3D游戲場景設計與底層技術解析

于佳建

摘要：游戲業是新時代發展背景下經濟的重要組成部分，以現階段市場經濟發展情況為基礎，結合近年來游戲業發展方向，明確3D游戲在市場中占據的重要地位，分析3D游戲場景設計與底層技術包含的內容。

關鍵詞：3D游戲;場景設計;底層技術

目前，受到計算機技術和網絡通信技術的影響，人們的娛樂形式產生了改變，從傳統意義上的戶外活動轉變為網上游戲，這種娛樂方式也是新時代發展背景下的主要產物。本文主要是對3D游戲中設計場景的各種技術進行研究和分析，以此為游戲業的創新發展提供依據。

1.建模技術

DS MAX 的對象建模主要分為以下幾點：其一，多邊形建模。這種形式符合構建形狀規則、無曲面的對象，其是通過小平面模擬曲面，做出形狀各異的三維物體。小平面包含了三角形等多邊形，但大都是應用三角形或者是矩形。這種建模形式可以先構建基礎的幾何體，再整合規定應用編輯器調節物體的形狀，或者是通過不同的技巧來做出虛擬顯示的場景與物體;其二，非均勻有理B樣條曲線建模。其是三種建模形式中經常應用的一種，更符合構建光滑、復雜以及細節逼真的模型。但是因為這種建模形式一定要應用曲面片作為基礎的建模單元，所以其具備一定的局限性，如其只存在集中拓撲結構，很難創造出具備多變性的物體，同時以為其應用的曲面片是網狀的，所以若是制作的非常復雜，將很難控制這一模型;其三，細分曲面技術在構建曲面的過程中存在一定問題，其可以通過多面體來控制網絡，之后結合控制網絡形成平滑的曲面。當然，其也可以應用任意形狀的網格，這樣可以更容易構建多種拓撲結構，并優化整體曲面的光滑性^[1]。

2.建模方式

不同的事物可以結合目標形體的形狀提出不一樣的建模方式，其中主要分為以下幾點：其一，旋轉建模。其可以用在具備中心軸對稱的物體，如水果等;其二，Loft放樣建模。其可以用在有截面或少數截面的一段路徑上;其三，Booleam建模。其用來整合兩個造型物體;其四，復制于堆積建模。其用在形狀不規則的形體陣或堆積物體，如石塊等;其五，依附建模。用在建模存在空間扭曲或變形的物體;其六，材質建模。這種形式是以材質為基礎進行的，如opaacity透明貼紙等;其七，組合建模。用在工業復雜零件中，如交通工具等，其是以多個部分構成，要想完成最終的目標物體，就要應用多種坐標軸，整改部分軸心，以移動、對齊以及縮放等工具，調換各種視圖來操作，最終組成一個完善的有機部分。

3.游戲場景的設計

3.1建筑設計

建筑是場景設計的重要組成部分，卡通類建筑制作與高仿類建筑模型相比，制作更為簡單，但從平衡游戲效果、運行速度等方面而言其比建筑模型更有利。制作是通過結合自己的游戲風格明確有效的模型，之后以此為根本轉化為卡通化的建筑，或者是結合原畫實施建模。建模的方式主要分為以下幾種：其一，加法。是簡化一切建筑元素，再整合疊加構成新建筑。在設計過程中，很多物體可以通過抽象簡化獲取，只是賦予不同的材料和貼紙;其二，減法。可以將引用的高精度模型變得模糊化;其三，擠壓法。是用二維圖形制作出主體圖形，合成之后擠壓出立體造型，這種形式雖然設計速度非常快，但是并不容易明確目標;其四，放樣Loft。這種方式是3D游戲場景設計與底層設計的重點，適用于構成復雜對象。從理論上分析，這種形式可以制作出一切目標模型，但在應用中，其還是會受到復雜性的影響難以正確應用^[2]。

3.2自然環境的設計

場景裝飾物包含了遠景、近景以及中景，結合其展現的特點提出不同的建模形式，有助于在獲取相同結果的情況下，提升程序運行的效率和質量。通常應用的方案是讓遠景應用低精度模型，近景引用高精度模型。這種方式有助于平穩全場景的運行效果。例如，群山或高樓大廈，遠景可以通過引用單面環繞方式進行制作，其有助于減少模型的面數，提升運行的效率。

3.3制作心得

其一，作圖前要做出方案。設計者要先明確場景設計的內容，了解場景構成的元素，哪些元素需要建模等問題，之后分析整體的顏色匹配效果等;其二，在建模時，要以減少圖形的計算量為原則。由于圖形連續顯示的計算時間至關重要，只有降低圖形的計算量才能增加圖形處置的速度，優化圖形的動態效果，提升畫面的連續性。而在設計中要想降低計算量，就需要選擇較快的計算方法，減少圖形中較為復雜的算術方法，所以設計者可以引用循環迭代算法;其三，在作圖過程中一定要應用幾何元素進行命名，不然在整合場景之后，很容易出現box01、box02……等，無法明確判斷各種元素屬于哪種物體。由此，在每完成一種建模后，要應用所用元素進行命名，或對應用材質進行命名，以此預防建模混淆。

4.地形數據與地表的設計

4.1地形數據的設計

游戲中的3D人物需要站在地形上才能進行場景的運動，而場景只是用于表現圖面效果，并不是程序中的人物跑動都需要信息數據，因此程序要設計與場景相關的地形數據，以此計算場景地面和人物走動的高度和碰撞的相關數據，由此可知地形數據是程序中計算空間邏輯的數據。

4.2地表的設計

在設計大地形和復合地形時，只用一張簡單的大地表紋理是不充裕的，因為就算再大的紋理依舊無法覆蓋地表的深層細節，若是相機距離地面較近，畫面顯示的內容會非常粗糙。另外，不同的地塊間要具備平衡性，這就需要設計者進行特殊處理。以紋理為例，其要進行多種細節處置，一方面選擇一張大的地表紋理作為地表的底層，之后以此為基礎覆蓋多個細節紋理進行處置。也就是說，設計者要將地表分為多個板塊，并對每一版塊進行細節處置。

5.復合式天空頂的設計

通過整合傳統意義上天空頂設計方案展現出的優勢，設計者在方形的天空頂內部融入半球形天空頂，有助于模擬多層的大氣效果。通過將最外圍的天空盒作為天空宇宙的背景，通常情況下設計為深邃的天空背景色，內部每層的半球形天空頂作緩慢圓周自轉，用于模擬大氣層的運動，在設置阿爾法的半透明，從遠到近不斷變化深淺，以此模擬白天到黑夜的變化。

結束語

綜上所述，隨著游戲業的持續發展，游戲設計師開始嘗試從不同方向進行創新，而深層了解和研究3D游戲場景設計與底層設計是現階段游戲設計創新的主要方向，全新的素材和技術為吸引群體目光奠定了基礎。

參考文獻

[1]趙璐. 卡通風格3D游戲場景設計制作技術[J]. 電腦迷， 2016（10）.

[2]陳申杰. 3D游戲科幻場景設計研究[J]. 電子技術與軟件工程， 2016（3）：69-69.

[3]何廣鵬. 3D游戲實時圖形渲染框架的設計與實現[J]. 西南交通大學， 2014.