模塊化設(shè)計在沉浸式游戲設(shè)計中的應(yīng)用研究

（魯迅美術(shù)學院 傳媒動畫學院 116650）

一、概述模塊化的起源

模塊化設(shè)計（Modular design）是一種科學的現(xiàn)代設(shè)計方法，最先應(yīng)用于程序的編寫。以功能塊為單元進行程序設(shè)計，實現(xiàn)其求解算法的方式稱為模塊化。模塊化的設(shè)計主要應(yīng)用于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計和造型設(shè)計中，模塊化設(shè)計的主要目的是為了降低復(fù)雜程度，使設(shè)計、制造、調(diào)整、修改等流程簡單化，提高制作的效率。模塊化設(shè)計是通過在產(chǎn)品設(shè)計的過程中應(yīng)用模塊化的思想，分析產(chǎn)品品種、規(guī)格與設(shè)計制造周期、成本之間的制約關(guān)系進而獲得最優(yōu)設(shè)計方案的現(xiàn)代設(shè)計方法。通過這種分析方法能夠提取規(guī)律，在產(chǎn)品的設(shè)計過程中將產(chǎn)品劃分成模塊零件。這些零件中一部分為主體部分，一部分劃為裝飾部分。主體部分主要保證產(chǎn)品的功能需求，而裝飾部分可以進行重新組合和調(diào)整，這樣做可以使產(chǎn)品的外觀造型具有多樣性特點。將這些功能相同外觀造型不同的產(chǎn)品作為同一個系列的產(chǎn)品，可以在制造的過程中減少制造的周期和成本，提高產(chǎn)品生產(chǎn)的效率。模塊化設(shè)計的分解原理就是類似于臺式電腦的機箱的拆分。整體機箱由不同的零件組合而成，零件具備被功能相同零件替換的性能，替換之后可以具有不同結(jié)構(gòu)和功能，損壞時可以及時將單獨零件替換，而不需要整體替換，這樣做可以減少損失、節(jié)省時間、循環(huán)利用。

模塊化設(shè)計是一種標準化、組合化的設(shè)計方法，它不是為了設(shè)計某個具體產(chǎn)品的方法，而是對某一類產(chǎn)品甚至對有相似功能的其他類產(chǎn)品進行同類設(shè)計的設(shè)計方法。為了能夠減少重復(fù)設(shè)計，縮短設(shè)計所需要的時間，并且降低生產(chǎn)所需要的資金，這一類功能相同而外觀有所不同的產(chǎn)品在制作過程中，需要將產(chǎn)品劃分成幾個部分，通過劃分出的模塊重新組合出外觀不一樣的產(chǎn)品，通過這樣的方法能夠快速地滿足客戶的要求。

二、模塊化設(shè)計的優(yōu)勢

（一）模塊化設(shè)計的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

由于模塊化設(shè)計能夠使設(shè)計、制造、調(diào)整、修改等簡單化，所以模塊化設(shè)計在多個領(lǐng)域得到了不同程度的重視。大型機械的運用就變得普及，很多機械是使用模塊化設(shè)計方法組合成的。這樣的機器是可以拆分成很多小的零件，運輸這樣的大型機械時就會變得比較方便。使用這樣的機械工作時，若某個部分出現(xiàn)了問題，就可以找到這個型號的零件替換上去，而不需要在損壞的情況下重新購買，這樣做可以減少成本、減少時間的浪費。例如舞臺的搭建就是運用了模塊化場景設(shè)計的原理，通過拼接組合就可以在很短的時間內(nèi)搭建出來，而且舞臺搭建通常會選用能夠多次使用具有可循環(huán)利用性的材料。

