[舊文]3D技術與遊戲發展

(刊登於3D user雜誌2005年2月號...呃...3D user雜誌已經倒了...)
(註：3D user雜誌邀我寫這篇的時候，其實是希望能介紹給對於3D和遊戲產業都很陌生的一般大眾，我盡可能用最基本的用語和知識來說明，盡可能避免深入專業的內容，記得有某新聞網站與3D user雜誌合作，轉貼在專業遊戲的主題文章中，然後就被罵得很慘，我只能說讀者族群不同，真的不能用專業的眼光來看啦...)

弗里曼的疑問-為什麼遊戲要使用3D技術？
當你正在扮演著「戰慄時空2」中武藝高強的弗里曼博士，千辛萬苦地來到了黑色高地，艾莉絲卻只因為你會插個插頭就稱讚你的確有博士的學問，在倍感羞辱的同時，你決定要想一個真正有水準的問題：為什麼遊戲要使用3D技術？


圖01：弗里曼博士有著看起來非常具有智慧的額頭
#出處：www.gamespy.com，遊戲發行Sierra公司www.sierra.com


除了讓畫面更好看，對遊戲的內容本身有什麼重大的突破，為什麼現在市面上絕大部份的PC和TV遊戲都是3D的呢？

這一連串的問題，也許可以由遊戲美術的角度去觀察遊戲的歷史，來找出3D遊戲技術發展的起因和過程。


遊戲美術技術發展
假如你並不是個熱衷遊戲的玩家，也許很難想像遊戲中的即時3D效果已經幾乎和動畫非常的接近了。(即時3D運算是指並非先Render好的3D畫面，而是在操作時同步運算Render出畫面。)


圖02：相信嗎，這就是遊戲中的畫面，你移動滑鼠，畫面就會跟著變動，而畫面上人物的嘴型動作也像極了真正講話的樣子。(戰慄時空2遊戲畫面)
#出處：www.gamespy.com，遊戲發行Sierra公司www.sierra.com

如果你這兩三年才開始玩遊戲，那也許你無法想像以前的遊戲是什麼樣子，也許你會無法想像以前的人怎麼能在那種"不真實"的畫面中還可以自得其樂。甚至，在網路剛開始盛行的時代，還有以純文字為介面的網路遊戲MUD(Multi-User Dungeon)大行其道。


圖03：國內某mud的登入畫面
#出處：霹靂爭雄錄140.112.75.208:9999

事實上，除了軍事用途之外，電玩一向是推動電腦科技很重要的角色，想當初為了銀河飛將(Wing Commander)而升級電腦的人還真是不少啊…(筆者就是其中之一)。人們為了得到更好的娛樂效果，使得各種電子產業精益求精，發展出更強大的3D運算功能，更精細的畫面，更好的聲光效果，遊戲綜合各種聲光效果於一身，自然對於電子產業具有相當大的影響力。

好吧，要開始講古了，想當年…

第一個遊戲是1958年在某個實驗室中產生的(很難想像電玩竟然也有四十幾年的歷史了吧！)，幾個無聊的研究員用他們的實驗器材拼湊起來，畫面顯示在示波器上面，一個白點在畫面中跑來跑去，兩邊各有一條小小的白線，可以操作控制器讓白線上下移動，碰到白點就會反彈過去，這就是史上第一個遊戲「雙人網球」！！
不過一直到80年代，電玩遊戲才真正商業化，才有人真正從事遊戲製作這一個行業。

1.2D時代

圖04：小精靈的遊戲畫面
#出處：日本Namco公司www.namco.co.jp

剛開始都是美好的…一個人在車庫中就可以完成一個經典遊戲。80年代問世的小精靈、迷魂車、小蜜蜂、俄羅斯方塊問世之初，風靡大街小巷。而這些遊戲都是以極少的人力，簡單幾百行程式碼就完成的遊戲，顯然沒有所謂美術人員的存在。
然而人總是貪心的，玩膩了這些簡單的遊戲，就會想要更多更好的東西，於是在遊戲內容上，畫面上，都漸漸的更加豐富。日本這時候經濟起飛，遊戲產業也跟著發展起來，1983年日本的Famicom(台灣俗稱紅白機)出現，超級瑪利歐、大金剛真是經典中的經典(日本的模仿及改良能力在那個時代是非常知名的)。



