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卡通风格3D游戏场景设计制作技术

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曹瑜　郭立萍　杜红燕　王文静

摘要：游戏场景的设计决定了整个游戏的氛围和视觉效果。以中国古村落游戏场景为例，结合游戏场景设计与制作过程中用到的3DS Max建模工具、Photoshop贴图绘制工具与Unity场景集成及自然环境模拟工具，介绍了3D卡通场景建模技术、卡通模型贴图技术、游戏场景集成技术、自然环境模拟技术，给出了一个卡通风格游戏场景高效的制作方案。

关键词：游戏场景设计；场景建模；贴图制作；场景集成；自然环境模拟

中图分类号：TP391.41 文献标识码：B DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.03.005

本文著录格式：曹瑜，郭立萍，杜红燕，等，卡通风格3D游戏场景设计制作技术[J]，软件，2015，36（3）：22-25

0.引言

游戏场景设计是指游戏中除角色造型以外一切没有生命的物体，如地形、建筑、环境、道具等。游戏场景设计对镜头画面的效果起着至关重要的作用，好的场景设计不仅可以提升游戏画面的美感，还可以强化渲染游戏的主题，使渲染效果更加真实饱满。

三维游戏场景制作的意义在于发挥想象力创建一个虚拟理想世界并通过三维场景制作技术制作出细腻、精美的场景，营造出身临其境的真实感觉。从流行的游戏场景设计中可以总结出，带有一定的卡通成份、色彩饱满以及画面悦目等特点的游戏场景设计成为了时下场景设计的香饽饽。卡通游戏场景设计往往使用高纯度的色彩，不需要精细的刻画材质、纹理，也不要求逼真的画面质感，使得场景色调简单明了，从而营造一种轻松的场景氛围。卡通画面如果处理得好，不但可以弥补由于计算机性能的限制带来的不足，而且可以具有写实画面不具备的表现效果。

本文以卡通风格的古村落游戏场景为例，结合游戏场景设计与制作过程中用到的3DS Max建模工具、Photoshop贴图绘制工具与Unity场景集成及自然环境模拟工具，详细叙述了3D卡通场景物体建模技术、卡通模型贴图技术、Unity场景集成技术、Unity自然环境模拟技术，给出了卡通风格游戏场景的高效制作方案。

1.系统开发工具

1）Photoshop简介：Photoshop是一款优秀的图像处理软件，除了被应用于图像处理和平面设计，也适用于数字绘画领域，其良好的笔刷管理、图层组管理、滤镜特效等功能都为数字绘画提供了良好的基础。Photoshop具有十分丰富的画笔工具，若只通过鼠标使用这些工具进行绘画就无法体现笔触的压感，而且很不方便，但结合数位板进行绘画就要简单轻松得多。

卡通游戏场景制作过程中，Photoshop在通过数位板绘制场景原画、模型后期贴图上得到完美应用，丰富的色彩选择、良好的笔刷及图层组管理等功能组件为贴图的绘制提供了良好的基础。

2）3DS Max简介：3DS Max是一款优秀的三维建模软件，在建筑设计、广告、三维游戏等领域得到广泛的应用。在虚拟现实世界中利用3DS Max可以建立复杂的三维场景模型，再通过纹理、材质的赋予使模型更具真实感。

3DS Max提供的丰富的建模工具组件满足了卡通游戏场景物体模型制作的需要，便利的展UV功能组件在UV映射中得到了完美应用。

3）Unity简介：Unity是一个对地形编辑、着色器、脚本、物理等特性全面整合并以资源为核心的专业游戏引擎，包含了图形、音频、物理、网络、粒子等丰富的功能组件，提供了柔和阴影与烘焙等光影渲染系统和强大的可视化编辑器，支持三种脚本语言：C#、Boo和JavaScript，兼容各种操作系统。它不仅适用于大型虚拟场景的模拟和3D网络游戏的开发，而且其丰富的粒子系统可模拟水花、烟雾等多种逼真特效。

Unity丰富的功能组件和粒子系统在卡通游戏场景制作过程中的场景集成及自然环境模拟上得到完美应用。

2.3D卡通物体建模技术

三维游戏场景的制作是从基础的原画设计建模开始，再经过UV展开、贴图绘制、材质赋予、场景集成、自然环境模拟、场景漫游等过程，最终形成作品。

建立游戏场景模型时，首先根据场景原画设计分析，把大模型拆分成简单的小模型，利用3DS Max提供的基础模型，转换为Polygon模式编辑，在不同的视图窗口，根据不同的视角和视觉效果，通过调整点来调整模型的外形，再把拆分模型以积木堆积的方法堆积成完整的物体模型，拆分模型堆积法如图1所示。

