《3D游戏场景设计》课件

游戏场景设计3D游戏场景是游戏美术制作的核心环节之一，直接决定着游戏的视觉体验和整体氛围优秀的场景设计不仅能够为玩家营造身临其境的感受，更是游戏世界观表达的重要载体课程介绍1理论基础深入学习场景设计的核心原则与概念，掌握空间布局、视觉构成等基础理论知识2技术工具熟练掌握、、等常用建模与场景设计软件的使用方3ds MaxMaya Unity3D法3制作流程从概念设计到场景完成的完整制作流程，包括建模、贴图、灯光等各个环节实际案例第一部分场景设计基础核心概念学习重点场景设计作为游戏美术的重要分支，承载着世界观表达、玩法支本部分将重点介绍场景设计的基本概念、重要性、设计类型和构撑、视觉呈现等多重功能理解场景设计在游戏开发中的地位和成要素，为后续的深入学习打下坚实的理论基础通过系统的知作用，是掌握专业技能的第一步识梳理，建立完整的认知框架什么是游戏场景设计视觉体验基础玩法空间载体美术技术结合开发核心地位场景是玩家最直观感受为游戏玩法提供互动空融合艺术创作与技术实在游戏开发流程中占据游戏世界的载体，决定间，支撑各种游戏机制现，平衡视觉效果与性重要位置，影响项目进着游戏的视觉风格和美和玩家行为的实现能表现的关键环节度和最终品质术品质场景设计的重要性世界观构建传达游戏背景故事与文化内涵空间引导为玩家探索提供方向感和目标叙事支撑通过环境叙事增强故事表现力技术优化平衡视觉效果与运行性能优秀的场景设计能够让玩家产生强烈的代入感和沉浸体验它不仅仅是美丽画面的展示，更是游戏机制、故事叙述、情感表达的综合载体通过精心设计的环境，玩家能够自然地理解游戏规则，感受世界观的魅力优秀场景设计的特点风格统一视觉风格统一且富有特色，能够准确传达游戏的主题和氛围色彩搭配协调，造型设计一致，形成鲜明的视觉识别度结构合理空间布局科学，引导性强，玩家能够自然地理解场景功能和移动路径关键信息突出，视觉层次清晰性能优化在保证视觉效果的同时，确保游戏运行流畅合理控制多边形数量，优化贴图使用，平衡品质与性能玩法融合与游戏机制紧密结合，场景元素支撑玩法需求细节丰富但不影响可读性，营造良好的沉浸感场景设计的类型科幻场景未来与超现实环境室外场景奇幻场景•太空站与星际基地自然环境与城市规划魔法与中世纪风格•赛博朋克城市•森林草原山脉•魔法塔与城堡•机械工厂实验室•城市街道广场•精灵森林与龙穴室内场景写实场景•沙漠海洋极地•古代遗迹神庙建筑内部空间设计模拟现实世界•住宅与商业建筑•现代都市场景•地下城与洞穴•历史建筑复原•太空舱与飞船内部•自然景观重现场景设计的基本元素空间结构场景的整体布局和空间关系，决定玩家的移动路径和视觉体验的基础框架视觉焦点通过造型、色彩、灯光等手段创造视觉中心，引导玩家注意力和行动方向比例尺度确保场景元素之间的尺寸关系合理，营造正确的空间感和距离感色彩光影运用色彩理论和光影效果营造场景氛围，表达情感和时间变化材质纹理通过表面质感的表现增强场景的真实感和细节丰富度第二部分前期准备工作概念构思从游戏需求出发，确定场景风格和设计方向设计规划制作详细的设计文档和参考资料收集技术准备选择合适的工具和制定制作流程前期准备工作是场景设计成功的关键，充分的规划能够避免后期制作中的问题，提高工作效率这个阶段需要从多个维度进行思考，包括美术风格、技术限制、时间安排等因素场景设计流程概述需求分析理解游戏类型、目标平台、美术风格等基础需求，确定场景设计的总体方向和约束条件概念设计创作原画和概念图，探索场景的视觉风格、