偽三維

**偽三維**（又稱為 **2.5D**、**假 3D 或偽 3D**），是一種用於在二維畫面中所應用的技術，使圖像或場景有著三維的視覺效果。對於電子遊戲來說，多邊形技術未成熟或是遊戲主機（電腦、電子遊戲機）機能不足以支援的時代，產生了許多過渡產物。此類遊戲雖然有著看似立體的外觀，可是卻並非真正意義上的三維遊戲，因此一般都統稱為偽三維遊戲。在部分三維圖形遊戲中，僅使用平面坐標或使用固定相機位置的遊戲同樣被稱作偽三維遊戲。作為對比，沒有以上限制的三維圖形技術遊戲就被稱為真三維遊戲。

## 電腦圖形

### 等軸測投影和斜向投影

在等軸測投影和斜向投影這兩種投影的形式中，視角被輕微轉動來使得物體的其他面可見，產生一種三維環境的感覺。可以認為一個物體被「傾斜放置」在螢幕前。圖像可以被看作該物體的特定角度在遊戲平面上的投影，且不同邊的長度根據投影位置關係被分別調整。

這種效果常用於二維遊戲的相機透視效果。在第四世代遊戲機和掌上遊戲機中較為常見。較新的戰略遊戲和角色扮演遊戲也經常用到。它結合了俯視視角遊戲的角色的操控性和橫版遊戲的角色辨識度。這樣玩家就能夠獲得遊戲世界的一個俯視視角，同時能夠看到角色的身體側面細節，而不是像俯視遊戲一樣只能夠看到角色頭頂和肩部。

等軸測投影有三大類別：_等距投影_ ，_二軸測投影_（對稱與不對稱）和_三角投影_。等距投影在工程圖領域較為常見。這種投影方法通過旋轉物體使三條坐標軸投影的夾角均為 120 度。這樣的好處是物體在三個方向上的縮放長度均相等。在遊戲中，為方便在方形像素顯示器上進行抗鋸齒處理，大部分投影處理選擇 2:1 的像素長寬比例。

_Ultima VII: The Black Gate_ 和 _Paperboy_ 均使用等軸測投影，而 _SimCity 2000_、角色扮演遊戲 _Diablo_ 和 _Baldur's Gate_ 均使用斜向投影。

### 看板

在三維場景中，看板技術常常指視野中的一個二維圖像元素。因其效果類似於看板的外觀而得名。這項技術在 20 世紀 90 年代初的遊戲中被普遍應用，因當時裝置機能限制，無法很好的彩現全三維的物體。這項技術也同樣被應用於背景中。當一個物體距離相機過遠時，可以將其用二維的精靈圖代替，從而大幅提升遊戲效能。在遊戲中最為常見的看板技術莫過於粒子（雨滴，煙，火花等）和解析度要求不高的的植被。_侏羅紀公園：侵入者_ 就是經典案例之一。這項技術曾經被大量遊戲應用，如 _Rome: Total War_ 將其用於表示戰場上成千上萬的士兵。第一人稱射擊遊戲_毀滅公爵 3D_ 和賽車遊戲_瑪利歐卡丁車_ 均有用到此項技術。

### 天空盒與穹頂

天空盒或穹頂被用於創造一個看起來比實際視野更加廣闊的環境。如果使用的是方形的天空盒，遠到無法觸及的物體如高山和雲等將會以方形貼圖技術表現在四周，創造出一種三維空間遙遠物體的感覺。穹頂則使用球體或半球體。

天空盒或穹頂一般隨著視野位置一起移動，來讓觀察者感到其貼圖上的景物十分遙遠。因為在真實世界中，隨著觀察者移動，遠處的景物看起來也並不會有太大改變。因此，天空盒或穹頂中的景物看起來與觀察者始終保持著無限遠的距離。在背景貼圖中不應包含過多分離的物體或較近的物體，否則將會導致觀察者移動時發現物體仍然靜止，從而產生違和感。

