次世代游戲角色制作技術(shù)分析

鄧祖龍

【摘 要】次世代游戲是指比同時(shí)代游戲更加先進(jìn)的游戲，即下一時(shí)代的游戲。運(yùn)用最先進(jìn)的引擎技術(shù)和渲染技術(shù)，創(chuàng)作出精美的畫面、真實(shí)的光影和震撼的視聽效果，帶給玩家極佳的沉浸式體驗(yàn)。次世代游戲?qū)τ布囊蠓浅８?，美術(shù)資源也非常龐大，因此對(duì)游戲美術(shù)設(shè)計(jì)師也提出了更高的要求。

【關(guān)鍵詞】模型雕刻 法線貼圖 法線烘焙

中圖分類號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2017.17.190

對(duì)美術(shù)資源設(shè)計(jì)制作流程進(jìn)行分析和優(yōu)化，有利于提高項(xiàng)目開發(fā)效率和降低運(yùn)行成本，提供更好的游戲體驗(yàn)。通過(guò)對(duì)次世代游戲角色制作解析，分析每個(gè)節(jié)點(diǎn)的核心技術(shù)與方法，節(jié)點(diǎn)之間的相互關(guān)聯(lián)，為學(xué)習(xí)次世代游戲美術(shù)設(shè)計(jì)提供參考和思路。

一、次世代游戲美術(shù)的技術(shù)特征

由于計(jì)算機(jī)科技的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力和處理效率得到了極大的提升，體現(xiàn)在游戲中，則是能更快地加載更多美術(shù)資源，實(shí)時(shí)渲染出更多的細(xì)節(jié)和效果。特別是索尼公司的Play Station和微軟公司的Xbox 360的發(fā)布，游戲進(jìn)入了高畫質(zhì)時(shí)代。

運(yùn)用高端的引擎技術(shù)、材質(zhì)貼圖技術(shù)、渲染技術(shù)，次世代游戲有著比肩電影畫面的視覺效果。原本在影視作品中嘆為觀止的特效和美輪美奐的超現(xiàn)實(shí)主義角色和場(chǎng)景，如今在次世代游戲中都能實(shí)現(xiàn)，且是實(shí)時(shí)渲染。實(shí)時(shí)渲染，即每秒至少渲染24幀以上的畫面，才能保證游戲的流暢體驗(yàn)。而單幀屏幕畫面包含了角色、場(chǎng)景、動(dòng)畫、物理特效、光線追蹤等大量美術(shù)資源和動(dòng)態(tài)演算，對(duì)美術(shù)設(shè)計(jì)師的工作提出了更為苛刻的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和能力要求，項(xiàng)目開發(fā)的工作量也成倍增長(zhǎng)。

對(duì)比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)游戲或手機(jī)游戲，次世代游戲美術(shù)的主要特征為：模型面數(shù)高、貼圖精度高、運(yùn)用法線貼圖描繪物體表面凹凸變化、高光貼圖表現(xiàn)物體材質(zhì)反光、實(shí)時(shí)光影等。本文通過(guò)分析次世代游戲角色的設(shè)計(jì)和制作流程，明確其技術(shù)要領(lǐng)和制作思路，探討如何提高美術(shù)設(shè)計(jì)師的技術(shù)能力和工作效率。

二、角色模型制作技術(shù)分析

次世代游戲角色制作是一個(gè)復(fù)雜的工程，其環(huán)節(jié)包括：原畫設(shè)定、低模制作、高模雕刻、重拓?fù)淠Ｐ?、法線貼圖烘焙、貼圖繪制等。原畫設(shè)定作為前期工作，通過(guò)繪畫的形式，描繪出角色的形象、服裝、性格等特點(diǎn)。作為概念性設(shè)定，確立游戲的方向，為后期的模型制作提供參考。

模型制作作為核心環(huán)節(jié)，有著嚴(yán)格的制作流程和技術(shù)要求。首先是低模制作，根據(jù)原畫設(shè)定創(chuàng)建出一個(gè)約三千三角面的多邊形模型，要求結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確，特點(diǎn)突出。其次是高模雕刻，模型面數(shù)越高，則表現(xiàn)出的細(xì)節(jié)越多，將低模導(dǎo)入到Zbrush軟件中進(jìn)行細(xì)節(jié)雕刻。Zbrush作為一款數(shù)字雕刻軟件，為藝術(shù)家提供了各種雕刻工具和紋理，顛覆傳統(tǒng)的工作模式，能雕刻高達(dá)10億多邊形的模型，充分釋放了藝術(shù)家們的想象空間。經(jīng)過(guò)不斷雕刻打磨，使模型每一處細(xì)節(jié)都得到充分展現(xiàn)。

法線貼圖作為次世代游戲的主流技術(shù)，改變了模型的制作流程。法線貼圖是應(yīng)用到三維模型表面的特殊紋理，它包含了每個(gè)平面的高度值和法線方向，可以在模型表面創(chuàng)建出三維立體效果，但不改變模型表面本身。通俗地講，低模加載上法線貼圖，就能得到高模雕刻的細(xì)膩效果，大大降低了游戲中繪制模型需要的面數(shù)和計(jì)算內(nèi)容，優(yōu)化了渲染時(shí)間和效果。法線貼圖的生成是由一個(gè)高精度的模型，通過(guò)烘焙映射到表面結(jié)構(gòu)一致的低面模型，得到一張帶有高度信息和法線方向的貼圖。因此法線貼圖輸出有三個(gè)核心要素：低模、高模和法線烘焙，三者缺一不可，且低模和高模的匹配程度決定了法線貼圖的質(zhì)量。

