在快節(jié)奏的游戲和虛擬/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (VR/AR) 世界中，3D 模型的優(yōu)化在提供引人入勝的體驗(yàn)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。 這門學(xué)科不僅僅是創(chuàng)造令人著迷的圖形結(jié)構(gòu)； 這是視覺質(zhì)量和游戲流暢性之間的平衡問題，確保細(xì)致而流暢的游戲環(huán)境。 通過低多邊形建模等技術(shù)來減少多邊形數(shù)量、應(yīng)用物理精確紋理 (PBR) 以及關(guān)鍵的“烘焙”過程來優(yōu)化 3D 模型，可以提高加載速度、圖形渲染和交互性 游戲。

烘焙是一個將 3D 模型的詳細(xì)信息（例如高多邊形細(xì)節(jié)）烘焙到 2D 貼圖中的階段，使模型的渲染效率更高。 適當(dāng)優(yōu)化的 3D 模型不僅可以改善玩家的體驗(yàn)，還可以擴(kuò)大游戲的可訪問性，使其更適合使用不同類型硬件的用戶。 在本文中，我們將探討優(yōu)化 3D 模型的重要性，并以美式郵箱 3D 模型為例，展示精心設(shè)計(jì)的模型如何提高游戲性能。

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無論你是游戲開發(fā)者、3D 建模愛好者，還是想了解更多有關(guān)你喜愛的游戲的技術(shù)的游戲玩家，本文都將對 3D 模型優(yōu)化過程進(jìn)行詳細(xì)分析，包括對烘焙的深入討論。 加入我們的技術(shù)之旅，了解我們的美式郵箱 3D 模型如何提升你的游戲項(xiàng)目的質(zhì)量，將其真實(shí)性和性能提升到新的水平。

1、低多邊形模型：增強(qiáng)游戲體驗(yàn)的關(guān)鍵

在不斷發(fā)展的 3D 建模和游戲設(shè)計(jì)領(lǐng)域，低多邊形模型已成為優(yōu)化性能的關(guān)鍵工具。 但“低多邊形”到底是什么意思，為什么它很重要？

低多邊形模型，顧名思義，是一種使用最少數(shù)量的多邊形來表示其形狀和結(jié)構(gòu)的 3D 模型。 通過減少多邊形數(shù)量，我們減輕了渲染模型所需的計(jì)算負(fù)載，從而提高了各種硬件規(guī)格的性能。 但低多邊形模型的魔力并不僅僅停留在性能增強(qiáng)上； 通過正確的技術(shù)，它們?nèi)匀豢梢該碛懈咚降囊曈X吸引力，使設(shè)計(jì)師能夠在不影響性能的情況下創(chuàng)造出引人入勝且視覺震撼的游戲。

低多邊形如何轉(zhuǎn)化為實(shí)際的游戲體驗(yàn)？ 這里有幾種方法：

• 提高加載速度：高多邊形模型由于其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可能需要大量時間來加載，從而導(dǎo)致游戲開始之前的等待時間更長。 相比之下，低多邊形模型更簡單且加載速度更快，使玩家能夠更快地進(jìn)入游戲。
• 減少游戲延遲：游戲延遲可能會讓玩家感到非常沮喪，其中一個常見原因是高多邊形模型的處理需求。 通過使用低多邊形模型，游戲需要更少的處理能力，減少滯后的可能性并確保更流暢的游戲體驗(yàn)。

2、HighPoly 到 LowPoly：3D 建模優(yōu)化的關(guān)鍵

一旦你了解了低多邊形模型在游戲中的價值，下一步就是探索如何將復(fù)雜的高多邊形模型轉(zhuǎn)換為優(yōu)化的低多邊形版本，同時又不丟失賦予模型真實(shí)性和特征的基本細(xì)節(jié)。 這就是 HighPoly 到 LowPoly 建模和法線貼圖烘焙技術(shù)發(fā)揮作用的地方。

HighPoly 到 LowPoly 建模是 3D 建模中使用的過程，其中將高多邊形或高多邊形模型重新創(chuàng)建為低多邊形或低多邊形模型。 目標(biāo)是保留原始模型的定義特征，同時顯著減少其多邊形數(shù)量。

