在快节奏的游戏和虚拟/增强现实 (VR/AR) 世界中，3D 模型的优化在提供引人入胜的体验方面发挥着关键作用。 这门学科不仅仅是创造令人着迷的图形结构； 这是视觉质量和游戏流畅性之间的平衡问题，确保细致而流畅的游戏环境。 通过低多边形建模等技术来减少多边形数量、应用物理精确纹理 (PBR) 以及关键的“烘焙”过程来优化 3D 模型，可以提高加载速度、图形渲染和交互性 游戏。
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烘焙是一个将 3D 模型的详细信息（例如高多边形细节）烘焙到 2D 贴图中的阶段，使模型的渲染效率更高。 适当优化的 3D 模型不仅可以改善玩家的体验，还可以扩大游戏的可访问性，使其更适合使用不同类型硬件的用户。 在本文中，我们将探讨优化 3D 模型的重要性，并以美式邮箱 3D 模型为例，展示精心设计的模型如何提高游戏性能。
无论你是游戏开发者、3D 建模爱好者，还是想了解更多有关你喜爱的游戏的技术的游戏玩家，本文都将对 3D 模型优化过程进行详细分析，包括对烘焙的深入讨论。 加入我们的技术之旅，了解我们的美式邮箱 3D 模型如何提升你的游戏项目的质量，将其真实性和性能提升到新的水平。
1、低多边形模型：增强游戏体验的关键
在不断发展的 3D 建模和游戏设计领域，低多边形模型已成为优化性能的关键工具。 但“低多边形”到底是什么意思，为什么它很重要？
低多边形模型，顾名思义，是一种使用最少数量的多边形来表示其形状和结构的 3D 模型。 通过减少多边形数量，我们减轻了渲染模型所需的计算负载，从而提高了各种硬件规格的性能。 但低多边形模型的魔力并不仅仅停留在性能增强上； 通过正确的技术，它们仍然可以拥有高水平的视觉吸引力，使设计师能够在不影响性能的情况下创造出引人入胜且视觉震撼的游戏。
低多边形如何转化为实际的游戏体验？ 这里有几种方法：
- 提高加载速度：高多边形模型由于其复杂的结构，可能需要大量时间来加载，从而导致游戏开始之前的等待时间更长。 相比之下，低多边形模型更简单且加载速度更快，使玩家能够更快地进入游戏。
- 减少游戏延迟：游戏延迟可能会让玩家感到非常沮丧，其中一个常见原因是高多边形模型的处理需求。 通过使用低多边形模型，游戏需要更少的处理能力，减少滞后的可能性并确保更流畅的游戏体验。
2、HighPoly 到 LowPoly：3D 建模优化的关键
一旦你了解了低多边形模型在游戏中的价值，下一步就是探索如何将复杂的高多边形模型转换为优化的低多边形版本，同时又不丢失赋予模型真实性和特征的基本细节。 这就是 HighPoly 到 LowPoly 建模和法线贴图烘焙技术发挥作用的地方。
HighPoly 到 LowPoly 建模是 3D 建模中使用的过程，其中将高多边形或高多边形模型重新创建为低多边形或低多边形模型。 目标是保留原始模型的定义特征，同时显着减少其多边形数量。
该技术不仅提高了游戏性能，还使 3D 模型在游戏设计过程中更易于管理和操作。
虽然从高多边形到低多边形的转换降低了模型的复杂性，但它通常会导致精细细节的丢失。 这就是法线贴图烘焙的用武之地。法线贴图是 3D 计算机图形学中使用的一种技术，用于在低多边形模型中模拟高多边形模型的复杂细节。
在此过程中，法线贴图（一种允许我们添加表面细节（例如凹凸、凹槽和划痕）的纹理）从高多边形模型生成，然后应用于低多边形模型。 这会产生深度和细节的错觉，而无需添加额外的多边形。 其结果是模型在性能方面高效，但仍保持高水平的视觉保真度。
通过巧妙地应用这些技术，我们能够创建一个优化且具有视觉吸引力的美式邮箱 3D 模型版本。
无法线贴图的 LowPoly 美式邮箱 3D 模型 Matcap 视图
带法线贴图的 LowPoly 美式邮箱详细视图
应用法线贴图的 LowPoly 美式邮箱的详细 Matcap 视图
