游戲引擎與游戲美術的關系—你來我走參考模板

1、 游戲引擎與游戲美術的關系如果把游戲引擎比做汽車引擎，那美術就相當于整個車身了。就像卡車、汽車、拖拉機、摩托車等，不同的車，它們引擎的構造也是不盡相同的。游戲引擎也是一樣的，不同類型的游戲，其引擎的構造也是不盡相同的。就游戲的表現(xiàn)形式而言，主要分為2D游戲引擎，2.5D游戲引擎，3D游戲引擎。2D游戲引擎在技術是一種早期的引擎，其技術已經非常的穩(wěn)定了，雖然目前的游戲技術已經突飛猛進，但很多公司還是采用2D引擎，看中的就是它的穩(wěn)定性，比如網(wǎng)易的大話西游系列，采用的仍然是2D引擎。3D引擎的發(fā)明已經有很多年的歷史了，目前世界上知名的主流游戲引擎，全部為3D引擎，比如Unreal引擎系列、QUAKE

2、引擎系列、DOOM引擎、HalfLife引擎等等。就3D引擎來說，如果拋開游戲類型方面的因素，引擎針對美術方面主要包含以下幾個大的模塊：1、 渲染系統(tǒng)；2、 模型系統(tǒng)；3、 骨骼系統(tǒng)；4、 粒子系統(tǒng)；5、 材質系統(tǒng)；6、 光照系統(tǒng)；7、 物理系統(tǒng)；8、 插件；渲染系統(tǒng)渲染系統(tǒng)是游戲圖像顯示的一個基礎。3D的渲染系統(tǒng)和2D相比之下要復雜很多，很多游戲引擎的強大，很大一方面是體現(xiàn)在他的渲染系統(tǒng)方面。只有強大的渲染系統(tǒng)，才可以加載更多的貼圖，進行更為復雜的復合與疊加運算，才可以使畫面看起來更加的絢麗和逼真。渲染系統(tǒng)受顯卡的限制比較大，不同的顯卡，在同一套渲染系統(tǒng)上，其結果也是不完全相同的。其原因一個

3、是受顯存的影響，如果當前屏幕的貼圖總量超出顯卡的承受極限后，就會出現(xiàn)明顯的卡機；另一方面是顯卡功能的影響，比如一些硬件效果，像硬件水、HDR、骨骼動畫、植物等等，如果低端的顯卡不支持這些效果的話，在游戲中就只能以低端效果來顯示，或者無法顯示。除了顯卡的影響之外，渲染系統(tǒng)的性能也是至關重要的，當一些復雜的效果疊加在一起的時候，其運算量會明顯的加大，將會對整個游戲系統(tǒng)造成很大的負擔。這些影響往往又表現(xiàn)的游戲特效方面，因為特效是由很多透明的多邊形組成的，在渲染系統(tǒng)中，透明特效的疊加往往是最為消耗系統(tǒng)資源的，在游戲中，一旦一群人一起戰(zhàn)斗，同時使用各種各樣的技能和魔法，這時候渲染系統(tǒng)就無法承擔這種負荷，

4、就會出現(xiàn)明顯的卡機現(xiàn)象。如果只是實現(xiàn)一個渲染系統(tǒng)，很多程序員都可以做到這一點，但如何最大化的優(yōu)化渲染的效率，就需要很強的技術來支持了。一方面，程序通過對模型和貼圖的一些優(yōu)化，以及貼圖壓縮的方式，來提高渲染效率，一方面，通過美術壓縮圖像格式來提高渲染效率。比如現(xiàn)在比較常用的就是一種DDS的圖像壓縮格式，這種格式可以通過該圖像在游戲中與游戲鏡頭的距離，自動調整其分辨率的大小，這是基于DX平臺的一種Mipmap技術，所以可以很大程度上提高畫面的流暢程度。但它本身也有它的缺陷，畢竟是一種壓縮格式，壓縮格式的大小在一定程度上會影響到人的視覺感官。一般情況下，24位真彩色和32位真彩色，大多數(shù)的圖像效果，

