游戲引擎中三維人物設計研究

路宜松

沈陽理工大學 遼寧 沈陽 110159

引言

（1）課題研究的背景和意義。近年來，游戲行業(yè)發(fā)展飛快，電腦游戲已經(jīng)成為游戲產(chǎn)業(yè)發(fā)展的中堅力量，遺憾的是成功作品寥寥無幾。隨著計算機硬件的提升和游戲行業(yè)的發(fā)展，越來越多的玩家更著重與品質和游戲體驗。結合當今游戲行業(yè)的發(fā)展情況，在這種情況下，3D游戲已經(jīng)成為當前游戲發(fā)展的熱點。并且Unity3D是一款跨平臺性突出，兼容性強的游戲引擎，現(xiàn)如今已經(jīng)成為許多游戲開發(fā)工程師首選的游戲引擎，并且本文的系統(tǒng)設計采用Unity3D游戲引擎，由于引擎提供了高質量的3D游戲的核心技術和高品質的畫面，為開發(fā)游戲人員提供了充足的資源，方便開發(fā)者進行開發(fā)。本篇文章針對三維人物設計進行研究，詳細闡述了其中運用到的關鍵技術，這對未來三維角色開發(fā)和設計有著十分重要的意義。

（2）主要內容。本文在已有理論知識的基礎上，利用多種技術實現(xiàn)了三維人物的基礎動畫動作和人物移動，本文采用多軌混合、線性插值混合、貼圖技術、有限狀態(tài)機技術、碰撞檢測技術、3D建模技術、狀態(tài)機技術等核心技術[1]。

1 關鍵技術

1.1 三維渲染及貼圖

游戲美術是在游戲開發(fā)和設計過程中不可缺少的部分。本次設計采用了3D建模技術和法線和紋理貼圖技術，模型為Mixamo下載的人物模型，之后采用法線貼圖和綁定骨骼等對人物模型進行上色和骨骼綁定，讓模型可以更好地進行移動、攻擊和防御，在場景方面采取天空盒技術渲染天空，這樣可以使人物和場景更加生動。在環(huán)境總背景上，采用了天空盒技術，所謂的天空盒其實就是將一個立方體展開，然后在六個面上貼上相應的貼圖，并在實際的渲染中，將這個立方體始終罩在攝像機的周圍，讓攝像機始終處于這個立方體的中心位置，然后根據(jù)視線與立方體的交點的坐標，來確定究竟要在哪一個面上進行紋理采樣。具體的映射方法為：設視線與立方體的交點為（x，y，z）,在x、y、z中取絕對值最大的那個分量，根據(jù)其符號來判定在立方體的六個面上進行采樣。

法線貼圖是一種實現(xiàn)三維模型細節(jié)的重要手段，它分解計算了由光照和陰影所產(chǎn)生的細節(jié)，這是一種二維效果，但不會改變模型原有的形狀，它計算了模型輪廓中極大的額外細節(jié)開銷，在當今處理能力有限的情況下，可以極大地減少運行消耗，且對視覺影像較少。高光貼圖原理是在某種特定的角度下對光進行反射，反射方向取決于發(fā)現(xiàn)方向、攝像機方向、光源平均方向，這樣可以使原有材質經(jīng)過反射達到不一樣的效果，可以呈現(xiàn)金屬光澤或者磨砂材質等，用著兩種貼圖技術，可以使角色的外觀到達比較好的視覺效果[2]。

1.2 移動技術

在移動方面，根據(jù)用戶按鍵輸入監(jiān)聽，完成角色水平豎直方向按當前世界坐標的單位向量進行移動，為了優(yōu)化人物移動速率，對數(shù)值進行了平滑處理。但這樣導致了向單位向量（1，1）移動的速度超出向（1，0）方向移動的速度，為了解決這個問題，我們對原先移動方面的輸入進行處理，采用的是橢圓映射法如圖1所示公式如下所示。實現(xiàn)此功能關鍵代碼如下：

圖1 橢圓映射法

實現(xiàn)此功能關鍵代碼如下：

output.x = input.x * Mathf.Sqrt(1 - (input.y * input.y) / 2.0f);

output.y = input.y * Mathf.Sqrt(1 - (input.x * input.x) / 2.0f);

1.3 動畫控制

在動畫控制方面，采用了有限狀態(tài)機技術，所謂有限狀態(tài)機，就是人物任意時刻都處在有限狀態(tài)機集合狀態(tài)中的某一特定狀態(tài)，當對其進行輸入時，可以從當前狀態(tài)經(jīng)過一定時間轉換為另一特定狀態(tài)，或者經(jīng)過一段時間退回到之前所處的狀態(tài)，但是這些狀態(tài)都為原來對狀態(tài)機狀態(tài)集合的某一狀態(tài)。任何一個FSM都可以用狀態(tài)轉換圖來描述，圖中的節(jié)點表示FSM中的一個狀態(tài)，有向加權邊表示輸入字符時狀態(tài)的變化。下圖為人物攻擊動作的部分FSM狀態(tài)機，如圖2所示[3]。

圖2 FSM狀態(tài)機

2 結束語

隨著計算機硬件的提升和游戲行業(yè)的發(fā)展，用戶開始對電腦游戲畫面產(chǎn)生了苛刻的要求，本文介紹了游戲引擎三維人物開發(fā)所使用的部分核心技術，并針對三維人物設計進行了研究，這對未來三維角色開發(fā)和設計有著十分重要的意義。