3、优化 3D 模型：美式邮箱案例研究
让我们通过一个实际示例深入研究 3D 模型优化：我们的美式邮箱 3D 模型。 这很好地演示了如何优化游戏 3D 模型、平衡性能和视觉质量。
优化 3D 模型首先要将高多边形模型转换为低多边形模型。 技术范围从适用于有机物体或角色的重新拓扑到通过修改器进行抽取或删除修改器（例如细分曲面和斜角）。
之后，3D模型的几何形状进一步细化。对于邮箱模型，我们使用了无损方法，在创建高多边形版本的同时保留了修改器。 这保留了模型的细节，并使我们能够将其优化为低多边形模型。
准备好高多边形版本后，我们创建了优化的低多边形模型。 我们复制了高多边形模型，删除了修改器，并仔细调整了低多边形模型的拓扑。
这一过程大大减少了模型的多边形数量，使其适合游戏应用程序，同时又不牺牲视觉吸引力。 这个案例证明3D模型优化可以有效平衡游戏设计中的性能和美观。
在下面的部分中，我们将深入研究法线贴图烘焙技术如何进一步提高美式邮箱 3D 模型的质量。
4、展开 3D 模型：有效纹理化的关键
在我们进入纹理阶段之前，3D 模型首先需要经历一个称为展开的过程。 这是创建任何用于游戏的 3D 模型（包括我们的美式邮箱）的基本步骤。
3D 展开可以比作剥橙子并将其皮平放。 就像果皮的每个部分对应橙子的特定部分一样，展平 UV 贴图的每个部分对应 3D 模型的特定部分。
这个过程虽然是技术性的，但可以被认为是它自己的一门艺术，因为它需要精确性和对模型几何形状的清晰理解。 对于我们的美式邮箱，展开过程涉及以数字方式“展开”模型的表面以创建 UV 贴图。
模型的每个多边形都被战略性地映射到二维表面上，确保考虑到每个细节。
在 Blender 中创建的美式邮箱模型的 UV 贴图，用于纹理映射过程
展开阶段至关重要，因为它为有效纹理化奠定了基础。 出色的展开将生成一个 UV 贴图，该贴图可以最大化纹理空间、最小化失真并考虑模型的视觉层次结构。
通过小心地展开我们的美式邮箱 3D 模型，我们确保纹理将准确地遵循模型的形状和细节。在下面的部分中，我们将仔细研究下一阶段：通过 使用法线贴图。
Sketchfab 界面中显示带有 UVGrid Checker 的美式邮箱模型
5、烘焙细节：利用法线贴图的力量
如果没有烘焙过程，从高多边形模型到低多边形模型的转变将是不完整的。 这一重要步骤使我们能够从高多边形模型中捕获复杂的细节，并将其应用到低多边形模型上，从而提供两全其美的效果：一个具有视觉吸引力的模型，不会给游戏引擎带来负担。
对于美式邮箱，我们使用了一款名为 Marmoset Toolbag 的强大且高效的软件来进行烘焙过程。
使用 Marmoset Toolbag 进行烘焙的关键部分之一是设置正确的输出设置。 在这里，你可以确定分辨率、抗锯齿质量、位深度以及如何保存输出。 Toolbag 甚至提供了自动填充功能，可将烘焙内容扩展到 UV 边界之外，并根据您的分辨率进行调整。
此外，Toolbag 的“烘焙组”是专用文件夹，带有用于高多边形和低多边形网格的插槽。 这些对于隔离模型的不同元素和防止相交错误特别有用。
Marmoset Toolbag 以其强大的投影工具而闻名，使你能够控制笼子的投影距离和方向。 偏移和倾斜等附加功能有助于提高烘焙质量，而快速加载器可以从网格文件中读取对象名称并自动设置烘焙组。
“偏移”是指偏移贴图的最小（黑色）和最大（白色）范围，而“绘画倾斜”则调整由于离轴投影方向而记录得不理想的细节。 借助 Marmoset Toolbag，你可以使用带有 Photoshop 样式快捷方式的绘画工具以 2D 或 3D 方式绘制偏移和倾斜贴图。
该软件使烘焙过程更加直观、精确和高效，确保高质量的游戏 3D 模型，如我们的美式邮箱。 在下一节中，我们将深入研究创建游戏就绪模型的最后部分：纹理。
美式邮箱模型烘焙过程在Marmoset Toolbag界面中可视化