圖05：任天堂的紅白機，這是多少五六年級的童年啊！
#出處：日本任天堂公司www.nintendo.co.jp

在這個時代， 2D技術逐漸發展成熟，3D還只是個概念和夢想。這和硬體的發展有關，80年代初期的遊戲主機顯示只有16色，記憶容量也只有32KB到64KB，但我們不能否認，這個時代的遊戲即使是在現在來看，還是有許多很好玩的，這個時代是遊戲性(Gameplay)發展最為迅速的時代，雖然也許這時候還沒有這個名詞。80年代初期遊戲主要是在大型機台，或是家用型的遊樂器，那個時候的電腦還是單色螢幕，遊戲還是用錄音帶來儲存。


2.以2D模擬3D
隨著技術逐漸發展，顯示的顏色和解析度愈來愈高，電腦也逐漸能處理和儲存更大的2D圖形。80年代中後期，3D的技術開始發展，但還無法應用在遊戲之中，而遊戲的圖形也愈來愈複雜，也出現了一些以2D來模擬3D感覺的技術，從一開始的多重捲軸(這是從卡通的技術而來的，記得白雪公主吧？白雪公主走在森林之中，身旁的樹木移動，而遠景的山移動速度卻和身旁的樹木不同，造成遠近的感覺)，到繪製物件多個角度來造成轉動時的立體感等，或是利用2D圖形放大縮小及鏡射等變形處理來製造立體感。
而3D的技術在80年代後期開始發展，但因為硬體還是無法即時運算，所以有一些遊戲是以點與線來進行類似3D的即時運算。

到了90年代初期，2D的美術技術已經達到爐火純青的境界了，刻畫精細的遊戲紛紛出籠，而電腦及遊戲主機的顯示及儲存容量也愈來愈大，1991的快打旋風2(Street Fighter 2)真是許多六年級男生青少年時期的生活重心，誰不會打個昇龍拳呢？(好吧，我承認我不會XD)。


圖06：快打旋風2畫面，Ken正打出一記昇龍拳。
#出處：日本Capcom公司www.capcom.co.jp


而90年代，3D的技術發展得更加成熟了，個人電腦也可以執行3D軟體，但一般的個人電腦或遊戲主機仍然無法即時運算，於是發展出所謂的Pre-Render技術。Pre-Render是先使用3D軟體建構3D模型，Render著色出物件的圖片，然後將這些預先Render好的圖片放在遊戲之中，我們發現效果出奇的好，即使是現在也是有許多遊戲使用這種技術，像是現在還存活著的網路遊戲"天堂"就是使用Pre-Render的技術。


圖07：網路遊戲天堂遊戲畫面，遊戲中的人物和景物都是使用Pre-Render的技術。
#出處：遊戲橘子Gamania，www.gamania.com

3.全3D遊戲
1993年底的毀滅戰士(DOOM)推出，佔據了筆者的電腦長達2年之久，當然，也佔據了市場很久。是的，毀滅戰士真的是一款劃時代的遊戲，當然它並不是第一款3D的FPS(First Person Shooting第一人稱射擊遊戲)，但是它的遊戲性有極大的突破。容我引用<圖解電子遊戲史>中的一句話：「如果說<德軍總部3D>是一次徹底的成功，那麼<毀滅戰士>就是一種啟示、一種風潮、一種自創獨成的產業。」(p.274)後來有好一陣子，第一人稱射擊遊戲又被稱為DOOM-like遊戲，由此可知毀滅戰士在遊戲史中的重要地位了。


圖08：毀滅戰士的遊戲畫面，為什麼現在看到這種滑稽的怪物還是這麼熱血沸騰呢？
出處：id software，www.idsoftware.com


圖09：德軍總部3D的畫面
#出處：id software公司，www.idsoftware.com


90年代中期，硬體已經可以做到3D即時運算，而立即有許多類型的遊戲迅速使用3D技術，或者是產生了新的遊戲類型，例如1992年推出的德軍總部3D(Castle Wolfenstein 3D)就是第一款3D第一人稱射擊遊戲(當然德軍總部和毀滅戰士的3D技術和現在所使用的即時3D技術在程式技術上是完全不同的方式，筆者不在這裡深究。)。其他像是飛行模擬遊戲也因為3D技術而開始愈來愈好玩了，因為愈來愈接近真實的感覺，例如當時的銀河飛將(Wing Commander)，陸空戰將(Strike Commander)。