5、如果不細看，是沒有過于明顯的差別的；但如果圖像顯示低于24位真彩色，比如16位色或更低，這時候圖像在視覺感覺上就會出現(xiàn)明顯的差距。所以什么時候使用未壓縮圖片，什么時候使用壓縮圖片，只要能把握好分寸，也可以在很大程度上提高渲染系統(tǒng)的效率，而畫面不會有過于明顯的變化。2 / 5另外3D渲染系統(tǒng)區(qū)別于2D渲染系統(tǒng)最大的一點就是三度空間的渲染了。除了X、Y平面坐標外，3D引擎又增加了縱向的Z軸，如何在游戲中營造一個真實的空間，給渲染系統(tǒng)提出了很大的挑戰(zhàn)，如何把3D游戲做的更逼真、更自然、更細膩，更絢麗，是很多3D引擎所追求的目標。模型系統(tǒng)：如果沒有模型，沒有光照，所謂的3D世界其實也就是一個伸手不見五

6、指的黑洞。模型就是構成整個游戲物理世界的基礎。構成模型的基本元素又是點線面，通過這些基本元素的組合，便可以營造一個虛擬的3D世界了。在游戲制作中，提起模型，一直一來大家比較關心的一個問題就是多邊性的面數(shù)，認為多邊性的面數(shù)會對游戲的效率造成很大的影響。其實決定一個游戲中物件面數(shù)的因素有很多的，而不是一個通用的標準。影響多邊性面數(shù)的因素包括硬件、游戲類型、操作模式、引擎性能等方面。RPG、FPS、RTS不同的游戲類型，在面數(shù)的要求上，也是差異很大的，主要原因是因為同屏幕現(xiàn)實的物件和角色數(shù)量會有很大的差異。但同時，這些不同的游戲類型又會涉及到一個共同點，就是全屏可以顯示的多邊性數(shù)量。決定全屏幕多變形

7、數(shù)量的一個主要因素就是硬件。隨著顯卡技術的不斷發(fā)展，顯卡GPU運算能力的不斷提升，對于3D浮點的運算速度也是越來越快，在實際游戲環(huán)境中，同屏幕現(xiàn)實百萬級別以上的多邊形數(shù)量也是很正常的事情。通過一些基本的測試手段，我們可以計算出一個角色大致的面數(shù)范圍，一個物件的面數(shù)范圍，通過這些基本的數(shù)據(jù)，我們制作出一些測試模型，在最大化接近游戲實際環(huán)境的情況下，再反過來對引擎的性能進行測試，來得出引擎的承載負荷。模型的基本元素：頂點，也包含R、G、B、Alpha等基本信息，通過引擎對這些基本信息的控制，也可以實現(xiàn)各種效果。比如一些模擬效果，一些透明效果，都是在基于頂點信息的基礎上進行變化來實現(xiàn)的，可以很大程度

8、上節(jié)省美術制作的時間，提高客戶端運行的效率。骨骼系統(tǒng)：骨骼系統(tǒng)是讓角色模型運動起來的一個基礎。骨骼系統(tǒng)也分兩種，一種是程序在客戶端模擬一套骨骼系統(tǒng)，與美工使用的3D軟件的骨骼系統(tǒng)相互匹配，通過CPU的計算來達到角色運動的一種方式。另一種方式就是基于硬件的支持，目前主流的顯卡，都支持硬件骨骼系統(tǒng)，程序只要讓客戶端的骨骼系統(tǒng)與顯卡的骨骼系統(tǒng)匹配，便可以使用基于硬件的骨骼系統(tǒng)了。第一種方式的優(yōu)點就是兼容性比較強，缺點是比較占用系統(tǒng)資源，在角色數(shù)量過多時，會出現(xiàn)明顯的卡機現(xiàn)象；第二種方式的好處就時效率非常的快，通過GPU的運算，可以大大降低CPU本身的負載，提高運行效率，在游戲中，當前屏幕內也可以顯示