### 近大遠小

在某些遊戲裡，部分物體的大小會隨著與玩家的遠近不同而改變。SEGA 於 1986 年發布的遊戲 _Out Run_ 就是一個典型例子。

在 _Out Run_ 中，玩家需駕駛一輛法拉利深入遊戲場景。街道兩側的棕櫚樹雖使用同一個點陣圖，但被縮放到不同的大小以營造遠近感。大量消耗記憶體的看板被 _Out Run_ 用於彩現即使在最高能見度模式下也看不到邊際的水波和玉米地。

_Drakkhen_ 作為第一個宣稱使用三維場景的角色扮演遊戲值得一提。然而，遊戲並不包含三維引擎，而是使用縮放玩家的演算法來營造類似的效果。玩家的隊伍在向量控制的場景內活動，而所有的物體都根據距離進行縮放。 _Drakkhen_ 還帶有動態晝夜交替和開放世界遊戲，均在同時代遊戲中難得一見。此類引擎後來被用於 _Eternam_ 遊戲。

某些行動端遊戲，比如 _Asphalt: Urban GT 2_ 和 _Asphalt 3: Street Rules_ 的行動版，使用這種方法彩現景物和樓房。

### 平行捲動

平行捲動指一組二維精靈圖或圖片層獨立於背景以不同的速度移動來營造景深的效果。 上世紀 40 年代，傳統動畫所使用的多平面相機衍生出了這項技術。 這種技術最初被用於 1982 年的大型電玩遊戲 _Moon Patrol_。._Rise of the Triad_ 的天空，_Rygar_，_音速小子_，快打旋風 II （Street Fighter II: The World Warrior），_Shadow of the Beast_，_Dracula X Chronicles_，_超級瑪利歐世界_ 中靠近靠近幻象森林出口的一關和未使用的一關。

### Mode 7

Mode 7 是電子遊戲機超級任天堂的一種圖形方式，可讓逐掃描線式的背景層支援旋轉與縮放以創造大量不同的三維效果。

### 射線彩現

使用射線彩現技術的遊戲在相機位置從不同角度射出多條「射線」，當它們碰到牆或物體時，將會在螢幕對應位置彩現圖像。 
早期的第一人稱射擊遊戲使用射線彩現來創造一個類似於三維的效果。即使看上去是三維世界，玩家既不能上下轉動視角，也不能跳躍或蹲下，因為地圖仍是二維的。

### 凹凸貼圖，法線貼圖和視差貼圖

**凹凸貼圖**，**法線貼圖**和**視差貼圖**是在 3D 彩現（例如視訊遊戲）中處理紋理的技術，以在不需要彩現額外多邊形的情況下表現出物體表面上的凹凸紋路。經過此類技術處理後，諸如石牆等表面的紋理外觀將具有更明顯的深度，看起來更為真實，對彩現的負載影響也較小。

**凹凸貼圖**技術根據一張叫做「高度圖」的灰度圖片，在光照計算期間擾動物體的表面法線來實現物體表面凹凸不平的效果。儘管物體的表面形狀實際上沒有改變，視覺上該物體的表面已經變得凹凸不平。凹凸貼圖技術由 Blinn 於 1978 年引入。

**法線貼圖**將陰影點到光源方向的單位向量與垂直於該表面的單位向量相乘，得到的數量積即為該表面上的亮度。你無法用多邊形構造一個完美的球體，但通過在你的「球體」上應用一個 3 通道點陣圖貼圖，可以加入更精緻的多邊形效果。該點陣圖中的每個通道對應一個空間維度（XYZ），這些空間維度關聯於某個恆定坐標系來計算基於該物件的物體空間凹凸貼圖，或某個緩慢變化的坐標系（由貼圖材質坐標的位置決定）來計算基於物件切面的切空間凹凸貼圖。與先進的照明技術相結合，法線貼圖可以有效地為你的「球體」表面增加更多細節。

**視差貼圖**（又被稱為**補償貼圖**或**虛擬位移貼圖**）是增強過的凹凸貼圖與法線貼圖技術。該技術通過計算視差角（視線與彩現平面法線構成的角）的正切值函式與視角位置的投影高度來偏移表面上的材質。 在更傾斜的角度，材質會更加偏移，通過透視原理產生隨視角變化的表面「深度」的錯覺。