圖10：銀河飛將2的遊戲畫面
#出處：origin公司，已被美商藝電併購www.ea.com

1995年Sony的家用主機Playstation推出，因為強大的硬體功能和優秀的行銷，更是讓3D遊戲迅速成為市場中的主流，大家一窩蜂地使用3D技術製作遊戲，遊戲的產量也愈來愈大，真正好玩的遊戲數量也變多，但是在比例上卻感覺愈來愈少了…
電腦的硬體上，處理器的速度愈來愈快，顯示卡也完全以3D為發展的方向，遊戲的畫面也就愈來愈精緻。

而Sega Saturn、任天堂64、DreamCast、PS2、GameCube、XBOX各種家用主機不斷的推陳出新，3D的遊戲畫面愈來愈精緻，畫面上同時出現的Polygon愈來愈多。3D遊戲已經完全佔據所有的遊戲平台了。


4.2D與3D結合
為什麼有了全3D，還會有2D和3D結合的遊戲呢？為什麼不全部用3D搞定就好了呢？這是是因為硬體和技術上的瓶頸，也許畫面上同時能運算的Polygon數並不足以顯示製作者想要的遊戲畫面，於是部份使用2D的方式來結合，可以一方面有2D圖形的精細品質，另一方面又有一部份3D可達成3D遊戲的遊戲性。例如現在還存活的網路遊戲仙境傳說RO就是以人物2D場景3D的方式呈現的。


圖11：RO仙境傳說遊戲畫面
#出處：巴哈姆特網站www.gamer.com.tw，RO國內代理公司遊戲新幹線http://ro.gameflier.com

值得一提的是近年在台灣蓬勃發展的網路遊戲，開始大量使用3D技術的時間卻比單機版的遊戲慢了許多，原因並不是因為硬體技術上的問題，而是市場上還是有許多人的電腦並未升級到可以玩很精緻的3D遊戲的等級，為了佔有這些使用者的市場，在初期還是以硬體需求較低的2D遊戲來搶佔市場。一直到2003年才逐漸有3D的網路遊戲進入台灣市場。

答案是什麼？
又臭又長的講古，讓你睡著了嗎？好吧，那我直接公佈答案，就是3D技術讓遊戲更好玩的可能性增加了。就這麼簡單，人們需要更好玩的遊戲，而且3D的確是增加了遊戲的可能性，而與3D技術相輔相成的硬體也發展得愈來愈好，於是3D遊戲就變成了主流啦！

1.遊戲性
遊戲最重要的是什麼？當然是要好玩！遊戲使用3D技術，在遊戲性(Gameplay)上有相當重要的地位。遊戲性是什麼？就是一連串有趣的選擇(引用自Game Architecture and Design中文譯本p.56電腦玩家出版)。簡單的說，就是3D技術能讓遊戲產生更多"有趣選擇"的可能性。因為3D即時運算，可以讓許多2D技術做不到的事能實現了。
Pre-Render的遊戲其實還是算2D，遊戲性的可能性本身並沒有因此而提升。但即時3D就不同了，遊戲性有了大幅度的提升，遊戲可以做到讓你在場景中自由的移動，旋轉視角，除了更有身歷其境的感覺之外，對於操作的角色和場景，及怪物等物件之間的關係，也是一種全新的體驗，例如現在大行其道的第一人稱射擊遊戲就是一個完全需要使用3D技術的遊戲類型。當然在2D的時候也是有些遊戲做得類似這樣的視角(像是辟邪除妖系列的RPG)，但是移動的感覺是完全不同的，我想我們都同意CS絕對武力在2D時代是無法發展出來的。


其他類型的遊戲也都因為3D技術也都有全新的遊戲性出現了，例如科幻即時戰略遊戲萬艦齊發(Homeworld)，能讓你在宇宙之中真實的看到整個艦隊充斥著整個空間，而不只是在地面上戰鬥。


圖12：萬艦齊發2代(Homeworld 2)的遊戲畫面
#出處：巴哈姆特網站www.gamer.com.tw，發行公司Sierra公司www.sierra.com


2.視覺呈現
先看Pre-Render的遊戲，雖然骨子裡還是2D的產物，可是因為Pre-Render可以快速產生同一個物件的多種視角及動作，所以角色的旋轉和動作可以做得更流暢及更接近真實。

而全3D的遊戲可能性就更多了，如果遊戲性需要，在遊戲中可以自由的旋轉移動，場景之中的各種物件也都可能會自然的動作，視覺上讓人更有身歷其境的感覺，遊戲的情境更能讓人融入其中，更加的讓人相信他就是在這個世界之中，享受這個世界帶來的樂趣，這不就是遊戲的目的嗎？

