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3D掃描建模技術在游戲行業的應用

作者:admin????來源:未知????發布時間:2022-04-07 10:36????瀏覽量:

游戲,作為一種新興的文化娛樂產業,其本身的內容就具備極強的文化色彩,在國家文化政策的推動下,正處于蓬勃發展的階段。

以王者榮耀為例子,該游戲一年凈利潤可達700億,但與精靈寶可夢的700億美金對比,國內的游戲市場還有非常大的發展空間。巨大的利潤引起了社會資金往游戲及游戲周邊行業傾斜,國內騰訊、網易、阿里巴巴等巨型互聯網公司都投入了巨額資金,在這樣的發展下,近幾年游戲市場會一直保持火熱的發展態勢,預計未來5-10年內還將延續這一現象。

在現階段的整個游戲領域中,三維游戲已經占據了一席之地,且大多數游戲也都趨于3D化。

目前3D游戲主要分為兩種形式:一種是利用手機或者電腦,直接用肉眼就可以觀看和進行游戲操作的形式,這是比較常見的類型;另一種是需要借助特制的眼鏡或者頭盔等工具,將3D游戲展現出來,讓人們有身臨其境之感,這種形式目前主要被運用于模擬演習等方面,也有游樂場或商場建設了相應的娛樂項目供人們體驗,也就是我們所熟知的VR游戲。

而在3D游戲中,游戲建模是不可缺少的。

3D角色建模

隨著計算機技術在游戲領域的應用越來越廣泛,一大批新興技術不斷涌現,3D掃描建模技術則在這些新興技術中脫穎而出,并且發揮出了不可替代的作用。3D游戲建模說直接一點就是屬于游戲的設定基礎,比如一個游戲的人物、場景、道具都是需要3D游戲建模來完成的。通俗來說游戲建模就是三維立體模型。

3D場景建模

游戲建模主要分為兩個部分:3D場景建模和3D角色建模。3D場景建模師通過原畫設定及策劃的需求制作符合要求的3D場景模型;3D角色建模則是根據游戲人物或NPC的原畫設計圖建造游戲人物、NPC等角色的3D模型。

3D游戲模型是基于信息技術發展背景下產生的一種新型游戲制作技術,其主要就是在視覺上讓游戲當中的場景以及人物形象更加立體,更具有真實性,從而優化游戲體驗,提升人們對3D游戲的滿意程度。

現階段的社會發展背景下,游戲企業之間的競爭所比拼的就是游戲制作的精良程度,而3D游戲模型的制作正好符合了時代的發展特點。3D掃描技術與注重逼真場景的大型游戲天然契合,不僅可以提升模型質量,同時也能夠縮短項目周期,這在國際上已成為大型游戲公司的基本工作流程。

3D掃描技術的普及將會帶來模型創作效率的變革。與傳統建模相比,3D掃描建模通過對現實場景、道具、角色的拍攝,提取模型輪廓與材質,由軟件自動完成粗體模型的創建。跳過費時的建模過程,后續只需要經過細節修復、重新布線、材質貼圖繪制等流程即可完成一個高質量的模型,且模型需求越大,3D掃描技術節約的時間越多。

在3D建模技術當中,最重要的兩個技術就是貼圖以及紋理制作技術。首先,從貼圖技術來看,技術人員貼圖手法的高低直接影響著3D游戲模型的視覺效果。貼圖不僅是為模型添加不同的顏色,還要能夠通過不同的貼圖手法,優化3D模型的立體感。紋理技術的側重點則在于為模型添加外在的表面紋理,比如人的皮膚紋理,或者建筑物的墻體紋路等,該技術與貼圖技術相類似,通常也被稱為紋理貼圖技術。


2021年4月,《逆水寒》端游開放了新場景:萬佛窟。為了使用戶獲得極致體驗,逆水寒技術開發團隊緊跟前沿技術,對“網格渲染”技術進行了深入研究,利用自己研發的引擎開發了“無矩渲染”技術,并將這項技術實際應用在了逆水寒端游的萬佛窟場景中。毫無疑問,這是全球首個將此項技術實際使用在網絡游戲中并流暢運行的案例。

這項技術的落地將加速3D掃描建模設備在游戲開發中的應用,讓3D掃描建模技術和游戲美術資產制作流程結合得更加緊密。3D掃描建模技術和無矩渲染技術的結合可以讓美術制作人員不必再過多考慮多邊形的數量,讓游戲美術從業人員能夠把更多的時間和精力投入到更核心更富有創造性的工作中去。同時,這也對游戲美術從業人員在造型審美、藝術功底、資源整合、以及創意等維度提出了更高的要求。