該技術(shù)不僅提高了游戲性能，還使 3D 模型在游戲設(shè)計(jì)過程中更易于管理和操作。

雖然從高多邊形到低多邊形的轉(zhuǎn)換降低了模型的復(fù)雜性，但它通常會導(dǎo)致精細(xì)細(xì)節(jié)的丟失。 這就是法線貼圖烘焙的用武之地。法線貼圖是 3D 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中使用的一種技術(shù)，用于在低多邊形模型中模擬高多邊形模型的復(fù)雜細(xì)節(jié)。

在此過程中，法線貼圖（一種允許我們添加表面細(xì)節(jié)（例如凹凸、凹槽和劃痕）的紋理）從高多邊形模型生成，然后應(yīng)用于低多邊形模型。 這會產(chǎn)生深度和細(xì)節(jié)的錯覺，而無需添加額外的多邊形。 其結(jié)果是模型在性能方面高效，但仍保持高水平的視覺保真度。

通過巧妙地應(yīng)用這些技術(shù)，我們能夠創(chuàng)建一個優(yōu)化且具有視覺吸引力的美式郵箱 3D 模型版本。

無法線貼圖的 LowPoly 美式郵箱 3D 模型 Matcap 視圖

帶法線貼圖的 LowPoly 美式郵箱詳細(xì)視圖

應(yīng)用法線貼圖的 LowPoly 美式郵箱的詳細(xì) Matcap 視圖

3、優(yōu)化 3D 模型：美式郵箱案例研究

讓我們通過一個實(shí)際示例深入研究 3D 模型優(yōu)化：我們的美式郵箱 3D 模型。 這很好地演示了如何優(yōu)化游戲 3D 模型、平衡性能和視覺質(zhì)量。

優(yōu)化 3D 模型首先要將高多邊形模型轉(zhuǎn)換為低多邊形模型。 技術(shù)范圍從適用于有機(jī)物體或角色的重新拓?fù)涞酵ㄟ^修改器進(jìn)行抽取或刪除修改器（例如細(xì)分曲面和斜角）。

之后，3D模型的幾何形狀進(jìn)一步細(xì)化。對于郵箱模型，我們使用了無損方法，在創(chuàng)建高多邊形版本的同時保留了修改器。 這保留了模型的細(xì)節(jié)，并使我們能夠?qū)⑵鋬?yōu)化為低多邊形模型。

準(zhǔn)備好高多邊形版本后，我們創(chuàng)建了優(yōu)化的低多邊形模型。 我們復(fù)制了高多邊形模型，刪除了修改器，并仔細(xì)調(diào)整了低多邊形模型的拓?fù)洹?/span>

這一過程大大減少了模型的多邊形數(shù)量，使其適合游戲應(yīng)用程序，同時又不犧牲視覺吸引力。 這個案例證明3D模型優(yōu)化可以有效平衡游戲設(shè)計(jì)中的性能和美觀。

在下面的部分中，我們將深入研究法線貼圖烘焙技術(shù)如何進(jìn)一步提高美式郵箱 3D 模型的質(zhì)量。

4、展開 3D 模型：有效紋理化的關(guān)鍵

在我們進(jìn)入紋理階段之前，3D 模型首先需要經(jīng)歷一個稱為展開的過程。 這是創(chuàng)建任何用于游戲的 3D 模型（包括我們的美式郵箱）的基本步驟。

3D 展開可以比作剝橙子并將其皮平放。 就像果皮的每個部分對應(yīng)橙子的特定部分一樣，展平 UV 貼圖的每個部分對應(yīng) 3D 模型的特定部分。

這個過程雖然是技術(shù)性的，但可以被認(rèn)為是它自己的一門藝術(shù)，因?yàn)樗枰_性和對模型幾何形狀的清晰理解。 對于我們的美式郵箱，展開過程涉及以數(shù)字方式“展開”模型的表面以創(chuàng)建 UV 貼圖。

模型的每個多邊形都被戰(zhàn)略性地映射到二維表面上，確?？紤]到每個細(xì)節(jié)。

在 Blender 中創(chuàng)建的美式郵箱模型的 UV 貼圖，用于紋理映射過程

展開階段至關(guān)重要，因?yàn)樗鼮橛行Ъy理化奠定了基礎(chǔ)。 出色的展開將生成一個 UV 貼圖，該貼圖可以最大化紋理空間、最小化失真并考慮模型的視覺層次結(jié)構(gòu)。

