三维游戏论文

三维游戏论文（精选7篇）

三维游戏论文 篇1

一、游戏行业的发展

21世纪是一个高科技创意产业高速发展的时代, 在国外高新创意产业占主导地位, 我国的高科技创意产业上属于起步阶段, 还有很长的路需要走, 如果能走出一条属于中国自己的的高科技创意之路是需要我们思考的问题, 目前新兴的创意产业包括动漫游戏相关行业, 动漫和游戏在国外经过多年的发展已经属于成熟期, 中国动漫游戏产业属于起步期, 还有很大的提升空间, 游戏市场全年线上收入是600多亿元是电影票房的三倍还多, 可见游戏产业在中国的发展潜力是非常巨大的。

二、游戏角色师的重要性

游戏的研发是需要很多部门和专业的相关人才的团队配合才会做出一款完整的游戏, 就游戏美术而言, 需要游戏概念师和游戏原画师、三维游戏角色模型师、场景模型师、游戏动作师、游戏特效师等等。游戏美术中, 画面的效果是有三维美术师来决定的, 在三维美术师中, 三维角色美术师在整个游戏的开发环境中非常重要, 一款游戏先由游戏策划写出文字的人物性格, 原画师根据游戏的策划案制作游戏角色的大体风格, 从而创造出符合游戏风格的角色。三维游戏角色在游戏制作是怎样完成复杂高精度的这种模型的制作任务的呢, 下面我们来了解一下三维游戏角色的制作流程。

三、游戏角色模型和贴图制作流程

(一) 首先, 需要根据原画来搭建大体的简单模型, 可以在3dsmax或者maya中创建一个BOX, 在长和宽分别加一个线段数。然后把模型转化为Editable ploy, 再选择点层级, 调整模型的点, 虽然这个时候的点不多, 但是可以调出大概的人体比例和形状, 这样做的好处在点少的情况下, 去调整形是非常容易的, 每个点在关键的人物的结构的转折点上, 所以不建议一开始就加很多线, , 而且也不会提高效率。再选择面层级, 用鼠标选择头部底部的面进行挤压, 这样就做出脖子的结构, 选择点层级, 再调整一下脖子上的点。其次, 再创建一个BOX, 不直接做一体模型的好处是因为要制作人物的人体模型, 就必须清楚各个部分的穿插关系, 这样每部分单独做, 可以用旋转命令把每一部分的结构进行调整让整个人物的穿插关系正确, 我们先把胸腔做出来, 方法通过转化为Editable ploy, 再调点的方法, 下面用同意的方法做出腹部还有高胳膊, 盆骨, 大腿、小腿、手、脚等。接着用Attach结合所有身体模型, 这样就变成了一个整体, 将模型进行导出OBJ文件, 选择文件菜单, 在里面选择导出模型文件, 导出OBJ。

(二) 打开Zbrush, 导入OBJ。点击Edit命令, 选择一个灰色材质球, 用移动笔刷move, 把笔刷调小。进行雕刻调型, 用移动笔刷调型非常方便自由, 很快就会把模型调整好了, 然后再点开Geometry菜单选择Divide, 增加细分级别, Zbrush每次细分一级在每一个小格子里面增加四个网格, 也就是说每细分一次, 增加四倍的面数。细分之后进行雕刻, 雕刻的时候使用粘土笔刷Clay, 粘土笔刷工作原理类似于油画雕刻刀堆积的感觉非常利于雕刻, 雕刻把握大体的肌肉结构走向, 雕刻完成后, 用Zbrush投射工具进行皮肤纹理的投射, 先选择一个带有Alpha的纹理进行投射, 这样高模就制作完成了。

(三) 3dsmax中, 选择图层工具进行设置图层, 建立一个高模层high, 再建模立一个低模层Low, 把刚才那个高模导入高模层, 现在将低模导入低模层。进行UV拆分, UV用平面映射的方法进行拆分, 根据主次来摆放UV, 主要的模型的UV可以分的大些, 平面映射之后, 再进行放送Relax处理, 每部分UV的间距保持3-4个像素点。UV空间合理利用, 尽量满整个UV方框。

(四) 接下来开始绘制贴图, 在绘制贴图之前先需要渲染一张UV图, 保存成32位TGA, 然后导入Photoshop, 建立一个把画的皮肤颜色都放在颜色层里, 再建立一个材质层, 材质层可以叠加一些材质。做好diffuse贴图以后, 再继续做高光贴图做高光贴图的原理就是把, 暗部压暗, 亮部高光, 应该根据不同的材质来进行叠加不同的纹理。这样就制作完成了所有贴图的制作, 把模型导入引擎, 颜色贴图还有高光贴图和法线贴图都导入材质球, 这样一个次世代网游角色就做好了。

(五) 三维角色设计不同于二维角色的设计, 三维角色设计师艺术与技术的完美结合, 因此掌握完整的游戏制作流程非常有必要, 三维角色制作流程跟电影的三维角色制作还是有一定区别的, 在三维电影的制作中, 模型的布线非常的重要, 很多细节都是通过切线来完成, 而且最终的高模直接作为渲染的对象, 直接高模进行UV的拆分, 不进行高低模的烘焙, 电影里用的模型直接是高模, 而且游戏里的三维角色主要是用了法线贴图的技术进行制作的, 游戏引擎里用的模型是低模, 因为游戏是实时演算, 所以美术的资源的优化非常的重要, 电影里面只是要一个个渲染的静帧, 做成连续的动画。所以游戏的制作流程会比电影来讲更加优化。

总结

中国游戏产业每年以百亿人民币的增长, 对于未来的游戏市场必将带来无限的市场和潜力, 游戏美术的人才也会成为各大公司想争夺的主要人才储备, 因此游戏美术行业未来有非常广阔的前景。

参考文献

[1]张荣虎著.3ds Max高精细建模实战技法.出版社:北京科海电子出版社.