同年,讓廣大游戲玩家期待甚久的次世代3D游戲《賽博朋克2077》一經上線,便收獲了滿屏點贊。游戲玩家可在游戲中為自己的角色捏臉,調整身高、膚色等等的細節數據,玩家在游戲之初便有了極強的參與感。為了增加沉浸感,游戲全程采用第一人稱,包括過場動畫以及某些特殊的場景。

游戲中有一段為主角更換義眼(有視覺增強功能的機械眼)的劇情,玩家將以第一視角“親身”感受手術的全過程,從眼球被取下眼前一片漆黑,到以醫生手中新義眼的視角注視自己,再到義眼裝進眼窩里完成同步,整個過程感染力十足。第一視角下的游戲讓玩家更有代入感,因為一切皆發生在玩家眼前。

次世代游戲最突出的地方就在于其強大的視覺效果,它使游戲畫面更真實、更有趣味性。除了電影級別的畫質表現,次時代游戲更注重故事的講述,將玩家置于虛擬世界中獲得完整的交互體驗。次世代角色的制作流程主要分為:原畫設定、模型搭建、貼圖烘焙、骨骼蒙皮、動畫制作和引擎測試六個步驟。


下面,我們將展示三維模型的角色動畫應用來了解3D掃描設備背后的工作原理。

嘉興超維VR3D Body Capture設備使用場景示意圖

首先,需要利用單反相機矩陣來搭建3D掃描設備:設備為十二邊形圓柱體,用于安裝相機和光源。為了得到最好的采集效果,共安裝了100臺Cannon單反相機,相機像素為2400萬。

原始模型

VR3D瞬時三維成像系統Body Capture系列產品,利用近景攝影測量原理,通過同步相機陣列和閃光燈系統,瞬間捕捉到拍攝者全方位的信息,每組燈形成一個亮度均勻的面光源,讓被掃描的對象曝光更均勻。此外,通過集成的Auto Modelling自動建模軟件,可將采集的38張照片自動合成三維模型。

修改后的模型

由于服裝為光滑纖維材質,且造型較復雜,模型表面有一些噪聲和破損,需對模型略作修改,如平滑、雕刻等??赏ㄟ^增加拍攝角度、提高分辨率等措施改善模型效果,減少人工干預時間。

綁定姿勢

跟人一樣,模型想要動起來就要綁定骨骼,模型和骨骼共同決定角色能不能做出豐富動作。

綁定骨骼、加載動作

我們給人體模型綁定骨骼,并添加一個簡單的動畫。通過觀察人體動作是否流暢、自然,可以反過來檢驗模型的布線和骨骼是否合理。

接下來,用Marvelous designer制作服裝,在軟件中編輯材質、面料、物理性質,并導出一組服裝動畫。

服裝模擬

通過三維逆向建模生成服裝模型,不僅可以大大降低服裝制作時間,且生成的服裝輪廓、細節更為逼真。實現流程為,首先將人體模型導入Marvelous designer作為模特,再置入三維服裝模型。在軟件里設置兩者的尺寸、坐標,并設置合適的面料屬性、物理性質,從而使織物延伸性表現得更真實。在模擬過程中,服裝進行一系列變形,直至與人體完美匹配,達到實際著裝效果。

服裝動畫

完成服裝制作后,需要導入模特的動畫動作。當角色進行跑、跳、旋轉時,服裝運動的瞬間都可以捕捉到,并生成與之匹配的服裝動畫,導出為pc2格式用于后期渲染。

人物渲染設置

接下來是進行渲染。3dsmax有著功能強大、擴展性好、操作簡單、容易上手等諸多特點,而且3dsmax也有著眾多的渲染器,在此我們選用V-Ray渲染器進行渲染。

渲染效果

將人體模型和服裝模型導入到3dsmax,導入對應的材質貼圖,調節材質參數,使渲染效果最佳;加載對應的動畫文件;在場景中添加必要的燈光,設置渲染參數,即可輸出渲染動畫。


游戲的發展已過幾十年,但仍有很大的發展空間,未來,不管是網絡游戲還是次世代游戲,3D掃描建模技術必定會有更大的用武之地。

 

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