游戏设计与制作概论

第一讲游戏设计与制作概论

{引子}

科技的日新月异给我们呈现了不同的生活场景与想象空间，并创造出一系列新的产业与行业。其中最引人注目的当然是二十一世纪新兴的游戏业。美国与日本这些大的游戏国不仅制作出一系列风靡全球的经典游戏，并使游戏制作技术日臻完善。这门课程将给大家讲述游戏角色动画制作全过程，及其目前流行的几类制作方法以及它们不同的特点。

一 3D游戏角色动画制作发展历史

要谈3D游戏角色动画制作，我们不得不先说说三维动画。三维动画是利用计算机及动画制作软件来十分逼真的模仿现实世界中的事物，让其与现实的世界一样具有真实的触感。同时具有现实世界中的物理特征，如运动、重力、风力等。然而三维动画还可以制作和想象出许多生活中并不存在的形象与景象，并把它运用到各个领域，如影视、广告、以及后面我们这本书要谈到的游戏角色制作。

今天，由于pc的价格低廉、平易近人，三维动画技术也在社会上迅速流行开来。在过去的30年间，游戏产业逐渐成熟，并日益成为一种重要的娱乐方式，而与之相伴产生的，则是游戏角色动画工程师。

游戏设计是一项兼具创造性、专业性、艺术性等特性为一体的职业。游戏角色动画工程师一直是近两年CG行业中的紧缺人才。每年社会需要大量的CG人才，在所缺人才中游戏角色动画的比例又是最大的，占到总人数的70%。一个优秀的角色动画师，自己在美术方面的素质也显得十分重要。因为在制作角色时，一些美感和空间的三维感觉并不会平地而生，而需要平时多加观察生活和积累美感经验，某些动作对不善于观察生活的人来说是无法做到的。现在几乎所有的视觉艺术媒介中都要运用到角色动画，所以对游戏角色动画师来说，从业的空间会十分广阔，工资薪酬也相对其他CG同行要高得多。

动画的制作是根据时间对两个关键帧 (Keyframe) 的信息进行插值计算以得到对应时间的动画数据。这种动画通常被称为顶点动画(vertex animation)。比如idSoftware的MooD2 动画模型（如图1-1）。它的优点是实现简单, 所需的计算量也很少，但它需要大量的内存, 插值计算时动画容易产生变形, 以及不能实现游戏角色与游戏环境的交互。

（图1-1）

由于顶点动画的种种问题, 紧接着新的方法，也就是现在的角色动画出现了，采用骨胳来模拟人物和其他的脊椎动物的动作。也叫骨胳动画 (Skeletal Animation)。包括骨骼的

建立，骨骼动画的调节，人物和骨骼的蒙皮。（如图1-2）

（图1-2）

骨胳动画带来了许多好处，能很好的模拟复杂的角色动作。同时较少的内存需求, 与游戏环境更好地交互等等。再后有些游戏在制作动作时引进了在电影制作时运用的运动捕捉(Motion Capture) 的技术。可以节省游戏制作者的一些时间，但捕捉完后的调整工作还是要角色游戏制作者来完成。但目前大部分公司还不用运动捕捉 (Motion Capture)来制作动作。有些夸张的游戏动作也是真人或动物模拟不了的。

二 3D游戏角色动画制作的特点

在简略了解了角色动画制作的发展历程之后，现在来讲一下3D游戏角色动画制作的一些特点。

在真正开始制作游戏角色时，制定一个针对此款游戏的标准是非常重要的一件事情，游戏要做什么样的人物角色，企划会跟美术讨论。比如：我们这个人物要达到什么样的标准、我们的人物在游戏当中有没有一个装备。举个简单的例子，象SONIC这样的现代游戏，其中角色手中始终不会出现一把剑或是一把枪如此的道具，那么在它手的部分就不用去做特别的处理，也就是说我们不用考虑它手上粘上一把枪时会是什么样子，这些在一开始被我们称作需求。（图1-3）

（图

1-3）（图1-4）

在最初的企划会上，对制作需求展开讨会。美术会告诉企划这个我能实现，这个我实现不了，最后讨论下来就会形成一个Character的表格。（图1-4）

接下来还有一些标准就是你的人物会做那些动作，随着它的动作，你要做什么关节动画，关节要如何运动起来。例如要制做一个日式的Q版游戏，很可能人物的关节它是直的，也就是它的手脚走路都是直的，如果这样的话，我们就不用制作它手的旋转动画。这些需求也必须是一开始就制定好的。一旦细节讨论完备之后，美术人员在制作的过程当中就必须严格按照标准和规格进行完成与实现。

做CG的人有一个比较容易忽视掉的地方，就是对人物大小的控制，但事实上，在一些3D软件中，你的放缩实际上在输出时，会对某一些游戏引擎造成影响，特别是设定不正确的场合，会对制作Motion等产生巨大的影响。因此在开始着手建模的同时，你必须对模型的大小有一个十分准确的估计，以杜绝类似状况的发生。

（图

1-5）（图1-6）我们以3DSmax为例来加深对这个问题的认识。首先，做一个标准的BOX（如图1-5）在MAX里有一SYSTEM UNIT对话框（图1-6），这是单位设定选项，在此，我们有严格的规定，可以设定3dsmax里头一个单位相当于现实生活当中的一米，还是一厘米，一千米，这取决于每个游戏自己的标准，通常使用较多的是，1单位等于1厘米，和1单位等于1米。那么一旦定下了一个标准那么整个游戏的尺寸标准就要统一。可以先做个试验，制作一个模型，然后将这个模型放缩过以后，再导入到其它单位的的场景当中，你会发现压缩过的模型,相

