次世代游戏角色制作技术分析

邓祖龙

【摘 要】次世代游戏是指比同时代游戏更加先进的游戏，即下一时代的游戏。运用最先进的引擎技术和渲染技术，创作出精美的画面、真实的光影和震撼的视听效果，带给玩家极佳的沉浸式体验。次世代游戏对硬件的要求非常高，美术资源也非常庞大，因此对游戏美术设计师也提出了更高的要求。

【关键词】模型雕刻 法线贴图 法线烘焙

中图分类号：G4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2017.17.190

對美术资源设计制作流程进行分析和优化，有利于提高项目开发效率和降低运行成本，提供更好的游戏体验。通过对次世代游戏角色制作解析，分析每个节点的核心技术与方法，节点之间的相互关联，为学习次世代游戏美术设计提供参考和思路。

一、次世代游戏美术的技术特征

由于计算机科技的高速发展，计算机的计算能力和处理效率得到了极大的提升，体现在游戏中，则是能更快地加载更多美术资源，实时渲染出更多的细节和效果。特别是索尼公司的Play Station和微软公司的Xbox 360的发布，游戏进入了高画质时代。

运用高端的引擎技术、材质贴图技术、渲染技术，次世代游戏有着比肩电影画面的视觉效果。原本在影视作品中叹为观止的特效和美轮美奂的超现实主义角色和场景，如今在次世代游戏中都能实现，且是实时渲染。实时渲染，即每秒至少渲染24帧以上的画面，才能保证游戏的流畅体验。而单帧屏幕画面包含了角色、场景、动画、物理特效、光线追踪等大量美术资源和动态演算，对美术设计师的工作提出了更为苛刻的技术标准和能力要求，项目开发的工作量也成倍增长。

对比传统网络游戏或手机游戏，次世代游戏美术的主要特征为：模型面数高、贴图精度高、运用法线贴图描绘物体表面凹凸变化、高光贴图表现物体材质反光、实时光影等。本文通过分析次世代游戏角色的设计和制作流程，明确其技术要领和制作思路，探讨如何提高美术设计师的技术能力和工作效率。

二、角色模型制作技术分析

次世代游戏角色制作是一个复杂的工程，其环节包括：原画设定、低模制作、高模雕刻、重拓扑模型、法线贴图烘焙、贴图绘制等。原画设定作为前期工作，通过绘画的形式，描绘出角色的形象、服装、性格等特点。作为概念性设定，确立游戏的方向，为后期的模型制作提供参考。

模型制作作为核心环节，有着严格的制作流程和技术要求。首先是低模制作，根据原画设定创建出一个约三千三角面的多边形模型，要求结构准确，特点突出。其次是高模雕刻，模型面数越高，则表现出的细节越多，将低模导入到Zbrush软件中进行细节雕刻。Zbrush作为一款数字雕刻软件，为艺术家提供了各种雕刻工具和纹理，颠覆传统的工作模式，能雕刻高达10亿多边形的模型，充分释放了艺术家们的想象空间。经过不断雕刻打磨，使模型每一处细节都得到充分展现。

法线贴图作为次世代游戏的主流技术，改变了模型的制作流程。法线贴图是应用到三维模型表面的特殊纹理，它包含了每个平面的高度值和法线方向，可以在模型表面创建出三维立体效果，但不改变模型表面本身。通俗地讲，低模加载上法线贴图，就能得到高模雕刻的细腻效果，大大降低了游戏中绘制模型需要的面数和计算内容，优化了渲染时间和效果。法线贴图的生成是由一个高精度的模型，通过烘焙映射到表面结构一致的低面模型，得到一张带有高度信息和法线方向的贴图。因此法线贴图输出有三个核心要素：低模、高模和法线烘焙，三者缺一不可，且低模和高模的匹配程度决定了法线贴图的质量。

如何将高模每一处细节在低模上完全呈现呢？这就需要一个在结构上与雕刻的高模完全匹配的低模，此低模也是最终游戏中实际运行的模型。因此，我们会对低模进行重构，这一过程我们称之为重拓扑。重拓扑，即沿着高模的模型表面结构，进行重新布线，运用工具调节多边形面的形状与分布，得到一个布线流畅，结构准确的新低模。较原来的低模，模型精度更高，面数一般为一万三角面。拓扑软件可选择Zbrush、3ds max或3d coat，其中3d coat的拓扑工具最为简单高效。

法线烘焙，法线输出的重要手段，为了保证法线贴图的质量，在烘焙过程中我们需要避免产生以下问题。由于雕刻的高模面数多达几百万个面，系统资源占比严重，因此在导入3ds max之前，运用Zbrush插件进行减面优化处理，同时保留模型细节。将高低模型进行重合，选择低模渲染到纹理，拾取高模选择法线输出，重置放大投影线框，将两个模型完全包裹住。为了避免法线信息的错位和丢失，优化投影线框，显得尤为重要。投影线框每个节点不能穿插，尽量按照低模表面结构进行布线，才能输出高质量的法线贴图，若贴图输出过程中，出现黑斑，表示投影线框有穿插或距离过高的问题。

三、次世代游戏贴图表现

由于硬件有限，为保障游戏流畅运行，网络游戏和手机游戏的美术资源压缩比较高，贴图尺寸一般为256像素，最大为1024像素。而次世代游戏的贴图可达传统尺寸的4倍，像素的成倍增加，拥有更多绘制细节的空间，也使得次世代游戏贴图更为精细。

传统游戏的贴图多为手绘贴图，美术师运用绘画手段表现贴图的光影关系和材质质感，局部会采用纹理叠加方式。由于是手绘，贴图风格与美术师的绘画习惯息息相关，带有明显的个人色彩。次世代游戏贴图最大的特点就是真实，纹理真实，质感逼真，因此次世代游戏贴图多为写实风格。采用高清真实素材进行叠加处理，运用AO贴图表现真实光影，再绘制高光和磨损等细节，得到效果逼真的高清贴图。分析贴图绘制流程，提炼出一套高效且标准统一的绘制方法，有利于整体美术资源风格的统一，便于团队成员分工协作，提高开发效率。

将角色模型放置游戏引擎中，匹配上颜色贴图、法线贴图、高光贴图等，每一张贴图对应相应的通道，在灯光烘焙下，真实而细腻的三维游戏角色得以呈现。通过分析，我们认为学习和掌握次世代游戏角色制作的流程非常重要，明确其制作思路，依次完成每一环节，包括低模、高模雕刻、重拓扑模型、法线烘焙、颜色贴图、高光贴图等。遵循每一环节的技术要求和标准，能更好地避免问题的产生，从而提高制作效率和效果，设计师能将更多的精力投入到细节表现中。

四、结束语

随着技术的不断发展，新技术不断涌现，都深刻地改变着我们的工作方式。新技术可能会改变某一环节的制作方式，但不会改变关键的技术流程，积极运用新技术，就能提高设计师的制作水平，能够创作出更优秀的数字艺术作品。