使用 CSG 设计关卡原型

CSG 是 Constructive Solid Geometry（构造实体几何）的缩写，是一种将基本形状或自定义网格组合起来以创建更复杂形状的工具。在三维建模软件中，CSG 多被称为“布尔运算符”。

CSG 在 Godot 中的目的是将其用于关卡原型设计。该技术允许用户通过组合图元来创建最常见形状的简单版本。可以使用反转图元创建室内环境。

备注

Godot中的CSG节点主要用于原型设计. 没有内置的对UV贴图或编辑3D多边形的支持(尽管挤出的2D多边形可以用CSGPolygon节点来使用).

如果你正在为一个项目寻找一个简单易用的关卡设计工具, 你可能会想使用 Qodot 来代替. 它可以让你使用 TrenchBroom 设计关卡, 并在Godot中导入它们.

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CSG 节点简介

与 Godot 的其他功能一样，CSG 以节点的形式存在。这些是 CSG 节点：

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CSG 工具功能

每个 CSG 节点都支持 3 种布尔运算：

  • 并集（Union）：合并两个图元的几何体，删除交叉的几何体。

  • 交集（Intersection）：只保留相交的几何体，其余的被删除。

  • 差集（Subtraction）：从第一种形状中减去第二种形状，留下一个凹陷的形状。

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CSGPolygon

CSGPolygon 节点以下列方式沿着以 2D（X、Y 坐标）绘制的多边形挤出：

  • Depth：（深度）挤出一定量。

  • Spin：（旋转）围绕原点旋转时挤出。

  • 路径(Path): 沿路径节点挤出. 此操作通常称为放样.

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备注

Path 模式需要一个 Path 节点来运行。在 Path 节点中绘制路径，CSGPolygon 中的多边形将沿给定路径挤出。

自定义网格

任何网格都可以用于 CSGMesh, 网格可以在其他软件中建模并导入Godot. 支持多种材质, 对几何体有一些限制:

  • 它必须被关闭,

  • 它不能自我相交,

  • 它不能包含内部面,

  • 每条边都必须连接到另外两个面.

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CSGCombiner

CSGCombiner 节点是一个用于组织的空形状, 它只会合并子节点.

处理顺序

每个CSG节点将首先按树顺序处理其子节点及其操作: 并集, 交集或减法, 并将它们逐一应用于自身.

备注

为了保证性能, 确保CSG几何体保持相对简单, 因为复杂的网格可能需要一段时间来处理. 如果将对象添加在一起(如桌子和房间对象), 请将它们创建为单独的CSG树. 强制在一棵树中添加太多对象最终会影响性能. 仅在实际需要的地方使用二进制操作.

原型设计

我们将对房间进行原型设计以练习使用CSG工具.

小技巧

在正交视角下工作，在组合 CSG 形状时可以得到更好的视图。

我们的关卡将包含以下对象:

  • 一个房间,

  • 一张床,

  • 一盏灯,

  • 一张桌子,

  • 一个书架.

使用Spatial节点作为根节点创建场景.

小技巧

环境的默认光照在某些角度不能提供清晰的阴影。使用 3D 视图菜单中的显示重复绘制改变显示模式，或者添加一个 DirectionalLight 节点来帮助你清楚看到。

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创建一个 CSGBox 并将其命名为 room，启用 Invert Faces（反转面）并改变你的房间的大小。

../../_images/csg_room.png ../../_images/csg_room_invert.png

接下来, 创建一个CSGCombiner并将其命名为 desk .

桌子有一个表面和四条腿:

  • 在 Union 模式下为曲面创建1个CSGBox子节点, 并调整大小.

  • 在 Union 模式下为腿部创建4个CSGBox子节点并调整大小.

调整它们的摆放位置, 就像一张办公桌.

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备注

CSG 组合内的 CSG 节点只会在组合内处理它们的操作。因此，CSGCombiner（CSG 组合器）是用来组织 CSG 节点的。

创建一个CSGCombiner, 并将其命名为 bed .

我们的床由三部分组成: 床, 床垫和枕头. 创建一个CSGBox并调整床的尺寸. 再创建一个CSGBox, 并调整床垫的尺寸.

