3D游戏角色建模制作论文.doc

3D网络游戏角色建模制作研究摘要：目前我国的网络游戏玩家日益增多，而3D游戏则是当下最主流的游戏类型。二十一世纪的今天伴随着索尼公司和微软游戏机的发布，游戏进入了高品质画面的时代。由于游戏硬件的不断发展和进步，以及人们对游戏画面冲击力的不断追求，次世代游戏在品质上面与传统PC相比上了一个大台阶。由此次世代游戏美术制作相关领域的技术发展也受到游戏美术制作人员的巨大关注。以暴雪公司为首的网络游戏飞速发展，如当时的魔兽世界到近期的守望先锋等一批高品质画面的网游，出现在世人面前，吸引了众多游戏玩家的目光。和传统游戏相比，次世代游戏是把次世代数字艺术技术融入到游戏之中，通过增加模型和贴图的数据量来改善游戏的画面效果。本文通过仔细分析说明了角色模型设计的原则、规范和流程，从而深入的分析总结次世代角色模型的创建、高模的制作、法线贴图的烘焙，如何选择合适的建模软件和建模方法进行游戏角色的制作。关键词：maya，zbrush，角色建模，贴图渲染，PhotoshopNetwork 3D game role modeling researchAbstract: At present, Chinas online game players are increasing, and 3D game is the most mainstream game type. Twenty-first Century today with the release of Sony Corp and Microsoft consoles, the game entered the era of high-quality screen. Due to the continuous development and progress of the game hardware, as well as the continuous pursuit of the impact of the game screen, the next generation game in the quality above the traditional PC compared to a large step. By this generation game art production related field of technology development also by game art production personnel great attention. Blizzard companies led by the rapid development of online games, such as the then World of Warcraft to the vanguard of the recent watch a number of high-quality screen games, appeared in the world, attracting many players eyes.Compared with traditional games, the next generation game is the next generation of digital art technology into the game, by adding models and textures to improve the amount of data the game screen effect. Through careful analysis shows the principles, norms and procedures of role model design, thus further analyzing and summarizing the role model of the next generation to create, manufacture of high model and texture baking law, making modeling software and how to choose the appropriate modeling method of game