[2]王康慧, 源东方, 邹芳明著.ZBrush/3ds Max次世代游戏角色制作全解析.出版社:人民邮电出版社.

三维游戏论文 篇2

摘要:游戏动画中三维人物模型的构建是人体动画研究领域中的热点亦是难点。要制作真实感强的人体动画,必须具备的要素有:逼真的人体造型和灵活的运动控制方法。本文利用已有的技术和手段,提出一种基于poser的快速构建三维人物模型、实现控制手语动作的方法,并通过实例验证了方法的可行性。

关键词:三维人物建模 poser 手和手臂 手语

0 引言

动画这门视觉艺术从诞生至今已经有了近100年的历史。20世纪80年代,伴随着人体动画的出现,游戏动画进入了全新的3D时代,其主流创作开始以3D动画为主。为解决游戏动画中人物运动相关性和肌肉效果的模拟,人体动画提出了直接对皮肤和骨骼进行造型的方法。人体动画作为计算机动画研究中最具挑战性和困难性的对象,吸引了大批研究者投入到相关的研究工作中。

1 研究现状

目前,国内外关于人体动画的研究主要集中在两个方面:人体的运动控制技术和人体造型与皮肤变形技术。20世纪70年代, “体元”在人体建模和变形中的应用宣告了人体造型和皮肤技术的研究正式拉开序幕。无论是在学术界还是工业界,这个领域都处于非常活跃的地位。每年都能看到大量涉及该领域的学术论文得以发表,此外,与此相关的人体建模软件或插件也层出不穷。虽然如此,人体造型和皮肤变形技术任然面临重大的挑战,主要原因有以下几点:第一,人体具有200个以上的自由度和非常复杂的运动;第二,人的形状不规则,人的肌肉随着人体的运动而变形。第三,人类对计算机动画中人体的皮肤变形和运动状态非常熟悉和敏感,人类通过直觉很容易就可以捕捉到虚拟人物和真实人物的区别。所以,人物建模技术的探究和皮肤变形技术的研究虽然经历了相当长的一段时间了,但至今任然任然存在很大困难。

2 方法的提出

随着科学技术的迅猛发展和网络游戏的兴盛,三维游戏动画中场景的制作技术已基本趋于成熟和稳定,但游戏动画中人物模型的制作技术还不是很成熟,仍处于一个研发试验阶段。

在三维游戏动画中,人物模型的优劣对整个游戏动画的价值起着举足轻重的作用。从三维游戏动画的角度上说,国内外目前都以3D MAX为主,因为游戏角色的设计主要是多边形建模,而这正是3D MAX的强项。但是也存在一个问题,用3D MAX软件绘制人物模型是一个比较费时费力的复杂过程。而如果采用其他方法,例如:利用openGL软件,直接在openGL中给出点的坐标,再由这些坐标点组成若干个三角面,拼接成人物的三维模型,这种方法虽然比较快捷,但是得到的三维人物模型不够细腻和真实。因此,本文提出一种基于poser的快速建模方法,该方法通过从已有的模型中提取数据信息,从而实现快速建模,并利用两个模型的结合实现手语动作的控制。

3 方法的验证

3.1 建立骨骼和皮肤模型:Poser作为一款专门用于制作人体造型的软件,本身的模型库中提供丰富的人体模型、人物姿态及相应动作,可以实现快速人体造型建模。

以建立手和手臂模型并实现手语动作控制为例。整个实验过程流程图如图一所示:

首先从poser软件自带的模型库中挑选出适合的人体模型,截取所选人体模型的一支手和手臂模型,将截取好的模型保存为3DS格式,输出。采用这种方法获得模型省去了在3DS MAX中一步步绘制的过程,大大的减少了建模的时间,提高了效率。但是有一个问题,利用poser软件输出的人体模型缺乏关节点的数据。如何解决这一问题呢?

这就需要对所保存的3Ds文件的结构进行深入的分析,可以借助C++的文件读取技术,对该文件进行读取,通过把原有的3dS文件转换为语言代码,从而得到所需的数据信息。经过转换后的每一个三维模型的数据结构中都包括顶点,法向量,材质,纹理坐标等信息。一个完整的模型文件数据包括以下几方面内容:①定义物体的材质:物体材质信息主要描述物体的环境光、漫反射光、镜面光、辐射光的光照情况,物体的透明度信息、发散系数和表面贴图;②物体的材质数据:记录转换后每个三维模型的三维模型材质信息;③点检索面数据:通过检索顶点数据信息建立模型的几何面;④顶点数据:记录设备模型的顶点坐标信息;⑤法线数据:记录设备模型表面的法线信息。

3.2 两个模型的结合 根据从3DS文件中读取的顶点和面的相关信息,可以方便的构建手和手臂的皮肤模型,然后再将皮肤模型关节处一周的点打上标记,求出这一周的点的重心坐标(求出重心的方法:对由n个点构成的多边形进行三角剖分,将每个三角形的重心乘以该三角形的面积的加权平均值即是)作为骨骼模型的关节点,将相邻关节点利用有向拓扑结构连接起来,组成骨骼模型。从而构建出一支完整的手和手臂的模型。

4 手语动作的实现(以肘关节为例)

