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第1章 游戏图形的历史第1章 游戏图形的历史本章内容包括：对游戏及其图形内容的历史的简短介绍。游戏技术的发展及其对游戏品质的影响。街机游戏向个人计算机中的融入。游戏机和个人计算机之间的竞争。由日新月异的计算机技术带动的3D游戏革命及其发展。游戏产业的未来。笔者开始玩电子游戏的历史，可以追溯到1977年拥有生平第一台Coleco游戏机为止。虽然乒乓游戏（Pong）和坦克大战（Tank Battle）早已风光不再，但它们却是现代游戏的祖先。回首当年，看着简单的黑白像素块依照命令乖乖地在电视屏幕上四处移动，那感觉真是棒极了，没想过还会有什么比这更妙的事情。然而，从事电子行业的人们从玩家在连续数小时紧抓游戏手柄不放时眼中闪出的兴奋之光，预见到了电子游戏的诱人前景，并在短时间内推出了电子游戏机。生产Intellivision的Mattel公司和拥有2600模型的Atari公司，就是把令人刮目相看的互动式游戏控制台（专为玩游戏设计的小型计算机）引荐给大众的先行者。这种设备能够接受内含用特殊语言编写的代码的程序卡带，这些代码的最终作用是把一种独特的游戏引擎和游戏编程者们选择的图形设计封装在一起。在1981年前后，编写和设计一款游戏一般需要几个月的时间，并且通常只用一或两个人。如今，一款畅销游戏通常需要20或者更多人组成的团队用至少两三年的时间以及数百万美元才能打造出来。单是图形内容这部分一般就得由六七个游戏美工来完成。1.1 游戏美工的诞生在20世纪80年代初期，游戏产业正蓬勃发展。人们买得起的家庭游戏机和诸如Tandy、Commodore和Apple之类的能够运行游戏的新型计算机系统都还算不错，但没有什么能够和游戏厅里立式的电子游戏机相媲美。那些机器里的图像和声音真让人流连忘返。Midway、Bally、Namco、Atari和Konami就是数十家竞相推出新款改良街机游戏的电子厂商中的一分子。街机从来没有让人厌倦的时候。伴随着每月一款新游戏的推出，其图形画面也变得越来越耐看。20世纪80年代中期的一些游戏，如Tron和I Robot，率先使用基于矢量的渲染技术对3D图形进行了模拟。虽然这些游戏缺乏纹理，但它们第一次让人们看到了若干年之后电子游戏的模样。技巧：如果想要纵情体验1980年以来的几乎所有街机游戏，并且拥有一台奔腾级的个人 计算机，那么你可以登录网址。该网站可以提供一种特殊的模拟软件，当把该软件下载到PC机上时，它会仿效老式街机的硬件。随后，只要下载数百个ROM文件（ROM表示read-only memory只读存储器，该文件是载入到街机中的不可更改的原始游戏文件）中的任意一个，将其放在模拟器的ROM目录中并启动它即可。但是你得到的可不是该游戏的复制版，而是“如假包换”的原宗正品。该网站还提供这些ROM文件的下载链接。从1982年起，游戏设计变得复杂了，人们需要将其分化为若干个领域。两个人组成的编程队伍就能创作一款游戏的日子已经一去不复返了。如果你是一家独立的游戏开发商，想要自己组建一个大型团队制作游戏，那么你需要一或两个程序员、一名或多名图形艺术家以及一位声效专家。程序员是把游戏变成现实产品的人，很多情况下，程序员曾经是（并且现在仍然是）将游戏和简单的图形结合在一起并使之成为历史上的热卖产品的功臣。即便如此，在很多方面，艺术家们才是该组合中最重要的人。从销售角度而言，游戏必须有良好的视觉效果，否则就无法付诸生产。典型的游戏一般需要成百上千幅子画面（即不同位置下的单个角色的画像）、出色的背景图片以及引人注目的特殊效果。感谢游戏领域中的这些进步，更不用提诸如Sega、Nintendo和基于Intel x86的个人计算机之类的游戏平台的出现，图形设计和插画行业的专业人士普遍看到了游戏产业中越来越多的创作游戏产品的机会，这些产品有着突出的消费潜力。因此，越来越多的图形艺术家投入到游戏设计工作中。1.2 把街机搬回家1985年，美国Sega向世人推出了8位Sega Master System游戏控制台，同期推出的还有Nintendo的NES（Nintendo Entertainment System）。