張盛

摘要：近兩年，隨著游戲主機(jī)和計算機(jī)硬件計算能力的不斷提高，以及玩家對游戲視覺要求的不斷提升，致使游戲?qū)δＰ驼鎸嵍群图?xì)節(jié)的要求越來越高。游戲制造商紛紛運(yùn)用一些新技術(shù)，以滿足市場的需要。通過對目前代表高精度游戲模型最高水準(zhǔn)的國外游戲大作的制作技術(shù)進(jìn)行研究和分析，理清其新的制作思路、技法和使用的軟件工具，這就是本研究課題的主要目的。

關(guān)鍵詞：高精度游戲模型 游戲高模 次時代游戲 3d掃描 照片建模

中圖分類號：TB47

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（2016）02-0128-02

所謂高精度游戲模型，是指為游戲生產(chǎn)而制作的具有高細(xì)節(jié)、高真實感和高面數(shù)的數(shù)字模型。一個高精度游戲人物模型所包含的多邊形面的數(shù)量在700萬-2000萬之間。高精度模型可以是游戲中的角色、衣服、建筑、道具或動植物。在國外的次時代主機(jī)游戲和PC平臺的游戲中比較多見這樣的模型，并且這類游戲也往往是高投入、長周期和精良制作的AAA級游戲大作。

一 高精度游戲模型的制作效率困局

近兩年的《The Last of Us》、《The Order 1886》、《合金裝備V：幻痛》等次時代主機(jī)游戲為代表的國外頂級游戲大作，代表了今天高精度游戲模型的最高水準(zhǔn)。如圖1展示。

使用常規(guī)的游戲模型制作技法，即完全依靠建模師手工完成想要達(dá)到同樣的效果，對建模師的要求會非常高，需要建模師有超高的寫實造型美術(shù)功底。制作這樣的一套角色模型的周期也會非常漫長，并且生產(chǎn)出的模型質(zhì)量很難控制。

一方面，視覺需求作為游戲重要的體驗，要求模型有更高的細(xì)節(jié)和分辨率，更高的真實感。這就必然導(dǎo)致對建模師技術(shù)水平的要求提高，同時也必然導(dǎo)致制作周期的增長。另—方面建模師的美術(shù)寫實水平是無法無限提高的，或者說提高的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于要求增長的速度。這之間存在著深刻的矛盾，它制約了寫實類游戲大作的研發(fā)和生產(chǎn)。解決好這個矛盾是提高游戲生產(chǎn)水平和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。

二 單純的常規(guī)建模按法難以解決矛盾

目前在游戲模型制作方面，常規(guī)的建模技法是以Autodesk 3dsmax和Maya為代表的基礎(chǔ)建模技法，和以Zbrush和Autodesk Mudbox為代表的雕刻建模技法。在制作過程中，建模師大多只能以一些照片為模型參考，完全依賴建模師自身的美術(shù)素養(yǎng)和造型功底來把握準(zhǔn)確度。

在過去的一段時間里，要解決前面說的矛盾，—方面依賴于加強(qiáng)美術(shù)教育以期待培養(yǎng)出美術(shù)天才，另—方面就是在全球?qū)ふ疫@類人才。這兩條路中的前者顯然是難以適應(yīng)當(dāng)今的商業(yè)節(jié)奏，后者會大量增加制造成本。

三 新技術(shù)帶來的新方法

如前所述，寫實風(fēng)格游戲日益提高的模型制作要求，和模型師寫實水平提高的速度較慢之間的矛盾已經(jīng)成為一個重要矛盾。這個矛盾制約了寫實類游戲大作的研發(fā)和生產(chǎn)。然而我們卻看到2014-2015年美國和日本出品的一些游戲中近乎完美的解決了這個矛盾。下面分別來分析—下國外優(yōu)秀游戲公司運(yùn)用了什么新的建模技法，是如何改進(jìn)高精度游戲模型的生產(chǎn)流程的。

1 三維掃描技術(shù)在模型制作中的應(yīng)用。

三維掃描是集光、機(jī)、電和計算機(jī)技術(shù)于一體的高新技術(shù)，主要用于對物體空間外形、結(jié)構(gòu)和色彩進(jìn)行掃描，以獲得物體表面的空間坐標(biāo)。它的重要意義在于能夠?qū)嵨锏牧Ⅲw信息轉(zhuǎn)換為計算機(jī)能直接處理的數(shù)字信號，為實物數(shù)字化提供了相當(dāng)方便快捷的手段。直白地說，就是可以利用三維掃描儀將實物掃描后，形成計算機(jī)里的三維模型。目前三維掃描設(shè)備種類多樣，Artec Eva 3D掃描儀由于其高分辨率快速掃描、便攜式設(shè)計和無需坐標(biāo)標(biāo)記等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于寫實類游戲的生產(chǎn)。