character.Key words: Maya, ZBrush, role modeling, texture rendering, Photoshop目 录第1章 绪论11.1 3D游戏角色的研究意义11.2 3D网络游戏行业现状1第2章 游戏角色制作概述22.1 游戏角色的作用22.2 游戏角色制作的关键技术2第3章 游戏角色的制作思路33.1 角色的设定与创意33.2 角色的特点4第4章 游戏角色建模工具54.1 三维制作软件54.1.1 MAYA功能介绍54.2 雕刻软件54.2.1 ZBRUSH功能介绍54.3 ZBRUSH雕刻64.3.1 自定义笔刷64.3.2 笔刷的控制7第5章 角色建模的制作流程85.1制作基础模型85.1.1角色低模制作85.1.2 高模雕刻105.2 UV拆分165.3 贴图烘培与绘制18致 谢25参考文献26第1章 绪论1.1 3D游戏角色的研究意义网络游戏是一种新兴的产业，从上个世纪救末的初级发展到近几年来的快速发展，可谓是如日中天，现在的网络游戏产业处在成长阶段并快速趋向成熟发展的阶段。网络游戏的发展势头十分迅猛，近几年已经愈发壮大。游戏设计风格也日趋成熟稳定，而这也奠定了网络游戏日后的走向。国内外对于游戏需求的研究都是集中在玩家的层次，这在点卡收费模式下是理所当然的；一款游戏只有满足玩家的需求，才能吸引到玩家，而玩家一旦进入到游戏就会运用游戏角色的动作去满足自己的需求，于是，我们通过对玩家对游戏角色的需求将玩家的需求进行了深度的挖掘。游戏角色需求的产生是游戏世界的客观规律所决定的，就像我们现实生活中的个体一样；这些对于游戏角色设计来说都是游戏的灵魂。1.2 3D网络游戏行业现状从2000年中国网络游戏市场兴起，到2006年本土原创网游爆发，而至如今游戏成为中国游戏市场的支柱与重要组成部分，我国的游戏尽管相较于欧美日韩起步晚，但在短期内迅猛发展，其速度令人惊叹。据统计，2000年中国游戏市场规模仅为0.3亿元，到位2006年市场规模已达到65.4亿元人民币，据最新数据显示，2015年中国游戏市场（包括客户端游戏市场、网页游戏市场、移动游戏市场等）实际销售收入达到 1,407亿元人民币，较2014 年同比增长了22.9%。同时，中国游戏市场用户规模继续保持上涨趋势，2015年中国游戏市场用户数量达到5.34 亿人，同比增长了3.3%。但不可否认，虽然我国游戏发展已过十几年，然而依然存在许多问题。在互联网上，我们经常能够看到新网游测试、上线的消息，从产品数量上来讲中国不愧为世界游戏大国，但是在如此庞大数量的游戏产品中，真正能称得优秀的作品少之又少，而能够为大部分玩家喜爱的品牌游戏则更是屈指可数了。一款游戏是否受到玩家喜爱有很多复杂的因素，而游戏角色不可否认的占据着其中重要的位置。本设计作品就是针对游戏角色进行研究和实践，力求设计出深受玩家喜爱的游戏角色。第2章 游戏角色制作概述2.1 游戏角色的作用游戏角色是一款游戏与玩家进行直接互动的载体，游戏角色形象决定了玩家对游戏的第一印象。通过对某些设计元素的基础认知向玩家提供信息，尽可能降低玩家对游戏的学习成本，也就是游戏角色设计的基础作用。一款游戏只有满足玩家的需求，才能吸引到玩家，而玩家一旦进入到游戏就会运用游戏角色的动作去满足自己的需求，游戏角色需求的产生是游戏世界的客观规律所决定的，就像我们现实生活中的个体一样。游戏角色的导向与定位、游戏角色的主要艺术风格、游戏角色的发展与成长，都是吸引玩家的有效手段。2.2 游戏角色制作的关键技术建模是三维软件的基础，角色建模是模型中的难点之一，要创建一个好的角色需要先了解人的骨骼结构和肌肉走向。具备一点人体结构学的知识对角色建模有很大的好处。其次也要掌握软件的运用，这里我们用MAYA和zbrush结合使用，通过maya制作大型然后导入ZBrush进行雕刻。首先在MAYA软件中使用多边形建模需要注意点、线、面的运用，要避免出现三角面和五边面等，尽量保证是四边面。对角色的比例要准确，建模之前先分析模型由那个几何体开始会更快捷。然后对模型的面手动卡线，用Polygonsappend to polygon tool命令。角色建模需要重点掌握的命令有：Extrude、Split Polygon Tool、Insert Edge Loop等工具配合点线面的调整能快速的把身体大型做出来。