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使用Maya和Unity 3D制作3D游戏的内容创建
Matthias Labschutz, Katharina Krosl
按字母顺序排列的：Mariebeth Aquino,Florian Grashaftl, Stephanie Kohl
监制：Reinhold Preiner
计算机图形算法研究
维也纳技术大学
维也纳/奥地利
摘要：“炸药皮特”是我们使用Autodesk Maya和Unity 3D在一队26名有不同的技能和专业知识的计算机科学专业的学生制作的一个3D游戏内容拓展。游戏开发流程解释着从概念到发行到生产的游戏呈现。此外，本文探讨面临项目的工作人员所面临的挑战，并概述了该项目的实施过程中取得的经验。
关键词：内容创作，内容制作流程，游戏的制作流水线，Autodesk Maya，Unity3D
1引言
如今，图形和游戏的真实感质量在不断增加，因为消费者总是要求游戏具有更真实的外观。这意味着需要提高渲染程度，优秀的内容，更真实的动画和更地道的人工智能的表现。因此，艺术家和动画师的工作，对一个游戏的成功和一个游戏开发工作室的繁荣至关重要。
2010年，一组26名学生参加在维也纳技术大学的一个游戏开发工作室进行游戏的制作过程的“Maya课程二”。这项工作的最终目标是产生一个视频游戏。Unity3.1被选为游戏引擎，但重点放在3D内容创建的实时应用程序，同时也使用了Autodesk Maya 2011。游戏开发团队带来了不同的组技能，适用范围从从几乎没有任何知识的初学者到经过专业学习的学生。团队的每个成员都被赋予至少一个角色，需要履行相应的其工作头衔任务。分配的职位包括项目管理，技术指导，艺术指导和不同的艺术家。这些艺术家负责的主要范围是造型和雕刻，紫外线布局，材质，灯光，渲染，索具，动画，层次设计和声音。制作出的成果：游戏“炸药皮特”是一个漫画式的西式冒险，玩家扮演一个名为皮特的平民英雄，任务是从峡谷逃脱。图1显示了成品游戏中一个例子的屏幕截图。
图1：在游戏“炸药皮特”中的一个屏幕截图。
本文介绍了我们项目的大型团队制作内容密集型的视频游戏和分享经验的专业发展的基本战略。在下文中，我们将简要的介绍所用的工具（第2节），我们的图式化游戏的开发过程（第3节）的工作流程和最终解释一些创造“炸药皮特”的过程中需要克服的可选择的挑战（第四节）。
2 工具
在整个项目中使用的主要工具是Maya中的建模，动画和渲染和统一的游戏引擎的实现。此外，图像，音频和视频编辑工具以及图画，雕刻和通讯工具被使用。
2.1 3D动画和建模软件（Autodesk Maya）
Autodesk Maya（提供免费版用于教育目的）被选定为3D建模，动画和在这个项目的渲染工具。Maya为艺术家提供一个终端到终端的创造性的工作流程。作为一个专业的工具它提供的很多功能和数据，是非常复杂的。尽管学习曲线很陡峭，由于使用Maya存在复杂性需要一个冗长的学习过程。另一个缺点是缺乏前向的兼容性，这意味着所有的艺术家们需要使用相同版本的Maya进行工作，不论他们的偏好。
2.2 游戏引擎（Unity3D）
在这个项目中，游戏引擎Unity3.1的免费版本被选为制作“炸药皮特”的软件。还有在这个游戏引擎具有不同的导出选项，可以支持每一个额外的不同平台（如：Web Player，PC和Mac单机，IOS，安卓，微软Xbox 360，PS3），它简化了开发适合不同的控制台或设备。Unity吸引了几乎没有投资以及无法购买昂贵的高端渲染引擎特别是小型和中等规模的开发工作室。此外原型和游戏的发展是非常快的，即所见即所得（“你所看到的就是你得到”）的编辑器，允许即时变化和实时编辑。此外，Unity提供了多个内置着色器和效果以及物理引擎和碰撞检测。
对于一个学生的项目选择Unity的最重要的原因是，它是非常容易使用和学习。使用Unity开发主要是基于拖放脚本，而不是编写代码随意适配。除了着色和效果，可以简单地接通一些游戏设置，Unity提供了众多脚本可以拖放到3D模型上。这些脚本的功能可以使用在字符控制器，跟踪摄像机或其他重要功能。
Unity的免费版本的另一大缺点是缺乏SVN支持。这使多个程序员不能够在一个单一的项目中进行并行工作，这将在第4节中进行详细的讨论。就像Autodesk Maya，Unity也是不向前兼容，但是总体利大于弊。然而，Unity Pro的使用是可取的，因为在自由版本之前提到的限制。