接下来要考虑的问题就是如何实现手语动作的控制。在实现手语过程中,两个模型的关系可以理解为:骨骼模型控制运动,皮肤模型表现运动。

首先实现骨骼模型控制运动。大家都知道肘关节有两个自由度,肘关节的弯曲由两种绕轴旋转运动符合而成:第一种以大臂为轴的旋转运动;第二种在一个平面上,以过肘关节点并垂直该平面的直线为轴的旋转运动。其中旋转轴的计算又有两种方式:①以大臂为轴 ②以肩关节、肘关节和腕关节三点组成的平面来求过肘关节点垂直于该平面的直线作为旋转轴。

皮肤模型表现运动。整个皮肤模型分为两部分:可变部分和不可变部分。可变部分指皮肤模型在关节处的部分,其余部分为不变部分。

组成皮肤模型的小三角面的点分为三类:

第一类点:皮肤模型在大臂外面组成三角面的点;

第二类点:皮肤模型在手及小臂外面组成三角面的点;

第三类点:皮肤模型在关节处外面组成三角面的点(如图二所示)

5 课题中的进展及改进

5.1 提出双重模型:骨骼模型控制运动,决定运动姿态及运动约束;皮肤模型表现运动,表现真实感。

5.2 骨骼模型用“有向拓扑结构”来描述,与传统拓扑结构一样,有向拓扑也是由节点和路径组成,不同的是,每一个路径带有指向和空间可以转动的位相。

5.3 皮肤模型分为可变与不变两部分,利用拓扑不变性保持运动后皮肤模型的完整性。

6 结束语

三维人物建模作为一门新兴的学科,涉及到动画、计算机图形学、生理学、心理学、生物力学、机器人学和人工智能等多个研究领域,游戏中三维人物模型的研究是一个具有理论意义和实用价值的基础课题,本文介绍了一种基于Poser模型的人体建模方法并实现了手语动作的控制。而随着科技的不断发展,还会不断有高水平高层次的建模方式融入到人体动画建模技术中,这将是游戏中三维人物建模技术发展的一个长远目标,它需要众多相关学科领域的深入发展与交叉才能最终实现。

参考文献:

[1]吴小耗等.计算机动画中人体建模与皮肤变形技术的研究现状与展望中国图像图形学报.2007年4月.

[2]李艳,王兆其,毛天露.三维虚拟人皮肤变形技术分类及方法研究计算机研究与发展.2005 888~896.

[3]张昭华,徐军.三维人体建模方法研究.陕西纺织.2004.1.

[4](美)Michele Bousquet著.路朝龙译.3ds max角色动画制作典型实例.北京:电力出版社.2006.

探析三维游戏角色造型的布线技术 篇3

1. 什么是三维游戏角色建模

三维角色建模就是用三维建模软件, 在三维空间里创建设定的角色模型形象, 目前市面上常用的三维建模软件, 如3ds Max、Maya等, 任何一款三维游戏、动画的角色, 都是通过三维软件建立出来的, 三维角色建模分为人体建模和怪物建模。三维人体建模就是在三维空间里创建一个人体的角色形象, 怪物建模就是创建一个非人类怪物形象, 一般都为兽类。

2. 什么是三维模型布线

三维模型布线就是在做模型时, 用来表现模型的形体特征的线框。

角色布线是根据模型真实肌肉走向或者是实体的结构需求, 来用线框表现, 越是复杂的模型, 所需的线就越多。在3ds Max里按下F3或在Maya里按下F4, 整个模型都会以线框显示, 可以看出整个模型的布线。

二三维模型布线特点

对三维游戏模型进行布线, 主要是为了表达模型的形体特征和做动作时的需求, 但这些都必须在一个模型面数范围内, 要在规定的面数范围内既要准确地表现出模型的形体特征, 又要让模型在动作时不会有太大的拉伸。模型的布线要用在合理的位置, 体型形态的变化, 可以用线来控制。

在三维游戏角色布线需要注意以下几点: (1) 布线的方式一定要与肌肉运动的方向相符合, 在关节部位, 不要吝啬用线, 要表现出关节的结构, 以便做动作。 (2) 布线要均匀, 模型布线密度不均匀, 会影响游戏运行的速度, 使游戏运行速度时快时慢。 (3) 遵循四边面, 不要出现五边面及以上的面, 可以用少量的三角面。因为游戏模型在导进引擎时, 会自动以三角面计算, 五边面及多边面导进引擎将不会认可。

三UV分解的技巧

不管是[UVM Map]还是[Unwrap UVW], 它都是对模型进行UV展开的方式, UV展开的好坏直接关系着模型的成败。[UVM Map]常适用于简单较为规整且单独的平面、圆柱、球、正方体, 直接使用[UVM Map], 这样比较方便快捷。[Unwrap UVW]主要是对模型的面进行展开, [Edit UVW]是对UV展开后进一步的调整。在对模型UV进行拆分时, 要对模型进行一个全面整体的结构分析, 可以加快游戏模型制作中UV展开的速度和准确, 提升工作效率。

我们在展开UV时, 需要注意以下几点: (1) 展UV的接缝, 应当在模型的隐蔽处。在画贴图的时候, 接缝之间的颜色像素很难完全一样, 这样在贴图贴上模型显示就不会直观的看见。 (2) UV尽量避免拉伸。一个模型, UV的原始比例, 如果需要缩小或放大, 应选中编辑框里的所有UV同时等比例缩小或放大。 (3) UV应排满UV框, 但不能超出UV框。在贴图中, 贴图的空间应充分利用, 尽量调整好UV的排列位置, 将UV框排满, 以增加模型的精度, 如果超出UV框, 制作的贴图, 超出的部分模型就不会有贴图显示。 (4) 在UV框里, 排UV时把模型相邻的两边排在一块。这样在画贴图的时候就很顺手。 (5) 能够重贴的UV, 尽量重叠。这样UV框里就可以空出一部分空间, 增加贴图的精度。

