三维游戏场景模型优化方法探究.doc

三维游戏场景模型优化方法探究 　　摘 要：通过对三维游戏场景模型进行分类研究，提出对地形模型采用区域LOD法优化，对景观模型采用改进的平面贴图法优化，在保证游戏视觉效果的同时，有效地降低了模型复杂度。 关键词：三维游戏；场景；模型优化 0 引言 游戏产业因其产业链长、高附加产值，并且符合当代消费文化的特性，正在成为文化产业发展的新动力。三维游戏由于其具有真实的空间感、全视角的角色外观等特点，符合玩家对游戏的真实性越来越高的要求，已经成为目前数字游戏的主流。游戏通常是由故事、角色和场景三个部分构成。场景是游戏故事展开的基础，是角色的生存环境。富有强烈视觉冲击力的游戏场景，可以有效地提高玩家的沉浸感，增强玩家的游戏体验。 1 游戏场景模型分类 三维游戏场景制作主要涉及模型制作与材质设定两方面。由于玩家对游戏画质的要求日益提高，为了增强场景的真实感，在三维游戏中不得不采用大量高精度模型和复杂的材质设定。三维游戏的开发基本都是基于游戏引擎进行的，三维游戏需要对场景进行实时渲染，这对游戏引擎的渲染器和计算机硬件性能都有极高要求。目前虽然GPU（图形处理器）和CPU（中央处理器）的硬件性能不断提高，游戏引擎的渲染器也在不断优化，但是仍旧无法跟上三维游戏发展要求。 为了使三维游戏既拥有良好的交互体验与沉浸感，又能够适应主流游戏硬件平台。进行游戏场景模型优化研究是非常有必要的。 游戏场景模型通常可分为地形模型和景观模型。地形模型主要是指地表形态模型， 如山丘、峡谷、河流等。景观模型主要是指附于地表之上的景物， 如建筑、树木、装饰物、交通工具等。地形模型与景观模型在模型精度、建模方法、视觉表现方面都有不同要求，需要进行分类优化研究。 2 游戏场景模型优化方法 三维游戏为了营造游戏环境的真实感，主要使用多边形建模方法。由于模型较为复杂，边面数较多，所以不宜再采用脚本建模方式，通常使用如3DSMAX， Maya等专业三维软件构建模型。从理论上讲，模型的边面数越少，模型的复杂程度也就越低。减少模型边面数是提高渲染响应时间的最简单方法。但是一味降低模型精度，会使场景的表现力降低，无法满足角色视野对场景细节的观察需求。 2.1 地形模型的区域LOD优化法 地形模型的构建通常是基于M×N个等间距顶点的网格模型。网格间距直接影响地形渲染的实时性和真实感。过小的网格间距会增加渲染器的计算负荷，影响游戏渲染的实时性；反之，过大的间距将降低地形的精度，影响游戏的真实感。 LOD（层次细节）技术是模型优化技术中常用的方法之一，主要是通过移除被绘制物体中的不必要细节，即减少模型的三角面数量来精简模型，提高渲染速度。在三维游戏中使用此方法，优化过程与游戏角色视点紧密相关。通常把视点到对象的距离称为该对象的视距，根据对象的视距由远极近的变化，实时地减少该对象模型的三角面片数量， 反之则增加， 实现对象的动态优化。根据LOD技术原理，结合游戏角色在场景中经常大范围实时移动的情况，为减少动态优化时可能出现的由于模型面片数大幅减少而导致的模型异常，改变一个场景地形由一个网格模型构成的构建方法，研究应用区域LOD优化法。 根据游戏视觉要求将整个地形均分为若干个正方形区域，每个区域构建精模和简模两套模型。假设正方形的边长为a，若干个正方形的中心点依次为m1、m2、……mn，游戏角色的视点为s（s为角色模型相对于地面的垂直点），当角色进入该场景时（默认首先进入m1所在区域），分别实时计算s与m1相邻三个正方形区域中心点的距离，当s与三者距离都大于a22（正方形对角线长度的二分之一），表示角色未进入三者所在区域，相邻三个正方形区域显示简模；当与一个中心点的距离小于等于a22，表示角色进入该区域，此中心点所在区域显示精模，其他区域显示简模。当游戏角色离开m1区域，进入下一个区域，即深入场景内部后，还需提取所在区域周围正方形区域的中心点进行以上运算，根据以上算法距离的比较值，进行区域模型精度切换。 区域LOD优化方法，按照视距的远近进行区域模型优化调用，即保障了玩家对游戏视觉效果的要求，又可以有效地降低地形模型的复杂度，提高实时渲染效率。 2.2 景观模型的优化方法 景观模型主要以静态装饰物为主，在场景中起美化装饰作用。景观模型通常数量较多，且具有很高的重复性，一般不使用精度较高的模型，以免加载过多模型影响实时渲染效果。对景观模型优化的优化研究，首先按照游戏场景设计需要按模型内容进行分类，然后根据每种模型需要表现的精细程度进行分组。如果同一类模型精细程度要求一致，则进行批量制作，即以一个模型为基础，采用关联复制的方法制作其他多个物体模型，这样制作的模型导入到游戏引擎中，在一个场景中只需调用一次模