三維游戲場景設計中樹的制作與應用

李立鋒

Li Li-feng

（福建藝術職業學院，福建 福州 350100）

不論在動畫還是在游戲中，樹是最常見的場景之一。在動畫中“樹”可以表現出豐富的細節、空間，甚至傳達季節時間等信息，不僅僅局限于觀眾所看到一幅樹的平面圖片。游戲中的樹要跟隨玩家近距離接觸，以多角度進行全方位的觀察，從一個側面反映出一個游戲的時代背景、季節和玩家所操作的角色所在的地理位置，例如熱帶的植物和寒帶的植物有著明顯的區別。

在三維游戲的過程中玩家可以操作角色在一個虛擬的空間中行走，不管在滿是落葉的梧桐樹大道上還是一片巨大的森林中，樹在動畫或電影中所看的一樣，它是完全虛擬、全方位的。玩家可以圍繞著它旋轉、仰望。提高一個場景的真實性，美化整個游戲的畫面，營造游戲的氣氛，這是場景中不可缺少的物品[1]?，F代的三維游戲引擎和玩家硬件所能承受的“面”數量有限，因此樹的結構使樹制作有一定困難，要使樹的形態真實，又要使模型“面”數減到最小，在游戲過程中流暢達到其造型風格與游戲完美統一。

圖1 中國古典園林

圖2 游戲《綠光鎮》中的場景

1 樹是三維游戲中重要的場景

在三維游戲設計中虛擬世界和虛擬世界觀是來源于現實世界的想象。在日常生活中樹是無處不在。在虛擬的三維游戲中，如果沒有了日常的樹，會大大降低場景的真實性，使得整個游戲變得呆板而沒有生氣?？山梃b中國古典園林的做法。如圖1 所示，中國古典園林講究“一步十景”，不大的庭院能營造出無限延伸的視覺感受。其中重要的因素就是中國古典園林中非常巧妙地運用了“樹”的設計。利用樹木把墻角和墻婆娑的遮蓋，使人產生視錯覺，仿佛置身于樹林之中，這是運用“樹”設計的主要效果。如在三維游戲場景中運用較多“樹”設計可以美化場景，提升三維游戲的氣氛環境。在《綠光鎮》（圖2）作品中，樹被放置在鏡頭兩邊，能夠使鏡頭有延伸感，建筑物附近適量地放置一些樹木遮住了一些墻角，使場景設計更加充實。

2 樹在三維游戲中模型制作的過程與應用

游戲流行的今天許多玩家都沒有注意場景中的樹，但是這些大家忽視的東西，卻常常給人們帶來驚喜和意想不到的效果。樹木雖然是場景中的小物品，但在制作的過程中要分析把握好重點，然后以不同的建模方式來表現出樹的造型。按照面片的搭建方式，可分為以下幾種：

（1）制作低精度的“樹”時可以只用一張面片來表現遠處樹的剪影。在一些游戲風格中這樣的表現方式是十分貼切的，比如現在流行的暴雪游戲公司網絡游戲《魔獸世界》，它給人一種神秘的意境，游戲中的多數場景是在深山里被薄薄的霧氣所包圍，幾乎沒有太陽直射的地方，所以這種單面片的做法很好營造了游戲氣氛，如圖3 所示。

（2）三維游戲場景中低精度的“樹”還有一種常用的方法，是用十字面片或多面片交叉來實現立體感較低的“樹”。顧名思義，十字面片是將賦有整棵樹貼圖的兩塊面片十字交叉，構成簡單的立體感[2]。多面片交叉也是基于這樣的道理，多個面片的疊加可以使樹的立體感增強，但并不能使“樹”變得逼真。

高精度的樹的每片葉子都需被真實再現，每片葉子都需制作面片，加上它們互相重疊所產生的投影和反光，其面數大大超出了游戲引擎所能承受的范圍，在三維游戲場景中較難實現[3]。一些三維游戲設計中所看的高精度的樹，是一種材質效果，它是通過樹干立體樹葉大面片的方式制作，因此在三維游戲引擎中不運用高精度的樹。它逼真立體的效果用途不會體現在三維游戲場景中，真正的用途是在電影作品領域的片頭動畫上使用，如圖4 所示。

3 制作三維游戲過程中不能過度強調樹木

在三維游戲中為了節省資源，游戲引擎會將遠處的樹木、人物等模型的精度變低，所以在準備高精度樹模型的同時也需要制作低精度的。在《綠光鎮》作品的場景中，樹的制作方式因玩家所處的環境而異，對樹模型的應用表現在以下兩個方面。

