基于游戏引擎的VR游戏开发之场景美术设计浅析

摘  要：在VR游戏中，场景美术设计是游戏体验的核心，文章主要介绍了VR游戏《幻境之地》在场景创作中对于空间表现形式和光影造型的思考方式，以及场景美术设计的过程，并结合遇到的问题提出解决方法，阐明VR游戲场景与主流3D游戏场景的区别，并经过分析提出适合VR游戏场景设计的思考方式与科学规范的制作方式与具体流程，并结合游戏引擎加以论证观点。

关键词：游戏引擎;VR游戏;游戏场景美术

中图分类号：TP39  文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）18-0102-05

Abstract： In the VR game， scene art design is core to the game experience. This paper mainly introduces the thinking mode of space expression form and light and shadow modeling in the scene creation of VR game “dreamland”， furthermore， the scene art design process is introduced. This paper puts forward the solving method combined with problems， clarifies the distinction of the VR game scene and mainstream 3D game scene. After analysis， this paper puts forward the thinking mode， scientific and standardized production mode and specific process suitable for VR game scene design， and demonstrates it in combination with the game engine.

Keywords： game engine; VR game; game scene art

0  引  言

VR的全称Virtual Reality即是虚拟现实，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统它利用计算机生成一种模拟环境是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户（玩家）沉浸到该环境中[1]。facebook以20亿美元高调收购虚拟现实技术公司Oculus VR 开始，使得虚拟现实这个科技行业小众的名词，开始被大众熟知，之后国内外知名厂商争先恐后开发VR设备，并面向消费级，从90年代到现在电脑硬件的不断完善和升级，电子游戏产业成为发展的核心，利润仍在驱使科技进步和硬件提升，同时也提升所有用户和玩家的品位以及审美情趣和方式种类的多样性，VR技术最直接的运用领域必然是游戏。本文从VR游戏的场景设计和制作出发，提出适合VR场景设计的核心。

1  游戏场景设计的概念

游戏中世界观的构建和剧情的发展都是以游戏场景为基奠，场景设计是指除了角色以外的一切造型设计，同时也和角色造型设计相互影响。体验游戏的操作性和可玩性的同时，场景的魅力之处还在于时间和空间的代入感以及艺术的审美，甚至包括作者希望表达的情感或者哲学上的升华。例如陈星汉为PS3平台开发的《风之旅人》是一款超越人们传统游戏概念的新类型探索游戏，画面简单而唯美，建筑量少又给人宁静的感觉，并且整个剧情虽简，但是给人的启示足以震撼每一款正统大作。

游戏场景的构建也似写作，作者通过不同于文字的形式建造，以最直观的画面和声音把一个清晰的世界展示给玩家，玩家也通过各种探索方式读懂作者的意图。

2  游戏场景的前期设定

2.1  游戏引擎的选择

游戏的开发离不开游戏引擎的支持，游戏引擎是指一些已经编写好的可编辑电脑游戏系统或者一些交互式实时图像应用程序的核心组件，作为一款游戏的开发，第一步确认使用的游戏引擎类型有着非常重要的意义，从建模、动画、物理系统、光效、粒子系统、到专业的编辑工具和程序语言甚至文件管理方式都会有很大的差异。《幻境之地》整体架构如图1所示。

现面向开发者的游戏引擎主要有UE4和U3D，Unity3D适合个人和小团队的开发，没有提供过多的内建编辑，全部脚本实现，灵活度与功能完备，以确定建模以及贴图等后续制作的规范。UE4具有较好的图形支持系统，蓝图系统可以帮助不是专业程序开发者进行虚拟现实开发。通过查阅UE4与U3D的官方文档，结合所使用具体硬件设备所提供SDK整理开发完整架构逻辑可以优化具体设计过程。