如图2-1所示图2-1 身体大型第3章 游戏角色的制作思路3.1 角色的设定与创意在角色模型的创作中，我首先明确设计的角色的特征，它是属于人类还是非人类。我所设定的角色属于非人类，它有人的基本外形，但是没有人的外表，它属于NPC角色，只接受首领的命令。角色设定完以后，在此基础上寻找形象的相关素材做为参考，通过参考帮助自己完成角色的创作，创意来源如图3-1所示图3-1 参考找好参考以后，就可以开始做基础模型了，为了使角色的形象统一和协调，最好先了解头身的比例关系，然后再把角色变形增强它的类别和强化角色本身的性格特征。如图3-2所示图3-2 低模搭建3.2 角色的特点此角色由敌人研制导变所得，角色本身鲁莽、移动速度快、无思想、无血性，横冲直撞易发怒。因此被敌人利用在各个区域任意屠杀。索性攻击力一般，易消灭，比一般小兵要高一等。第4章 游戏角色建模工具4.1 三维制作软件4.1.1 MAYA功能介绍MAYA是Autodesk公司出品的一款三维动画软件，MAYA的功能完善，操作灵活，制作效率也是极其的高。应用对象是专业的影视广告，角色动画，电影特效等。 本作品的建模部分用的是MAYA2014的polygons模块制作的。如图4-1所示图4-1 MAYA界面4.2 雕刻软件4.2.1 ZBRUSH功能介绍ZBrush 是美国 Pixologic 公司开发的一款软件，是世界上第一个让艺术家感到无约束自由创作的 3D 设计工具。它将三维动画中间最复杂最耗费精力的角色建模和贴图工作，变成了小朋友玩泥巴那样简单有趣。ZBrush 雕刻式的建模方式决定了 ZBrush 用来制作发丝、皱纹、动物表皮纹理等细节。ZBrush 可以看做是其他三维软件的辅助软件，利用它可以创造很高精度的模型以及法线帖图，可以很方便地将高精度的模型使用在动画等流程中，是提高工作效率的好软件。具体的流程是怎么一回事呢？一般在 Maya 建好低模之后，导入 ZBrush 增加细节成高模，这时生成法线贴图。我们可以借助法线贴图将原来的低模视觉上看起来布满了高模的细节。这样既显得真实，又不会因为模型点数太多影响后续的操作。如图4-2所示图4-2 zbrush软件界面ZBrush Z球建模方式，它是通过Zspere球调整出模型的大体形状，通过A键预览转化为可编辑网格模型。然后再用笔刷雕刻细节。下图的模型中，就是 Z球构建的模型，它能自动转为中间的网格模型，再进行细节的雕刻得到右图的模型。如图5-3所示图4-3 z球建模4.3 ZBRUSH雕刻4.3.1 自定义笔刷Zbrush的笔刷工具非常强大，设计师可以通过手写板或者鼠标来控制笔刷，在界面中自由自在地随意雕刻自己头脑中的形象。至于拓扑结构、网格分布一类的繁琐问题都交由 Zbrush 在后台自动完成。他细腻的笔刷可以轻易塑造出皱纹、发丝、青春痘、雀斑之类的皮肤细节，包括这些微小细节的凹凸模型和材质。令专业设计师兴奋的是，Zbrush 不但可以轻松塑造出各种数字生物的造型和肌理，还可以把这些复杂的细节导出成法线贴图和展好 UV 的低分辨率模型。这些法线贴图和低模可以被所有的大型三维软件 Maya、Max等识别和应用。成为专业动画和游戏制作领域里面最重要的建模材质的辅助工具。如图4-4所示图4-4 自定义笔刷4.3.2 笔刷的控制Zbrush中控制笔刷的方法是调整笔刷的大小和强度。还有Alpha笔刷的运用也是很常见的。如图4-5所示图4-5 alpha笔刷第5章 角色建模的制作流程5.1制作基础模型5.1.1角色低模制作首先是考虑角色的外貌和怎么把概念转化到游戏的角色中去。创建角色模型前我需要去考虑我模型预计面数、模型拓扑和贴图大小。一旦我有了大概的技术框架和范围，我就开始创建角色的身体。在polygon模块创建一个多边形对象，将长宽高调整跟头部大小相似，然后用meshsmoth来细分二级，如图5-1所示图5-1 细分多边形之后在三视图中用放大缩小工具调整模型大小，使大略符合角色人头的大小。接着将模型的左半部删除，并调整模型的vertex，使两边物体镜像，这样只调整半边，另一边会跟着一起被调整，方便提高工作效率。如图5-2所示图5-2 镜像复制接着调整模型vertex位置来建出眼睛、鼻子和嘴巴的大略位置和形状再新增鼻子的割线，并调整vertex位置选择鼻子底下的faces，使用Edit Mesh Extrude来挤出鼻孔。