这些控制台把街机中的游戏直接转移到了玩家的家里，惟一的缺憾就是街机屏幕的分辨率和电视机的不同。但也有好的方面，那就是非常低廉的价格。像Phantasy Star、Super Mario Brothers和Final Fantasy这样的精彩游戏把孩子们留在了家里。Nintendo是20世纪80年代末的先行者，风头胜过了Sega。大多数程序员和艺术家效力于Nintendo，因为该公司占据了90%的家庭娱乐市场份额。不过在1989年，Sega将其设备升级换代，生产出了Sega Genesis系统，该系统以16位速度运行游戏，这在当时令人耳目一新，图形、声音和游戏的整体可玩性都胜过了NES。有了这一新的控制台，Sega继续用它的头牌产品Sonic Hedgehog在游戏市场上展开摧枯拉朽般的攻势。通过利用快步调的视差卷动（分层图像中的背景移动速度比前景慢，从而营造出深度错觉）和扁平的3D图像（当作2D子画面动画渲染的3D模型），Sega重新打开了成功之门。Sonic Hedgehog的确实现了街机风格级别的图形，这在后来成为为其他控制台系统生产游戏的榜样。上面已经简要讲述了控制台系统的历史和家庭电子游戏的激动人心之处，但还没有提到Sega Dreamcast、Nintendo64或Sony Playstation的辉煌业绩。本书中的建模和纹理教程也可以应用到这些系统中。虽然本书涵盖了大量图形技术，但其主要还是针对一种特有的游戏设备，考虑到特定时期的游戏竞技场，这种设备多少带有一些试验性。关于位处理速度人们可能经常会听到关于8位、16位、32位、64位和128位之类的说法。虽然人们经常使用这些术语，但并非每个人都知道它们的含义！真相就在这里：计算机是建立在二进制基础之上，其中所有的数字都是2的幂。工程师们所设计的控制台或个人计算机的CPU（中央处理单元）就是使用这些数字作为遍历每一次循环的游戏代码长度（以每个指令的位数为单位）来处理程序指令集（例如游戏代码）。所以，在玩游戏时，如果使用的机器是64位，那么在每一次计算机循环（数据每秒钟经过系统的每一个过程）中，CPU会处理一个长度为64位的指令。这样解释可能还是有些让人费解，但它只意味着位数字越高，计算机运行速度越快；计算机运行速度越快，它能够处理的图形、声音和整体游戏代码也越复杂。其他一些事物，如声卡和显卡也会应用这些位处理能力。关于位运算图形的详细信息，请参见附录B“2D图形基本知识”。1.3 个人计算机的蓬勃发展至此，我们讲到了20世纪80年代末和90年代初，但还没怎么提及个人计算机，在很大程度上导致如此的原因是：在20世纪80年代的大部分时期，没有太多人把家庭计算机当成是流行的游戏装置。个人计算机并非专为玩游戏而设计，因此不具备控制台系统所拥有的专用于游戏的CPU和视频处理能力。在那个时候，人们使用计算机是为了文字处理、电子表格处理、商务和通信这些更为一般性的事务。同时也有一些游戏，但大多数时候它们都不怎么讨人喜欢。我的父母在1983年给我买了第一台计算机，它是一台不错的Tandy CoCo（彩色计算机），在这台机器上，我学会了如何用BASIC编程，并编写了一些相当酷的程序，它们能显示出有趣的多边形填充图形。我的第二台计算机是80286，是1988年在Montgomery Ward花大价钱买下的。它是我第一台真正的个人计算机，能够运行Windows 3.1一个革命性的平台，我认为它震撼了计算机世界，并刺激消费者们购买属于自己的计算机。时至1989年，我学会了不少计算机知识，并着手从零开始组装一台真正属于自己的486。我把一块4MB的486SX-25 内存条和一块80MB的硬盘组装在一起。这种事情很热门我在上面运行的每一样东西都快如闪电。曾有一度，我感觉自己看到了它背后冒出的蓝烟！不管怎么说，在我回想起来，这在一定程度上是一个转折点此时此刻，我们的计算机有了足够大的内存、足够快的处理器和足够好的显卡来运行让人着迷的电子游戏。