通過對《The Order 1886》官方網(wǎng)站發(fā)布的文字、圖片和花絮視頻，以及對他們在SIGGRAPH 2015年會上講演稿的研究分析，發(fā)現(xiàn)了Ready atDawn工作室就運(yùn)用了三維掃描技術(shù)建立了一個高效的游戲角色模型生產(chǎn)線。這個生產(chǎn)線各環(huán)節(jié)的細(xì)節(jié)如下：首先設(shè)計出角色的概念草圖，然后找到和所需長相接近的真人模特，用三維掃描儀對模特兒的頭部進(jìn)行掃描，得到造型準(zhǔn)確的角色頭部模型。這個模型非常重要，因為如果不是用三維掃描儀，而讓建模師手工制作這樣一個造型準(zhǔn)確真實的人物模型是非常難的，這不僅需要建模師有準(zhǔn)確的解剖知識，還需要其有非常好的造型功底，凡是美術(shù)專業(yè)有較深造型經(jīng)驗的人都清楚這一點(diǎn)。一旦得到這個造型準(zhǔn)確的模型，那么接下來的細(xì)節(jié)制作就變得容易了許多，這樣就大大降低了對建模師的要求，前面說的矛盾迎刃而解。

接下來由原畫師用Photoshop軟件在模特照片和掃描模型圖片上進(jìn)行再創(chuàng)作，如圖3所示，設(shè)計出更具人物個性和游戲感，并符合游戲定位的角色形象。這—次不再是草圖，而是完全深入細(xì)致的人物面部設(shè)定圖。

然后就可以依據(jù)面部設(shè)定圖，在zbrush軟件中對掃描模型進(jìn)行深入加工和細(xì)節(jié)制作，最終完成游戲角色的高精度模型制作。這個新的方法既降低了寫實人物的制作難度，同時叉能得到很好的模型效果，可謂一舉兩得。最后制作出游戲中運(yùn)行需要的低模、毛發(fā)和貼圖等，完成游戲模型的最終制作。

這種新技法在運(yùn)動類的寫實游戲中也有大量使用，比如制作一些籃球明星的模型，制作效率非常高，同時模型會做的非常像運(yùn)動員本人。

2 照片建模技術(shù)在模型制作中的應(yīng)用

照片建模技術(shù)，是指利用一系列特殊拍攝的實物的照片，并利用一些特殊軟件，半自動化的生成物體數(shù)字模型的技術(shù)。這種技術(shù)也被一些人稱是三維掃描的一種，不過我認(rèn)為它和前面講到的三維掃描技術(shù)還是有很巨大的差異。首先照片建模技術(shù)不需要三維掃描儀這種設(shè)備，而是通過軟件來完成半自動化的建模的。其次照片建模技術(shù)需要對象的一套照片，而三維掃描是不需要的。目前主要的照片建模軟件有俄羅斯Agisoft公司的PhotoScan軟件和美國Autodesk公司的123D Catch，兩者在工作原理上類似。

照片建模技術(shù)在日本游戲大作《合金裝備V：幻痛》就有一些應(yīng)用?！逗辖鹧b備V：幻痛》是由日本小島工作室（現(xiàn)Konami工作室）研發(fā)的一款開放世界動作冒險類游戲。已于2015年9月1日在P54、P53、XBOX ONE、XBOX 360和PC平臺同期發(fā)售。圖4展示的是游戲中的一個女性角色-Quiet的照相過程，女模特兒在無影燈光的照明環(huán)境下，利用上中下三組數(shù)碼相機(jī)對其頭部同時拍照，獲取一組360°的高清照片。

接下來，利用Agisoft PhotoScan軟件對照片素材進(jìn)行半自動化的處理。通過對這些照片進(jìn)行對齊，找到物體表面一些關(guān)鍵點(diǎn)在三維空間中的位置，創(chuàng)建出密集的點(diǎn)云，然后根據(jù)點(diǎn)云生產(chǎn)三維模型。圖5左側(cè)圖展示的就是通過照片生成出的高精度三維人物模型。對這個模型再做進(jìn)一步的細(xì)化加工，就可以得到最終的高精度游戲模型，用于游戲的生產(chǎn)中。圖5右側(cè)圖展示的就是最終在游戲中的效果。