2.2  美术风格的设计和世界观的架构

美术风格代表一款游戏的基本灵魂，关于游戏美术风格，必须结合游戏美术文化和游戏引擎的发展来谈，游戏引擎决定着渲染方式，次世代游戏引擎的进步和硬件的飞速提升，使得3D渲染能更好地还原写实风格游戏，逼真程度越来越高，导致目主流游戏在美术风格上都比较统一的以写实的风格为主，但重要的是美术风格往往能反映出游戏的题材，反之，游戏题材不能绝对限制美术风格。以《幻境之地》为例，如图2所示，《幻境之地》美术风格前期设定受到一款富有浓郁风格画面的冒险解谜游戏《纸艺世界（Tengami）》的影响，游戏中所有场景像是立体的纸艺术，呈现优雅的氛围。后来选取了风格类似的Low Poly（低面数）风格化，这种设计在早期的计算机和动效中就被广泛运用，经历了一代又一代对写实的无限追求之后的“复古”，低面数的优点又恰好在游戏引擎中发挥，低面数的计算使得游戏引擎能完美的运行使得游戏整体运行效率提升，对玩家而言游戏的流畅性永远都是排在体验的第一位。

3  VR游戏场景中的构建元素

3.1  空间表现形式

基于动画场景设计空间法则原理，把传统场景设计拆分成：景深空间、平面空间、想象空间[2]，景深空间是通过场景内物体的有意的安排，通过透视、大小以及色彩构建虚拟存在的场，使玩家得到真实的游戏体验，尤其在VR游戏下360度的实时观察和移动，景深空间的视觉体验是最深刻的，也是创作的过程中最需要着重去表现的，很多游戏作品会有意地放大靠近玩家的物体，并且远处的物体通过贴图的形式弱化，增强整个场景的纵深感，玩家进入游戏以后感觉自身处于一个真实开阔的世界，以便达到场景设计中最重要的视觉强度目的;平面空间，平面空间在VR游戏中，是通过线索引导玩家在某一时刻的视觉中心点聚集在某一个特定的地方，从而产生一个相对平面的空间。平面空间带来的视觉感受更在于细节和内容展示;想象空间，玩家对场景虚拟事物的空间构成进行观察、分析和抽象思维的思考从而进一步的扩大玩家想象中的游戏内容。以《幻境之地》为例，《幻境之地》空间表现形式如图3所示，作者有意的构建一些事物从而激发每一个玩家的自我想象，不同的人会有不同的感受，这在动画和电影中也尤为重要，巧妙地丰富了剧情。

3.2  光影造型

光影造型在游戏场景空间氛围营造中起着至关重要的作用[3]，游戏场景的基调就是由光影效果组成其中包括色彩的冷暖、明度的大小、光源以及环境氛围的粒子特效，用来增强游戏中物体的体积感和场景的空间感，同时渲染游戏剧情，对于游戏的感官体验有着特别重要的作用。《幻境之地》有意在光影布置中以越靠近玩家越提高灯光色温的表现方法进行灯光布置，起到塑造场景空间氛围，情绪氛围的作用，如图4所示《幻境之地》灯光布置，使用Unity3D自带light组件，type类型主要使用两盏directional作为整体打光组件，增加10盏point类型灯光组件作为环境光源的点缀，并根据距离设置灯光calor色温和range渐变，以满足空间色彩空间的塑造。

3.3  游戏音效

游戏音效在制作和收集的过程中并不是和场景设计在同一个分类下，但个人认为游戏音效是场景设计里密不可分的一部分。如同影视中的视听语言，有助于描绘、抒情、结构贯穿;突显立体幻境、渲染画面氛围，使得游戏体验更有质感。

3.4  自由空间的主观“约束”

前面提到VR游戏就是让玩家进入到虚拟现实无限制的感知虚拟世界的一切，但是自古的游戏中往往存在各种规则，当规则与实际相互冲撞的时候，作者则需要主观地去“约束”玩家所能感知的内容，避免游戏发生Bug或者与作者设计的游戏内容偏离，如图5《幻境之地》区域设置（来源Unity3D工程截图），绿框为玩家核心交互区域，超出范围使用空的不可见collusion组件作为阻挡，蓝框利用player组件方向确定玩家视野核心区域。

3.5  场景模型建构与规范

在游戏引擎中对模型的要求相比其他形式的模型有很大的区别，其中包括场景尺寸、单位、模型归类塌陷、命名、纹理尺寸与格式、材质球等必须是符合制作规范的，一个归类清晰、面数节制、制作规范的模型文件对于Unity3D游戏引擎的程序控制管理有十分必要的。《幻境之地》制作流程以及参数如图6所示。