技術上的改變
從2D遊戲到3D遊戲的發展，對於美術人員來說，是一場巨大的轉變，在2D遊戲的時代，美術人員需要做的是先在紙上設定，進入電腦畫好2D的圖稿，轉換成程式能使用的規格和格式就好了(當然最後是在遊戲中實際測試及修正)。
但是3D美術人員需要的技術不但包含原來2D美術人員需要的在電腦中繪製2D圖稿能力，還需要3D軟體的操作能力，那是完全不同的領域，是一個相當高的門檻，而且即時3D遊戲和程式上的連結會更加密切，不只是在Polygon數量上的節省問題(當然光是這個問題就和只是建構一個美麗的3D模型完全不同了)，還有許多動作上，特效上等等與繪製2D圖形完全不同的技術。更讓人痛苦的是，3D技術發展非常的快速，還有軟體不斷的改版，美術人員必須不斷的了解更新的程式技術要如何連結，不斷的學習最新版本的3D軟體。這絕不是一件容易的事，不過也有許多人樂此不疲。

What's Next？
首先講究不傷身體，再講求效果…不是啦，首先還是要以「做一個好玩的遊戲」為出發點，才講求畫面的美觀。誰敢說超級瑪利歐不好玩呢？顯然它並不是3D的遊戲。

圖13：超級瑪利歐2代，超好玩的
#出處：任天堂公司，www.nintendo.co.jp

所以3D遊戲往後的發展，不會只是畫面上的品質提升，而是會更好玩，有更多利用新的3D技術而產生的遊戲可能性，最後再以本文開頭舉的戰慄時空2為例子，它的3D技術突破，大大提升了遊戲性，因為場景之中物件的物理運算技術，讓戰鬥及解謎更加的有趣，而毀滅戰士3的遊戲性就讓筆者小小失望了些，因為雖然有更傑出的3D技術，像是即時的動態光源，但並沒有讓遊戲性增加多少。

具體地說，就是要讓新的技術，變成遊戲性的一部份，筆者在這裡並不想賣弄什麼3D的專有名詞或是大膽預測什麼3D技術會變成將來的主流，我只在這裡舉一個和3D無關的例子，就是在去年推出的EyeToy。說穿了EyeToy只不過是個像是web cam的小攝影機，但是動態辨識的技術突破，可以讓玩家使用這個小攝影機進行遊戲，不但自己會出現在畫面上，而且還可以利用手或身體的移動來進行遊戲，像是躲子彈，擦窗子，轉盤子之類的，玩法新奇有趣，而且一點也不複雜，於是銷售的成績非常好，而且將來會有更多類型的遊戲都支援EyeToy(筆者在2004東京電玩展看到一個利用EyeToy進行的卡片RPG!!)。這個例子告訴我們，新的技術帶來的應該是新的遊戲性，新的"有趣選擇"，當我們有了新的技術，首先應該考慮的是，這個技術能讓遊戲產生什麼新的玩法，是否能讓遊戲變得更加好玩。

在技術上，3D美術人員要了解的是，你必須不斷的學習，不但要大量的了解各種遊戲的好玩之處在那裡，而且更要了解3D程式是如何運作的，你不需要會寫程式，但是你要大致了解從vertex到polygon、mesh、mapping、lighting到最後render成最後的畫面的過程是什麼。在2003年的美國遊戲開發研討會(GDC)中，發現Graphic技術的討論課程佔了相當大的部份，這和前幾年以網路技術為主的潮流不同了，遊戲產業界更加重視3D技術上的研發和突破，在所有技術性的討論中，Graphic技術佔了30%是最多的，而Graphic中又有70%是在研究Shader技術，筆者並不深入討論這個技術是什麼，簡單地說這個技術讓原有的3D"材質"變成即時運算的一部份，這會讓傳統製作3D的美術工作流程有不少的改變，你原本的貼圖可能不再只是畫好一張圖貼上去，而是有完全不同的做法。筆者相信在未來這種整個工作流程上的變革會一再的發生，你必需適應它。遊戲產業還在不斷的產生這種改變，不論是企劃，程式或美術甚至行銷等等各方面的工作。但遊戲的本質是不會變的，遊戲就是要好玩。

所以，弗里曼博士，你的問題很有水準，你真的不是只會插上插頭而已。我再重覆一遍答案：3D技術讓遊戲更好玩的可能性增加了。