模塊化設(shè)計能夠解決定制生產(chǎn)和批量化生產(chǎn)方式之間的矛盾。定制生產(chǎn)是對產(chǎn)物有個性化的要求，而批量化生產(chǎn)是指運用統(tǒng)一的模板大批量地進行制作。模塊化設(shè)計具有能夠使計劃、制造、調(diào)節(jié)、修改等流程簡單化的特點。這種只調(diào)整部分模塊而形成新的造型的方式具有個性化，能夠滿足定制生產(chǎn)的要求。模塊化設(shè)計在產(chǎn)品中的生產(chǎn)目的是以少量的模塊模型搭建出不同的造型，用最少的資金來制作出更多樣式的產(chǎn)品，以最省錢最快速的方法滿足客戶的各種要求，滿足了企業(yè)以最小的方式獲取更多的利潤的追求。

模塊化設(shè)計具有標準化，通用化和系列化的特征，這些特征能夠使產(chǎn)品的生產(chǎn)更加地方便，能夠減少制造時間，降低制作成本。精心設(shè)計的模型外觀會增加場景豐富程度，用燈光、貼圖等其他資源也能夠幫助達到場景豐富的效果。

建模軟件的高速發(fā)展加快了游戲模型的制作流程。早期的游戲大多都像是使用像素化元件堆砌出來的，而游戲的細節(jié)是由材質(zhì)堆砌出來的。這樣的游戲場景中大多是使用重復(fù)的模塊模型，每個場景內(nèi)模型造型只做少部分的改變，模塊化設(shè)計在這些場景中的體現(xiàn)主要表現(xiàn)在場景中可循環(huán)物體上，例如墻面制作。

模型制作的質(zhì)量是游戲細節(jié)的一個主要展現(xiàn)方式，模型的精細程度在很大程度上決定了場景中材質(zhì)和貼圖的細節(jié)質(zhì)量是否能夠達到要求。場景中每個模型都要做出細節(jié)會浪費很多不必要的時間。模塊化設(shè)計能夠?qū)⒛Ｐ头殖啥鄠€部分，通過設(shè)計將模型重新組合，按照主題的風格設(shè)計出符合主題的場景，因此模塊化設(shè)計在游戲建模過程中是必要的。若在場景模型設(shè)計中沒有運用模塊化設(shè)計，那么多人合作的美術(shù)設(shè)計師很有可能會做出難以預(yù)料的游戲場景，可能是個體好看但風格不同的，也可能會與主題偏離，因此我們需要使用模塊化設(shè)計達到設(shè)計風格的統(tǒng)一。一個人若一直做同一個場景，會很快失去動力和熱情，這樣就需要減少在同一個場景中花費的時間，而模塊化設(shè)計就可以節(jié)省時間提高效率。

（二）模塊化設(shè)計思想在設(shè)計初期的運用

模塊化設(shè)計是將已經(jīng)經(jīng)過美術(shù)設(shè)計的場景中的重復(fù)的部分分離，分成幾個小的零件，將零件的規(guī)格大小和比例標注出來，建模師只需要根究尺寸制作出幾個小的零件。因為是按照尺寸做的所以模型之間拼接基本能夠能夠做到無縫銜接。在完成一個場景的設(shè)計中，盡管模塊化設(shè)計前期會比較繁瑣，但我們只需要將經(jīng)過美術(shù)設(shè)計的場景中重復(fù)的部分劃分成幾個零件。而模型中沒有改變的，只是經(jīng)過拉伸和縮放的模型可以歸為一種零件，類似這種分類的方式，在這種方法的前期設(shè)計過程中會比較占用時間，而在后期建模時會比較節(jié)省時間，能夠減少失誤，也能夠節(jié)省貼圖資源。在想要修改模型時，模塊化設(shè)計分離出來的零件會比較方便修改，能夠節(jié)省工作量，提升效率。而如果不使用模塊化設(shè)計，那么建模師就會在幾個星期都制作同一個場景，會使其產(chǎn)生疲勞感，對這個場景失去熱情，就會失去做下去的動力。