6、模型纹理：为模型注入活力
纹理是 3D 模型创建过程中的最后一个领域，它真正使模型栩栩如生。 它赋予颜色，传达材料类型，并引入精美的细节，增加模型的真实感和个性。 对于我们的美式邮箱，我们使用了一个功能强大的软件：Substance Painter。
Substance Painter 以其全面且直观的纹理工具套件在 3D 行业中享有盛誉。 凭借其从头开始创建材质并在用户友好的环境中将其应用到 3D 模型的能力，难怪它已成为许多艺术家的首选工具。
纹理不仅仅是简单地将颜色应用于模型。 它是在数字表面上模拟现实生活材料的细微差别。 对于我们的邮箱，我们特别注意金属部件，确保它们真实地反射光线。 红色油漆也有轻微的磨损，暗示它暴露在自然环境中。
借助 Substance Painter 的一系列画笔和程序生成的蒙版，我们成功地复制了现实中复杂的纹理。 从金属的粗糙度到油漆上的细微划痕和缺口，每一种纹理都经过精心制作。
Substance Painter 的另一个重要方面是其 PBR（基于物理的渲染）工作流程。 它可以创建能够准确响应照明条件的材质，这对于实现高水平的真实感至关重要。
除了颜色和材料之外，纹理还涉及向模型添加更精细的细节。 对于我们的邮箱，这包括生锈、灰尘和划痕等小方面。 这些微小的细节可能看起来微不足道，但它们可以极大地增强模型的整体可信度和深度。
总体而言，执行良好的纹理工作不仅仅可以美化模型，还可以使其变得栩栩如生。 它赋予模型特征和历史，使其不仅仅是游戏环境中的静态对象。
在下一节中，我们将讨论美式邮箱的最终渲染以及所有这些步骤如何最终形成可用于游戏的 3D 模型。
邮箱3D模型渲染
7、成果：可用于游戏的优化 3D 模型
将低多边形建模、展开、烘焙和纹理的细致流程结合在一起，我们实现了我们的目标：一个可用于游戏的、优化的美式邮箱 3D 模型。 但这为什么重要呢？ 这种优化模型的主要好处是提高游戏性能和更流畅、更身临其境的用户体验。
随着游戏变得越来越复杂，环境越来越大，对象越来越多，对硬件的性能要求也越来越高。 优化的模型（例如我们的邮箱）可以降低性能负担，即使在功能较弱的硬件上也能实现更流畅的游戏体验。 优势不仅仅是技术上的。 优化的模型可确保游戏玩家不会遇到烦人的干扰，例如卡顿、掉帧或加载时间过长。
这带来了更加身临其境的体验，玩家可以沉浸在游戏世界中，而不是与技术故障作斗争。
8、格式转换：面向更多应用场景
优化后的成果也许需要转化成其他格式的3D模型，以便应用到更多的应用场景，或者适应不同的图形引擎。这个问题我们通常使用一个强大的在线工具来解决： NSDT 3DConvert：
https://3dconvert.nsdt.cloud
NSDT 3DConvert可以将你的3D模型转换为GLB、GLTF、OBJ、DAE、PLY等多种格式的需要的格式，也支持将STEP、DXF格式的CAD文件，或者PCD、XYZ、LAS格式的点云文件转换为你需要的格式，而且支持在线预览，超级棒！
9、结束语
在 3D 游戏设计领域，优化不仅是可有可无的，而且是必需的。 正如我们通过美式邮箱模型所演示的那样，优化并不意味着牺牲视觉质量。 相反，它涉及做出明智的设计选择，利用低多边形建模和烘焙等技术，以及执行仔细的纹理工作。
我们希望，无论您是一位有抱负的 3D 艺术家、游戏开发人员，还是对你喜爱的游戏的幕后工作有短暂兴趣的人，对这一过程的深入研究都能让你获得深刻的见解。 但不要相信我们的话——为什么不亲自体验一下呢？ 我们邀请你在游戏或 VR/AR 环境中尝试我们的美式邮箱 3D 模型。 亲眼目睹视觉质量和性能优化的无缝融合。 谁知道？ 它可能会改变你对 3D 游戏资产的看法。 随着我们不断突破优化和设计的界限，我们期待为你带来更多独特的、适合游戏的模型。 敬请关注！
原文链接：3D模型优化实战 — BimAnt