最后再稍微调整模型vertex位置及嘴巴、下巴和头部底部的vertex位置，将头部的形状调整在头部底部，在新增一个割线，准备制作脖子的部分。选择头部底部的面，并用Extrude挤出新的面，要注意的是用Extrude挤出面的同时也会在中间部分新增面，我们必须把这些面删除掉，不然中间会有问题存在。当头部大体形状制作好后，我们需要选择中间的vertex然后在Edit命令中mesh merge将这些点merge起来。此时如果模型不够平滑，可以在Noumals里按下Soften Edge软下边模型就不会那么生硬了。如图5-3所示图5-3 角色头部头部做完以后，用同样的方法制作身体、四肢等。当基础模型确定后，在模型的面上和每个我想雕刻细节的地方加上循环边。因为这是为后续雕刻准备的，所以我尽量避免三角面，并让面分布比较均匀。如图5-4所示图5-4 基础模型搭建5.1.2 高模雕刻简单的介绍了一下zbrush这款软件，以下是我用Zbrush这款软件做的高模的部分，首先我把在maya中建的低模导出OBJ在Zbrush中导入，找到TOOL面板中的Import，然后选择之前导出的OBJ确定就可以。如图5-5所示图5-5 导入obj导入模型后在界面中用鼠标左键拖一下就出来了，然后按T键进入编辑模式。如图5-6所示图5-6 编辑模式模型导入后最好先存储一下，这里我们存储为ZTL格式的，这种格式的文件相对较小，存储方式是在TOOL面板点保存，不是在File菜单下的保存，File菜单下的保存是zpr格式的，这种格式会跟着软件一起启动，存到一定数量时软件就会启动的很慢很慢。存储好后开始对模型进行细节的雕刻，用move笔刷调整一下模型的比例结构，注意配合使用笔刷的大小和强度，如果笔刷太大会不好调整，调整时可以按X键把镜像打开。如图5-7所示图5-7 镜像雕刻大体调整好后就开始雕刻细节的地方，这里说的细节主要是人物皮肤上的细纹等等，在刻画细节之前我们需要先把结构线的地方雕刻出来，如眼部的结构、鼻子的结构、嘴巴的结构、耳朵的结构、下巴和脸部的结构。由于低模的面数不足以刻画这些形体，所以就需要加细分，这里按ctrl+d先加两级细分，加细分的方法如图5-8所示图5-8 模型细分加完细分后刻画结构就更形象所有外形雕刻好以后就可以雕刻细节了，如果要雕刻细节那么对面数的要求就更高，所以还得ctrl+D再细分几级，细分完以后要怎样雕刻细纹等细节呢，这里就要用到Alpha笔刷。Alpha笔刷可以是自定义导入的，也可以是ZBrush自带的，我们用ZBrush自带的Alpha就可以。如图5-9所示图5-9 alpha细节雕刻接下来就可以刻画细节了，雕刻细节时我们一定要清楚不管是人物皮肤还怪物皮肤它都有自身的一层底纹，如指纹、细纹等。这一层底纹我们就用alpha来实现，首先把Strokes中的方式改为duagrect然后选择Alpha里面的一种图案，最好是和底纹相似的，如图5-9。如果没有合适的，可以自己在Photoshop中处理一张Alpha纹理导入到Alpha里面来。然后选择到它直接在模型上拖一下，就能看到细节效果，如果效果太强烈，可以按U键降低强度在画，按S键是笔刷的大小，对应的参数菜单全称是 z intensity强度和Draw Size大小。在按住Alt键不放在用鼠标拖是往里凹的效果。如图5-10所示 图5-10 细节绘制雕刻细节之前不要忘记先检查模型的结构有没有问题，如果有问题要及时调整，不然等细节雕刻好后发现结构有问题就麻烦了，调整模型的结构可以用move笔刷去调整它的外形结构。Move笔刷的好处是可以任雕刻的人随意捏，只要你的造型能力好，就可以捏出各式各样的形状，所以用move定大型是最合适的，然后我们在结合clay笔刷和Standard笔刷就能完美的雕刻出怪物的造型了。如图5-11所示图5-11 外形调整根据以上的方法制作出一个高模以后，还需要对模型进行拓补，要对模型进行拓补的原因是让高面数的模型整理成低面数的模型，然后作用于烘焙法线，然后把法线贴在拓补出来的低模上，实现低面数模型拥有高面数模型的细节，那么在游戏中运行起来就不会卡顿。对模型进行拓补的方法有很多种，可以在maya里拓补也可以zbrush里拓补，这里介绍两种拓补方法：1、在maya中拓补需要先把高模导入到maya中，然后在polygons模块下选择edit mesh下的show modeling toolkit菜单，然后点开右边的拓补工具。