## 影視和動畫技術

該術語還用於描述通常在音樂影片中使用的動畫效果，更常見的是在標題序列中使用。 電影受到電影製片人羅伯特・埃文斯（Robert Evans）的覆寫而引起了人們的廣泛關注，其中涉及在三維空間中對二維圖片進行分層和動畫處理。 此技術的早期範例包括 Liz Phair 的音樂影片 Down（由 Rodney Ascher 導演）和「 A Special Tree」（由音樂家 Giorgio Moroder 導演）。

## 平面設計

該術語還指的是圖示和圖形化使用者介面（GUI）設計中經常使用的效果，其中左側（或在某些情況下為右側）存在虛擬光源會產生輕微的 3D 幻覺， 和一個人的電腦顯示器上方。 光源本身始終是不可見的，但其效果可以從頂部和左側的較淺顏色（類比反射）以及在此類物件的右側和下方的較暗顏色（類比陰影）中看到。
可以在某些專用的圖形設計軟體（例如 Pixologic 或 ZBrush）中找到該技術的進階版本。 這個想法是程式的畫布代表一個普通的 2D 繪畫表面，但是儲存像素資訊的資料結構還能夠儲存有關索引的資訊以及材質設定，鏡面反射性等。 該資料因此可以類比照明，陰影等。

## 2.5D 和 3D 繪圖的比較

在數位繪畫的領域裏，立體式數位繪畫是以立體圖形或半立體圖形來表現物體的外觀、特徵及造型的繪圖方式，可分為 2.5D 數位繪畫及 3D 數位繪畫兩種，通常以 3D 數位繪畫稱之。而 2.5D 數位繪畫建構圖像的方式與 3D 數位繪畫雷同，從建模 (Modeling)、材質和紋理貼圖（Material & Texturing）、攝影機和燈光設定（Camera & Lighting）到算圖 (Rendering)，皆以相同的繪圖方式進行。但 2.5D 數位繪畫，則較接近一般浮雕的表現方式，以單面立體圖形重疊的方式處理，因此 2.5D 數位繪畫大都只能從單一角度取得所需要的畫面。

## 2.5D 平台遊戲

術語「 2.5D」也適用於使用多邊形圖形彩現世界和 / 或角色，但其遊戲玩法僅限於 2D 平面的 3D 遊戲。範例包括 Pandemonium！，Einhänder，風之少年 通往幻夢界之門 （Klonoa: Door to Phantomile），星之卡比 64 （Kirby 64: The Crystal Shards）（儘管場景朝向和遠離相機），小小大星球（LittleBigPlanet）（儘管它具有三層厚的運動場），飛天幽夢 （Nights into Dreams）。以及《新超級瑪利歐兄弟》的 Crash Bandicoot 系列有時被稱為 2.5D，因為角色和場景以 3D 彩現，但是其大多數級別都不像「真正的」 3D 平台遊戲那樣自由漫遊。

一些格鬥遊戲，例如《超級粉碎兄弟》系列，漫威與 Capcom 3，《快打旋風 IV》，《真人快打》，《 BlazBlue》，《聖騎士之戰 Xrd》和《格鬥天王 XIV》，還使用 2.5D 來展示 3D 背景和 / 或角色，同時限制動作到 2D 平面。 2D 捲動射擊遊戲是另一種類型，其中 2D 遊戲（例如在 Ikaruga 中）經常使用 3D 圖形。

在某些遊戲中，例如 Goemon 的《大冒險》和《 Pandemonium！》，遊戲區域可以描述為在三維空間中的二維曲面扭曲和彎曲。在此表面內，角色和物理行為類似於傳統的側滾平台遊戲。但是，有一些通常的側滑平台遊戲無法實現的扭曲：在此類遊戲中，通常是讓二維平面在某些點上與自身或其他平面交叉，從而在過程中產生「軌跡切換」 。玩家可以通過這種方式探索 3D 世界的不同區域，也可以無縫地回到先前的點。與「背景」（3D 風景中不可存取的點）的互動也得到了廣泛使用。其他 2.5D 遊戲允許角色與原始 2D 平面之外的物件進行互動；例如，在平台遊戲射擊者 Shadow Complex 中，玩家可能需要瞄準並向場景背景中的敵人射擊。