通過小心地展開我們的美式郵箱 3D 模型，我們確保紋理將準(zhǔn)確地遵循模型的形狀和細(xì)節(jié)。在下面的部分中，我們將仔細(xì)研究下一階段：通過 使用法線貼圖。

Sketchfab 界面中顯示帶有 UVGrid Checker 的美式郵箱模型

5、烘焙細(xì)節(jié)：利用法線貼圖的力量

如果沒有烘焙過程，從高多邊形模型到低多邊形模型的轉(zhuǎn)變將是不完整的。 這一重要步驟使我們能夠從高多邊形模型中捕獲復(fù)雜的細(xì)節(jié)，并將其應(yīng)用到低多邊形模型上，從而提供兩全其美的效果：一個具有視覺吸引力的模型，不會給游戲引擎帶來負(fù)擔(dān)。

對于美式郵箱，我們使用了一款名為 Marmoset Toolbag 的強(qiáng)大且高效的軟件來進(jìn)行烘焙過程。

使用 Marmoset Toolbag 進(jìn)行烘焙的關(guān)鍵部分之一是設(shè)置正確的輸出設(shè)置。 在這里，你可以確定分辨率、抗鋸齒質(zhì)量、位深度以及如何保存輸出。 Toolbag 甚至提供了自動填充功能，可將烘焙內(nèi)容擴(kuò)展到 UV 邊界之外，并根據(jù)您的分辨率進(jìn)行調(diào)整。

此外，Toolbag 的“烘焙組”是專用文件夾，帶有用于高多邊形和低多邊形網(wǎng)格的插槽。 這些對于隔離模型的不同元素和防止相交錯誤特別有用。

Marmoset Toolbag 以其強(qiáng)大的投影工具而聞名，使你能夠控制籠子的投影距離和方向。 偏移和傾斜等附加功能有助于提高烘焙質(zhì)量，而快速加載器可以從網(wǎng)格文件中讀取對象名稱并自動設(shè)置烘焙組。

“偏移”是指偏移貼圖的最小（黑色）和最大（白色）范圍，而“繪畫傾斜”則調(diào)整由于離軸投影方向而記錄得不理想的細(xì)節(jié)。 借助 Marmoset Toolbag，你可以使用帶有 Photoshop 樣式快捷方式的繪畫工具以 2D 或 3D 方式繪制偏移和傾斜貼圖。

該軟件使烘焙過程更加直觀、精確和高效，確保高質(zhì)量的游戲 3D 模型，如我們的美式郵箱。 在下一節(jié)中，我們將深入研究創(chuàng)建游戲就緒模型的最后部分：紋理。

美式郵箱模型烘焙過程在Marmoset Toolbag界面中可視化

6、模型紋理：為模型注入活力

紋理是 3D 模型創(chuàng)建過程中的最后一個領(lǐng)域，它真正使模型栩栩如生。 它賦予顏色，傳達(dá)材料類型，并引入精美的細(xì)節(jié)，增加模型的真實(shí)感和個性。 對于我們的美式郵箱，我們使用了一個功能強(qiáng)大的軟件：Substance Painter。

Substance Painter 以其全面且直觀的紋理工具套件在 3D 行業(yè)中享有盛譽(yù)。 憑借其從頭開始創(chuàng)建材質(zhì)并在用戶友好的環(huán)境中將其應(yīng)用到 3D 模型的能力，難怪它已成為許多藝術(shù)家的首選工具。

紋理不僅僅是簡單地將顏色應(yīng)用于模型。 它是在數(shù)字表面上模擬現(xiàn)實(shí)生活材料的細(xì)微差別。 對于我們的郵箱，我們特別注意金屬部件，確保它們真實(shí)地反射光線。 紅色油漆也有輕微的磨損，暗示它暴露在自然環(huán)境中。

借助 Substance Painter 的一系列畫筆和程序生成的蒙版，我們成功地復(fù)制了現(xiàn)實(shí)中復(fù)雜的紋理。 從金屬的粗糙度到油漆上的細(xì)微劃痕和缺口，每一種紋理都經(jīng)過精心制作。