如图5-12所示图5-12 maya拓补工具在transform constraints菜单下面的other surface中选择要拓补的模型，然后在到下面的mesh editing tools中点选quad draw工具。选择之后就可以直接在模型上面加点开始拓补了。如图5-13所示图5-13 四边形绘制2、 第二种方法是在ZBrush里面拓补，我用的也是这种方法，在zbrush中用z球来拓补的方法。将高模的级别调至中高级，在右侧TOOL面板里，新建一个Z球，然后找到Rigging点击Select mesh拾取高模。如图5-14所示图5-14 高模拾取接着点topology里的edit topology开始编辑拓补。如图5-15所示图5-15编辑拓补ZB拓补是由点形成面，所以只需在模型上将点连成面来包裹就行了，当然也要注意布线。如果要删除某个点，按住alt键选择要删的点delet就OK。拓补的时候可以按A键查看预览效果，如果有错可以方便及时修改。低模拓补好后，要将其导出的话，要记得按下projection接着再按下A键让拓补的低模到实体模型再导出。如图5-16所示图5-16 拓补结束下面是一小截zbrush拓补的结构。如图5-17所示。整个高模都要像这样拓补出来，注意合理的布线，身体的手臂拓补的方法也一样。图5-17 拓补5.2 UV拆分低模拓补好了就是分UV了，如果要展示模型的贴图效果分UV是必不可少的，UV的概念就相当于是把人的皮平铺，然后在上面画贴图，最后展示出来，当然分UV的方法可以是用软件自带的，也可以是用插件来分，我用的是UVLayout插件来分的UV，首先把uvlayout软件打开，软件界面如图5-18所示图5-18 UVlayout界面把之前拓补出来的低模导出OBJ到UVLayout里。如图5-19所示图5-19 OBJ导入然后在Display下面切换到ED视图先把UV切割一下，切割的方法是鼠标指向要切割的线然后按C键选择到边，这时边显示为黄色或红色，在按shift+S把边切开，切开以后的颜色是绿色。如果要取消选择的边，按W键就可以取消。如图5-20所示图5-20 切割边把所有应该切开的边都按照以上方法切开以后，这时就可以选择切过的块然后按D键软件就自动把切开的UV块放到UV视图了。如图5-21所示图5-21 UV视图在UV视图选中要展开的UV按下Shift+f键，UV就自动展开了，展好了以后按中括号键，所有展好的UV就会自动排列到一起，最后在左边的菜单中点一下save就可以关掉软件了。如图5-22所示图5-22 UV展开5.3 贴图烘培与绘制烘培的贴图主要有法线贴图、置换贴图、AO等就可以了，烘培这些贴图的原因是，它可以保留高模的细节，把它贴在低模上能完美的达到两个效果，一是低面数在游戏中的会比较流畅，游戏玩家不会感觉卡顿，二是低面数的模型还拥有高细节，画面感很强，游戏玩家不会觉得画质差。烘培贴图的方法可以是在maya 中，也可以在zbrush中，maya里面烘培法线贴图需要一个低模和一个高模，然后在Rendering模块下找到菜单栏中的Lighting/Shading下面的Transfer Maps打开它先在Target Meshes下点Add Selected加载低模，在到Source Meshes下点Add Selected加载高模。如图5-23所示图5-23 maya法线烘培ZBrush中的烘培方法比较简单，我就是在zbrush中完成的，同样也是导入OBJ在TOOL面板的Import导入，导入的时候先把原来没有UV的模型降到一级细分，然后导入有UV的模型替换掉没有UV的模型，这样做的原因是不但能导入有UV的模型还可以保留高模。导入完成后选择低模然后在Zpluginmulti map exporter下面选择displacementNormalAmbient Occlusion在设置Map Size为2048或者4096都可以，看个人需求。如图5-24所示图5-24 zbrush烘培法线最后在设置一下Export Options下Displacement Map的参数一定要选择smoothUV不然烘培出来的贴图会毁三观。Normal Map的参数也要选择SmoothUV，Ambient Occlusion的参数可以自行修改。