## 歷史

最早使用偽 3D 的視訊遊戲主要是大型電玩遊戲，最早的已知範例可以追溯到 1970 年代中期，當時他們開始使用微處理器。 1975 年太東（Taito）發行了 Interceptor，早期的第一人稱射擊和戰鬥飛行模擬器，涉及到駕駛噴氣式戰鬥機，使用八向操縱桿瞄準十字準線，並向敵機射擊，該敵機以兩列的形式移動，並根據距飛機的距離而增加 / 減小。 1976 年，SEGA 發布了 Moto-Cross，這是一款基於摩托車越野比賽的早期黑白摩托車視訊遊戲，最引人注目的是引入了早期的三維第三人稱視角。 該年晚些時候遂將遊戲重新命名為 Fonz，作為流行情境喜劇《快樂日子》的搭檔。 兩種版本的遊戲均以第三人稱視角顯示了不斷變化的向前捲動道路和玩家的自行車，其中，靠近玩家的物體大於靠近地平線的物體，目的是使車輛越過馬路， 爭分奪秒地賽車，同時避免任何迎面而來的摩托車或越野駕駛。此外還有雅達利（Atari）的夜間飆車（Night Driver），儘管看不到道路或玩家的車，但該遊戲還是它在路邊呈現了一系列標識。 使用向量圖形的遊戲在建立偽 3D 效果方面具有優勢。 1979 年的 Speed Freak 更詳細地重現了 Night Driver 的視角。

1979 年，任天堂推出了 Radar Scope，這是一個射擊類遊戲，它為該類型引入了三維第三人稱視角，幾年後又被科樂美（Konami）的 Juno First 和動視（Activision）的 Beamrider 等同類遊戲所模仿。1980 年，雅達利的終極戰區（_Battlezone_）是偽 3D 遊戲的突破，以前所未有的逼真度重新建立了 3D 視角，儘管遊戲玩法仍是平面的。 同年，Red Baron 更新，採用縮放向量圖像的方法建立了向前捲動的軌道射擊遊戲。

SEGA 的大型電玩射擊遊戲《Space Tactics》於 1980 年發布，允許玩家使用 GUI 十字準線瞄準目標，並向靠近他們的敵人發射雷射到螢幕上，從而創造早期 3D 效果。

## 技術細節與概括

使用偽 3D 而不是「真實」 3D 電腦圖形的原因是，必須類比三維外觀的圖形的系統功能不足，無法處理 3D 電腦圖形的計算密集型常式，但仍能夠使用修改 2D 圖形（如點陣圖）的技巧。這些技巧之一是越來越多地拉伸點陣圖，從而使其在每個步驟中都變大，以使物件的效果越來越接近播放器。

即使簡單的陰影和圖像大小也可以視為偽 3D，因為陰影使圖像看起來更逼真。如果 2D 遊戲中的燈光是 2D，則僅在輪廓上可見，並且由於輪廓通常很暗，因此不會非常清晰可見。但是，任何可見的陰影都將指示偽 3D 照明的使用，並且圖像使用偽 3D 圖形。更改圖像的大小可能會導致圖像看起來越來越近或越來越遠，可以考慮類比第三維。

維度是資料的變數，可以對映到空間中的特定位置；通過向 x，y 或 z 平面添加值，可以為 2D 資料指定 3D 體積。將每個 2D 位置與高度 / 高程值相關聯的「將高度分配給地形圖的 2D 區域」將建立 2.5D 投影；這並不是「真正的 3D 表示」，而是像 3D 視覺表示一樣使用，以「簡化圖像的視覺處理以及所得到的空間認知」。

## 參見

* 3D 電腦圖形
* 浮雕
* 卡通彩現
* 視覺陷阱
* 向量圖形

## 參考資料