四结束语

游戏模型的制作主要是面数的把控和对人物的造型特点的理解, 要控制好面数那就得精简布线, 使每条线都布得合理到位, 每条线都不能浪费, 但是这些都必须建立在很好的造型基础和对高模的理解下。模型的面数也不是越少越好, 而是越接近规定的面数越好, 要想做好一个游戏角色模型, 还要了解游戏的类型, 游戏中游戏角色所生活的时代背景、职业、性格等, 一般游戏都不用高模, 因为要提高游戏的运行速度。模型的贴图制作很重要, 贴图不能太大, 也不能太小, 太大了占用资源, 太小了模型的精度不够, 游戏角色很多细节都是靠贴图来完成的, 如常用到的有法线贴图、AO贴图、透明贴图等。随着我国计算机技术在三维游戏角色制作方面的日益成熟, 三维游戏角色的制作会更加的简单, 工艺也会更加的明确细致。而通过丰富的想象力和创造力创作出来的角色既是对文化的传承, 也是对传统的发展和创造。

摘要：角色造型在三维游戏和动画中占有主导地位, 玩家与观众的第一视觉会从整个场景集中到角色身上, 然而角色的好坏, 主要在于模型制作过程中的细节, 制作方法和过程都有异同之处。本文主要以三维角色造型布线为切入点, 对三维角色建模的概念、三维模型布线的特点及UV分解的技巧进行了探讨。

三维游戏论文 篇4

虚拟现实 (VR) 技术是近几年来出现的高新技术, 由计算机所模拟的三维环境, 通过让眼睛接收到在真实情境中才能接收到的信息, 使人产生“身临其境”的感觉。VR-Platform是由深圳中视典公司开发的具有自主知识产权的一款国产三维虚拟现实平台软件。

虚拟现实技术应用广泛:电影《阿凡达》的全球热映, 让我们认识了虚拟现实技术;虚拟旅游为传统旅游业带来了新的诠释;某些事故的模拟再现, 帮助人们更加清晰的了解整个事情的来龙去脉;三维地图的应用也为当今忙碌的人们的出行提供了极大的方便等等。随着计算机技术的发展, 游戏爱好者对游戏的逼真度及娱乐性要求越来越高。如今网络上流行的网页农场游戏比如QQ农场, 开心农场, 它们都是二维的基于平面的, 本文运用虚拟现实技术在VRP平台上完成三维农场的动态显示。

2、开发工具选择

3ds Max作为专业三维建模软件, 功能强大, 扩展性好, 另外在角色动画方面具备很强的优势, 丰富的插件也是其一大亮点。

Poser是由美国Curious Labs开发的三维人体图像和动画软件, 是全球第一个也是迄今为止使用最广泛和最受欢迎的专门用于人体造型的软件。它可以为本文提供人物, 动物狗的模型。

VRP属于桌面型虚拟现实系统, 该软件适用性强、操作方便、功能强大、高度可视化.真止做到了管理意义上的所见即所得。但是仿真软件在模型面片数和纹理贴图量方面都有可以承受的上限, VRP要求贴图量不要超过计算机的可用显存量, 面片数也需尽量少。本文游戏三维农场的动态显示正是在VRP平台上实现的。

之所以选择这三款软件, 是因为它们之间有着很好的衔接性, 可以充分发挥出它们各自的优势。选择3ds Max进行场景大部分的建模, 结合Poser提供的相应人物动物模型, 最后导入到VRP平台中进行交互以及界面设计, 实现动态显示功能。

3、三维农场总体设计及制作流程

一个完整的三维农场系统包括两个部分:数据管理部分和三维显示部分。

三维农场的总体设计如图1所示。

本文实现的是三维显示部分, 数据管理部分不作展开。网上如今存在农场只是基于平面的二维游戏, 无法从多个角度来观察农场中的对象, 本文中实现的是一个基于VRP的三维农场, 能够跟随相机或者使用者可以通过鼠标全方面来浏览农场。实现方法主要是应用3ds Max进行建模, 渲染、烘焙, 然后导入到VRP-Builder编辑器中, 再经过简单的编辑操作之后即可生成一个可执行的exe文件, 用户可以通过执行该文件浏览三维场景中的每个模型, 用户还可以使用鼠标、键盘在农场中实现多种方式行走。

三维农场动态显示的实现流程如图2所示。

4、三维农场游戏显示的实现

4.1 三维农场的制作要点

农场中的三维模型是构成农场中的重要组成部分, 模型质量的高低直接影响着整个虚拟场景的效果。房子以及栅栏比较规则的物体模型可以由挤出命令完成, 需要注意的是制作模型时能用【挤出】修改器实现的模型就不要使用【布尔】运算去实现, 因为相对来说布尔运算不稳定, 导入VRP中很可能发生错误。

农场中人和狗的模型在满足条件的情况下, 本文直接选用了Poser中的模型。狗的模型可以在poser当中直接导入到3ds Max中, 通过添加变形器, 为狗的行走路径设置关键帧的方式可以实现狗行走的动画部分。

由于树的结构相对来说比较复杂, 直接在3ds Max中建模会导致会给以后VRP的导入带来困难, 本文选择了通过下载树插件, 然后对相应树模型的系数反复进行调整的方式来制作, 直至成功导入到VRP中。

农场中植物模型通过在3ds Max中绘制样条曲线, 修改顶点使其更加平滑, 为其添加【车削】修改器并调整中轴位置即可完成。

4.2 场景优化

假如场景模型过多的话会增加客户机端的负担, 很难得到平滑的运行效果。除此之外, 模型面数过多还会增大文件的容量, 在网络上发布会使得下载时间增加。本文针对以上问题, 对场景进行了优化。