9、更多的角色。缺點是限制相對較多，在顯卡型號上，骨骼數(shù)量上，都會有一定的限制，在美術制作時，一般情況下都是在硬件允許的范圍內進行制作的。骨骼系統(tǒng)除了模擬角色的運動外，也可以模擬一些布料的擺動，頭發(fā)的擺動等，但過多的骨骼同樣會對系統(tǒng)的效率造成影響；粒子系統(tǒng)：粒子系統(tǒng)時游戲特效系統(tǒng)的一個基礎。強大的粒子系統(tǒng)，可以模擬和創(chuàng)造出各種各樣的效果，大大增加游戲畫面的豐富度，是目前3D游戲設計和制作中一個不可或缺的點。粒子系統(tǒng)雖然很強大，但同時也有他自己的弊端。大多數(shù)情況下，在游戲中用粒子系統(tǒng)來模擬游戲中的爆炸、煙霧、篝火、瀑布、天氣特效、戰(zhàn)斗技能等等特效，這些特效的帖圖往往都是半透明的，當一個粒子發(fā)射器的粒

10、子數(shù)目過多時，這些透明的粒子疊加在一起，根據(jù)相關的屬性設置，會進行不同疊加運算，因為這些特效一般情況下都是動態(tài)效果，所以這些透明屬性的疊加運算也是在不停更新的，大量的數(shù)據(jù)預算，勢必會大量消耗系統(tǒng)的資源。這也是為什么很多游戲中一旦出現(xiàn)了大量的粒子效果時，畫面幀速率會明顯下降的原因。如果引擎的粒子系統(tǒng)足夠強大，就可以用粒子系統(tǒng)來模擬更為復雜的效果，比如粒子形態(tài)的角色、刀光、各種變形等。和骨骼比較類似的是，同樣顯卡本身的功能也可以實現(xiàn)更為復雜的粒子效果和帖圖疊加效果，如果當一塊顯卡不支持這些效果的話，那硬件粒子系統(tǒng)將在游戲中無法正常顯示，或者無法顯示。所以有時候，就需要用另一套程序模擬的、簡單的粒子

11、系統(tǒng)進行代替，來達到畫面顯示的一個基本效果。材質系統(tǒng)：早期的3D游戲，其游戲中的效果，僅僅是在模型上面貼上一張簡單的帖圖，然后在屏幕上面顯示出來。玩家通過顯示屏所能看到的，主要就是這些帖圖的外在效果，好比我們在正常情況下看一個人一樣，我們所能看到的只是他的皮膚，而看不到他的骨骼。所以通過調整帖圖的效果，我們可以用一種最直接的方式改變游戲角色在客戶端的現(xiàn)實效果。帖圖本身是一個2D的概念，能對帖圖調整的屬性主要包括以下幾個方面：貼圖的移動、貼圖的旋轉、貼圖的縮放、貼圖的顏色變化、貼圖的透明變化、貼圖的疊加與混合。其中的貼圖的疊加與混合是一種非常有效的增加貼圖效果的一種方式，像目前大家所熟知的Nor

12、malMap、LightMap等貼圖技術，都是在這種最基本的基礎上面發(fā)展起來的。同樣，在眾多的貼圖效果中，有些可以通過程序簡單的計算就可以達到，另一些，就必須需要顯卡的支持了，比如NormalMap，在一些非常低端的顯卡上面，就是無法顯示的。這些需要和硬件相互聯(lián)系的材質組合稱為Shader Model，很多顯卡配置上面標注了支持SM2、SM3、或SM4的就是說的這個系統(tǒng)。但這個概念并不是由顯卡廠商來定制的，而是由微軟的DirectX平臺來定制的，并由各個顯卡廠商來支持的。因為很多復雜的效果都可以通過硬件來實現(xiàn)，而不需要程序和美術進行大量的工作，所以現(xiàn)在的游戲效果也越來的越逼真，越來越絢麗。但同

