模块化设计在沉浸式游戏设计中的应用研究

（鲁迅美术学院 传媒动画学院 116650）

一、概述模块化的起源

模块化设计（Modular design）是一种科学的现代设计方法，最先应用于程序的编写。以功能块为单元进行程序设计，实现其求解算法的方式称为模块化。模块化的设计主要应用于产品的结构设计和造型设计中，模块化设计的主要目的是为了降低复杂程度，使设计、制造、调整、修改等流程简单化，提高制作的效率。模块化设计是通过在产品设计的过程中应用模块化的思想，分析产品品种、规格与设计制造周期、成本之间的制约关系进而获得最优设计方案的现代设计方法。通过这种分析方法能够提取规律，在产品的设计过程中将产品划分成模块零件。这些零件中一部分为主体部分，一部分划为装饰部分。主体部分主要保证产品的功能需求，而装饰部分可以进行重新组合和调整，这样做可以使产品的外观造型具有多样性特点。将这些功能相同外观造型不同的产品作为同一个系列的产品，可以在制造的过程中减少制造的周期和成本，提高产品生产的效率。模块化设计的分解原理就是类似于台式电脑的机箱的拆分。整体机箱由不同的零件组合而成，零件具备被功能相同零件替换的性能，替换之后可以具有不同结构和功能，损坏时可以及时将单独零件替换，而不需要整体替换，这样做可以减少损失、节省时间、循环利用。

模块化设计是一种标准化、组合化的设计方法，它不是为了设计某个具体产品的方法，而是对某一类产品甚至对有相似功能的其他类产品进行同类设计的设计方法。为了能够减少重复设计，缩短设计所需要的时间，并且降低生产所需要的资金，这一类功能相同而外观有所不同的产品在制作过程中，需要将产品划分成几个部分，通过划分出的模块重新组合出外观不一样的产品，通过这样的方法能够快速地满足客户的要求。

二、模块化设计的优势

（一）模块化设计的发展现状和发展趋势

由于模块化设计能够使设计、制造、调整、修改等简单化，所以模块化设计在多个领域得到了不同程度的重视。大型机械的运用就变得普及，很多机械是使用模块化设计方法组合成的。这样的机器是可以拆分成很多小的零件，运输这样的大型机械时就会变得比较方便。使用这样的机械工作时，若某个部分出现了问题，就可以找到这个型号的零件替换上去，而不需要在损坏的情况下重新购买，这样做可以减少成本、减少时间的浪费。例如舞台的搭建就是运用了模块化场景设计的原理，通过拼接组合就可以在很短的时间内搭建出来，而且舞台搭建通常会选用能够多次使用具有可循环利用性的材料。

模块化设计能够解决定制生产和批量化生产方式之间的矛盾。定制生产是对产物有个性化的要求，而批量化生产是指运用统一的模板大批量地进行制作。模块化设计具有能够使计划、制造、调节、修改等流程简单化的特点。这种只调整部分模块而形成新的造型的方式具有个性化，能够满足定制生产的要求。模块化设计在产品中的生产目的是以少量的模块模型搭建出不同的造型，用最少的资金来制作出更多样式的产品，以最省钱最快速的方法满足客户的各种要求，满足了企业以最小的方式获取更多的利润的追求。

模块化设计具有标准化，通用化和系列化的特征，这些特征能够使产品的生产更加地方便，能够减少制造时间，降低制作成本。精心设计的模型外观会增加场景丰富程度，用灯光、贴图等其他资源也能够帮助达到场景丰富的效果。

建模软件的高速发展加快了游戏模型的制作流程。早期的游戏大多都像是使用像素化元件堆砌出来的，而游戏的细节是由材质堆砌出来的。这样的游戏场景中大多是使用重复的模块模型，每个场景内模型造型只做少部分的改变，模块化设计在这些场景中的体现主要表现在场景中可循环物体上，例如墙面制作。