（三）模塊化設(shè)計在搭建場景中的應(yīng)用

在虛擬現(xiàn)實游戲場景中模塊化設(shè)計在搭建場景時，若模型在場景中不是主體的部分，可以不需要做出細節(jié)。例如遠處不會走過去細看的部分和棚頂?shù)雀咛幍牟糠郑覀兙涂梢栽诖罱▓鼍皶r使用配件拼接。如果拼接出來的方有縫隙我們可以使用零件進行遮蓋，這樣做既可以省時間而且在遠處看時也會有細節(jié)的效果。在場景搭建中利用模塊搭建場景時，我們可以自由地對場景進行設(shè)計，更新場景也很便利。如果對某一部分的材質(zhì)不滿意，可以將需要改變的模塊導(dǎo)出重新貼圖，可以做到想改的時候立刻改，不需要在不滿意的時候再進行最開始的的美術(shù)設(shè)計。若需要在場景中添加一扇門等需要修改整個場景布局時，使用模塊化設(shè)計而搭建出來的場景可以快速地重新搭建出來，不需要重新調(diào)整的整個布局方案進行重新建造，這樣做可以有效地節(jié)省了我們的時間。在場景搭建的過程當中，我們需要盡可能的縮減內(nèi)存的使用空間。使用模塊化設(shè)計中的模塊來構(gòu)建場景，場景中的模型可以由多個模塊相互組合而成，這樣可以減少內(nèi)存的使用空間。如果一個場景的搭建是由一個團隊來完成的，因為每個人的設(shè)計思想不是統(tǒng)一的，因此很可能會導(dǎo)致整個場景的風格不統(tǒng)一。而模塊化設(shè)計基本不會出現(xiàn)風格不統(tǒng)一的問題，因為創(chuàng)建出來的模型會經(jīng)過重新組合而形成新的物體，為了使場景保持統(tǒng)一性，會在整個場景中重復(fù)的使用這些零件，這樣做就能夠使場景保持統(tǒng)一性。

模組化的場景設(shè)計對場景中模型和貼圖的細節(jié)制作有很大的幫助。我們可以根據(jù)游戲的分類做出不同的細節(jié)，除此之外，模組化的場景設(shè)計可以使設(shè)計的專注于設(shè)計的美感，地形編輯的專注于編輯地形的好玩性，而不需要再去關(guān)注細節(jié)表現(xiàn)。有了模組化設(shè)計可以使團體合作更加合理有效，更加方便管理，有利于提高工作效率。

三、模塊化設(shè)計與虛擬現(xiàn)實游戲設(shè)計相結(jié)合的重要意義

（一）模塊化設(shè)計在制作過程中的必要性

虛擬現(xiàn)實游戲由于電腦硬件設(shè)備以及其它客觀條件的限制。在場景過大時移動就會出現(xiàn)卡頓的情況，體驗會受到影響，這也就要求虛擬現(xiàn)實游戲場景在搭建的時候需要盡量地減少內(nèi)存的占用。怎樣減少內(nèi)存的占用？減少內(nèi)存的占用需要在搭建場景時使用比較少的模型，而減少模型的數(shù)量就需要使用模塊化設(shè)計。模塊化設(shè)計具有標準化，通用化和系列化的特征，這些特征可以使整個場景劃分成幾個可重復(fù)使用的零件，使用根據(jù)零件的尺寸建出的模型搭建出的場景，可以節(jié)省內(nèi)存的占用。因此可以知道模塊化設(shè)計在虛擬現(xiàn)實游制作流程中是必要的。為了能夠減少重復(fù)設(shè)計，節(jié)約設(shè)計所需要的時間，并且縮減項目預(yù)算。在搭建場景時就需要使用更加快速的方法，減少時間的浪費。模塊化設(shè)計是在產(chǎn)品設(shè)計的過程中應(yīng)用模塊化的思考方式，通過分析產(chǎn)品的種類、相應(yīng)規(guī)格與制作周期、預(yù)算成本之間相互制約的關(guān)系進而獲得最佳設(shè)計方案的現(xiàn)代化設(shè)計方法。因此融入模塊化設(shè)計思想的項目在工期縮短，效率提高的同時，也對項目的整體質(zhì)量有了極大的提升，眾多的優(yōu)勢使其成為虛擬現(xiàn)實游戲設(shè)計中極為重要的一個環(huán)節(jié)。