3 一般游戏的制作流程
一个游戏的制作流程是基于工作流管理的在游戏开发过程中使用的一个概念。这条管线的阶段是需要得到满足，直到视频游戏完成某些任务。
图2给出了该项目的开发过程的详细介绍，它会在下面的章节来解释，主要任务由五个色彩来进行显示。
图2：游戏的制作流程概述：概念，内容制作流程，关卡设计，灯光和在这个特定的项目中的组织实施
其中一些需要顺序进行的任务将在下面介绍。不过，为了提高生产效率，它应该是一个打破了这种顺序方法的目标，使人们能够并行处理不同的任务。
由于这个非常项目是游戏开发工作室在实现一个较大规模而且生产时间非常有限的工作流程的尝试，有必要遵循不重复管线方法。该项目的范围是3D建模，重点内容创建。其他方面如游戏设计，是非重点。下面的段落将详细描述该项目的生产阶段。
3.1概念阶段
在概念阶段由一个小团队绘制了剧情，设定游戏机制的大纲。游戏中的环境被选为狂野的西部沙漠。漫画风格是优于真实风格的照片，游戏的目标设定为收集炸药打破敌人的峡谷并逃脱出来。
这个阶段之后，需要制作对概念艺术的多个版本来确定游戏内容的外观和风格。一个例子如图3所示。灵感是从所有不同种类的媒体而来，从类似的计算机游戏和电影，以漫画和音乐开始。在游戏的视觉风格中颜色和比例是一个重要的组成部分。脏质感的外观漫画被选择，灵感来自于“星球大战 - 克隆战争系列”的木本，和在“迪士尼皮克斯的玩具总动员”中的牛仔。
图3：早期绘制的概念艺术
3.2 3D内容创建
图2中的橙色框示出其中包含的每个3D模型具有从概念艺术传递到最终模型的阶段的三维概念创建流水线。下面的段落详细说明了这些阶段。
3.2.1概念艺术
概念艺术家们对游戏（人物和环境）的主要资源进行工作，逐步提高他们的艺术水平和其他艺术家的反馈指导工作。在纸张上绘制最初的草图后，一些艺术家转移到使用图形编辑工具，类似使用平板电脑的输入设备。作为概念阶段的最后一步，它们产生的着色前视图和侧视图的特点，其中建模和纹理艺术家用作几何形状和着色的指导。图4展示了一小部分的着色字符概念。大多数的概念进行了手工绘制，并可以在开发博客上找到。
图4：一个警长和一个女服务员模型的特征概念艺术
3.2.2低多边形建模
从概念到3D模型的第一步是创建一个低多边形模型。由于Unity可处理三角形和四边形没有限制，只能使用特定的建模技术。然而，大多数造型艺术家优先使用四边形而不是三角形。低多边形建模还包括平滑或硬化法线。
为了避免与细节极为不同级模型，强烈建议提前根据模型的规模和重要性定义一个最大多边形数量。
对于房屋，模块化的系统，用于创建各种不同类型的房子出了个体基本组成部分。这种基于区块的方法使变化更多、造型的时间更短。
3.2.3 UV布局
在可以开始纹理或者高多边形建模时，UV布局可以通过UV布局艺术家完成或者艺术家自己造型。UV在Maya中由一个单一的UV布局设置。具有多重纹理类型的对象可以有多个UV布局。对于这个项目每个对象最高具有三个UV集的定义：
（1）颜色贴图UV集：对于彩色纹理。面可重复使用的纹理空间，这意味着在纹理空间一定的空间可以被多个面使用。
（2）普通地图的UV集（可选）：仅用于独立的法线贴图的要求。（3）光照贴图UV集：不能包括在纹理空间重叠的面。由于每个面都可以有不同的照明信息，每个面必须具在UV布局它自己的空间。
3.2.4高多边形建模
在进行UV布局之后，一些低多边形模型进行了改进，以高分辨率模型通过由Maya（添加附加细分多边形），或通过使用AutodeskMudbox的艺术造型提供了一种光滑的操作。这种高多边形建模过程的结果是一个正常的地图。
3.2.5纹理
纹理开始正确的UV布局完成之后。一个彩色表（图5）被用来作为纹理艺术家参考。在纹理空间UV布局的截图被导出到数字图像处理工具。纹理坐标（UV的）作为定向纹理艺术家，绘制的纹理在这些坐标上，只用于给定颜色的颜色表。
图5：颜色表的纹理艺术家
对于经常使用的纹理（如木材），可以创建纹理的模板。对于每个容纳的材料，这些类库提供的位图，法线贴图和不同颜色层，艺术家可以快速和便捷的开启或关闭它们，来创建新的纹理。
3.2.6索具和动画