模型制作的质量是游戏细节的一个主要展现方式，模型的精细程度在很大程度上决定了场景中材质和贴图的细节质量是否能够达到要求。场景中每个模型都要做出细节会浪费很多不必要的时间。模块化设计能够将模型分成多个部分，通过设计将模型重新组合，按照主题的风格设计出符合主题的场景，因此模块化设计在游戏建模过程中是必要的。若在场景模型设计中没有运用模块化设计，那么多人合作的美术设计师很有可能会做出难以预料的游戏场景，可能是个体好看但风格不同的，也可能会与主题偏离，因此我们需要使用模块化设计达到设计风格的统一。一个人若一直做同一个场景，会很快失去动力和热情，这样就需要减少在同一个场景中花费的时间，而模块化设计就可以节省时间提高效率。

（二）模块化设计思想在设计初期的运用

模块化设计是将已经经过美术设计的场景中的重复的部分分离，分成几个小的零件，将零件的规格大小和比例标注出来，建模师只需要根究尺寸制作出几个小的零件。因为是按照尺寸做的所以模型之间拼接基本能够能够做到无缝衔接。在完成一个场景的设计中，尽管模块化设计前期会比较繁琐，但我们只需要将经过美术设计的场景中重复的部分划分成几个零件。而模型中没有改变的，只是经过拉伸和缩放的模型可以归为一种零件，类似这种分类的方式，在这种方法的前期设计过程中会比较占用时间，而在后期建模时会比较节省时间，能够减少失误，也能够节省贴图资源。在想要修改模型时，模块化设计分离出来的零件会比较方便修改，能够节省工作量，提升效率。而如果不使用模块化设计，那么建模师就会在几个星期都制作同一个场景，会使其产生疲劳感，对这个场景失去热情，就会失去做下去的动力。

（三）模块化设计在搭建场景中的应用

在虚拟现实游戏场景中模块化设计在搭建场景时，若模型在场景中不是主体的部分，可以不需要做出细节。例如远处不会走过去细看的部分和棚顶等高处的部分，我们就可以在搭建场景时使用配件拼接。如果拼接出来的方有缝隙我们可以使用零件进行遮盖，这样做既可以省时间而且在远处看时也会有细节的效果。在场景搭建中利用模块搭建场景时，我们可以自由地对场景进行设计，更新场景也很便利。如果对某一部分的材质不满意，可以将需要改变的模块导出重新贴图，可以做到想改的时候立刻改，不需要在不满意的时候再进行最开始的的美术设计。若需要在场景中添加一扇门等需要修改整个场景布局时，使用模块化设计而搭建出来的场景可以快速地重新搭建出来，不需要重新调整的整个布局方案进行重新建造，这样做可以有效地节省了我们的时间。在场景搭建的过程当中，我们需要尽可能的缩减内存的使用空间。使用模块化设计中的模块来构建场景，场景中的模型可以由多个模块相互组合而成，这样可以减少内存的使用空间。如果一个场景的搭建是由一个团队来完成的，因为每个人的设计思想不是统一的，因此很可能会导致整个场景的风格不统一。而模块化设计基本不会出现风格不统一的问题，因为创建出来的模型会经过重新组合而形成新的物体，为了使场景保持统一性，会在整个场景中重复的使用这些零件，这样做就能够使场景保持统一性。

模组化的场景设计对场景中模型和贴图的细节制作有很大的帮助。我们可以根据游戏的分类做出不同的细节，除此之外，模组化的场景设计可以使设计的专注于设计的美感，地形编辑的专注于编辑地形的好玩性，而不需要再去关注细节表现。有了模组化设计可以使团体合作更加合理有效，更加方便管理，有利于提高工作效率。