色彩搭配、构图布局等核心设计要素场景规划制定详细的场景蓝图，规划空间布局、功能分区、玩家路径等结构性要素模型制作根据设计图创建3D模型，包括建筑、道具、装饰等各类场景元素的建模工作材质纹理为模型制作和应用材质纹理，表现不同物体的表面质感和视觉细节灯光效果设置场景光照，调整氛围效果，添加特效和后处理，完成最终的视觉呈现确定场景大小与比例游戏类型分析不同类型游戏对场景规模要求差异巨大第一人称射击游戏需要紧凑的战斗空间，而开放世界则需要广阔的探索区域移动游戏受硬件限RPG制，场景规模需要相对较小比例尺选择确定统一的比例标准，通常以玩家角色为参考基准门窗高度、楼梯台阶、家具尺寸都需要符合人体工程学合理的比例能让玩家产生正确的空间感知视角与尺寸关系第三人称视角需要更开阔的空间来展示角色动作，而第一人称视角更注重近距离细节俯视角游戏可以使用相对较小的场景元素来营造宏观视角效果场景原画设定原画的指导作用参考收集与风格板原画是制作的重要参考，确定了场景的整体风格、色彩基系统收集相关的视觉参考资料，包括现实照片、电影截图、其他3D调、光影关系和构图布局优秀的原画能够为艺术家提供明游戏作品等制作风格板来统一视觉语言，确保团队成员对目标3D确的制作方向，避免反复修改效果有一致的理解原画阶段需要充分考虑技术实现的可行性，避免过于复杂或超出分析优秀作品的设计手法，学习色彩搭配、构图技巧、细节处理技术能力范围的设计同时要保持艺术表现力，在技术与美术之等经验建立完整的素材库，为后续制作提供丰富的创意来源间找到平衡点场景布局与规划空间流程设计合理规划玩家的移动路径，创造自然的引导流线通过地形高低、建筑布局、光线明暗等手段引导玩家前进方向关键节点设置在重要位置设置视觉焦点和功能节点，如传送点、商店、任务等这些NPC节点应该具有明显的视觉特征，便于玩家识别和记忆功能区域划分根据游戏需求划分不同的功能区域，如战斗区、安全区、商业区等每个区域应有独特的视觉特征，帮助玩家快速理解区域功能连接方式优化设计自然合理的区域连接方式，避免突兀的场景切换通过渐变的视觉元素实现平滑过渡，保持玩家的沉浸感第三部分制作工具与技术软件选择技能学习根据项目需求选择合适的制作工具掌握软件操作和专业技术效率提升流程建立通过实践不断优化制作效率建立高效的制作工作流程掌握专业的制作工具是场景设计师的基本技能现代游戏开发中，工具链的选择直接影响制作效率和最终品质本章将详细介绍主流的制作软件和游戏引擎，帮助学习者建立完整的技术栈3D常用建模软件3D软件名称主要特点适用领域学习难度建模功能强大，插件丰富建筑可视化，游戏场景中等3ds Max动画功能突出，工业标准角色动画，电影特效较高Maya开源免费，功能全面独立开发，学习入门中等Blender雕刻功能专业，细节丰富角色雕刻，高精度模型较高ZBrush选择合适的建模软件需要考虑项目需求、团队技能、预算限制等因素大型工作室通常使用或等行业标准软件，而独立开发者可能更倾向Maya3ds Max于选择等免费工具Blender游戏引擎介绍其他引擎Unity3D UnrealEngine跨平台支持优秀，适合渲染效果出色，适合高以高质量渲CryEngine中小型项目拥有庞大品质游戏开发提供染著称，开源轻3A Godot的资源商店和活跃的开先进的光照系统和材质量级，各有特色选择发者社区，学习资源丰编辑器，能够实现影视引擎需要综合考虑项目富，上手相对容易级别的视觉效果规模、团队经验、技术需求等因素基础操作3ds