摘要：随着技术的发展，三维游戏已经成为当今最主流的游戏类型。三维建模是三维游戏的必要过程，指通过三维软件利用一些基本的几何元素，如立方体、球体等，通过一系列几何操作，如平移、旋转、拉伸以及布尔运算等来构建复杂的几何场景。本文通过展示使用SolidWorks进行游戏道具的建模，具体描述了通过SolidWorks创建功能性游戏《化学物语》中的游戏道具——启普发生器的过程，并对三维建模软件、仿真软件与功能性游戏的关系进行了分析。
关键词：SolidWorks，三维游戏，道具建模
作者简介：许朝阳（1998—），男，嘉兴学院学生，嘉兴学院机器人协会副会长；钱大可 (1975—) , 男, 博士, 嘉兴学院副教授。
支持项目：国家级大学生创新创业训练计划——“化学物语”项目（项目编号：201810354039X）
1.引言
近几年来，被称为“第九艺术”的游戏获得很高的社会认同，游戏尤其是功能性游戏的社会价值被摆在重要的位置上，让游戏真正作为一种文化影响人和社会，绽放“新文创”概念所提倡的多元文化价值，释放游戏正能量，将成为游戏最为重要的目标之一。
在游戏中玩家会通过被称为游戏道具的虚拟界面进行交互。设计虚拟界面是十分重要，做得不好，他们会变成玩家和游戏世界之间的一道墙。做得好，它们会放大玩家在游戏世界中的力量和控制。同时游戏道具通过其视觉设计对玩家产生影响，一个好的建模能够吸引住玩家的眼球。
一个好的游戏在美术的设计中建模是及其重要的，它直接影响到了玩家的游戏体验。尤其对于功能性游戏需要还原一些现实效果，传统的游戏三维建模软件，例如3DMax只能通过贴图等形式还原物理效果。类似《化学物语》这类功能性游戏涉及到化学反应的仿真，需要运用到其他仿真软件进行仿真，因此三维建模软件与仿真软件的兼容性十分重要。所以一款功能性游戏的好坏与它的建模、仿真息息相关。
2、三维建模软件应用
SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，SolidWorks软件功能强大，组件繁多。 SolidWorks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。
在美国，包括麻省理工学院（MIT）、斯坦福大学等在内的著名大学已经把SolidWorks列为制造专业的必修课，国内的一些大学（教育机构）如电子科技大学、哈尔滨工业大学、清华大学、中山大学、中南大学、重庆大学、浙江大学、华中科技大学、北京航空航天大学、东北大学、大连理工大学、北京理工大学等也在应用SolidWorks进行教学。
SolidWorks软件使用智能化的、易于理解的几何体（例如凸台、切除、孔、肋、圆角、倒角和拔模等）创建特征，特征创建后可以直接应用于零件中。同时SolidWorks可以进行参数化建模，减少使用者的工作量，保证建模的样式有助于统一游戏风格。SolidWorks可以与其他三维建模软件实现无缝协作并与原文件保持关联。
SolidWorks软件主要功能包括：
（1）动画——可生成不考虑质量或引力的演示性动画。通过添加马达来驱动装配体中一个或多个零件的运动。通过设定键码点在不同时间规定装配体零部件的位置，它使用插值来定义键码点之间零部件的运动。
（2）基本运动——基本运动来显示模型之间的基本联系，它可以生成考虑质量、碰撞或引力且近似实际的演示性模拟动画。可用来生成基于物理模拟的动画。
（3）Motion分析——Motion分析是三者中最先进的运动仿真模式，由于它能够考虑到装配体物理特性，因此可用于精确模拟和分析组件上的运动元素（包括弹簧力、阻尼力和摩擦力等）的影响。使用计算能力强大的动力学求解器，在计算中考虑到了材料属性和质量及惯性。
3、利用三维建模软件制作游戏道具
游戏道具是指在游戏中能与玩家产生互动，并且对游戏角色的属性有一定影响的物品。判断一个物品是不是游戏道具的标准主要在两个方面：一、是不是能与玩家进行互动，玩家是否能根据游戏角色进行一些行为；二、是这个道具的使用是否会对游戏角色的属性造成影响。
游戏道具必定要在与玩家操作的角色接触后才能发生改变，道具本身不会自行发生改变。其次，任何一个道具的使用，必定会对角色，包括主角或者NPC角色的某些属性进行影响。