比较你原来的模型,既使是同样的模型也会有大小的差异,这就是MAX的单位压缩会产生的影响。我们再来举例看如何比较好的解决这个困扰。如果我们制作一个游戏，在此当中我们设定的单位标准是一个单位等于一米，在真实世界当中我们游戏的人物大概是1.5米高，那相对应，就建立一个1.5单位的BOX ，在3dsmax打开来时，会很小，但没有关系，输入坐标，让这个模型的坐标回归零位，需要特别注意的是，我们做的人物要永远处于世界坐标的零位置。（图1-5）因为它的重心需要有一个相对稳定的坐标，现在我们在画面当中看到一个BOX ，这个BOX就是我们人物的标准高度。随后我们游戏当中所有的物品，场景、门、窗、以及其它怪兽的高度必须根据这个高度统一界定。有了一个公共的标准，其它的制作才会有一个参照，看是否比例合适。

前面我们对游戏制作当中面数限制的重要性已经有所提及，下面我想对这个问题进行更详细的进一步阐述。先介绍一下一般游戏的面数，当铁拳一刚问世时它模型的面数大概是800到1500个POLYGON，现在最新的技术，铁拳五它可以处理到每个人物8000个POLYGON。这个从计算机图形学上来说是一个很大的进步。在我们的思想当中都有一个概念，认为游戏机的同屏处理能力强，是因为它有许多硬件优化的措施，却不知，即便如此，象铁拳四和铁拳五这样经典的游戏，它能容忍的极限也就是一个人物八千个面，剩下的面要分配出来处理宠大的场景。图形引擎同屏处理四万个面，在场景这一项上大概要占用一万个面左右，剩下的三万个面分配给人物，在考虑极限的情况下，一个画面超过一二百人，三万个面平均的话，每个人物最多也只能是1－200个面。而且此时画面一定拥挤不堪，甚至会出现卡机的现象。我想应该中国大部分玩家都身有体会。

游戏用3D做角色，有许多好处，在我们希望他能及时换装时就能得到充分的显现。3D 模型的换装，只需换贴图就轻松搞定。但如果用2D做角色，可就太麻烦了。你想做一个身上所有的部分都能换装的模型，对于一个制作成本不太高的游戏来说，那是一个天文数字。我们可以简略的估算一下，假如说一个人物，全部都用2D来做，它能穿二十种衣服，就是说游戏当中的大部分衣服它都能穿，这只是衣服的部分，你在做2D的同时就要先做2D的模型，好了之后把它画出来，那么接下来，它能换裤子，那么每件裤子部分的模型你也要画一遍，仅此两项的数量就是你画的人物乘以你的衣服件数的套数。再加上你做的所有的动作，你都要再做一遍穿这个衣服的动作，最后堆积起来，在2D游戏上将会是一个无法想象的天文数字。但相对于3D游戏来说，这种情况就会好很多，只要换贴图就行，如果你还能使用图形堆叠技术（一张贴图套一张贴图），那将会更加省时省力。

在我国，现在的游戏公司如果使用unreal引擎，做天堂二那样精细程度的游戏模型，（图1-7）它在面数控制方面大约是一个人物2000到3000个面左右。这是完全可以实现的。

（图1-7）

再来讲讲贴图的部分，在这里我想用用自己的现身说法以及自我积累的经验，也许会更加有说服力。最初做3D的时候，我的做法基本上是用到一张贴图就专门去画一张贴图，可能一个人物模型做下来，我可能要画十几张贴图，甚至在做CG时，一件衣服，本身的颜色画一张贴图，高光贴图画一张，做它的BUMP贴图，我再去画一张。但是以现行的游戏标准来说，绝大部分的游戏还没有奢侈到这个程度。我们载入一个3D模型，可能只有十几K，但是带入一张贴图的话，贴图的部分会大量占掉计算机内存，一张标准的贴图是256K，如果你使用多张贴图的话，就要占去比3D模型多几十倍的内存空间。那么在这种情况下，一个人物使用的贴图尽量都压缩画在一个很小的空间，用类似蒙皮的手段,把人物展开，同时也尽量把人物的各部分的贴图画在一起。（如图1-8）

（图1-8）

现在我们用到贴图的尺寸,在计算机早期时代，有一个优化算法,就是以四为单位四乘四的画法。

即使是最先进的游戏，它也不会随意去挥霍它的资源让你无遏制的去做你的人物模型，

一定会有很严格的标准。比如说主角可以分配到一千二百个面，配角只能六百个面，再有的些点缀性的人物只能有四百个面做你的3D模型，而一些远景就会更少。对于一个美术工程师来说，最大的挑战就是尽可能在很少的面中把你要表现的特征全部实现，面且要做到让观赏的玩家忽略它较少的面数。以上所讲的这几个方面都是3D游戏角色动画制作的特点和需要注意的几个问题，希望能对大家有所帮助。

【习题】

1.动画的制作是根据时间对两个关键帧 (Keyframe) 的信息进行插值计算以得到对应

时间的动画数据。这种动画通常被称为________。

2.

3.游戏贴图的的大小要求是________。