使用3DS Max建模时应注意以下几点：1）在建模初期设置固定的系统单位和显示单位，以保证各个物体模型按照合适的参考比例进行建模；2）在建模过程中注意精简面数，场景中多边形数量过多不利于游戏运行效率。

3.卡通模型贴图技术

三维游戏场景物体模型可以通过贴图与材质来描述出真实世界中自然物质表面的视觉形态，最终呈现出绚丽逼真的游戏画面效果。

Photoshop的贴图绘制技术在三维卡通模型后期贴图制作中得到广泛运用。建立模型后通过UV展开，再以导出的UV位图为基础在Photoshop中绘制出风格统一的模型贴图，并在3DS Max中完成模型纹理贴图、材质的赋予。贴图制作方法如下：

1）拆展模型的UV。拆展模型的UV时需要遵循一定的原则，不仅要利于贴图的绘制且不破坏模型结构，还要最大限度利用UV坐标格，尤其注意要在模型隐蔽的地方进行UV接缝的拆分。拆展完UV后，再利用棋盘格来检测拆展的UV缩放比例是否正确，如图2所示。

2）绘制UV。卡通风格场景往往使用高纯度色彩，不需要过于精细的绘制材质与纹理，也不要求画面质感非常逼真。在Photoshop中导人UV位图，新建图层填充易于辨识的深色背景，将UV图层置于顶层，根据原画设计纹理，注意纹理绘制的方向以及UV接缝处的纹理衔接。贴图绘制如图3所示。

3）赋予物体贴图材质。把绘制好的贴图保存为便于修改的PSD格式，然后在3DS Max材质编辑器中，将其赋予材质小球，并把材质小球赋予对应物体模犁。对于场景中如门帘、桃花、树叶等面片模型的贴图采用了透明贴图来模拟真实场景，透明贴图的制作就是在绘制完毕后保存为png格式的透明图片，贴回3DS Max中的模型，在材质编辑器中选择透明通道即可，透明贴图效果如图4所示。

4.Unity场景集成技术

场景物体模型单独制作完以后需要进行组合集成，最终形成场景的整体模型。

在3D Max中制作完地形、建筑、环境景观等场景物体模型后将其分别导出为fbx格式文件，随后全部导人到Unity资源中，再根据原画设计进行规划和摆放，最终形成虚拟场景的整体模型。使用资源时候可以把普通的资源创建为预制模型，功能类似于模板，该模版的所有副本都是它的一个实例。使用预制物体大大加快了对重复利用的模型图形的读取速度，如：由11列瓦片组成的瓦房顶在不同民居模型中可以被反复利用，就可把该瓦房顶单独创建为预制模型，分离存储重复利用，如图5所示。

5.Unity自然环境模拟技术

在游戏场景制作中，环境模拟是实现如临其境的场景视觉效果画面的关键。场景集成后为场景加入天空盒子、水体、光影、粒子系统、音效等模拟真实环境效果使环境更加逼真绚丽，如图6。

1）天空盒是一个特殊的虚拟盒子，它包裹着场景周围。Unity自带多种天空盒资源，另外还可以创建符合各种游戏风格的定制天空盒。

2）Unity自带了基本的水体资源包，也可以创建自己的水体，编写可信而美丽的水体着色器。

3）在三维游戏场景设计中，灯光的作用不仅仅是将物体照亮，还可以通过灯光来决定场景的基调，烘托场景气氛，展现丰富的层次。Unity预制了三种类型的光源，点光源、有向光源、聚光灯光源。通过参数设置可以模拟自然的或是带有气氛的各种光照效果。

4）渲染的2D粒子由发射器发出，组合了一个基本的粒子系统。通过设置粒子图片和发射器的相关属性，可以创建如烟雾、星星、火花等特效。游戏场景中的萤火虫飞舞、花瓣飞舞等三维复杂自然效果也是由粒子系统模拟实现的。

5）音效可以用来模拟世界中任何声音，包含环境的鸟叫、流动的溪水声等，它赋予静态的环境以美妙真实的音效，使场景更加逼真有感染力。Unity中的声音可由不同的3D音源播放，并由Audio Listener获取，场景中离Listener较远处的声音听上去会比较近的声音要轻柔。Unity支持aif、wav、mp3和ogg等音频格式。

6.结束语

本文运用3D卡通物体建模技术、卡通模型贴图技术、Unity场景集成技术、Unity自然环境模拟技术设计并实现了带有中国特色的3D卡通古村落游戏场景，营造出世外桃源古村落宁静、自然的白天场景以及温馨、神秘的夜晚场景。

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