所有参数设置好后点一下Create All Maps就能自动生动法线、置换和AO贴图了，只不过要等它计算一会儿。如图5-25所示图5-25 贴图烘培5.5 渲染及合成一个模型要想把它做的逼真，还得给它打灯光做材质贴图，我用的灯光材质是Vray插件里的V-Ray Rect Light来打的三点光源，材质用的3s材质。选择V-Ray Rect Light灯光和3s材质的原因是，V-Ray Rect Light光源用起来光线柔和，运用也比较广泛，3S材质做人物或者怪物都非常的棒，主要是它可以调节人物表皮、真皮以及皮下组织的各种参数，不仅如此，它还可以做出其它通透较强的物体如(蜡烛、玉等)如图5-26所示图5-26 三点光源灯光打好以后，可以先渲染来看一下光源有没有问题，如果问题不大那么就可以把UV导入然后画贴图了，画贴图的方法呢同样也有很多种，我画的贴图是用的mudbox和photoshop相互结合来画的，这两个软件可以相互导入导出，画好后的贴图直接就可以导出PSD文件。如图5-27所示图5-27 贴图互导下面就对怪物模型画贴图，首先在mudbox的image Browser里导入一张人物皮肤参考然后点set stencil按钮把人物图片传送到3D view中。如图5-28所示图5-28 mudbox映射把导入的人物图片通过映射笔刷映射到怪物模型上，先将图和模型的位置对准在用映射笔刷来画，如果对不准也没关系，映射好后可以导入Photoshop在调整。这样做的好处是快速、高效、准确、美观。如图5-29所示图5-29 贴图映射在mudbox中映射好贴图以后就可以导出到Potoshop中修改了，修改好以后的贴图可以保存为tga格式的图片。贴图OK以后就开始调材质了，这里我们用3S材质，打开Hypershade选择一个Vray Fast sss的材质来调整一下它的参数，我们主要调整的是General parameters下的prepass rate的值为1到2之间，还有它的通透值scatter radius (cm)1左右就差不多。最后在Sub-surface color处贴一张color贴图，scatter color处可贴一张红一点的贴图，也可以把颜色改为偏红的颜色。还有bump贴图也是需要贴上的，把之前烘焙的法线和置换贴在Bump and Normal mapping下的Map处和置换节点上，调整一下参数就OK，如图5-30所示图5-30 材质贴图模型的贴图效果贴好后就剩下最后的渲染了，在渲染设置里面选择vray渲染器，先调整一下渲染尺寸，然后还有渲染质量等一些设置需要调整，渲染最终的效果图可以把尺寸调大些，1024x1024或者2048x2048都OK，图片的质量最好设置为高质量的，都设置好后就可以渲染出图了。如图5-31所示图5-31 渲染设置最终渲染完成以后在放到Photoshop里合成一下背景和简单的较色。如图5-32所示图5-32 渲染成品致 谢本次毕业设计是在我的指导老师赵老师的指导下完成的。是赵老师的无私帮助和指导，让我能顺利完成毕业设计，还要感谢陈老师，帮我提供了相关的技术支持，让我少走了很多弯路，同时还要感谢我的同仁和朋友们，帮我提供了很多相关资料和截图。感谢这一路走来帮助过我的每个人！参考文献1严晨.多媒体界面设计.北京：电子工业出版社.2011.2胡昭民.游戏设计概论（第2版）.北京：清华大学出版社.20083唯美映像.Photoshop CS6数码照片处理.北京:清华大学出版社.20154张友良.素描静物结构+解剖.重庆:重庆出版社.20135王琦.Autodesk Maya 2015标准教材1.北京：人民邮电出版社.20146（美）斯宾塞（Scott Spencer）.ZBrush数字雕刻:人体结构解析.北京：人民邮电出版社.20147（英）理查德约特（Richard Yot）.视觉艺术用光:在艺术与设计中理解与运用光线.杭州：浙江摄影出版社.20128张金钊.张金镝.ZBrush游戏角色设计.北京：清华大学出版社.20169锁亚龙.Maya 2015大师课:材质、灯光与渲染.北京：清华大学出版社.201510（美）Mark Christiansen(马克克里斯琴森).Adobe After Effects CC完全剖析.北京：人民邮电出版社