最终影响虚拟场景运行速度主要有三个要素:VR场景模型的总面数, VR场景模型的总个数和VR场景模型总的贴图量。

在优化过程中, 将需要对其的物体的面和顶点进行对齐, 删除每个模型中的看不到的面以及它们之间发生重叠的面等。在删除多余的边时, 可能会有遗漏的点未删除, 此时尽管看不到多余的面, 但那些点组成的三角面仍然存在, 所以多余的点也一定要删除。最终在存储数据和外形方面, 做到“小而精”。

场景模型个数的多少直接影响到VRP的启动速度, 假如场景中模型个数过多, 计算机可能会因为计算不过来造成模型丢失的情况。避免此现象发生的做法是先给各个模型进行合理命名和分组, 赋好材质之后, 对近距离材质相同的模型进行合并。

贴图量也是影响VRP启动速度的一个关键因素, 所以要在模型个数, 面数, 贴图量三者之间做一个权衡, 既要保证在计算机承载范围之内, 又不影响场景的实际观赏效果。

4.3 渲染和烘焙

3ds Max默认的渲染器是扫描线渲染器, 它的渲染采用的是模拟的算法, 要想得到逼真的渲染效果, 对灯光的设置要求非常高, 而且速度慢。本文中采用的是mental ray渲染器, 该渲染器渲染的图片具有真实的反射、折射和焦散效果, 能实现很多3ds Max默认渲染器无法达到的真实效果, 主要是采用mental ray渲染器渲染并得到场景不同角度的效果图。

烘焙深受建模和赋予材质效果的影响, 建模过程中每增加一个点一个面对烘焙都是一种负担, 而材质贴图的大小也很大程度上影响烘焙的顺利进行。在3ds Max中每修改一个物体, 都要把该物体重新烘焙出新的贴图, 修改才会有效, 这里可以根据烘焙错误物体的个数灵活处理。

4.4 VRP农场演示

农场场景在建模, 渲染烘焙完成之后, 通过VRP-3ds Max插件将其导入到VRP中进行交互设计。本文在农场场景添加了行走、相机、飞行、旋转以及角色等多个相机, 用户可以实现漫游农场的功能。

农场最重要的是实现与用户交互来播种和摘取, VRP提供的脚本编辑器可以实现这些功能, 其中包含系统函数, 触发函数, 自定义函数等。系统函数可以初始化一些模型定义所需的变量。触发函数主要是实现当外界条件发生改变时, 系统中模型执行相应的动作或命令, 可以通过单击左键实现场景中开门放狗以及栅栏门开关等动作。自定义函数里包括控制点击控件按钮所产生的系统反应函数, 同时农作物生长过程的也是通过自定义函数实现的。

为了使场景更加真实, 美观, 最后为农场添加了天空盒, 太阳, 阴影, 音乐等, 让用户快乐地享受播种采摘全过程。调整好VRP场景之后, 将该场景生成单机版可执行exe文件, 便于在其它计算机上进行演示。

5、结语

本文构建的虚拟三维农场以VRP为平台, 实现了具有漫游、播种、采摘等一系列功能的三维可视化仿真。它向我们展示了一个全新意义的农场。随着计算机技术的发展, 我们看到了未来开心农场等游戏的一个发展方向以及三维游戏带来的巨大的商业前景, 彼时它们即将掀起一轮新的热潮。

参考文献

[1]胡小强.虚拟现实技术[M].北京邮电大学出版社, 2005.

[2]卞峰, 江漫清.虚拟现实及其应用进展[J].计算机仿真, 2007, 24 (6) , 1986-1990.

材质与贴图对三维游戏场景的影响 篇5

三维是指在平面二维坐标中又加入了一个方向向量构成的空间轴。而三维游戏是指以三维计算机软件制作出三维效果的场景游戏, 相对传统的2D游戏来说, 会带给玩家更加真实的立体效果。三维游戏是指游戏是以三维技术制成, 而并不是指屏幕是以三维输出, 令人又觉得是立体的感觉。场景是一款游戏的重要因素, 它是所有游戏元素的载体, 是玩家游戏的平台, 场景设计在游戏开发中占有重要的地位。好的场景设计可以提升三维游戏的美观, 提升渲染主题, 它能够使三维游戏的渲染效果更加充足, 三维游戏中场景是游戏构成中不可或缺的一部分, 能使游戏玩家们能感受到游戏制作者所带给玩家们的游戏文化。

二、具体内容

(一) 三维对游戏场景设计的影响

1. 首先要具体的了解你所制作的场景的整体背景, 场景主题表现的是什么。

游戏场景制作最重要的就是对主题的表达与重点体现, 它会体现出你所制作的场景的整体感觉和整体基调, 在制作游戏场景的时候一定要紧紧围绕游戏的主题基调来进行构建, 这样会使你所制作出的场景和游戏风格统一, 不会显得很突兀, 同时游戏的背景音乐、人物等都要和游戏的风格统一。

2. 游戏氛围的凸显和渲染。

游戏的制作过程对氛围有着一定的要求, 在不同的游戏场景中, 有着不同的气氛, 在不同的场景要渲染出不同的气氛基调, 能使你所构建的场景有着质的飞跃。这种真实比不上现实中的任何场景, 主要是为了结合现实中的地形、区域。为了可以营造出一个游戏中虚幻出来的场景, 还有一个主要的制作观点是, 关于虚拟世界和真实世界的构建相似度。虚拟世界源自于现实生活中, 但并不是现实生活的场景, 在对场景的建造中可以对其进行多方面的改造和想象, 但是不能脱离现实, 毕竟虚拟世界的场景是源自人们对现有现实场景的想象和幻想。好的气氛营造、真实感和适当的取舍夸张, 构成了游戏的世界。

