路宜松

沈陽(yáng)理工大學(xué) 遼寧 沈陽(yáng) 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(jiān)力量，遺憾的是成功作品寥寥無幾。隨著計(jì)算機(jī)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(zhì)和游戲體驗(yàn)。結(jié)合當(dāng)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(dāng)前游戲發(fā)展的熱點(diǎn)。并且Unity3D是一款跨平臺(tái)性突出，兼容性強(qiáng)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(shè)計(jì)采用Unity3D游戲引擎，由于引擎提供了高質(zhì)量的3D游戲的核心技術(shù)和高品質(zhì)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(jìn)行開發(fā)。本篇文章針對(duì)三維人物設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，詳細(xì)闡述了其中運(yùn)用到的關(guān)鍵技術(shù)，這對(duì)未來三維角色開發(fā)和設(shè)計(jì)有著十分重要的意義。

（2）主要內(nèi)容。本文在已有理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，利用多種技術(shù)實(shí)現(xiàn)了三維人物的基礎(chǔ)動(dòng)畫動(dòng)作和人物移動(dòng)，本文采用多軌混合、線性插值混合、貼圖技術(shù)、有限狀態(tài)機(jī)技術(shù)、碰撞檢測(cè)技術(shù)、3D建模技術(shù)、狀態(tài)機(jī)技術(shù)等核心技術(shù)[1]。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 三維渲染及貼圖

游戲美術(shù)是在游戲開發(fā)和設(shè)計(jì)過程中不可缺少的部分。本次設(shè)計(jì)采用了3D建模技術(shù)和法線和紋理貼圖技術(shù)，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(duì)人物模型進(jìn)行上色和骨骼綁定，讓模型可以更好地進(jìn)行移動(dòng)、攻擊和防御，在場(chǎng)景方面采取天空盒技術(shù)渲染天空，這樣可以使人物和場(chǎng)景更加生動(dòng)。在環(huán)境總背景上，采用了天空盒技術(shù)，所謂的天空盒其實(shí)就是將一個(gè)立方體展開，然后在六個(gè)面上貼上相應(yīng)的貼圖，并在實(shí)際的渲染中，將這個(gè)立方體始終罩在攝像機(jī)的周圍，讓攝像機(jī)始終處于這個(gè)立方體的中心位置，然后根據(jù)視線與立方體的交點(diǎn)的坐標(biāo)，來確定究竟要在哪一個(gè)面上進(jìn)行紋理采樣。具體的映射方法為：設(shè)視線與立方體的交點(diǎn)為（x，y，z）,在x、y、z中取絕對(duì)值最大的那個(gè)分量，根據(jù)其符號(hào)來判定在立方體的六個(gè)面上進(jìn)行采樣。

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

1.2 移動(dòng)技術(shù)

在移動(dòng)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(dāng)前世界坐標(biāo)的單位向量進(jìn)行移動(dòng)，為了優(yōu)化人物移動(dòng)速率，對(duì)數(shù)值進(jìn)行了平滑處理。但這樣導(dǎo)致了向單位向量（1，1）移動(dòng)的速度超出向（1，0）方向移動(dòng)的速度，為了解決這個(gè)問題，我們對(duì)原先移動(dòng)方面的輸入進(jìn)行處理，采用的是橢圓映射法如圖1所示公式如下所示。實(shí)現(xiàn)此功能關(guān)鍵代碼如下：

圖1 橢圓映射法

實(shí)現(xiàn)此功能關(guān)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(dòng)畫控制

在動(dòng)畫控制方面，采用了有限狀態(tài)機(jī)技術(shù)，所謂有限狀態(tài)機(jī)，就是人物任意時(shí)刻都處在有限狀態(tài)機(jī)集合狀態(tài)中的某一特定狀態(tài)，當(dāng)對(duì)其進(jìn)行輸入時(shí)，可以從當(dāng)前狀態(tài)經(jīng)過一定時(shí)間轉(zhuǎn)換為另一特定狀態(tài)，或者經(jīng)過一段時(shí)間退回到之前所處的狀態(tài)，但是這些狀態(tài)都為原來對(duì)狀態(tài)機(jī)狀態(tài)集合的某一狀態(tài)。任何一個(gè)FSM都可以用狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖來描述，圖中的節(jié)點(diǎn)表示FSM中的一個(gè)狀態(tài)，有向加權(quán)邊表示輸入字符時(shí)狀態(tài)的變化。下圖為人物攻擊動(dòng)作的部分FSM狀態(tài)機(jī)，如圖2所示[3]。

圖2 FSM狀態(tài)機(jī)

2 結(jié)束語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)硬件的提升和游戲行業(yè)的發(fā)展，用戶開始對(duì)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(shù)，并針對(duì)三維人物設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，這對(duì)未來三維角色開發(fā)和設(shè)計(jì)有著十分重要的意義。