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我们将创建另一个名为 pillow 的CSGCombiner作为 bed 的子节点. 场景树应如下所示:

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我们将在 Union 模式下组合 3 个 CSGSphere 节点，形成一个枕头。缩放球体的 Y 轴并启用 Smooth Faces（平滑面）。

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选择 pillow 节点，并将模式切换到 Subtraction；组合后的球体将在床垫上开一个洞。

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试着将 pillow 节点重设你代到根 Spatial 节点；这个洞会消失。

备注

这是为了说明CSG处理顺序的效果. 由于根节点不是CSG节点, 所以CSGCombiner节点是操作的结束；这显示了使用CSGCombiner来组织CSG场景.

观察效果后, 撤消重新选择父节点. 您搭建的床应如下所示:

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创建一个CSGCombiner, 并将其命名为 lamp .

一盏灯由3部分组成: 支架, 灯杆和灯罩. 创建一个CSGCylinder, 启用 Cone 选项并将其作为支架. 再创建一个CSGCylinder, 并调整尺寸, 将其作为灯杆使用.

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我们将使用 CSGPolygon 来制作灯罩。使用 Spin 模式，在前视图（小键盘 1）下绘制一个梯形，这个形状将围绕原点挤出，形成灯罩。

../../_images/csg_lamp_spin.png ../../_images/csg_lamp_polygon.png ../../_images/csg_lamp_extrude.png

调整3个部分的位置, 使其看起来像一盏灯.

../../_images/csg_lamp.png

创建一个CSGCombiner, 并将其命名为 bookshelf .

我们将为书架使用3个CSGBox节点. 创建一个CSGBox并调整其大小, 这将是书架的尺寸.

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复制 CSGBox 并缩短每个轴的尺寸，并将模式改为 Subtraction（减去）。

../../_images/csg_shelf_subtract.png ../../_images/csg_shelf_subtract_menu.png

你几乎已经建立了一个架子. 再创建一个CSGBox, 把架子分成两层.

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根据您的喜好将您的家具放在房间里, 您的场景应该是这样的:

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你已经成功地用Godot中的CSG工具制作了一个房间关卡的原型.CSG工具可以用于设计各种类型的关卡, 如迷宫或城市；在设计游戏时探究它的局限性.

使用原型纹理

Godot的 空间材质 支持*triplanar mapping*, 它可以用来自动将纹理应用到任意对象上, 而不会发生变形. 这在使用CSG时很方便, 因为Godot还不支持在CSG节点上编辑UV贴图. 三面贴图的速度相对较慢, 这通常限制了它的使用, 比如地形等有机表面. 不过, 在原型设计时, 还是可以用它来快速将纹理应用到基于CSG的关卡上. (CSG: 构造实体几何(Constructive Solid Geometry)的简写).

备注

如果你需要一些原型的图片,Kenney做了一套 CC0授权的原型图片.

有两种方法可以将材质应用到CSG节点:

  • 将其作为材质覆盖应用到CSGCombiner节点上(在检查器中的 Geometry > Material Override ). 这将自动影响它的子节点, 但能改变单个子节点的材质.

  • 将材质应用于单个节点( 材质 在(属性)检查器中). 这样, 每个CSG节点都可以有自己的外观. 减去CSG节点将把它们的材质应用到 “digging” 到的节点上.

要将三平面贴图应用到 CSG 节点，请选中它，转到“检查器”，单击 Material Override（材质覆盖）旁的 [空] 字样（如果是单独的 CSG 节点则为 Material）。选择新建 SpatialMaterial。点击刚创建出来的材质图标来进行编辑。展开 Albedo 部分，为 Texture 属性加载一张纹理。现在再展开 Uv1 部分，勾选 Triplanar。可以用上面的 Scale 和 Offset 属性来调整纹理在各个方向上的缩放和偏移量。Scale 属性越大，纹理重复得越多。

小技巧

您可以复制一个 SpatialMaterial, 以便在 CSG 节点中重复使用它. 要做到这一点, 在(属性)检查器中点击材质属性旁边的下拉箭头, 然后选择 复制 . 要粘贴它, 请选择您要应用该材质的节点, 单击其材质属性旁边的下拉箭头, 然后选择 粘贴 .