3. 虚拟场景的发展空间。

游戏场景内部有着多元化的元素组成, 有着不同的人物、植物、天空甚至连天气都有所不同。在有着多种渲染效果的3D软件中, 更加使得虚拟场景和现实场景的相似度接近, 在当今多元化的社会中, 虚拟场景会更加明确的体现给人们视觉上的信息。在不同的领域里也有不同的发展空间, 现在的虚拟世界有着多元化的发展空间, 比如动漫、游戏、电影的后期制作、医学、军事等都有着不同的贡献。

(二) 虚拟场景的制作流程

1. 三维模型制作于三维贴图。

一个好的三维模型并不是制作出来就可以, 好的三维模型有着多种要求, 比如布线的好坏、是否舒展、有没有露线错线, 是否出现五便面等。三维的贴图主要分为两种:一个是高模的贴图, 主要运用的是赋予材质球, 以不同的材质来体现模型的真实性, 比如高光贴图、铁材质的贴图等;而另一种三维贴图就是简模的贴图, 简模的贴图主要是考验制作人的绘画能力, 因为简模的制作有着面的要求, 对于用多少面构建模型有着高度的要求, 所以在少面情况下贴图只能用手绘来体现出模型的高光阴暗材质。

2. 如果把模型比喻成卸妆后的女人, 那么贴图的过程就可以看作是给女人化妆的过程。

行业里流行着这样的一句话“三分靠模, 七分靠贴”, 可见贴图的重要性。法线贴图是次时代模型区别普通网游模型的一个特征, 法线贴图可以使一个简模有更丰富的表面起伏信息, 法线贴图通过贴图中每一个像素点的RGB三个通道的数值来记录模型表面相应点的XYZ空间坐标信息, 进而将高模表面起伏信息通过一张贴图得到保存。

(三) 虚拟空间制作对软件的要求

对于构架虚拟空间的软件, 现在已经开发了很多, 但是大多数制作人员接受的还只是3Dmax和Maya软件, 因为这两款软件对于模型的构建已经足够, 它们作为三维制作软件是有区别的。Maya大多数用来构建高模, 因为Maya的性能比3Dmax好, 而3Dmax却是用来制作简模的, 因为3Dmax可以在PS软件绘制贴图的时候同时显示出在模型上的样子, 更加方便了简模的贴图绘制。当然也不是否定了别的三维软件, 只是现在的软件中Maya和3Dmax最为突出而已。

三、三维软件在游戏中的体现

网络游戏已经是当下最热门的娱乐活动了, 而这个在人们生活中占有很大比重的娱乐项目, 需要三维软件的制作。游戏本来就是虚拟的世界, 而三维软件恰恰是构建三维空间的软件, 使得三维游戏成了三维软件最大的供应商。

四、结论

三维游戏论文 篇6

1 游戏动画中三维人物模型制作的现状

纵观国内外, 游戏动画三维人物模型制作的重点有两个, 一是人体运动控制技术, 二是人体造型和皮肤变形技术。自上世纪70年代“体元”进入人体模型以来, 动画的三维人物模型制作水平不断提升, 尽管如此, 人体和皮肤依然是一个具备激烈挑战的领域。

之所以人体造型和皮肤变形始终是难点, 是因为以下几方面的因素的制约:首先, 人体的运动奔上就是一个复杂的过程, 精细化程度比较高, 从而对模拟技术的要求也就随之增高。其次, 人体的复杂运动要考虑到肌肉的变形问题, 如果不能很好地处理这一问题则会显得僵硬。此外, 在面对游戏动画中的人物时, 人类会变得非常感性, 如果人物和真实的人类差别太大会失去吸引力。基于这几点原因, 人物模型制作技术仍然面临着很大的挑战, 还有广阔的发展空间。

2 游戏动画中三维人物模型制作方法的提出与验证

2.1 制作方法的提出

目前, 游戏动画中三维人物模型的制作主要是通过三维MAX和Open GL两种方法实现的。三维MAX是通过多边形来建立模型的, 在接近人物的真实性方面有所优势, 但这一方法的缺点在于耗费的时间和精力大, 提高了模型制作的成本。Open GL的操作相对简单, 但其致命缺点是人物不够逼真, 影响游戏的整体效果。基于这两种方法的缺点, 提出Poser模型制作方法, 它通过两个模型的有机结合而缩短制作时间, 在动作的控制上也较便捷。

2.2 制作方法的验证

2.2.1 皮肤和骨骼模型的制作

和其它人体模型制作软件不同, Poser软件本身就是一个拥有丰富人体模型的资料库, 当需要制作某一人物模型时, 只用从软件库中挑选出比较接近于目标人物的模型, 加以修改即可, 大大减少了复杂的模型构建过程。接下来, 就是收集人物模型关节点数据了, 这需要通过C++文件读取术实现, 促进原有模型中的相关文件向语言代码的转换。

2.2.2 模型的有机结合

将文件从三维模型中提取出来后, 充分利用顶点和面的相关数据, 从手臂的皮肤模型开始搭建各种精细化的模型, 最后通过科学求出重心坐标绘制人物的骨骼模型。在这些操作下, 成功实现了两个模型的结合, 将模型制作向更灵活的方向发展。

2.2.3 三维动画中人物模型制作手语动作的达成

在游戏动画中, 人物手语动作的熟练程度对人的感官冲击作用巨大, 会对受众的体验产生重要的影响。手语动作的实现首先从骨骼的运动开始, 以肘关节的运动为例, 出现了两个活动点, 应该找准每个活动点的特点, 实现其自由运动。其次是皮肤模型的运动, 则要注意关节处皮肤的可变和其它部位的不可变。