游戏道具是游戏中必不可少的组成部分，直接影响到玩家的游戏体验和游戏的趣味性。游戏道具可以通过多种途径获得。例如任务，活动或者充值。精美的道具设计可以吸引玩家，带来收益。其中最著名的要数LOL与DOTA了，游戏最主要的收入来源来自于皮肤销售。皮肤对游戏角色基本没有属性改变，仅仅改变角色外观。但因其精美的制作，带来了巨大的收益。2017年，LOL凭借2.1亿的收益获得了免费游戏收益榜的榜首。
接下来以250ml启普发生器球形漏斗零件以及启普发生器装配体为例描述制作过程：
启普发生器（Kipp's apparatus）是一种气体发生器，又称启氏气体发生器或氢气发生器。它常被用于固体颗粒和液体反应的实验中以制取气体。典型的实验就是利用稀硫酸和锌粒制取氢气。它是荷兰科学家皮特鲁斯·杰克巴斯·启普（Petrus Jacobus Kipp，1808~1864）发明，并以他的姓名命名的。
实验室常用启普发生器进行“固体+液态→气体”的反应进行气体制取。同时其“随开随用，随干随停”的原则，可以节约药品，控制反应的发生和停止，可随时向装置中添加液体药品。因此启普发生器作为一样化学行业常用的重要仪器，也成为功能性游戏《化学物语》中重要的游戏道具。
首先是零件绘制。新建零件，在前视基准面绘制半个上球的截面草图，画出大概的形状，之后通过几何关系和智能尺寸对草图进行约束，使草图线条全部变为黑色，既草图被完全约束。同时由于零件是旋转体，在草图中画出旋转轴。然后在特征菜单中选择“旋转凸台/基体”指令，安装提示选择旋转轴和旋转草图，完成模型的外形建模。之后以类似的方式，通过“拉伸凸台/基体”、“扫描”、“放样凸台/基体”、“拉伸切除”等指令完成导气管和底部等零件的模型创建。
完成零件的绘制后，需要将画好零件进行装配形成装配体完成道具的建模。点击新建装配体，插入画好的零件。点击“配合”，选择需要进行配合的面、线或者点，选择合适的配合关系，完成启普发生器。
同时为了更真实的仿真，可以将建好的模型导入RecurDyn等仿真软件进行仿真。
4、结语
传统的游戏通过3DMax进行建模，然而随着功能性游戏的兴起，更强的仿真建模将跟有利于游戏道具的建模。模型完成建模后可以配合MATLAB、RecurDyn以及ANSYS等软件进行更加真实的仿真，将不再局限于简单的物理仿真。SolidWorks的模型与众多仿真软件兼容性很好，适合功能性游戏的道具建模仿真。
在选择建模软件是需要考虑模型的种类与特点，特别是如果要用仿真软件进行仿真需要选择最合适的建模软件。防止仿真产生错误，比如CATIA与RecurDyn的兼容性最好，当选择RecurDyn进行仿真时最好用CATIA创建的模型。
游戏产业作为互联网时代新兴媒介的文化娱乐形态，在全世界成长迅速，逐渐渗透到大家生活中的方方面面。虽然目前大部分的网民对于网络游戏还停留在消遣娱乐的刻板化印象上，但实际上，网络游戏的内在构成已经有了相当程度的发展，有着丰富的内涵。
马云曾在乡村教师“重返课堂”上对游戏产业如此评价：“今后的孩子，可能是离不开游戏，但是也不等于游戏要变成这个样子，非常可怕。我们应该为老人设计有意思的游戏，做一些跟教育、跟孩子成长、跟文化有关系的游戏，我们正在构思过程中”。
游戏行业已经成“第九艺术”，随着功能性游戏的兴起，更加真实的建模与仿真已经成为游戏行业的重要需求。而SolidWorks、UG和CATIA等一系列传统的工业设计、机械设计类软件由于其强大的仿真功能和模型良好的兼容性极有可能成为新的游戏行业建模软件。
参考文献：
[1]DS SOLIDWORKS 公司.SOLIDWORKS零件与装配体教程[M].机械工业出版社:北京,2017:1-.
[2]【美】Jesse Schell.游戏设计艺术（第2版）[M].电子工业出版社:北京,2016:264-.
[3]沫沫.十分钟了解大家都在谈的功能性游戏[EB/OL].https://gameinstitute.qq.com/community/detail/122818,2018-3-5.
论文作者:许朝阳,钱大可,黄益涨 林倩倩 金理健 罗贺 黄驰萍 范
论文发表刊物:《科技新时代》2019年8期
论文发表时间:2019/10/15
标签：游戏论文; 建模论文; 道具论文; 软件论文; 发生器论文; 零件论文; 功能论文; 《科技新时代》2019年8期论文;