Max4视口窗口前视图、侧视图、顶视图、透视图的基本操作和切换方法8常用面板命令面板、修改面板、材质编辑器等核心工作区域20+建模工具基础几何体、样条线、多边形编辑等建模工具的使用15修改器类型常用修改器的应用，如弯曲、扭曲、细分等效果制作3ds Max的界面布局相对直观，新用户能够快速上手基本操作重点掌握视口导航、对象选择、变换操作等基础技能，然后逐步学习建模工具和修改器的使用方法建议通过实际项目练习来巩固所学技能场景工具Unity3D场景视图视图中的导航操作和对象编辑3D层级面板场景对象的组织和管理结构地形编辑地形系统的创建和雕刻工具光照系统各种光源类型和全局光照设置的场景编辑器为用户提供了直观的可视化编辑环境通过拖拽操作可以轻松摆放Unity和调整场景对象，实时预览效果帮助设计师快速迭代掌握的工作流程对于现代Unity游戏开发至关重要第四部分模型制作技术建模技术核心技术发展趋势模型制作是场景设计的核心技能，需要掌握多种建模方法和技随着硬件性能的提升，游戏模型的精度要求越来越高程序化建巧从基础的几何体建模到复杂的有机形体雕刻，每种技术都有模、辅助设计等新技术正在改变传统的制作流程模块化设计AI其适用场景和特点思路能够大大提高制作效率现代游戏开发中，模型制作需要同时考虑视觉效果和性能表现掌握多种建模技术并能够灵活运用，是现代艺术家必备的职3D低多边形建模技术能够保证游戏运行流畅，而高精度建模则用于业技能本章将系统介绍各种建模方法和最佳实践经验制作法线贴图等细节纹理环境模型制作基础建筑结构建模掌握建筑物的基本建模方法，包括墙体、门窗、屋顶等结构元素的创建注重建筑比例的准确性和结构的合理性，运用模块化思维提高制作效率自然环境元素学习山石、树木、水体等自然元素的建模技巧掌握地形雕刻、植被制作、水面效果等专门技术，营造真实的自然环境氛围道具装饰制作制作场景中的各种道具和装饰物件，如家具、器皿、装饰品等这些细节元素能够极大地丰富场景的视觉层次和真实感模块化设计理念运用模块化设计思路，创建可重复使用的基础组件通过不同的组合和变化，用有限的模块创造丰富多样的场景效果低多边形建模技术性能优先确保游戏流畅运行的核心原则细节平衡在有限多边形下表现最大视觉效果平台适配针对不同设备优化模型复杂度预算管理科学分配面数预算给不同元素低多边形建模是游戏开发中的核心技能，需要在有限的几何复杂度下实现最佳的视觉效果关键在于理解哪些细节对视觉效果最重要，哪些可以通过贴图来表现移动平台游戏对面数控制要求更加严格，需要更精细的优化策略高精度模型与细节处理高模制作流程使用等雕刻软件创建高精度模型，捕捉丰富的表面细节和形ZBrush体变化硬表面建模运用精确的建模技术制作机械、建筑等硬表面物体，保持清晰的边缘和准确的形体细节烘焙将高模的细节信息烘焙到法线贴图中，让低模也能展现丰富的表面细节制作LOD创建多个细节层次的模型版本，根据距离自动切换，平衡视觉效果与性能模块化设计方法设计优势模块规划提高制作效率统一规格标准•减少重复工作•网格对齐系统•便于团队协作•标准化尺寸•快速场景构建•接口连接点变体创建拼接技巧丰富视觉效果无缝连接方法•颜色材质变化•边缘匹配处理•细节装饰差异•UV接缝优化•损坏程度不同•材质过渡自然第五部分材质与纹理材质理论理解工作流程和材质属性PBR映射UV掌握展开和贴图空间管理UV纹理制作学习各种贴图类型的创建方法材质与纹理是决定场景视觉品质的关键因素现代游戏广泛采用基于物理的渲染工作流程，能够在不同光照条件下保持材质