我在自己的486上玩过的第一批备受关注的共享游戏（我总是对共享软件仅提供有限关卡让玩家试玩以吸引你购买游戏剩余部分的免费游戏深感兴趣）是像Crystal Caves和Commander Keen这样的游戏（从Apogee仍然可以下载这些游戏，网址为/downloads.html。如果是奔腾级或更先进的计算机，可能需要一个奔腾时代以前的模拟器，以在MS-DOS模式下参与游戏）。到了这个时候，很多程序员和艺术家正在把他们的注意力转移到个人计算机游戏市场。他们看到了通过为这一平台开发游戏赚取大把钞票的潜力，计算机正在变得越来越灵活、越来越多才多艺，再没有人把它叫做是2000美元的电子游戏控制台了。计算机还正在从EGA（Extended Graphics Array，扩展图形阵列）显卡转向VGA（Video Graphics Array，视频图形阵列）和Super VGA显卡，从而向革命性的3D游戏敞开了大门。20世纪90年代初期的这些显卡能够显示256色，已足以表现增强色和典型的640480的分辨率。1.4 游 戏 革 命大多数人乐此不疲地玩着那些看似为3D的游戏，但没什么人指望能够真正在虚拟的3D世界中四处行走，然而id软件做到了。20世纪90年代初期，多数有着3D几何体的游戏都不过是在屏幕上呈现出扁平化的3D图像的假象而已。人们所认为的3D图像是一些在各种各样不同的姿势之间跳转和旋转的2D子画面。id发布Commander Keen后不久，该公司满怀激情地要创作出第一款针对个人计算机的3D MS-DOS游戏。约翰卡马克（John Carmack），id的共同创始人兼首席程序员；Adrian，他的兄弟兼首席艺术家；以及id软件团队的其余人在1992年发布了惊世之作Wolfenstein 3D。这款游戏不仅有着引人入胜的情节，而且在参与游戏的同时玩家真的可以绕着墙壁、物体和人行走。这完全是前所未有的体验。当时的惟一缺点就是被绕行的物体始终保持在你的面前，这和我们如今玩的时髦的3D游戏不同。Wolfenstein让全世界为之折服。游戏的玩法很刺激，墙上的纹理非常逼真，在能够助推3D产业的计算机和显卡新贵诞生之前，一切只是时间问题。此后不久，Apogee发布了Blake Stone，另一款了不起的3D游戏，但id紧跟着在1993年推出了DOOM。如果配备了最新的硬件，伙计们，这款游戏绝对能让你热血沸腾。图形不再那么怪模怪样，画面更加清晰，地面和天花板贴着逼真的纹理，一切都血淋淋的，玩家有威力强大的武器id站在了世界之巅，然后继续构建着属于它自己的技术，以便在1994年推出下一款重磅游戏：DOOM 。1.5 图 形 革 命时至20世纪90年代中期，个人计算机游戏变得前所未有的炙手可热。当然，控制台系统在当时的境遇同样如此（并且至今仍然如此），Nintendo64和Sega Saturn这样的产品简直卖疯了，但计算机正在走进千家万户这使得个人计算机游戏市场不可避免地壮大起来。越来越多的人们急需更为刺激的题材，这又反过来激起了对更优秀、更适合的显卡的需求，从而使处理这些游戏成为可能。较之对出色硬件的需求，编程才是更大的障碍从零开始开发一款3D视频游戏需要数年时间，购买游戏引擎（由其他游戏公司历经数年开发的现成的上百万行或相当数量的代码）通常要花费30000美元。除此之外，不论以何种方式，编写让游戏能够支持3D环境的软件都是件任重道远的工作；就算能够做到，游戏也必须兼顾存在于人们计算机中的差不多100种不同显卡的需求，否则游戏就无法工作。那么，是谁为这一切提出了解决方案呢？微软借其发布32位操作系统Windows 95之势，在1995年着手开发一款名为DirectX的SDK（Software Development Kit，软件开发工具包）。DirectX势必成为使程序员们能够把3D对象、纹理和动画输入到游戏引擎中，然后创建真实的3D世界的解决方案；此外，DirectX让程序员们可以变换他们的游戏世界，从而使被绕行的对象不再面向玩家。DirectX的前几个版本非常糟糕，直到1996年前后，事情才有了转机。DirectX成为2D和3D编程的焦点，几乎所有3D游戏都使用了这款软件开发工具包。艺术家们可以创作出色的纹理和模型，开发关卡，然后把它们全部转交给程序员。