其中针对Unity3D游戏引擎在场景模型的调整和导出要特别注意两个问题，第一Unity3D会记录模型在建造的时候所有的放大缩小信息，直接导致在Unity3D中模型Transform-Scale属性出现不统一的数值，这在Unity3D里面直接影响摄像机的数据读取，应该统一Transform-Scale数值为1，目前解决的方法是在3DS Max中从最开始建模的时候把系统单位和文件单位设置成厘米，并且在模型制作完成的时候新建一个没有经过调整的几何体进行附加，以便统一模型XYZ轴向和大小。然后删除几何体并调整轴心到中心再导出。第二个问题是在模型经过UV展开，以及贴图绘制完成后要先导入Unity3D中查看法线是否反转，因为有些模型在3DS Max中显示和渲染是没有任何问题的，但是到了Unity3D中会出现一半或者全部模型法线发转的情况，特别是使用镜像建的模型，合并之后一定要检查法线，然后再进行下一步的编辑，使得最终模型在引擎中缩略图、单位信息、法线朝向、轴方向在UD3、3DS Max中完全保持一致即可，《幻境之地》工程截图（来源Unity3D工程截图）如图7所示，模型资料显示无错误。

4  VR游戏场景与主流3D游戏场景的区别

全3D立体显示和完全虚拟的画面，符合人眼观看显示实体物体的习惯，以及给人主观意识上的比例对比。和主流3D游戏显示器显示有很大的区别。完全屏蔽外界光线的干扰，游戏场景的设计也要更符合人体工程学;不受限制的视角方向和宽广的视野，在主流显示器游戏中摄像机的视野范围是可以通过调节来控制景深，在VR游戏中，如果需要达到逼真的视觉体验，视野必须接近真实，这需要满足两个条件：一个是接近人眼的FOV，二是跟随头部的运动视觉[4]，在场景的规划和设计中和主流显示器游戏有很大的区别;空间定位能力，VR设备自带的头部空间定位技术和其他外设空间定位技术，直接地改变了游戏操作方式。

5  粒子系统

随着电子游戏的不断进步，人们对游戏的质量要求越来越高，Unity3D与UE4粒子系统，都采用模块化管理个性化的粒子模块配合粒子曲线编辑器使用户更容易创作出各种缤纷复杂的粒子效果[5]。粒子系统的持续时间、循环方式、运动方式、大小、颜色、速度继承、以及节奏控制都能够直观的控制，对于在程序方面没有基础的人来说也很容易把控。粒子特效在游戏游戏场景中能发挥渲染环境氛围，提高游戏品质。

6  结  论

因为数字科技的发展，VR游戏必然是未来几年甚至几十年的重要内容，然而美术风格和画面质感对玩家产生最直观的影响，在VR游戏场景的设计中，游戏引擎的选择和确定是游戏的第一要素，在美术风格的设计中应该从脑子的想象之地出发，重要的是创造，用科学的美术风格来表达创建世界。浅看美术场景设计很大程度影响了游戏玩家和用户第一停留的时长，深看这是一款游戏世界观和情怀的表达，因为这其中蕴含着整款游戏的文化内涵。而我们更应该清楚的站在玩家的角度去思量，充分的发挥概念设计师的主观能動，制作更加符合市场需求和玩家审美的作品。

参考文献：

[1] 郭天太.基于VR的虚拟测试技术及其应用基础研究 [D].杭州：浙江大学，2005.

[2] 尚媛媛.游戏场景设计中空间氛围的研究与营造 [J].科技传播，2019，11（8）：143-144+160.

[3] 陈琳娜.数字技术电影美学的当代建构 [D].南京：南京艺术学院，2020.

[4] 潘锋.仿人眼颈视觉系统的理论与应用研究 [D].杭州：浙江大学，2005.

[5] 王汝传，黄海平，林巧民，等.计算机图形学教程：第3版 [M].北京：人民邮电出版社，2014.

作者简介：吴扬飞（1993—），男，汉族，江西南昌人，硕士在读，研究方向：艺术设计-动画。