Substance Painter 的另一個重要方面是其 PBR（基于物理的渲染）工作流程。 它可以創(chuàng)建能夠準(zhǔn)確響應(yīng)照明條件的材質(zhì)，這對于實(shí)現(xiàn)高水平的真實(shí)感至關(guān)重要。

除了顏色和材料之外，紋理還涉及向模型添加更精細(xì)的細(xì)節(jié)。 對于我們的郵箱，這包括生銹、灰塵和劃痕等小方面。 這些微小的細(xì)節(jié)可能看起來微不足道，但它們可以極大地增強(qiáng)模型的整體可信度和深度。

總體而言，執(zhí)行良好的紋理工作不僅僅可以美化模型，還可以使其變得栩栩如生。 它賦予模型特征和歷史，使其不僅僅是游戲環(huán)境中的靜態(tài)對象。

在下一節(jié)中，我們將討論美式郵箱的最終渲染以及所有這些步驟如何最終形成可用于游戲的 3D 模型。

郵箱3D模型渲染

7、成果：可用于游戲的優(yōu)化 3D 模型

將低多邊形建模、展開、烘焙和紋理的細(xì)致流程結(jié)合在一起，我們實(shí)現(xiàn)了我們的目標(biāo)：一個可用于游戲的、優(yōu)化的美式郵箱 3D 模型。 但這為什么重要呢？ 這種優(yōu)化模型的主要好處是提高游戲性能和更流暢、更身臨其境的用戶體驗(yàn)。

隨著游戲變得越來越復(fù)雜，環(huán)境越來越大，對象越來越多，對硬件的性能要求也越來越高。 優(yōu)化的模型（例如我們的郵箱）可以降低性能負(fù)擔(dān)，即使在功能較弱的硬件上也能實(shí)現(xiàn)更流暢的游戲體驗(yàn)。 優(yōu)勢不僅僅是技術(shù)上的。 優(yōu)化的模型可確保游戲玩家不會遇到煩人的干擾，例如卡頓、掉幀或加載時間過長。

這帶來了更加身臨其境的體驗(yàn)，玩家可以沉浸在游戲世界中，而不是與技術(shù)故障作斗爭。

8、格式轉(zhuǎn)換：面向更多應(yīng)用場景

優(yōu)化后的成果也許需要轉(zhuǎn)化成其他格式的3D模型，以便應(yīng)用到更多的應(yīng)用場景，或者適應(yīng)不同的圖形引擎。這個問題我們通常使用一個強(qiáng)大的在線工具來解決： NSDT 3DConvert：

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NSDT 3DConvert可以將你的3D模型轉(zhuǎn)換為GLB、GLTF、OBJ、DAE、PLY等多種格式的需要的格式，也支持將STEP、DXF格式的CAD文件，或者PCD、XYZ、LAS格式的點(diǎn)云文件轉(zhuǎn)換為你需要的格式，而且支持在線預(yù)覽，超級棒！

9、結(jié)束語

在 3D 游戲設(shè)計(jì)領(lǐng)域，優(yōu)化不僅是可有可無的，而且是必需的。 正如我們通過美式郵箱模型所演示的那樣，優(yōu)化并不意味著犧牲視覺質(zhì)量。 相反，它涉及做出明智的設(shè)計(jì)選擇，利用低多邊形建模和烘焙等技術(shù)，以及執(zhí)行仔細(xì)的紋理工作。

我們希望，無論您是一位有抱負(fù)的 3D 藝術(shù)家、游戲開發(fā)人員，還是對你喜愛的游戲的幕后工作有短暫興趣的人，對這一過程的深入研究都能讓你獲得深刻的見解。 但不要相信我們的話——為什么不親自體驗(yàn)一下呢？ 我們邀請你在游戲或 VR/AR 環(huán)境中嘗試我們的美式郵箱 3D 模型。 親眼目睹視覺質(zhì)量和性能優(yōu)化的無縫融合。 誰知道？ 它可能會改變你對 3D 游戲資產(chǎn)的看法。 隨著我們不斷突破優(yōu)化和設(shè)計(jì)的界限，我們期待為你帶來更多獨(dú)特的、適合游戲的模型。 敬請關(guān)注！

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http://www.bimant.com/blog/3d-model-optimization/