（二）模塊化設(shè)計在制作過程中的作用

模塊化設(shè)計在虛擬現(xiàn)實游戲中起到了節(jié)省時間、減少空間的占用、保持場景統(tǒng)一性等的作用。通過模塊化設(shè)計可以在制作流程中起到節(jié)省時間的作用，能夠減少建模和修改模型所用的時間。模塊化設(shè)計能夠減少空間的占用，一個完整的模型與模塊化的模型相比較完整模型所占的空間會比較多，體現(xiàn)了模塊化設(shè)計的優(yōu)勢。模塊化設(shè)計所設(shè)計出來的零件具有靈活性和變通性，能夠自由組合。模塊化設(shè)計具有標準化，通用化和系列化的特征，這些特征能夠使搭建場景更加地方便，能夠減少時間，降低成本。

（三）模塊化設(shè)計在制作過程中的優(yōu)勢體現(xiàn)

模塊化設(shè)計在虛擬現(xiàn)實游戲中的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在可修改性，可調(diào)整性和可自由分解組合上。虛擬現(xiàn)實游戲是一種集沉浸式體驗和交互性質(zhì)于一身的新型游戲。在這種游戲中想要有一種身臨其境的感覺，搭建這個場景的模型必須要比較精細、細節(jié)更加豐富，模型的質(zhì)感要比較接近于實際的場景，這就要求搭建場景的模型需要規(guī)定好尺寸。場景的搭建若是一個整體的時候，在需要修改的時候就會變得非常的麻煩。在場景比較大的時候整個模型的搭建和修改會比較浪費時間，而模塊化可以只做幾個模型，在場景中重復(fù)使用，修改時只需要改一部分零件，這樣做無疑會節(jié)省很多時間，從而大大地提高了工作效率。

模塊化就是將一個整體有條理地分割成多個部分并進行組合與拼接的方式。若想要增加或者減少某個地方的形狀時，可以將模塊化的零件進行相應(yīng)改變，這樣做可以有效地節(jié)省建模的時間，體現(xiàn)了模塊化設(shè)計的可修改性和可擴展性。將零件重新組合之后可以形成新的模型，經(jīng)過模型的變形，組合成不同的造型，這體現(xiàn)了模塊化設(shè)計的可分解組合的特性。在虛擬現(xiàn)實游戲的場景搭建中，用模塊化設(shè)計將場景分割成幾個部分既可以節(jié)省建模的時間、也可以節(jié)省貼圖資源，減少重復(fù)工作。模塊化設(shè)計也是計算機輔助設(shè)計的重要組成部分，它也成為了現(xiàn)代化設(shè)計技術(shù)的主體。

四、結(jié)論

虛擬現(xiàn)實游戲是依托于網(wǎng)絡(luò)和計算機技術(shù)而構(gòu)建出來的虛擬世界，這是一個沉浸式的可交互的游戲場景，在制作這種場景時模塊化設(shè)計作為一種先進的設(shè)計手段和方法是必要的。模塊化設(shè)計具有互換性，獨立性和通用性的特點，運用模塊化設(shè)計能夠使場景的搭建更加簡單、快速、便捷，提高了工作的效率節(jié)省了時間，并且能夠豐富整個場景的細節(jié)。在團體合作中，模塊化設(shè)計具有巨大的作用，可以促進團體合作增加效率，能夠使團體合作中的設(shè)計風格統(tǒng)一。模塊化設(shè)計是在產(chǎn)品設(shè)計的過程中應(yīng)用模塊化的思考方式，通過分析產(chǎn)品的種類、相應(yīng)規(guī)格與制作周期、預(yù)算成本之間相互制約的關(guān)系進而獲得最佳設(shè)計方案的現(xiàn)代化設(shè)計方法。因此模塊化設(shè)計的工期短，效率高使其成為在游戲設(shè)計中極為重要的一個環(huán)節(jié)。模塊化設(shè)計就是將一個整體產(chǎn)品按照功能有條理地分割成多個部分，并進行組合與拼接的方式，因此模塊化設(shè)計在虛擬現(xiàn)實游戲的制作過程中是非常必要的。