三维游戏场景设计中树的制作与应用

李立锋

Li Li-feng

（福建艺术职业学院，福建 福州 350100）

不论在动画还是在游戏中，树是最常见的场景之一。在动画中“树”可以表现出丰富的细节、空间，甚至传达季节时间等信息，不仅仅局限于观众所看到一幅树的平面图片。游戏中的树要跟随玩家近距离接触，以多角度进行全方位的观察，从一个侧面反映出一个游戏的时代背景、季节和玩家所操作的角色所在的地理位置，例如热带的植物和寒带的植物有着明显的区别。

在三维游戏的过程中玩家可以操作角色在一个虚拟的空间中行走，不管在满是落叶的梧桐树大道上还是一片巨大的森林中，树在动画或电影中所看的一样，它是完全虚拟、全方位的。玩家可以围绕着它旋转、仰望。提高一个场景的真实性，美化整个游戏的画面，营造游戏的气氛，这是场景中不可缺少的物品[1]。现代的三维游戏引擎和玩家硬件所能承受的“面”数量有限，因此树的结构使树制作有一定困难，要使树的形态真实，又要使模型“面”数减到最小，在游戏过程中流畅达到其造型风格与游戏完美统一。

图1 中国古典园林

图2 游戏《绿光镇》中的场景

1 树是三维游戏中重要的场景

在三维游戏设计中虚拟世界和虚拟世界观是来源于现实世界的想象。在日常生活中树是无处不在。在虚拟的三维游戏中，如果没有了日常的树，会大大降低场景的真实性，使得整个游戏变得呆板而没有生气。可借鉴中国古典园林的做法。如图1 所示，中国古典园林讲究“一步十景”，不大的庭院能营造出无限延伸的视觉感受。其中重要的因素就是中国古典园林中非常巧妙地运用了“树”的设计。利用树木把墙角和墙婆娑的遮盖，使人产生视错觉，仿佛置身于树林之中，这是运用“树”设计的主要效果。如在三维游戏场景中运用较多“树”设计可以美化场景，提升三维游戏的气氛环境。在《绿光镇》（图2）作品中，树被放置在镜头两边，能够使镜头有延伸感，建筑物附近适量地放置一些树木遮住了一些墙角，使场景设计更加充实。

2 树在三维游戏中模型制作的过程与应用

游戏流行的今天许多玩家都没有注意场景中的树，但是这些大家忽视的东西，却常常给人们带来惊喜和意想不到的效果。树木虽然是场景中的小物品，但在制作的过程中要分析把握好重点，然后以不同的建模方式来表现出树的造型。按照面片的搭建方式，可分为以下几种：

（1）制作低精度的“树”时可以只用一张面片来表现远处树的剪影。在一些游戏风格中这样的表现方式是十分贴切的，比如现在流行的暴雪游戏公司网络游戏《魔兽世界》，它给人一种神秘的意境，游戏中的多数场景是在深山里被薄薄的雾气所包围，几乎没有太阳直射的地方，所以这种单面片的做法很好营造了游戏气氛，如图3 所示。

（2）三维游戏场景中低精度的“树”还有一种常用的方法，是用十字面片或多面片交叉来实现立体感较低的“树”。顾名思义，十字面片是将赋有整棵树贴图的两块面片十字交叉，构成简单的立体感[2]。多面片交叉也是基于这样的道理，多个面片的叠加可以使树的立体感增强，但并不能使“树”变得逼真。

高精度的树的每片叶子都需被真实再现，每片叶子都需制作面片，加上它们互相重叠所产生的投影和反光，其面数大大超出了游戏引擎所能承受的范围，在三维游戏场景中较难实现[3]。一些三维游戏设计中所看的高精度的树，是一种材质效果，它是通过树干立体树叶大面片的方式制作，因此在三维游戏引擎中不运用高精度的树。它逼真立体的效果用途不会体现在三维游戏场景中，真正的用途是在电影作品领域的片头动画上使用，如图4 所示。

3 制作三维游戏过程中不能过度强调树木

在三维游戏中为了节省资源，游戏引擎会将远处的树木、人物等模型的精度变低，所以在准备高精度树模型的同时也需要制作低精度的。在《绿光镇》作品的场景中，树的制作方式因玩家所处的环境而异，对树模型的应用表现在以下两个方面。