之后，程序员们可以拿着艺术家们的所有素材，使用DirectX对其进行调节、旋转、照明和制作特效等工作。id软件再次（不负众望地）爆出了另一款惊世之作Quake。这款1996年发布的作品堪称美仑美奂。id以其数年来精湛的游戏编程技艺独领风骚，并在1997年紧跟着推出了Quake 。就在那个时候，笔者买了这块昂贵的Diamond FireGL 4000显卡，笔者需要用它进行3D建模，有了显卡和游戏对OpenGL的支持，游戏中的纹理惟妙惟肖，具有了实时的照明效果、爆炸物在屏幕上四处飞溅、带有弹孔和血迹的墙壁和地面伴随着不断进步的DirectX技术，全世界都在开发主视觉3D射击游戏和第三人称RPG（角色扮演）透视视角3D游戏等。即便是2D视差卷动游戏都使用了DirectX。DirectX成为了终极游戏开发工具它不仅是程序员的图形工具，还结合了多媒体、声效以及用于网络作战的功能。到了这个时候，游戏产业已经变得欣欣向荣、热火朝天了，这使得它必须分解为层级结构。需要处理的事情非常之多，只有分秒必争才能让作品实现最终的成绩。一般的游戏开发公司可能拥有这样一个美工团队：q 创意指导q 艺术指导q 首席美工q 美工（若干名）q 首席动画师q 动画师（若干名）q 首席关卡设计师q 关卡设计人员（若干名）有了这样的美工团队，再加上四五个程序员和音效师，公司就能做出一款榜上有名的游戏。在Quake之后接踵而来的还有其他一些优秀的游戏，特别是来自Eidos的古墓丽影（Tomb Raider）。但占领舞台的不光是3D游戏，毕竟，并不是每一个人都热衷于第一人称枪战这样的素材。微软用帝国时代（Age of Empires）这款透视战略游戏扑灭了枪战之火，它为其他很多透视游戏、战略游戏和RPG，如暴雪（Blizzard）的暗黑破坏神（Diablo）指引了道路。1.6 第三次推波助澜古墓丽影之后，Sierra的子公司Valve乘势而来，向游戏市场吹起一道劲风。通过利用id的Quake引擎，Valve团队一鼓作气，于1998年推出其呕心沥血之作半条命（Half-Life），该游戏雄居销售榜之首。这款游戏着实让人热血沸腾。它不只是一个游戏，更让人像是在观看一部五星级的科幻电影而且还是一部30小时的电影。从游戏的一开始，即主角Freeman跳上Black Mesa的时候，我就被征服了。这些人创造了怎样一个逼真的氛围，并将之贯穿于整个游戏过程，我放慢脚步，走进墙壁、大门和物体，凡此种种，为的只是仔细欣赏纹理和图案。我想Valve一定让建筑师们参与了他们的工作，这样才能完成如此写实的内部建筑设计。我曾经做过模型和动画，但从那个时候起，我开始学习如何创作我在这一游戏中所看到的画面。注意：关于许多像Quake和半条命（Half-Life）这样的3D游戏，还有一件让人赞不绝口的事情，那就是程序员们为他们的游戏留出了开放的端口。结合World Craft这样的关卡编辑程序，你可以利用半条命（Half-Life）中的或者你自制的所有模型、纹理、子画面和动画构建自己的3D游戏世界。本书示范的模型和纹理就可以用于这样的游戏。老实说，若不是因为半条命（Half-Life），我想我不会写这本书。我对所有类型的游戏都来者不拒，但正如你所看到的，3D主视角射击游戏才是我的最爱。半条命（Half-Life）是如此的出众与成功，以至于Valve不可能就此罢手在接下来的4年里，Valve在其游戏上可谓费尽心机，接连发布了Opposing Force一款从军事角度出发的游戏，以及反恐精英（Counter-Strike）这可能是有史以来最受欢迎的Internet游戏。我熬过了多少个夜晚，和来自世界各地的玩家在游戏中较量，重创他们（并同时受到他们的重创）。直到最后，我不得不将其暂时放弃，因为某日出去购物的时候，我一闭上眼睛脑海中便浮现出游戏场景！我感觉自己像是个游戏瘾君子。1.7 新 千 年2002年，在写这本书的时候（大概也是半条命（Half-Life）的第4个版本Blue Shift发布的时候，该游戏由Gearbox Software开发），诞生了几款不得不提的令人瞩目的游戏。首先要提的是EA Game的Undying，它当真是又冷酷又血腥，并且有