一道正檐，屋檐超出墻體，以防止雨水淋濕山墻，兩頭山尖還可以做出鏤空的形狀，用來交換室內空氣。歇山建筑等級高于懸山，歇山建筑會用在建筑體量比較大、比較重要的場合。與懸山屋頂的直上直下相比，歇山頂有九條屋脊，最明顯的特征是正脊到四角屋檐處拆斷一次，好像歇息了一下，故名“歇山”。歇山建筑莊重中又帶有獨特的俏麗，大到樓閣殿宇、小到水榭廊坊都可以使用，所以在游戲場景中多用于亭臺樓閣的建模，是中式游戲中最實用的模型。歇山建筑建模時將建筑整體分為上中下三個部分。上部為歇山屋頂，中部為屋體，下部為基座露臺，地面到屋體臺面有臺階。歇山的屋頂是區別于其他中式建筑模型最顯著的部分，正脊兩端常伴有龍吻、鴟尾或花飾、雌毛紋頭，在游戲場景建模中常會簡化出現。屋頂是整個歇山建模環節中最關鍵的部分。

2.1 歇山建筑制作步驟

游戲場景模型的創建首先是要確定游戲的模型與正常建筑的比例，建模時比例必須保持一致。單位統一為米。3DS MAX中單位設置有兩個，一個是系統單位，一個是顯示單位，兩者應該統一。模型制作過程一般從大到小，從整體到細節。歇山建筑建?？梢詮淖钪匾奈蓓敳糠种?，在3DS MAX軟件中選擇標準體平面建模，頂視圖創建一個長度1.5 m，寬度0.8 m的plane，plane長度分段2，寬度分段3，這樣劃分的目的是為了方便后面頂點的移動。轉化為可編輯多邊形后選擇可編輯多邊形的點元素，移動頂點，將頂點排列焊接成一道屋脊、四個角的形狀。用移動工具將中心頂點沿著Y軸升高0.15 m，這時我們可以得到一個懸山的山頂。接下來為了將屋頂設計為歇山制式，需要在可編輯多邊形工具中選擇屋頂四角邊元素，利用附件編輯幾何體的切片平面，將屋脊從上至下一分為二，調整頂點位置完成屋脊前后大坡檐、兩側小坡檐的設計。屋檐有屋頂四邊沿線的制作，選擇邊線，新建圖形后打開渲染視口設置，將原本的二維樣條線編輯成厚度為0.2 m、邊數為3、角度為90°的3D屋檐，如圖2所示。

圖2 歇山屋頂制作

2.2 歇山屋體的制作步驟

選擇屋頂最下面的一圈邊線，通過連接復制命令制作出向內傾斜類似斗拱的幾何體，繼續沿邊線向下擠出長方形屋體，如圖3所示。屋體最下面的面屬于不可視的部分，應該予以刪除。之后根據圖紙完成屋體的細節部分，如廊柱、大門、窗戶等元素，其中所有不可視的面都應該刪除，以減少不必要的面數。

圖3 屋體制作

2.3 基座制作步驟

基座由露臺和臺階兩個部分組成。其中露臺的制作使用屋體的下邊沿線，利用shift連接復制命令拖拽出露臺的平面。沿著y軸繼續向下復制，制作露臺的高度。選擇露臺正面上下兩條線，添加連接兩次，留出臺階的面積，并刪除多余的面。在露臺中間加入的臺階可以由二維樣條線制作而成，在左視圖制作臺階橫截面，添加擠出修改器制作出臺階模型。圖4為完成后模型。

圖4 歇山模型完成圖

3 模型中面數的控制

場景的面數一般是以三角面來計算的，我們在三維軟件中制作的可編輯多邊形為四邊面。所以在導出前需要將模型塌陷為可編輯網格。通常網絡類游戲對面數的限制比較高，所以多用簡模，單機類游戲會更偏向高精模型。精簡模型的面數一般采用以下幾種方法：（1）刪除不可視的面。（2）減少模型的數量。（3）降低模型的密度。（4）用貼圖代替精模。以文章中的建筑為例，從歇山頂到露臺底部應該中空。廊柱靠墻的面、臺階背面和底面都應該刪除。如果面數還是超出要求，可以直接用簡模代替精模，建筑體上細節部分由貼圖代替模型，如圖5所示。對于簡模來說，模型的好壞取決于貼圖的質量。

圖5 簡模

4 結 論

利用可編輯多邊形及其附加的工具制作既有真實性，又有藝術性的場景模型，是游戲創作中不可或缺的重要部分。而游戲場景的面數也并不是越少越好，它的數量最終取決于游戲的性質和引擎的技術。游戲設計師只有控制好模型數量、場景面數和場景貼圖的質量，后期游戲運行中的卡頓現象才會少出現或不出現，從而更好地利用場景為游戲服務。中國古建筑是中華民族文化的象征，是世界建筑史中無可比擬的珍寶，是仿古模型的主要對象。眾多游戲設計師之所以選擇仿古中式模型是因為它在游戲場景中具有很重要的表現力：用建筑交代游戲的時間與空間，用場景和材質烘托游戲角色的情緒氛圍。中式風格的三維游戲場景創造了一個中國風的虛擬世界，使更多熱愛中國歷史的玩家產生共鳴。隨著我國游戲市場的不斷壯大，中式風格的三維游戲市場前景會更加廣闊。