的PBR真实感掌握材质制作技术对于创造高质量的游戏场景至关重要材质系统基础原理理解PBR基于物理的渲染模拟真实世界中光线与材质的交互方式通过金PBR属度、粗糙度、基础颜色等参数来定义材质属性，确保在不同光照环境下都能保持真实的视觉效果材质参数设置掌握各种材质通道的作用和调节方法基础颜色定义物体的固有色彩，法线贴图增加表面细节，金属度区分金属和非金属材质，粗糙度控制表面的反射特性引擎适配对比不同游戏引擎的材质系统有所差异，需要了解、等Unity Unreal主流引擎的材质编辑器特点掌握跨引擎的材质制作技巧，确保作品的通用性和可移植性展开技术UV坐标基础UV理解坐标系统的工作原理，掌握二维纹理空间与三维模型表面的UV映射关系展开方法技巧学习平面投影、柱面投影、球面投影等基础展开方法，以及手动调整的高级技巧UV空间优化管理合理利用贴图空间，减少拉伸变形，提高纹理分辨率的有效利用率多通道管理处理多套坐标和多层纹理，应对复杂模型的贴图需求UV贴图制作流程传统手绘方法程序化生成技术使用等软件直接绘制纹理，适合风格化和卡通类使用等节点式软件创建程序化材质，通过Photoshop2D SubstanceDesigner游戏手绘贴图能够精确控制每个细节，创造独特的艺术风格调整参数快速生成变体这种方法特别适合制作重复性材质，如需要掌握数字绘画技巧和色彩理论知识砖墙、金属、木材等手绘流程包括基础色彩铺设、明暗关系确立、细节刻画、高光反程序化工作流程具有高度的可调性和一致性，能够批量生成高质射添加等步骤通过图层管理和蒙版技术，可以非破坏性地调整量的材质资源掌握节点逻辑和数学运算，是程序化材质制作的和修改贴图内容关键技能常见贴图类型基础颜色定义物体的固有颜色，不包含光照信息是工作流程中最基础的贴图类型，为材质提供主要的色彩信息PBR法线贴图存储表面法线信息，在不增加几何复杂度的情况下表现表面细节通过通道存储法线向量，创造立体感RGB XYZ金属粗糙度金属度贴图区分金属和非金属区域，粗糙度贴图控制表面的反射特性两者共同决定材质的反射行为环境光遮蔽模拟环境光被遮挡的效果，增强模型的深度感和立体感通常用于增强模型细节的对比度发光贴图定义自发光区域，用于制作屏幕、灯具、魔法效果等发光元素可以创造夜间场景的氛围效果第六部分灯光与渲染光照基础技术实现理解游戏光照的特点和限制掌握各种光照技术的应用特效增强氛围营造通过后处理提升视觉品质3运用光影创造场景情绪灯光是场景设计中最具表现力的元素之一，能够极大地影响场景的氛围和情感表达游戏中的光照需要在视觉效果和性能表现之间找到平衡，掌握各种光照技术和优化方法至关重要游戏灯光设计基础游戏光照特殊性与电影或建筑可视化不同，游戏光照需要考虑实时渲染的性能限制必须在视觉效果与帧率之间找到最佳平衡点实时与烘焙光照实时光照能够产生动态效果但消耗性能较高，烘焙光照预计算结果性能优异但缺乏动态性混合使用是最佳策略光源类型特性方向光模拟太阳光，点光源适合灯泡效果，聚光灯创造聚焦光束，面光源提供柔和照明每种光源都有特定用途阴影系统配置阴影质量直接影响视觉真实感，但也是性能消耗的主要因素需要合理设置阴影距离、分辨率和级联参数全局光照解决方案技术方案优势劣势适用场景光照贴图性能优异，质静态场景，内室内场景，移量稳定存占用大动平台实时动态效果，交性能消耗高，高端，次世GI