3 游戏动画中三维人物模型的发展趋势

随着计算机水平的进步和人们审美水平的提升, 游戏动画人物模型必定会经历更加深入的变化, 基本呈现出以下集中趋势。第一, 骨骼和皮肤双重模型控制运动, 二者分工合作, 工作在实现运动的前提下表现出真实性。第二, 骨骼模型可以通过有向拓扑结构来表现, 使得其指向性和空间转动更加灵活。第三, 将皮肤的可变部分和不可变部分更加精细化处理, 从细节方面来完善人物模型, 使皮肤在完整的情况下愈加接近真实。

4 结语

近年来, 游戏动画的发展呈现蔓延之势, 市场需求很大, 这对于技术的要求也随之增高, 主要体现在三维人物模型的构建上。在分析三维人物模型制作现状和常见的制作方法前提下, 提出Poser制作法, 兼具简洁性和真实性的优点, 并得到了验证。可以预见的是, 在未来, 人物模型的制作会向更精细化的方面发展, 主要从骨骼和皮肤的运动两个方面来不断完善, 呈现出更加逼真的游戏动画人物。

摘要：游戏动画的流行在某种程度上已呈现出风靡之势, 在网络的世界里, 可以尽情畅享自由, 虚幻的世界给许多人带来精神上的满足。目前, 游戏动画以三维人物为主, 简单的人物造型要经历复杂的模型制作过程, 且要保持人物的逼真性, 这体现了三维人物模型制作研究的价值。笔者在原有模型制作手段的基础上, 尝试探索出一种能够实现模型快速建构、实时控制动作的制作方法, 并在实践中得到了检验, 具有较强的可行性。

关键词：游戏动画,三维人物,模型制作

参考文献

[1]吴琦, 卜祥报, 卜凡亮.三维动态反演人物模型构建与数据载入研究[J].中国人民公安大学学报, 2014 (2) :52-56.

[2]王馨, 时春风.三维动作编辑技术在动画电影中的应用研究[J].当代电影, 2012 (9) :154-157.

三维游戏论文 篇7

1 碰撞检测算法概述

碰撞检测算法在三维游戏场景中的应用:一是检测三维场景中虚拟物体间的相对位置关系, 也就是它们的相对三维坐标信息;二是当物体相交后能准确判断出它们的接触位置和接触的深度以及相交的时间。

快捷/高效的碰撞检测算法在计算机图形学、计算机游戏、虚拟仿真等领域都属于国内外游戏程序开发人员的核心课题。碰撞检测是实现虚拟空间中物体运动规律、表现虚拟世界里所有元素间的相互关系的唯一方法, 而碰撞检测技术的核心问题就是如何制定一个最合理的算法策略。

2 三维游戏中碰撞检测算法的设计原理

碰撞检测算法有静态与动态之分, 当前的三维游戏主要都采用的是动态检测算法。动态检测算法又包括时间点离散检测算法和时间连续检测算法, 因篇幅所限本文仅就动态碰撞检测算法中的离散检测算法展开讨论, 事实上这种算法也是目前发展相对成熟, 应用最为广泛的一种算法策略。

2.1 基础架构

时间点离散碰撞检测算法简单来说就是在场景连续运行的过程中, 分散选择若干的时间点进行采样分析, 在这些时间点上计算采集物体的位置、相交深度等信息。在这里我们姑且不论这种算法的好坏 (实际上没有一种算法是完美的, 也没有能在各种场合都通用的策略) , 我们先来了解一下利用这种算法在三维游戏场景中是如何实现碰撞检测的, 也就是它的基础架构是怎样的。

首先, 我们大致将碰撞检测工作分为两个阶段:初步的模糊检测阶段, 在这个阶段要快速的排除掉非相交物体;逐步精确的检测阶段, 对第一阶段检测出的相交物体做进一步的检测分析。通过对这个两个阶段的研究归纳, 笔者认为在三维游戏中实现碰撞检测算法的基础框架如下:

2.2 层次包围盒碰撞检测算法实现

在初步检测阶段, 要在多个时间点上对三维空间所有的动态物体进行相交检测, 以判断物体之间有无碰撞。当空间中需要检测的物体过多且边面过于复杂的话就会严重影响游戏的运行效率。因此在这一阶段我们需要在基础算法 (即离散碰撞检测算法) 上再做一定的优化。为检测对象添加规则的几何体, 简单说就是用简单形状的几何体将检测对象“包裹”起来, 通过检测各个对象的几何体在三维坐标轴上的投影区域的边界是否相交来判断物体有无碰撞。这种几何体就称为包围盒, 先将包围盒均匀划分成一些包括了简单边面的区域, 然后对这些区域分别进行检测, 当检测到相交后, 再进一步将相交的区域继续划分为若干子区域, 在进行更详细的检测。我们统称这类方法为层次包围盒检测算法。它的公式表示如下:

Ttime是指当前时间点上三维场景中所有包围盒相交检测所耗费的总时间值;Ai、Atime分别表示当前要检测的包围盒对数和一对包围盒检测所花费的时间;Bi、Btime表示有相交的包围盒对其相交区域进一步细分子区域的对数和检测每对子区域所花费的时间;Ci、Ctime表示当次检测需要更新的节点数和更新单个节点所花费的时间。

通过公式可以看出, 提高算法效率要从三方面来考虑。首先Ai取决于当前场景中的检测对象的数量, 这个是很难简化的, 但可以尽量减少Atime;Bi取决于包围盒边面是否简单, 边面越少, 检测就越快, 因此多选用六面体做包围盒, 这样仅需检测6个标量值, 完成6n次的比较运算;Ci是在物体运动时, 不断更新的节点数量, 想要缩短节点更新的时间, 就要减少不必要的物体运动。这三方面存在互相制约的关系, 在优化时要综合考虑各个因素。

