数字娱乐设计系列教材：三维游戏设计

　　《三维游戏设计》是清华大学美术学院艺术设计(数字娱乐设计方向)校内第二学士学位的教材，适合数字游戏设计、交互设计、数字媒体艺术和艺术设计等专业的本科生、研究生学习，也可作为游戏设计爱好者的自学用书。

　　本书主要面向三维游戏的设计与制作，通过一个基于Virtools软件的三维游戏原型开发实例详细讲解相关的程序与方法，同时也介绍了三维游戏与交互娱乐技术的相关知识与理念。本书介绍的方法和技能不仅适用于快速开发游戏原型，也可以满足制作在线的三维交互内容、三维界面设计以及三维虚拟展示设计的需要。本书是清华大学美术学院艺术设计（数字娱乐设计方向）校内第二学士学位的教材，适合数字游戏设计、交互设计、数字媒体艺术和艺术设计等专业的本科生、研究生学习，也可作为游戏设计爱好者的自学用书。

第1章　三维游戏设计概论1
1.1 三维游戏的基础知识1
1.1.1 数字游戏的概念与特性1
1.1.2 三维游戏的概念2
1.1.3 二维与三维游戏的比较3
1.1.4 游戏中的时空元素5
1.2　三维游戏的类型与范例7
1.2.1 动作类游戏8
1.2.2 冒险类游戏8
1.2.3 角色扮演类游戏9
1.2.4 解谜类游戏10
1.2.5 模拟类游戏ll
1.2.6 体育类游戏12
1.2.7 策略类游戏13
1.3　三维游戏的基本构成要素14
1.3.1 游戏引擎14
1.3.2 图形用户界面15
1.3.3 模型15
1.3.4 材质与渲染16
1.3.5 动画18
1.3.6 脚本、特效与人工智能20
1.3.7 声音与音乐22
1.3.8 基础支持22
1.4　常用的商业游戏引擎23
1.4.l idTech4引擎23
1.4.2 CryENGINE2引擎24
1.4.3 RAGE引擎24
1.4.4 弯刀引擎25
1.4.5 起源引擎25
1.4.6 虚幻引擎26
1.5　三维游戏设计的基本流程27
1.5.1 游戏制作的基本流程27
1.5.2 游戏美工部门的具体分：E30
1.6 本章回顾32
1.7 课后思考32

第2章　Virtools使用入门33
2.1　VirtoolsDev4.0简介33
2.1.1 Virtools的开发流程34
2.1.2 使用Virtools开发游戏34
2.2　Virtools使用初步35
2.2.1 软件界面概览35
2.2.2 3DLayout窗H36
2.2.3 工具面板37
2.2.4 脚本模块资源库38
2.2.5 资源面板39
2.2.6 状态栏41
2.2.7 层级管理器42
2.2.8 脚本流程图43
2.3　快速原型制作43
2.3.1 打开Virtools.Dev4.043
2.3.2 放置地板和角色44
2.3.3 为角色添加简单的互动操作51
2.3.4 测试53
2.4　本章小结53
2.5　课后练习54

第3章　游戏原型制作55
3.1　游戏原型制作初步55
3.1.1 导出NMO文件格式55
3.1.2 导入Virtools并进行调整57
3.2　Virtools脚本初步67
3.2.1 设置直接的继承属性67
3.2.2 设置飞机的初始状态69
3.2.3 编写第一个脚本72
3.3　脚本书写进阶78
3.3.1 旋转的浮空山78
3.3.2 旋转的陨石90
3.4　本章回顾93
3.5　课后练习93

第4章　完善游戏原型94
4.1　粒子94
4.1.1 浮空山火箭喷射器94
4.1.2 陨石星尘99
4.1.3 飞机爆炸效果101
4.2　 添加核心互动要素105
4.2.1 碰撞检测106
4.2.2 设置飞机生命数量108
4.3　本章回顾113
4.4　课后练习114

第5章　游戏界面制作115
5.1　游戏二维主选单制作115
5.1.1 制作前的准备工作115
5.1.2 添加游戏开始界面背景116
5.1.3 添加startgame按钮119
5.1.4 添加about按钮124
5.2　游戏内部界面制作129
5.2.1 制作前的准备工作129
5.2.2 添加显示“剩余生命数量”的2DFrame130
5.2.3 添加动态显示文字的互动脚本：130
5.2.4 动态显示生命剩余数量133
5.3　本章回顾138
5.4　课后练习139

第6章　其他常用制作技巧140
6.1　碰撞检测140
6.1.1 LayerSlider模块140
6.1.2 PreventCollision模块145
6.1.3 ObjectSlider模块147
6.1.4 SphereSlider模块149
6.2　三维环境下鼠标单击物体151
6.3　摄像机轨道漫游155
6.3.1 绘制漫游轨道155
6.3.2 添加漫游交互脚本157
6.4　本章回顾161
6.5　课后练习162

第7章　游戏后期制作与优化163
7.1　丰富游戏的视觉效果163
7.1.1 光照技巧163
7.1.2 简单阴影167
7.1.3 高级阴影169
7.1.4 Pre.1it模式171
7.1.5 Shader效果172
7.2　游戏优化建议176
7.3　发布游戏为VMO格式176
7.4　本章回顾178
7.5　课后练习178