如何將高模每一處細(xì)節(jié)在低模上完全呈現(xiàn)呢？這就需要一個(gè)在結(jié)構(gòu)上與雕刻的高模完全匹配的低模，此低模也是最終游戲中實(shí)際運(yùn)行的模型。因此，我們會(huì)對(duì)低模進(jìn)行重構(gòu)，這一過(guò)程我們稱之為重拓?fù)?。重拓?fù)洌囱刂吣５哪Ｐ捅砻娼Y(jié)構(gòu)，進(jìn)行重新布線，運(yùn)用工具調(diào)節(jié)多邊形面的形狀與分布，得到一個(gè)布線流暢，結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確的新低模。較原來(lái)的低模，模型精度更高，面數(shù)一般為一萬(wàn)三角面。拓?fù)滠浖蛇x擇Zbrush、3ds max或3d coat，其中3d coat的拓?fù)涔ぞ咦顬楹?jiǎn)單高效。

法線烘焙，法線輸出的重要手段，為了保證法線貼圖的質(zhì)量，在烘焙過(guò)程中我們需要避免產(chǎn)生以下問(wèn)題。由于雕刻的高模面數(shù)多達(dá)幾百萬(wàn)個(gè)面，系統(tǒng)資源占比嚴(yán)重，因此在導(dǎo)入3ds max之前，運(yùn)用Zbrush插件進(jìn)行減面優(yōu)化處理，同時(shí)保留模型細(xì)節(jié)。將高低模型進(jìn)行重合，選擇低模渲染到紋理，拾取高模選擇法線輸出，重置放大投影線框，將兩個(gè)模型完全包裹住。為了避免法線信息的錯(cuò)位和丟失，優(yōu)化投影線框，顯得尤為重要。投影線框每個(gè)節(jié)點(diǎn)不能穿插，盡量按照低模表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行布線，才能輸出高質(zhì)量的法線貼圖，若貼圖輸出過(guò)程中，出現(xiàn)黑斑，表示投影線框有穿插或距離過(guò)高的問(wèn)題。

三、次世代游戲貼圖表現(xiàn)

由于硬件有限，為保障游戲流暢運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)游戲和手機(jī)游戲的美術(shù)資源壓縮比較高，貼圖尺寸一般為256像素，最大為1024像素。而次世代游戲的貼圖可達(dá)傳統(tǒng)尺寸的4倍，像素的成倍增加，擁有更多繪制細(xì)節(jié)的空間，也使得次世代游戲貼圖更為精細(xì)。

傳統(tǒng)游戲的貼圖多為手繪貼圖，美術(shù)師運(yùn)用繪畫手段表現(xiàn)貼圖的光影關(guān)系和材質(zhì)質(zhì)感，局部會(huì)采用紋理疊加方式。由于是手繪，貼圖風(fēng)格與美術(shù)師的繪畫習(xí)慣息息相關(guān)，帶有明顯的個(gè)人色彩。次世代游戲貼圖最大的特點(diǎn)就是真實(shí)，紋理真實(shí)，質(zhì)感逼真，因此次世代游戲貼圖多為寫實(shí)風(fēng)格。采用高清真實(shí)素材進(jìn)行疊加處理，運(yùn)用AO貼圖表現(xiàn)真實(shí)光影，再繪制高光和磨損等細(xì)節(jié)，得到效果逼真的高清貼圖。分析貼圖繪制流程，提煉出一套高效且標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的繪制方法，有利于整體美術(shù)資源風(fēng)格的統(tǒng)一，便于團(tuán)隊(duì)成員分工協(xié)作，提高開發(fā)效率。

將角色模型放置游戲引擎中，匹配上顏色貼圖、法線貼圖、高光貼圖等，每一張貼圖對(duì)應(yīng)相應(yīng)的通道，在燈光烘焙下，真實(shí)而細(xì)膩的三維游戲角色得以呈現(xiàn)。通過(guò)分析，我們認(rèn)為學(xué)習(xí)和掌握次世代游戲角色制作的流程非常重要，明確其制作思路，依次完成每一環(huán)節(jié)，包括低模、高模雕刻、重拓?fù)淠Ｐ?、法線烘焙、顏色貼圖、高光貼圖等。遵循每一環(huán)節(jié)的技術(shù)要求和標(biāo)準(zhǔn)，能更好地避免問(wèn)題的產(chǎn)生，從而提高制作效率和效果，設(shè)計(jì)師能將更多的精力投入到細(xì)節(jié)表現(xiàn)中。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，都深刻地改變著我們的工作方式。新技術(shù)可能會(huì)改變某一環(huán)節(jié)的制作方式，但不會(huì)改變關(guān)鍵的技術(shù)流程，積極運(yùn)用新技術(shù)，就能提高設(shè)計(jì)師的制作水平，能夠創(chuàng)作出更優(yōu)秀的數(shù)字藝術(shù)作品。