2.3 物体相交碰撞检测算法实现

在排除了无相交对象后, 进入第二阶段, 精确检测阶段。在此阶段, 要对相交对象做精确的碰撞检测。首先对确定存在相交的对象进行图元分解, 即将三维模型细分为多个三角面片, 这些三角面片就称为图元, 然后对这些图元进行求交。目前的最常用的图元求交方法是利用射线与三角形面片的相交检测来精确判断三维对象碰撞位置。假设C0、C1、C2分别为图元的三个顶点, 三个顶点的法向量分别用B1、B2、B3表示, 代入公式:

其中Y= (B1, B2, B3) , 表示为平面的法向量, Z= (C0, C1, C2) 指的是平面中的点。当Y·Z+X≤0, 且法向指向平面前方时, Z点在平面后, 我们就认为相交点在平面内, 即视为此面是相交的;反之Y·Z+X>0时, Z点在平面前, 此平面无相交。这是三维对象其中一个图元平面的求交过程, 要确定三维对象的具体相交位置, 需按此方法遍历它所有的图元平面。

3 射击类游戏的碰撞检测算法的设计与实现

用于开发3D游戏的软件有很多, 不同的游戏引擎在碰撞检测算法优化策略的设计方面也各有不同。在此我们以一款目前较为流行的游戏引擎———Unity3D为例, 谈谈基于Unity3D游戏引擎开发的射击类游戏的碰撞检测算法是如何设计优化的。

3.1 基于Unity3D游戏引擎开发的射击类游戏的碰撞检测算法设计流程

Unity3D引擎是专用于开发3D游戏的一款软件, 主要使用C#或Java Script等高级语言实现脚本功能, 提供了便于实现的多种碰撞检测算法并封装为多个函数可供编程者灵活调用。结合前文, 我们主要介绍层次包围盒碰撞检测算法在射击类游戏中的实现方法。算法的设计流程如图:

3.2 碰撞检测算法的选择与实现

在三维游戏中添加碰撞检测功能首先要确定空间中哪些对象需要进行碰撞检测。以最简单的射击类游戏为例, 判断玩家射出的子弹是否击中敌人、敌人的攻击是否打中玩家这都需要通过碰撞检测来完成。因此这里我们主要讨论如何为玩家、玩家射出的子弹、敌人实现碰撞检测。

首先为需要检测的对象添加合适的包围盒碰撞体, Unity3D引擎提供有立方体、球体、胶囊体等多种包围盒, 不同的碰撞体在检测算法上各有不同。如果三维对象结构不是过于复杂且对碰撞检测的精确度要求不是非常高的话, 一般选用Box Collider (即立方体碰撞体) ;如果对碰撞检测的精确度有较高的要求, 则一般选用胶囊体碰撞体。在为对象添加了合适的碰撞体作为包围盒后, 还可以进一步调整包围盒的三维坐标、大小, 使包围盒可以尽可能紧密的包裹住被检测对象。

接着创建碰撞检测函数并在对应的对象脚本中进行调用, 因篇幅所限这里只展示用C#编写的在玩家、玩家子弹脚本中调用的碰撞检测函数。

玩家脚本调用的碰撞检测函数需要实现两个作用:一是检测是否被敌人的子弹射中, 如被射中则要减少玩家的生命值;二是检测是否与敌人发生碰撞, 如果发生碰撞减少自身生命值。

3.3 检测算法的改进与优化

在三维游戏中采用层次包围盒算法进行碰撞检测是最常见的检测策略, 但当检测对象处在运动状态中, 包围盒的碰撞检测就有可能出现很大误差, 有时两个运动的对象看起来已经相交很明显了, 但程序还没有做出正确检测响应;有时明明物体还没有相交, 程序却有了碰撞响应。

为尽可能避免上述情况, 提高游戏的用户体验, 就要考虑进一步优化检测策略。优化主要途径是在精确检测阶段对算法进行多方面的调整修正, 其主要思路是为检测对象增加运动方向的检测。先通过包围盒算法粗略检测, 排除掉不相交的物体后, 再根据物体的运动方向计算物体相交平面上的法向量, 通过方向向量做出精确判断。

为节省算法的系统开支, 可在第一阶段先判断物体的运动方向, 两物体如果运动方向平行或相反, 则不可能出现相交, 对这些物体将直接省略碰撞检测步骤。

4 结论

碰撞检测算法有很多且针对性很强, 本文仅就对适用于三维游戏这个特定环境中的一些算法做了简单的探讨, 并实现了在射击类游戏里的碰撞检测基本功能。

随着游戏产业的进步发展, 三维游戏场景变得越来越复杂, 其对碰撞检测算法的设计要求也越来越高, 碰撞检测算法是否合理高效直接影响游戏品质。就目前来说碰撞检测算法的应用还存在很多技术障碍, 例如本文提到的几类算法主要针对的都是刚体的碰撞检测, 对于软体的碰撞检测算法设计还不够完善;再如在大型的复杂游戏场景中如何在保证算法的精确度同时尽可能节省系统开支, 这些都将成为三维游戏设计的研究重点。

参考文献

[1]王志强, 洪嘉振, 杨辉.碰撞检测问题研究综述[J].软件学报, 2009 (5) :98-104.

[2]王沁平.面向对象碰撞检测方法在虚拟环境中的应用[J].计算机学报, 2012 (11) :990-994.

[3]于晓霞.碰撞检测技术在游戏中的应用与实现[D].太原理工大学, 2007.