PC互性强质量不稳定代主机混合方案平衡效果与性设置复杂，调大多数商业游能试困难戏光探针支持动态对象精度有限，设开放世界游戏置复杂全局光照是现代游戏渲染的重要技术，能够模拟光线在场景中的多次反射，创造更加真实的光照效果选择合适的解决方案需要根据项目的具体需求和目GI标平台的性能来决定气氛营造与情绪表达色彩心理学运用色彩理论创造情感氛围天气时间通过环境变化增强叙事效果戏剧性光照使用光影对比突出重点内容叙事支撑让光照成为故事讲述的工具优秀的游戏光照设计不仅要保证场景的可见性，更要传达情感和支撑叙事暖色调的夕阳光能营造温馨怀旧的氛围，冷色调的月光则适合表现神秘或忧郁的情绪光影的戏剧性对比能够引导玩家注意力，强化关键剧情节点的情感冲击力后期处理效果色彩校正通过色调映射、对比度调整、饱和度控制等手段，统一场景的色彩风格色彩分级能够创造电影级的视觉效果，增强场景的艺术表现力景深效果模拟真实相机的景深效果，通过焦点控制引导玩家注意力近景和远景的虚化能够增强空间层次感，创造更加真实的视觉体验光效增强泛光效果模拟强光的扩散，光晕效果增强光源的存在感这些效果能够显著提升画面的质感和氛围表现力空间特效屏幕空间反射提供实时反射效果，环境光遮蔽增强物体的立体感这些技术能够在较低的性能成本下提升画面品质第七部分场景优化性能目标确定帧率和画质的平衡点瓶颈分析识别性能限制的关键因素优化策略应用各种技术手段提升性能质量平衡在视觉效果与性能间找到最优解场景优化是游戏开发中的关键环节，直接影响玩家的游戏体验现代游戏需要在多种硬件平台上运行，从高端到移动设备，优化策略必须考PC虑到设备性能的巨大差异有效的优化能够让更多玩家享受到流畅的游戏体验性能分析与优化目标60目标帧率PC和主机平台的基础性能标准30移动平台手机游戏的流畅运行要求

16.7ms帧时间预算每帧渲染的时间限制2M三角面限制场景总面数的性能边界制定明确的性能目标是优化工作的基础不同平台和游戏类型对性能的要求差异很大，竞技类游戏通常需要更高的帧率，而叙事类游戏可以适当降低帧率要求以换取更好的视觉效果使用专业的性能分析工具能够准确识别性能瓶颈几何体优化技术系统设计LOD创建多个细节层次的模型版本，根据与摄像机的距离自动切换近距离使用高精度模型，远距离使用简化版本遮挡剔除自动剔除被其他物体遮挡的对象，避免渲染玩家看不到的内容视锥剔除移除摄像机视野外的物体实例化技术对于重复出现的对象使用GPU实例化，大幅减少绘制调用次数特别适合植被、石块等大量重复元素距离消隐设置合理的绘制距离，超出范围的小物体自动隐藏使用距离场技术可以更精确地控制细节显示贴图与材质优化贴图格式图集制作选择合适的压缩格式合并小贴图减少绘制调用•DXT/BC压缩减少内存•自动打包工具使用•移动平台使用ETC/ASTC•UV坐标重新映射•法线贴图特殊压缩•边缘处理避免渗色着色器优化材质合并简化着色器计算减少材质切换开销•移除不必要的计算•相似材质合并•使用查找表替代计算•通道复用技巧•精度要求平衡•着色器变体管理光照与特效优化光照计算优化合理设置光源数量和影响范围，使用光照贴图减少实时计算动态光源应该谨慎使用，优先考虑烘焙光照阴影投射距离需要根据场景需求进行调整，避免不必要的远距离阴影计算特效系统控制粒子系统是性能消耗的重要因素，需要严格控制粒子数量和生命周期使用粒子系统可以显著提升性能对于移动平台，应该进一GPU步简化特效复杂度，使用贴图动画替代复杂的粒子效果后处理效果取舍后处理效果虽然能显著提升视觉品质，但也会带来性能开销需要根据目标平台的性能选择合适的效果组合移动平台应该优先保证基础的色彩校正，高端平台可以添加更多的视觉增强效果。