三、模块化设计与虚拟现实游戏设计相结合的重要意义

（一）模块化设计在制作过程中的必要性

虚拟现实游戏由于电脑硬件设备以及其它客观条件的限制。在场景过大时移动就会出现卡顿的情况，体验会受到影响，这也就要求虚拟现实游戏场景在搭建的时候需要尽量地减少内存的占用。怎样减少内存的占用？减少内存的占用需要在搭建场景时使用比较少的模型，而减少模型的数量就需要使用模块化设计。模块化设计具有标准化，通用化和系列化的特征，这些特征可以使整个场景划分成几个可重复使用的零件，使用根据零件的尺寸建出的模型搭建出的场景，可以节省内存的占用。因此可以知道模块化设计在虚拟现实游制作流程中是必要的。为了能够减少重复设计，节约设计所需要的时间，并且缩减项目预算。在搭建场景时就需要使用更加快速的方法，减少时间的浪费。模块化设计是在产品设计的过程中应用模块化的思考方式，通过分析产品的种类、相应规格与制作周期、预算成本之间相互制约的关系进而获得最佳设计方案的现代化设计方法。因此融入模块化设计思想的项目在工期缩短，效率提高的同时，也对项目的整体质量有了极大的提升，众多的优势使其成为虚拟现实游戏设计中极为重要的一个环节。

（二）模块化设计在制作过程中的作用

模块化设计在虚拟现实游戏中起到了节省时间、减少空间的占用、保持场景统一性等的作用。通过模块化设计可以在制作流程中起到节省时间的作用，能够减少建模和修改模型所用的时间。模块化设计能够减少空间的占用，一个完整的模型与模块化的模型相比较完整模型所占的空间会比较多，体现了模块化设计的优势。模块化设计所设计出来的零件具有灵活性和变通性，能够自由组合。模块化设计具有标准化，通用化和系列化的特征，这些特征能够使搭建场景更加地方便，能够减少时间，降低成本。

（三）模块化设计在制作过程中的优势体现

模块化设计在虚拟现实游戏中的优势主要体现在可修改性，可调整性和可自由分解组合上。虚拟现实游戏是一种集沉浸式体验和交互性质于一身的新型游戏。在这种游戏中想要有一种身临其境的感觉，搭建这个场景的模型必须要比较精细、细节更加丰富，模型的质感要比较接近于实际的场景，这就要求搭建场景的模型需要规定好尺寸。场景的搭建若是一个整体的时候，在需要修改的时候就会变得非常的麻烦。在场景比较大的时候整个模型的搭建和修改会比较浪费时间，而模块化可以只做几个模型，在场景中重复使用，修改时只需要改一部分零件，这样做无疑会节省很多时间，从而大大地提高了工作效率。

模块化就是将一个整体有条理地分割成多个部分并进行组合与拼接的方式。若想要增加或者减少某个地方的形状时，可以将模块化的零件进行相应改变，这样做可以有效地节省建模的时间，体现了模块化设计的可修改性和可扩展性。将零件重新组合之后可以形成新的模型，经过模型的变形，组合成不同的造型，这体现了模块化设计的可分解组合的特性。在虚拟现实游戏的场景搭建中，用模块化设计将场景分割成几个部分既可以节省建模的时间、也可以节省贴图资源，减少重复工作。模块化设计也是计算机辅助设计的重要组成部分，它也成为了现代化设计技术的主体。

四、结论

虚拟现实游戏是依托于网络和计算机技术而构建出来的虚拟世界，这是一个沉浸式的可交互的游戏场景，在制作这种场景时模块化设计作为一种先进的设计手段和方法是必要的。模块化设计具有互换性，独立性和通用性的特点，运用模块化设计能够使场景的搭建更加简单、快速、便捷，提高了工作的效率节省了时间，并且能够丰富整个场景的细节。在团体合作中，模块化设计具有巨大的作用，可以促进团体合作增加效率，能够使团体合作中的设计风格统一。模块化设计是在产品设计的过程中应用模块化的思考方式，通过分析产品的种类、相应规格与制作周期、预算成本之间相互制约的关系进而获得最佳设计方案的现代化设计方法。因此模块化设计的工期短，效率高使其成为在游戏设计中极为重要的一个环节。模块化设计就是将一个整体产品按照功能有条理地分割成多个部分，并进行组合与拼接的方式，因此模块化设计在虚拟现实游戏的制作过程中是非常必要的。