3D扫描建模技术在游戏行业的应用

游戏，作为一种新兴的文化娱乐产业，其本身的内容就具备极强的文化色彩，在国家文化政策的推动下，正处于蓬勃发展的阶段。

以王者荣耀为例子，该游戏一年净利润可达700亿，但与精灵宝可梦的700亿美金对比，国内的游戏市场还有非常大的发展空间。巨大的利润引起了社会资金往游戏及游戏周边行业倾斜，国内腾讯、网易、阿里巴巴等巨型互联网公司都投入了巨额资金，在这样的发展下，近几年游戏市场会一直保持火热的发展态势，预计未来5-10年内还将延续这一现象。

在现阶段的整个游戏领域中，三维游戏已经占据了一席之地，且大多数游戏也都趋于3D化。

目前3D游戏主要分为两种形式：一种是利用手机或者电脑，直接用肉眼就可以观看和进行游戏操作的形式，这是比较常见的类型；另一种是需要借助特制的眼镜或者头盔等工具，将3D游戏展现出来，让人们有身临其境之感，这种形式目前主要被运用于模拟演习等方面，也有游乐场或商场建设了相应的娱乐项目供人们体验，也就是我们所熟知的VR游戏。

而在3D游戏中，游戏建模是不可缺少的。

3D角色建模

随着计算机技术在游戏领域的应用越来越广泛，一大批新兴技术不断涌现，3D扫描建模技术则在这些新兴技术中脱颖而出，并且发挥出了不可替代的作用。3D游戏建模说直接一点就是属于游戏的设定基础，比如一个游戏的人物、场景、道具都是需要3D游戏建模来完成的。通俗来说游戏建模就是三维立体模型。

3D场景建模

游戏建模主要分为两个部分：3D场景建模和3D角色建模。3D场景建模师通过原画设定及策划的需求制作符合要求的3D场景模型；3D角色建模则是根据游戏人物或NPC的原画设计图建造游戏人物、NPC等角色的3D模型。

3D游戏模型是基于信息技术发展背景下产生的一种新型游戏制作技术，其主要就是在视觉上让游戏当中的场景以及人物形象更加立体，更具有真实性，从而优化游戏体验，提升人们对3D游戏的满意程度。

现阶段的社会发展背景下，游戏企业之间的竞争所比拼的就是游戏制作的精良程度，而3D游戏模型的制作正好符合了时代的发展特点。3D扫描技术与注重逼真场景的大型游戏天然契合，不仅可以提升模型质量，同时也能够缩短项目周期，这在国际上已成为大型游戏公司的基本工作流程。

3D扫描技术的普及将会带来模型创作效率的变革。与传统建模相比，3D扫描建模通过对现实场景、道具、角色的拍摄，提取模型轮廓与材质，由软件自动完成粗体模型的创建。跳过费时的建模过程，后续只需要经过细节修复、重新布线、材质贴图绘制等流程即可完成一个高质量的模型，且模型需求越大，3D扫描技术节约的时间越多。

在3D建模技术当中，最重要的两个技术就是贴图以及纹理制作技术。首先，从贴图技术来看，技术人员贴图手法的高低直接影响着3D游戏模型的视觉效果。贴图不仅是为模型添加不同的颜色，还要能够通过不同的贴图手法，优化3D模型的立体感。纹理技术的侧重点则在于为模型添加外在的表面纹理，比如人的皮肤纹理，或者建筑物的墙体纹路等，该技术与贴图技术相类似，通常也被称为纹理贴图技术。

2021年4月，《逆水寒》端游开放了新场景：万佛窟。为了使用户获得极致体验，逆水寒技术开发团队紧跟前沿技术，对“网格渲染”技术进行了深入研究，利用自己研发的引擎开发了“无矩渲染”技术，并将这项技术实际应用在了逆水寒端游的万佛窟场景中。毫无疑问，这是全球首个将此项技术实际使用在网络游戏中并流畅运行的案例。

这项技术的落地将加速3D扫描建模设备在游戏开发中的应用，让3D扫描建模技术和游戏美术资产制作流程结合得更加紧密。3D扫描建模技术和无矩渲染技术的结合可以让美术制作人员不必再过多考虑多边形的数量，让游戏美术从业人员能够把更多的时间和精力投入到更核心更富有创造性的工作中去。同时，这也对游戏美术从业人员在造型审美、艺术功底、资源整合、以及创意等维度提出了更高的要求。

