“纸境”开发商研发手记:折叠世界的艺术

　　本文作者为移动游戏Tengami(纸境)的三位主创之一。Tengami(纸境)，是由Nyamyam独立开发小组制作的一款冒险游戏。“Tengami”借用了日语中“Tekami”的谐音，意为信笺，游戏也借用了这个特性，整个世界均由类似信笺书页的纸质结构组成，玩家通过拉动标签和翻动纸页与游戏世界进行互动，最终一步步揭示隐藏在背后的秘密。

　　这是一篇关于我在GDC2015上做的题为“Tengami(纸境)：折叠世界的艺术”演讲的文章。在Tengami(纸境)中，弹起立体图片的折叠书或者可以翻页的书在这款游戏中被真正实现了。很多人都为其独一无二的艺术风格所吸引，但了解游戏背后技术的人确并不多。在这篇文章中，我想给读者更详细得展现我们在开发“电子立体折纸”时所采用的工具，以及使用在艺术中的限制。

　　Tengami(纸境)是什么游戏?

　　Tengami(纸境)是一款解谜冒险类游戏，整个游戏世界均由纸质结构组成。玩家可以依照自己的步伐来探索这个美丽的世界，通过拉动标签或翻动页面来解决简单的谜题。这款游戏在去年登陆iOS平台后，又在Wii U、PC以及Mac等平台上进行了发布。

　　真正的立体折纸书

　　项目开始时，我们决定把立体折纸书中的一些限制保留下来。出于游戏设计的原因，无论何时，当我们去参考同样拥有“立体折纸”元素的应用或者电影时，都会发现这些“立体折纸”是假的，因为真正的纸张并不会以那种方式移动。

　　当你翻页时，你能看到一些事物能像普通纸张那样展开，然后变成了另一些你所意料不到的美丽场景。关于立体折纸书，核心形态的改变会让你觉得非常棒。因此，我们希望游戏中的一切都能够用纸张来重新创建。

　　在上图中，你会发现我们的想法是可行的。我们首先制作出了右侧图中的电子立体折纸书，然后，我们找到了一名立体折纸艺术家，让她用纸张复制出了一模一样的模型(如左图所示)。这名折纸艺术家叫做Rebecca Sawyer，她用真实的纸张为我们重建出了游戏中的三个场景。

　　电子折纸的挑战

　　对于我们而言，最大的问题来自于我们究竟如何做出电子立体折纸，尤其是在我们还不知道怎么做出真正的立体折纸时，这个挑战显得有些艰巨了。我们中甚至没有人在离开幼儿园之后还做过纸张手工。这一情况在团队仅有的3个人，且都不会做动画时变得更为复杂。如此一来，我们就不能展开手绘电子折纸动画的工作，而且还得搞定整套自动化解决方案。

　　因此，我们决定分工协作。

　　我被指派成了一名立体折纸专家，以便解决所有世界构建方面的问题。举例来说，你要如何建造一座折纸城堡或者日本神社呢?你要怎样做才能把立体折纸书运用到电子游戏中来呢?在手绘出原理图之后，我对我们的主题有了更深入的理解，这项工作花费了2个月的时间。在此之后，我便能够利用立体折纸来表达我的创意了，随后我便开始了使用Blender进行3D建模的工作。

　　上图是我用Blender创造出的第一个场景。这个模型是利用立体折纸设计规则搭建的，该场景同样能用纸张去重建。这类图对于解决最开始时在等级设计与世界建造时遇到的问题非常有用，虽然它们对确定美术风格并没太大帮助，不过我的小伙伴Ryo Agarie会着手完成这件事。

　　造成这种情况的一个原因是，我们没法在运动中去看这个世界;而另一个原因是，2D图像转3D后很难保证相同的效果。

　　上面这些都是Ryo做的概念图，它们看起来很棒，我们也很喜欢，但是把它们转换成3D模型后就失去了原有的感觉。

　　Phil Tossell承担了工作中最难的部分，他负责解决用计算机创造立体折纸的工作。这项工作大约持续了1年，直到我们找到了由 Duncan Birmingham编著的一本名为《Pop Up – Design and Paper Mechanics》(立体折纸-设计与纸张结构)的书后，情况才转入正轨。

　　《Pop Up – Design and Paper Mechanics》(立体折纸-设计与纸张结构)

　　这本书系统性的讲述了立体折纸的制作，并解释了背后的一些基础数学的内容。Phil把这本书作为游戏开发的基础，想出了折纸的真正算法。我们将其这套算法称之为“the Paper Kit”(纸张工具包)。

　　The ‘Paper Kit’(纸张工具包)