13、時，一些游戲制作流程也在不斷的改變著，只有能跟上這些改變，才可以追上游戲發(fā)展的進度。對于引擎而言，只有做到和這些SM的完全兼容，才可以在客戶端中正常的運用這些材質。對于這些材質的使用，也是非常挑剔的，有的材質可以大面積的、大量的使用，有些材質，特別消耗系統(tǒng)資源，所以只能用到一些需要特殊表現(xiàn)的點上。對于美術而言，一套可以靈活使用的材質編輯器則是必須的。程序方面實現(xiàn)的很多功能，只有通過美術的多次測試、調整、組合，才可以創(chuàng)作出想想中的，或者預料之外的材質效果，這些效果，將會使游戲畫面有很大程度的提升。光照系統(tǒng)：在現(xiàn)實世界中，如果沒有光，那一切都是不可見的，3D世界的基本理念也是這樣的，只有光的存在，

14、才能讓豐富的模型世界顯示出來。2D游戲的光照系統(tǒng)相對3D游戲要簡單了很多。上面說過，一個模型有很多個頂點組成，每個頂點都有很多個屬性，其中RGB三個值，如果在0，0，0的情況下，則顯示為黑色；255，255，255的情況下，則顯示為白色。燈光的光亮屬性也正是和這些基本的頂點值交互，產生了最基本的光照效果。除了這種方式外，通過一張?zhí)厥馓幚淼奶麍D與模型本身的帖圖進行一種特殊模式的疊加，混合后所產生的高亮效果，能模擬出光照的效果，我們稱這種形式為LightMap。在游戲中，光照分為靜態(tài)光影效果和動態(tài)光影效果。靜態(tài)光影的效果是固定不變的，也就是頂點顏色與帖圖的亮度都是固定不變的。動態(tài)光影就是反過來說，

15、物體的光影效果會受光源的變化而相應的變化。實時的動態(tài)光影是非常消耗資源的，特別是當一個物體同時受多個光源影響的時候，會很大程度上降低系統(tǒng)的效率。所以基于硬件的燈光效果，是一種簡單而高效的處理方式。就像對骨骼的限制一樣，硬件對于燈光的數(shù)量也同樣有限制，目前的主流顯卡，同一個受光物體如果受光的數(shù)量一旦超越了8盞，其多出的光源就不會對對該物體產生作用。不過一般情況下，8盞燈光來應付絕大多數(shù)的燈光效果，已經是綽綽有余了。游戲中的燈光，根據(jù)功能的不同，也有不同的分類，比如：直射光、環(huán)境光、點光源、聚光燈等等，燈光的種類越豐富，那美術用來表現(xiàn)游戲世界的方式也就更多一些。物理系統(tǒng)：在單機游戲中，物理系統(tǒng)往往

16、是游戲引擎中很重要的一個部分，完美的物理系統(tǒng)會讓整個游戲世界看起來更逼真，更真實，但同時，物理系統(tǒng)對系統(tǒng)資源的消耗也是巨大的。在網(wǎng)絡游戲引擎中，物理系統(tǒng)往往是很簡單的，一方面是物理系統(tǒng)會消耗大量的系統(tǒng)資源，另一方面是實時的物理系統(tǒng)會產生大量的數(shù)據(jù)信息，如果在網(wǎng)絡上實時的傳輸這些物理交互信息，從目前的網(wǎng)絡速度來看基本是不可能的。所以網(wǎng)絡游戲的物理系統(tǒng)，一般都是非常簡單的，比如人可以站在地面上，可以從高處落下，這就是一個最簡單的物理設定。很多3D游戲，角色之間都是可以互相穿插、重疊的，不是引擎無法實現(xiàn)角色之間的碰撞，而是網(wǎng)速不允許有過于復雜的數(shù)據(jù)交互。另一方面，為了突出客戶端的效果，有的物理效果僅僅的是在玩家本地來實現(xiàn)的，雖然效果很絢麗，但并不會對策劃的系統(tǒng)設計造成任何影響，所以也不會