同年，让广大游戏玩家期待甚久的次世代3D游戏《赛博朋克2077》一经上线，便收获了满屏点赞。游戏玩家可在游戏中为自己的角色捏脸，调整身高、肤色等等的细节数据，玩家在游戏之初便有了极强的参与感。为了增加沉浸感，游戏全程采用第一人称，包括过场动画以及某些特殊的场景。

游戏中有一段为主角更换义眼（有视觉增强功能的机械眼）的剧情，玩家将以第一视角“亲身”感受手术的全过程，从眼球被取下眼前一片漆黑，到以医生手中新义眼的视角注视自己，再到义眼装进眼窝里完成同步，整个过程感染力十足。第一视角下的游戏让玩家更有代入感，因为一切皆发生在玩家眼前。

次世代游戏最突出的地方就在于其强大的视觉效果，它使游戏画面更真实、更有趣味性。除了电影级别的画质表现，次世代游戏更注重故事的讲述，将玩家置于虚拟世界中获得完整的交互体验。次世代角色的制作流程主要分为：原画设定、模型搭建、贴图烘焙、骨骼蒙皮、动画制作和引擎测试六个步骤。

下面，我们将展示三维模型的角色动画应用来了解3D扫描设备背后的工作原理。

嘉兴超维VR3D Body Capture设备使用场景示意图

首先，需要利用单反相机矩阵来搭建3D扫描设备：设备为十二边形圆柱体，用于安装相机和光源。为了得到最好的采集效果，共安装了100台Cannon单反相机，相机像素为2400万。

原始模型

VR3D瞬时三维成像系统Body Capture系列产品，利用近景摄影测量原理，通过同步相机阵列和闪光灯系统，瞬间捕捉到拍摄者全方位的信息，每组灯形成一个亮度均匀的面光源，让被扫描的对象曝光更均匀。此外，通过集成的Auto Modelling自动建模软件，可将采集的38张照片自动合成三维模型。

修改后的模型

由于服装为光滑纤维材质，且造型较复杂，模型表面有一些噪声和破损，需对模型略作修改，如平滑、雕刻等。可通过增加拍摄角度、提高分辨率等措施改善模型效果，减少人工干预时间。

绑定姿势

跟人一样，模型想要动起来就要绑定骨骼，模型和骨骼共同决定角色能不能做出丰富动作。

绑定骨骼、加载动作

我们给人体模型绑定骨骼，并添加一个简单的动画。通过观察人体动作是否流畅、自然，可以反过来检验模型的布线和骨骼是否合理。

接下来，用Marvelous designer制作服装，在软件中编辑材质、面料、物理性质，并导出一组服装动画。

服装模拟

通过三维逆向建模生成服装模型，不仅可以大大降低服装制作时间，且生成的服装轮廓、细节更为逼真。实现流程为，首先将人体模型导入Marvelous designer作为模特，再置入三维服装模型。在软件里设置两者的尺寸、坐标，并设置合适的面料属性、物理性质，从而使织物延伸性表现得更真实。在模拟过程中，服装进行一系列变形，直至与人体完美匹配，达到实际着装效果。

服装动画

完成服装制作后，需要导入模特的动画动作。当角色进行跑、跳、旋转时,服装运动的瞬间都可以捕捉到，并生成与之匹配的服装动画，导出为pc2格式用于后期渲染。

人物渲染设置

接下来是进行渲染。3dsmax有着功能强大、扩展性好、操作简单、容易上手等诸多特点，而且3dsmax也有着众多的渲染器，在此我们选用V-Ray渲染器进行渲染。

渲染效果

将人体模型和服装模型导入到3dsmax，导入对应的材质贴图，调节材质参数，使渲染效果最佳；加载对应的动画文件；在场景中添加必要的灯光，设置渲染参数，即可输出渲染动画。

游戏的发展已过几十年，但仍有很大的发展空间，未来，不管是网络游戏还是次世代游戏，3D扫描建模技术必定会有更大的用武之地。