为了使艺术家们能够轻松地创建自然地观看字符动画，一个名为“索具”的技术将被使用，它为每个字符创建了虚拟的骨骼结构。这种结构可以以自然的方式来控制动画字符的运动。在骨骼结构建立完成后，角色的网格被绑定到骨架和影响骨之间加权。通常情况下，反向运动学使用指定位置的骨头移动骨架柄。
在这个项目中，每个游戏角色通过在Maya审查个体索具，为动画师提供不同的控制。由于这是一个教育性项目，大多数参与者决定不使用预制的平台（如内置的全身IK）。动画艺术家则产生关键帧动画，基于某些动作（如：走圈，闲置，攻击）的每个游戏角色，这是在Maya中制作完成的。
3.3关卡设计
3.3.1关卡设计流程
前面已经介绍了如何创建单件的静态、动态内容。下面的章节将说明这些所有的部件是如何组合以形成虚拟环境并且最后成为一个运行的游戏。制作过程中的第一个步骤是关卡设计，可以看作是一个包含或创建内容和塑造一个游戏环境的组装过程。根据游戏的风格，关卡设计的范围可能包括内容制作，技术组装，或者运行游戏的调整方面。
调度：一般来说，在级设计工作的关键量是在创建过程中的后期阶段。这不仅是因为级设计需要部分成品引擎而且需要资源的工作。为了让关卡设计过程起步早，根据资源的重要性优先制作是很好的做法。
并行工作：并行工作的游戏水平难以有效地完成，并可以很容易地导致高的组织和合并的开销。对于小的游戏环境中，一个人工作的级设计，建议减少开销。对于较大的项目，几个设计师对高复杂程度的并发工作可以由分割级别以及某些区域来实现。
资源布局：地势开阔的游戏级别往往需要大量的环境对象放置到他们产生丰富而刺激的游戏感觉。自动布局可以帮助加快这一进程，同时保持一个人的设计师对象放置负责。对于大项目，更先进的级编辑工具都可以使用，其允许在一个更抽象的和更快的方式下修改布局（例如，内容被自动放置时绘制区域的地图）。
图6显示创建一个游戏的过程中相对于其他任务的级设计方法。实线描绘了正如通过游戏开发团队开发过程中内容的方法。虚线表示的请求和工具将不会在最终释放而是直接包含。如图6所示，级设计是内容创建和编程之间的工序。因此，改变关卡设计需要交互或快速编译机制才能看到游戏中的影响。
图6：在上下文中其他游戏的开发任务关卡设计
3.3.2项目中的关卡设计
关卡设计正好开始于从游戏区建模和地形的纹理化的概念方案的项目。该初始阶段之后一个级别的文件被创建并组装在Maya，使用引用，所以未完成的内容（例如，低的多边形模型）可能已经被放置在场景和被动态更新。最后，整个场面被导入Unity。
图7表示概念艺术在地形模型与建筑物和其他资源的最终级渲染水平的发展阶段。关卡设计过程中考虑了以下因素：
- 在创建地形时，概念领域计划于后面的对象放置。（如墓地区，风景名胜介绍，景点沿路的建筑物）。
- 关卡的设计基于静态几何形状。为了使游戏者对关卡探索更感兴趣，需要创建许多不同的楼层和长路径地形。
图7：关卡设计的三个阶段：概念，地形模型，最后一幕
- 为了强调游戏的逃生情景，地形设计中也加入了一定程度的敌意设计（例如在高低不平岩层的形状）。
- 为了保持关卡的照明简单，不进行创建任何洞穴。
3.4照明
3D制作软件包包括通过现场模拟光线的传播的强大的渲染器。对于这点，正确物理校正模拟的光是不可能的，因为测量的不确定性以及没有办法恰好解决渲染方程。此外，非常接近现实的物理模型是通常非常昂贵，并且也不能实时进行。
由于电脑游戏的实时应用，在运行时为了达到逼真的照明，经常使用预处理全局照明功能（“轻烘焙”）。在轻烘焙的过程中，整个场景是预亮起和最终的颜色分布被存储在纹理之中。这些纹理可直接施加到多边形表面或保存为顶点颜色。轻烘焙的优点是，艺术家可以使用高质量的渲染算法预先计算一个场景的照明。缺点是，在生产工作流程的增加的复杂性和缺乏动态光源。组合预先计算和实时照明效果可能是一项挑战，因为众多定制着色器和材料需要达到可接受颜色混合的效果。
3.4.1在这个项目中的照明
这个场景被落日粉色和紫色照亮。避免了暗区，以保持照明简单。颜色纹理去饱和，所以场景被点亮有足够的能力产生可信的结果。Autodesk Mental Ray的被用来渲染场景。在发光的天空穹顶结合其快速最终聚集算法被选为对实现全局光照的游戏中内容的影响。
太阳由两个简单的不影响天空穹顶的定向光源组成。一个光源被用于光的颜色和强度。另一个光源被用于控制阴影的形状，强度和颜色。
在最终的照明条件下场景的外表非
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