（1）在玩家会出现的场所加强树木制作的细节，在离玩家视线较远处的制作相对简单，从而节约了引擎资源。这样的制作方式对运用面片非常合理。因其场景设计的需要使得树木更带有一份写实色彩，在设计中策划的背景需使树木的设计更为写实。设计制作各种形态的树时，应充分掌握树的结构特点，离玩家相对较近的树的树干以建模的形式表现，树叶以面片的方式且大片地绘制以真实地体现树的形状和结构[4]，如图5 所示。

（2）对玩家不能接触的远处采用单一面片的方式表现，在贴图上把颜色稍稍变化，使远处的树和近处的树拉开距离。树干立体树叶大面片的做法是用模型搭出树的主体枝杆，较小的树枝和树叶则由大块的面片实现。树干以建模的形式表现，树叶以面片方式大片绘制，视觉感官更加形象，如图6 所示。

图3 《魔兽世界》中的树

图4 电影中的片头动画

图5 部分游戏场景中的树

图6 近处和远处不同的树制作效果

4 三维游戏中树材质制作过程与应用

树的种类繁多，不同的气候季节都可以在树上反映出来：亚寒带一般有针叶林，温带有落叶阔叶林，亚热带有常绿硬叶林，热带有雨林等。树在三维游戏场景的作用无处不在，与之相悖的是大多结构复杂、不计其数的树叶的树，游戏引擎是不允许的。所以在三维游戏中需要用“材质”来蒙蔽玩家。用最少的面数让玩家看见最真实的“树木”效果。

在《绿光镇》作品中，树的材质应用有以下几个特点：

（1）对场景树木的形状姿态做了严谨的设计，不会让那些本该不存在的植物生长在场景中，玩家通过场景了解地点气候等众多信息。

（2）为体现场景的神秘感选用了较冷色的树干和叶树，并配合少许雾效。在如图7 所示的农场情景中，为突出夕阳下安逸温暖的气氛，用较强的光源来模拟太阳下山的情形，一些雾化效果来表现光源，远处的树就被光源虚化了。

（3）制作树时将一个面片上不需要显示的区域变成透明，并且投影也作了相应改变[5]，使原本复杂的树按需要减少到最小的面数。

树材质可以看成是材料和质感的结合。在渲染程序中，它是表面各可视属性的结合，这些可视属性是指表面的色彩、纹理、光滑度、透明度、反射率、折射率、发光度等。正是有了这些属性，计算机三维的虚拟世界会和真实世界一样缤纷多彩[3]。制作树材质的本质就是光，离开了光，材质无法体现。例如借助夜晚微弱的天空光，往往很难分辨物体的材质，在正常的照明条件下则很容易分辨[6]。另外在彩色光源的照射下，也很难分辨物体表面的颜色，在白色光源的照射下则容易。真实的材质也需要良好光线的配合。利用物体的材质与光的微妙关系，蒙蔽玩家。在三维游戏中看到的真实立体是少数面片所制造出来的假象。

（4）树的表现因素是景深效果与运动模糊。景深效果与运动模糊，这两种特效都是和摄像机密不可分，因为摄像机（或照相机）都有光圈和快门，而光圈和快门就是产生景深效果和运动模糊的直接原因，所以，运用好这两种特效是再现真实摄像效果的必要手段[5]。在赛车游戏中，这两点体现最突出。例如《极品飞车7》（如图8所示）飞速穿越的场景与加速过程中运动模糊的变化。《极品飞车7》中的树木只是一个单薄的面片，由于其是竞速类的游戏，玩家看到的树木是一瞬间，所以单薄面片上的一个简单树木的贴图，也能满足其场景设计的需求。

《绿光镇》作品中的镜头移动大多较为缓慢，所以不用简单的面片制作树，采用摄像机模糊表现场景的方法，放弃动感十足的运动模糊，加强摄像机的景深效果，强调整个场景的纵深感，配合镜头前细致的树木刻画效果，体现整个游戏场景设计的视觉效果[7]。

图7 游戏中表现的夕阳

图8 《极品飞车7》中的树木贴图

5 结论

“树”是重要的场景素材，它能提高游戏场景设计的真实性，美化游戏画面、营造游戏气氛。从构思游戏的风格与理念开始，游戏设计师就要充分理解自己的制作理念，才能灵活运用制作出与场景相匹配的树木的贴图，再配合灯光效果、摄像机角度的手法，营造出舒适、逼真、身临其境的视觉效果，达到满足玩家的需求。