　　下图是Tengami(纸境)的场景在Modo 501中的展现。这个模型是动态的，在左侧侧边栏可以看到我们的工具包插件。

　　“the Paper Kit”是在Modo三维绘图软件中使用的一个插件。它是一套python脚本，能够生成非常复杂的折叠结构。在输出模型时，该工具包能够采取数学方式以动画形式计算出折叠，并将其用在游戏中。这个过程就是我们所想要的，完全的自动化。Tengami(纸境)中的立体折纸没有一个是用手绘制的，它们全部都是基于Phil开发的这个工具包计算得出的。

　　这个过程就和用乐高积木造东西一样。想象一下你拥有一套具有各种形状的乐高积木，而the Paper Kit就类似于这些“基础形状”。这些形状能够连接彼此，就像乐高积木一样。下图展示了一些可提供的基础形状，开发者可以把它们“连接”起来。

　　每个立体折纸都开始于一个折叠平面，这是起始结构，可以让更多的结构附着其上。比如你要做一个简单的房子，首先你得从列表中选择“折叠平面”这个结构，然后创建一个“盒子”并把它“安装”到这个平面上，然后再选择一个“金字塔”加在“盒子”的顶部，如此一来，房子就完成了。你得去思考如何利用这些已提供的基本形状来完成你所想要的东西。

　　有一点很重要，那就是这个工具并不会帮你测试折叠组合是否有效。使用过该工具的人必须了解所有规则，否则就会变成一团糟。

　　以细节详解P-Fold

　　最基本的形状叫做“平行四边形”或是“P-Fold”(折叠平面)。让我们来仔细看看其中的理论以及我们是怎样借助工具包来创造它的。

　　首先，我们创造一个基本的卡片，我们将其称作“折叠平面”(Plane Fold)。

　　在上图中你能看到一个叫做“沟”的绿色的标志，平面和折都能够跨越这些沟壑。

　　在这里你可以看到附在沟壑上的一个平行折，它可以沿着沟的轴心被定位到任意一处。我们把图上的粉红色标记成为“连接器”，每一个沟都有一个“连接器”，借助这些连接器就能够连接“基础形状”了。

　　暗红色的标记是立体折纸中的粘结点。出于美观的原因，在游戏中，我们并不会把这些粘结点展示出来。

　　重点是，利用这些粘结点，我们能够创建额外的“沟”了。如此一来，更多的基础形状就能被连接起来。还是上面这张图，在深灰色折叠面里面有一个附带粘结点的“沟”。制作立体折纸的过程就像从一个基本沟壑到创造额外沟壑的游戏一样，最后达到创建复杂结构的目的。

　　编辑你的电子折纸书

　　在上图中，我们能看到3个叠在一起的“P-Folds”结构。艺术家可以编辑所有的平面，把它们塑造成不同的形状，这就像用剪刀把纸剪成不同的形状一样。这些平面同样能够被扩大，直到无需改动为止。如果纸张变得太厚，将会导致折叠结构被破坏或是造成平面与平面的错误相交。

　　当我们编辑完所有的立体折面之后，你就能很轻易的纵览整个结构。

　　上图中所显示的形状都是我在早期用the Paper Kit创造的，它们完全是用“P-Folds”以各种不同的方式组合而成的，建造该场景的目的是向Ryo解释他能够以什么方式去编辑这些平面。

　　你能把这些平面剪成不同形状，包括抠个洞出来

　　在绿色平面上，你能增加宽度与高度

　　在蓝色平面上，你能增加宽度与深度

　　当我创建游戏中的场景时，通常情况下，我会在脑海中用特殊的图像把基本结构建造出来，如同左边的图。然后我再向Ryo解释在这部分游戏中将会发生什么，我建造每一处立体折纸的意义是什么。之后，Ryo塑造形状，并赋予这些场景意义。他经常会反馈给我一些信息，譬如如何去调整基本模型。可以说，每一处都是精心安排的。

　　以这种方式开展工作的过程与制作游戏角色很类似。我们首先需要建造“骨骼”，然后再围绕着骨骼来制作模型与几何结构。这与传统3D建模的过程不同，因为你必须首先做出模型，然后再创造骨骼。不过上述方法有一些局限性，有时需要反复推到重来。

　　在Tengami(纸境)中，游戏世界的背景总是建立在“P-Folds”的基础之上，其内部额外的立体折叠则是基于更高级的形状。我的经验之谈是，游戏中的每一个建筑都是用复杂的基础形状构建的。其中，大部分景观是通过分层的“P-Folds”创建。

　　而如何真正的创造一座你在游戏中遇到的日本神社就需要一个立体折叠式的高级设计了，这里我就不再详细解释了。我衷心希望你们能借住“P-Folds”来创作出自己的立体折纸书。

　　如果你玩过Tengami(纸境)，那么试着思考一下那些场景都是由怎样的结构转化而成的。