游戏开发中的3D 场景建模技术探微

周泽辉 长沙职业技术学院

引言

游戏开发一般有规划，建模，编程实现等流程。通过三维建模软件构建出3D 场景模型是游戏开发编程的基础。游戏场景有室内场景也有室外场景，室外场景呈现得较多，如：开始游戏时，呈现在玩家眼前的典雅古建筑群，美丽的花草，高大的树木，高山瀑布，蓝天白云等。但在制作3D 场景模型时，通常用静态场景模型与动态场景模型来划分，像房屋建筑、围墙、走廊等这些就属静态模型，动态模型如，变幻的天空、飘动的云朵、潺潺的流水、各种活动人物及动物等。三维建模要经过模型的构建、、纹理贴图、灯光设置、场景烘焙等过程才能完成。3Dsmax 作为一款优秀的三维建模工具软件，不仅受游戏开发者欢迎，还广泛应用于影视特技、虚拟现实开发及建筑设计等方面。

1 常规建模技术分析

(1）新建场景模型

常规性三维建模的方法有基本几何体建模、复合建模、NURBS建模、面片建模等。对于一些较规则形状，如，围墙，房屋建筑的规则部分等可采用基本几何体建模，不规则的形状通常先用命令画出切面形状，再通过挤出命令建立模型的基本轮廓。建模中，几何体的运用是最基本的，一个几何体由多个元素构成，每个元素由多个多边形构成，每个多边形有边和边界构成，边由点构成。两个元素可以相互依附为一个元素，一个元素也可以拆分为多个元素。

对于游戏中的花草树木等，3Dsmax 支持相关插件，可自动创建既定的模型，但这类模型普遍面数较多，会耗费较多内存空间，使得游戏运行变慢。实际开发中，小型游戏中花草树木一般采用体面结合的方法，花草树木中枝干等部分可用基本几何体建模，而对于花朵、叶片等细节要求高的部分则通过面贴图实现，这样得到模型效果较真实，外观也较漂亮。大型游戏中的花草、树木制作则通常采用面纹理贴图处理，先建立起平面，再导入制作好的花草树木的纹理贴图，从而形成三维的花草树木效果。

(2）常规建模中应注意的问题

首先，对象名应备注。新建模型时要注意备注好几何体的名称，备注好名称能让游戏编程程序员容易辨认模型的来源。对于像游戏人物的模型，还要将骨骼名称备注好，方便其他成员快速找到并完成下一步开发。

其次，模型面数要控制。制作游戏模型要注意控制模型多边形的面数，多边形的面数过多，会影响游戏的运行流畅。对于单个体的模型来说，可为多边形添加优化器，通过优化命令来优化所建立的模型，简化模型的面数，从而降低模型复杂度。对于像房屋建筑群这样群集化模型的简化，首先应注意去除个体三维模型多余面，有效减少模型的整体复杂度，如遇某些面在另一个外部面的内部这样的情形，则没必要对其进行渲染，游戏时如不需要进入房屋的内部面，对于这样的房屋墙体，建模时可直接用几何体代替。

2 粒子系统的运用

(1）粒子建模技巧

粒子系统是制作游戏模型时一个不可缺少的重要组成部分，游戏中很多特效场景，如：雨、雪、灰尘、泡沫、火花、气流等，这其中很大一部分都是通过粒子系统来构建的。虽然粒子系统的场景效果也可以通过编程来实现，但这需要专门的算法来支持实现，复杂度大且易产生运行报错。好的做法是，一般先用3Dsmax 制作出相应粒子系统的模型，再导入游戏场景，再编辑实现其动态效果就容易和方便多了。

粒子系统是一个相对独立的模型构造系统，制作粒子系统模型时，同样要简单不能过于复杂，粒子的数量也不能太多。构造粒子系统模型时，要注意设置场景的重力效果，粒子系统视图中的指定材质功能较单一，无法解决不透明等问题，通常要使用材质管理器。

(2）粒子动画的烘焙

3Dsmax 建立的粒子系统模型，导出FBX 格式文件后，在游戏场景中可能不显示，这是由于粒子对象本质上来说不是几何体模型，因而无法直接显现，但可以通过网络化（Mesh）的方法，将粒子系统转换为几何体来呈现。粒子系统动画效果的实现，一般还需要使用到PFlowBaker 等插件，把粒子系统动画烘焙在动画轨迹关键帧上，不然网络化拾取粒子对象时，只相当截图一张。

3 贴图技巧

(1）纹理贴图

场景模型建立后，还需要贴图操作来实现场景的真实效果，场景模型的贴图一般支持的图像格式有：JPG、BMP、TGA、PNG、DDS等几种格式，其中TGA 图像格式适合于制作一些不规则形状的图形及图像文件。Photoshop 是开发者通常使用来完成纹理贴图处理的工具软件。游戏场景的更换也可以通过贴图技巧来实现，如树木花草，不同房间场景变换，可以对同样树木、房间通过采用不同纹理贴图变换场景，这样做既可节省在建模上花费的时间，还能节省游戏占用的内存空间，让玩家有更好的体验感。

(2）UVW 展开贴图

UVW 贴图展开的操作方法比较复杂，特别是对于人物模型或者动物模型进行UVW 展开的操作流程则更加费时耗力。例如，对人脸进行UV 展开，要注意观察多边形网络，展开时，可从头骨顶面剥开到背面的后脑骨中间，继续展开至下巴下面的顶点及脖子循环的边面，把脸部UV 展开，平铺在UV 编辑器的视图中，调整松弛度。有时候，在完成UVW 展开时，也许会反了或者是倒的，这时可以用水平镜像和旋转方法纠正。之后，启动Photoshop 软件，打开UV 贴图文件，进行图像纹理处理操作。不过，进行UV 网络形状展开时，摆放UV 桌面有可能比较乱，需要进行“紧缩UV”等自动整齐操作，有时甚至还会需要手工操作来对某些部分进行对齐。

(3）贴图优化

贴图图像素材可通过数码相机拍摄，很多时候也可通过网络渠道来收集。原始图像的文件数据一般都比较大，使用Photoshop 处理图像时，除了制作出需要的纹理效果外，对贴图图像的格式优化也是非常重要的，合理大小的纹理贴图可以减少对内存的占用，大大提高显示处理的速度。此外，纹理图片的格式也影响着图像的呈现效果，PNG、TGA 图像格式支持透明属性，JPG 图像格式支持不失真的压缩算法，同时还能保障纹理贴图的呈现质量，使用Photoshop 进行纹理贴图处理时，要根据游戏场景的需要及图像的属性特点合理设置参数，以便达到最佳显示和运行效果。

4 文件存储与导出

(1）文件保存及备份

完成模型制作之后，要及时保存到命名层次清晰的目录文件夹里，最好不要单独存放到其它文件夹位置或散开的复杂性文件夹。制作3D 模型有必要在每个模型制作阶段保存其副本，方便后阶段遇有特殊要求时，对模型进行重复使用或修改。

(2）导出三维模型文件

完成三维场景模型的制作后，可根据游戏引擎软件或虚拟现实制作软件的需要，将模型、动画导出为所需要的格式文件。导出时，在3dsmax 左上角展开找到“导出”按钮，如要导出为FBX 这种通常格式，只要在导出FBX 界面按“确认”保存即可，参数选择操作一般只要采用默认设置即可。

5 结束语

3Dsmax 因建模方式直观，功能强大，一直以来深受三维游戏及虚拟现实开发人员的亲睐，从游戏开发建模的视角，探讨了3Dsamx三维场景建模的技术应用要领，为相关学习者提供参考。