3 動力學(xué)模擬仿真技術(shù)在模型制作中的應(yīng)用

動力學(xué)模擬仿真建模技術(shù)，是指利用三維軟件的動力學(xué)模擬功能，對已經(jīng)做好的模型添加動力學(xué)屬性，如重力、抗彎曲力、阻力、碰撞物等，然后進(jìn)行動力學(xué)模擬仿真計算，通過力在模型上進(jìn)行作用來改變模型的形狀，以達(dá)到建模的目的。這種建模方式對于布料、衣物類型的高精度三維模型制作尤其高效。也可應(yīng)用于游戲中破碎后的物體模型制作，和大量物體的自然分布和堆積效果的制作。

Ubisoft公司在其2014年11月發(fā)行的游戲大作《刺客信條：大革命》中大量使用了動力學(xué)模擬仿真技術(shù)來制作人物的衣服模型，以及游戲場景中的旗幟、雨棚、窗簾等布料類的三維模型。圖6展示的是游戲《刺客信條：大革命》中的高精度人物衣服三維模型。我們可以看到衣物的效果非常自然、逼真，右側(cè)人物的襯衣模型其柔軟下垂的質(zhì)感都被生動地表現(xiàn)出來。與之相比的，左側(cè)的帽子和披肩的皮革的硬度也表現(xiàn)的非常準(zhǔn)確。這些逼真且復(fù)雜的模型，如果讓建模師單純的以手工方式在3dsmax和Zbrush軟件中制作，是無法到達(dá)這樣的真實度的。

建模師Boyon Raphael是Ubisoft公司（蒙特利爾）的資深角色設(shè)計師。過去兩年中.直在參與刺客信條游戲的開發(fā)，他說在角色衣物的制作中大量使用了Marvelous Designer這個工具?！拔艺J(rèn)為Marvelous Designer的模擬功能比市場中的其他任何工具都強(qiáng)?！硗鈱Ψb某些部分進(jìn)行固定的功能看起來很簡單，但它非常強(qiáng)大和實用：如果你有了一件夾克的樣衣，你就已經(jīng)有了它對稱的袖子以及非對稱的前后面。Weft和Wrap以及應(yīng)力圖可以極大幫助你調(diào)整模擬，導(dǎo)出uv網(wǎng)格也很酷。從OBJ文件導(dǎo)入服裝也是很好的功能?！艺J(rèn)為Marvelous Designer強(qiáng)大的功能極大改善了我們的工作流程?！痹凇尾稍L中他這樣說道。

Marvelous Designer就是一款專業(yè)用于衣服設(shè)計和制作的動力學(xué)模擬仿真軟件。在開發(fā)之初，它被定位于服裝的輔助設(shè)計，2013年前后被一些游戲建模師發(fā)現(xiàn)，開始用于游戲的高精度的模型制作中。圖7展示的是Marvelous Designer軟件，以及我使用該工具制作的一套高精度的風(fēng)衣模型。該工具除了能動力學(xué)模擬不同質(zhì)地的布料下垂和碰撞后產(chǎn)生自然的皺紋以外，還有一個特點(diǎn)，就是它完全以布料剪裁的方式創(chuàng)建不同的布片，然后將布片縫合在一起創(chuàng)建出立體的衣服模型，其建模過程和衣服剪裁的過程幾乎完全一致，徹底顛覆了傳統(tǒng)建模方式。這讓建模師從面對繁重的手工衣物皺紋制作，轉(zhuǎn)變成了建立衣服布片和縫合布片這類技巧性較低的簡單工作。正是有了這些特點(diǎn)，Ubisoft的建模師們能使用Marvelous Designer做出非常逼真的衣服和布料模型。

四 結(jié)語

目前電子游戲在模型上的要求正在不斷提高，高精度游戲模型的制作難度不斷增大，這就要求中國的建模師和游戲企業(yè)不斷的研究，找到提高生產(chǎn)效率的新方法新技術(shù)，規(guī)劃出游戲生產(chǎn)的新流水線。只有這樣，才能在全球競爭中建立優(yōu)勢。