第8章　交互娱乐技术的发展及应用179
8.1　交互娱乐技术的发展179
8.1.1 游戏控制技术发展概述179
8.1.2 主要的游戏控制技术181
8.1.3 数字游戏技术的扩展186
8.2　虚拟现实技术的发展187
8.2.1 虚拟现实的发展及特征187
8.2.2 虚拟现实环境的现实度188
8.2.3 虚拟现实与交互娱乐的结合190
8.3　三维界面与混合现实技术的应用191
8.3.1 多通道界面192
8.3.2 三维界面技术与应用192
8.3.3 网络虚拟环境193
8.3.4 增强现实技术的应用194
8.4　交互技术在游戏中的应用195
8.4.1 创新性的游戏交互方式195
8.4.2 常用的游戏交互设备200
8.5　 本章回顾205
8.6　 课后思考206
参考文献207

　　第1章　三维游戏设计概论
　　三维游戏在视觉表现上具有深度感，能够在数字化空间中营造出逼真的幻想世界，产生电影感的视觉效果；同时三维的角色行为和场景表现更符合游戏者真实的认知习惯，结合更自然的交互方式，能够创造出更为引人人胜的游戏。本章主要介绍三维游戏的基本知识和理念、三维游戏的类型和范例、三维游戏的基本构成要素，并对三维游戏设计的程序和方法进行初步的描述。
　　1.1　三维游戏的基础知识
　　1.1.1　数字游戏的概念与特性
　　游戏设计师安德鲁·罗琳斯（Andrew Rollings）认为，游戏是一种参与或交互的娱乐形式，它具有参与（Participation）、互动（Interactive）、娱乐（Entertainment）的特性。游戏是以娱乐为主的行为，也是过程性的行为，游戏的可玩性（Gameplay）是这个过程的重点。游戏可玩性源于游戏规则，它体现了游戏的目标性、变化性和竞争性，是游戏规则在游戏进程中的具体表现。
　　数字游戏包括了三个主要的部分，即核心机制（Core Mechanics）、交互性（Inter-activity）、讲故事和叙事（Storytelling and Narrative），如图1.1所示。核心机制可以理解为游戏的玩法和规则，它决定了游戏的可玩性。大多数游戏具有复杂的关卡设计和游戏规则，但是也有很多类似俄罗斯方块（Tetris）的游戏，提供简单但是持久的快乐。叙事的部分为游戏者提供了一个背景故事，引导游戏者在悬念和历险中体验到游戏的世界观与内涵。交互性是人与机器之间的沟通和反馈，通过软件和硬件的顺畅配合来创造良好的可用性和可玩性。
　　数字游戏设计不仅提供可供欣赏的画面和可玩的过程与体验，也需要构建一个可以展开娱乐的交互平台，以及依照规则行事的操控方式。游戏设计是一种需要协作的艺术形式，既含有艺术要素，也含有功能因素。游戏的艺术性一方面体现在总体构思和美术设计中，同时也体现在游戏规则的定义和提炼过程中，游戏设计既需要创造力，也需要精心的规划。

　　随着文化创意产业的发展，数字娱乐设计正在成为一个新兴的专业方向。数字娱乐设计是以大众的娱乐和休闲方式为主要研究对象，基于数字化和网络化的平台，通过多媒体的交互手段，创造具有参与性、互动性和娱乐性的产品或环境。具体的设计内容以数字游戏设计为主，同时也与移动内容设计、网络艺术设计、数字影音设计、数字动画及周边产品设计、虚拟现实技术应用、主题娱乐公园体验设计等领域有着密切的关联。
　　数字娱乐设计是信息时代的媒体艺术、设计、影视、音乐与数字技术融合产生的新兴交叉学科领域，相关的教学和研究在国内还处于起步阶段。为了更好地探索该领域的人才培养模式，清华大学美术学院在2006年设立了艺术设计(数字娱乐设计方向)校内第二学士学位，同时也在信息艺术设计专业方向开展了相关的数字娱乐设计教学实践。《数字娱乐设计》系列丛书的推出正是为了满足教学实践的需要，在总结现有教学经验的基础上，进一步规范和推动数字娱乐设计教学的发展。在内容编排上，本丛书以培养复合型数字娱乐和游戏设计人才为目标，既注重培养学生的数字游戏设计创意和评价能力，同时也强调培养学生在游戏开发与制作表现方面的实践技能。
　　本书内容包括数字游戏的理念、三维游戏的基础知识与代表作品、三维游戏引擎的介绍、数字游戏的设计流程、三维游戏原型制作的技巧、游戏作品的评价与发布、虚拟现实和交互技术在游戏中的应用等。在教学方面偏重于对游戏设计和制作流程的讲解，即如何利用一款三维游戏引擎以及各种游戏制作素材(三维模型、二维贴图等)实现游戏的核心玩法((ore Gameplay)。本书在游戏原型制作方面选择了“达索”Virtools Dev 4．0软件，它具有“可视化编程”以及“实时运行调试”的功能，使学习者能够回避复杂的游戏程序问题，而将更多的精力放在三维游戏的关卡设计与实现上。
　　本书强调知识点的连贯和循序渐进，主要通过一个三维游戏原型的开发实例来讲解三维游戏设计与制作的知识和技能，以游戏研发团队中“关卡设计师”的工作为主要侧重，便于学习者充分理解和把握三维游戏设计的流程和方法，并为今后使用其他游戏引擎制作三维游戏奠定基础。