（1）在玩家會出現的場所加強樹木制作的細節，在離玩家視線較遠處的制作相對簡單，從而節約了引擎資源。這樣的制作方式對運用面片非常合理。因其場景設計的需要使得樹木更帶有一份寫實色彩，在設計中策劃的背景需使樹木的設計更為寫實。設計制作各種形態的樹時，應充分掌握樹的結構特點，離玩家相對較近的樹的樹干以建模的形式表現，樹葉以面片的方式且大片地繪制以真實地體現樹的形狀和結構[4]，如圖5 所示。

（2）對玩家不能接觸的遠處采用單一面片的方式表現，在貼圖上把顏色稍稍變化，使遠處的樹和近處的樹拉開距離。樹干立體樹葉大面片的做法是用模型搭出樹的主體枝桿，較小的樹枝和樹葉則由大塊的面片實現。樹干以建模的形式表現，樹葉以面片方式大片繪制，視覺感官更加形象，如圖6 所示。

圖3 《魔獸世界》中的樹

圖4 電影中的片頭動畫

圖5 部分游戲場景中的樹

圖6 近處和遠處不同的樹制作效果

4 三維游戲中樹材質制作過程與應用

樹的種類繁多，不同的氣候季節都可以在樹上反映出來：亞寒帶一般有針葉林，溫帶有落葉闊葉林，亞熱帶有常綠硬葉林，熱帶有雨林等。樹在三維游戲場景的作用無處不在，與之相悖的是大多結構復雜、不計其數的樹葉的樹，游戲引擎是不允許的。所以在三維游戲中需要用“材質”來蒙蔽玩家。用最少的面數讓玩家看見最真實的“樹木”效果。

在《綠光鎮》作品中，樹的材質應用有以下幾個特點：

（1）對場景樹木的形狀姿態做了嚴謹的設計，不會讓那些本該不存在的植物生長在場景中，玩家通過場景了解地點氣候等眾多信息。

（2）為體現場景的神秘感選用了較冷色的樹干和葉樹，并配合少許霧效。在如圖7 所示的農場情景中，為突出夕陽下安逸溫暖的氣氛，用較強的光源來模擬太陽下山的情形，一些霧化效果來表現光源，遠處的樹就被光源虛化了。

（3）制作樹時將一個面片上不需要顯示的區域變成透明，并且投影也作了相應改變[5]，使原本復雜的樹按需要減少到最小的面數。

樹材質可以看成是材料和質感的結合。在渲染程序中，它是表面各可視屬性的結合，這些可視屬性是指表面的色彩、紋理、光滑度、透明度、反射率、折射率、發光度等。正是有了這些屬性，計算機三維的虛擬世界會和真實世界一樣繽紛多彩[3]。制作樹材質的本質就是光，離開了光，材質無法體現。例如借助夜晚微弱的天空光，往往很難分辨物體的材質，在正常的照明條件下則很容易分辨[6]。另外在彩色光源的照射下，也很難分辨物體表面的顏色，在白色光源的照射下則容易。真實的材質也需要良好光線的配合。利用物體的材質與光的微妙關系，蒙蔽玩家。在三維游戲中看到的真實立體是少數面片所制造出來的假象。

（4）樹的表現因素是景深效果與運動模糊。景深效果與運動模糊，這兩種特效都是和攝像機密不可分，因為攝像機（或照相機）都有光圈和快門，而光圈和快門就是產生景深效果和運動模糊的直接原因，所以，運用好這兩種特效是再現真實攝像效果的必要手段[5]。在賽車游戲中，這兩點體現最突出。例如《極品飛車7》（如圖8所示）飛速穿越的場景與加速過程中運動模糊的變化。《極品飛車7》中的樹木只是一個單薄的面片，由于其是競速類的游戲，玩家看到的樹木是一瞬間，所以單薄面片上的一個簡單樹木的貼圖，也能滿足其場景設計的需求。

《綠光鎮》作品中的鏡頭移動大多較為緩慢，所以不用簡單的面片制作樹，采用攝像機模糊表現場景的方法，放棄動感十足的運動模糊，加強攝像機的景深效果，強調整個場景的縱深感，配合鏡頭前細致的樹木刻畫效果，體現整個游戲場景設計的視覺效果[7]。

圖7 游戲中表現的夕陽

圖8 《極品飛車7》中的樹木貼圖

5 結論

“樹”是重要的場景素材，它能提高游戲場景設計的真實性，美化游戲畫面、營造游戲氣氛。從構思游戲的風格與理念開始，游戲設計師就要充分理解自己的制作理念，才能靈活運用制作出與場景相匹配的樹木的貼圖，再配合燈光效果、攝像機角度的手法，營造出舒適、逼真、身臨其境的視覺效果，達到滿足玩家的需求。