基于3Dmax虛擬校園場景的實(shí)現(xiàn)

梁炎新

[摘要]通過虛擬校園，可實(shí)現(xiàn)校園的教學(xué)、服務(wù)、管理等過程的數(shù)字化信息管理。本文以3Dmax軟件為平臺(tái)，通過探討虛擬校園場景實(shí)現(xiàn)的理論和技術(shù)方法，對(duì)江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院虛擬校園場景進(jìn)行初步的實(shí)現(xiàn)。

[關(guān)鍵詞]3Dmax虛擬校園 建模 數(shù)字化

[中圖分類號(hào)]G71 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1672-5158（2013）06-0337-02

江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院一直努力打造建設(shè)以網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字化信息為平臺(tái)的數(shù)字化校園，使其能在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上構(gòu)建起對(duì)學(xué)院的教學(xué)、管理、科研、生活服務(wù)、技術(shù)水平等校園文化信息的收集、處理、存儲(chǔ)、整合、傳輸與應(yīng)用的虛擬校園教育環(huán)境。而虛擬校園的實(shí)現(xiàn)是數(shù)字化校園工程的重要部分之一。虛擬校園可以提供三維立體化的虛擬環(huán)境，呈現(xiàn)校園的立體感，一方面可以能更好的使得外界加深對(duì)學(xué)院的了解，另一方面可支持實(shí)現(xiàn)對(duì)江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院的資源管理、遠(yuǎn)程訪問、學(xué)校發(fā)展和環(huán)境規(guī)劃等功能。

一、3Dmax簡介

3D max（簡稱max）軟件，由國際著名的Auto desk公司的子公司Discreet公司制作開發(fā)的，它是集造型、渲染和制作動(dòng)畫于一身的三維制作軟件。在應(yīng)用范圍方面，廣泛應(yīng)用于廣告、影視、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、三維動(dòng)畫、多媒體制作、游戲、輔助教學(xué)以及工程可視化等領(lǐng)域。3Dmax軟件已向智能化，多元化方向發(fā)展。

二、基于3Dmax的虛擬校園的實(shí)現(xiàn)

本案例的總體制作過程可以分為資料收集與整理、三維建模、材質(zhì)與貼圖設(shè)計(jì)、攝像機(jī)與燈光設(shè)計(jì)、渲染輸出和后期合成制作等六個(gè)環(huán)節(jié)。

（一）資料收集與整理

根據(jù)虛擬校園建立過程中不同地物精度和尺寸要求的差異，進(jìn)行有選擇性地運(yùn)用動(dòng)態(tài)GPS采集江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位數(shù)據(jù)；并依據(jù)三維模型在建立時(shí)紋理照片的應(yīng)用情況，利用分辨率高的數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園景觀和建筑物紋理和貼圖的采集。

（二）三維建模

三維建模的好與壞會(huì)直接影響虛擬校園的效果質(zhì)量，因此在建模的制作過程中應(yīng)該要盡量地全面地逼真地呈現(xiàn)出江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園的真實(shí)面貌，讓人有一種身臨其境的感受。三維建模制作主要針對(duì)的是校園的建筑物、校園設(shè)施、綠化和道路進(jìn)行建模。三維建模的原則包括：1、在確保建模物體可塑性和真實(shí)性的前提下，盡量使得模型中所含的面數(shù)最少；2、在合理的情況下盡量的壓縮紋理；以利于紋理正確的顯示；3、構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)庫要細(xì)致。在3Dmax中三維模型的建立有許多種方法，包括：復(fù)合建模、NURBS建模、面片建模、參數(shù)化建模、多邊形建模、修改器建模、BOOLEAN建模、材質(zhì)建模、LOFT放樣建模和依附建模等。

一般來說，沒有固定的建模方式，每一種建模的方式都會(huì)有各自不同的特點(diǎn)，使用者應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需求來使用，甚至可以同時(shí)使用多種建模方式來進(jìn)行三維建模。例如在主樓的制作過程中主要運(yùn)用到的建模及修改器技術(shù)方法為：1、墻體，運(yùn)用線條畫出樓體的主要輪廓，再運(yùn)用樣條線編輯出線條的輪廓，再運(yùn)用擠出修改器擠出樓體高度。2、樓體形狀，整體樓體擠出后是一個(gè)整體的長形樓體，運(yùn)用布爾運(yùn)算將樓體多余的部位去除，便可得樓體的特殊形狀。3、門窗，先在樓體本身畫出所需窗口大小，在運(yùn)用布爾運(yùn)算做出窗口，用樣條線畫出所需門窗的形狀，對(duì)樣條線做放樣運(yùn)算即可得到所需圖形。樓體外凸出條紋：將長方體進(jìn)入修改器按比例長短修改。其他各樓的制作方法基本相似。

（三）材質(zhì)與貼圖設(shè)計(jì)

在虛擬校園場景中，每一種物體都有他自己獨(dú)特的表面特性，如自發(fā)光、不透明度、顏色等，而要在3Dmax中逼真的表現(xiàn)校園場景中各種建筑物、校園設(shè)施和綠化等實(shí)物的各種物理特性，就要用到材質(zhì)與貼圖，材質(zhì)用于模擬真實(shí)物體表面的特性，如不透明度、自發(fā)光和顏色等，使網(wǎng)絡(luò)對(duì)象的表面在渲染時(shí)能夠?qū)⑦@些特性表現(xiàn)出來。而指定到材質(zhì)上的圖像被稱為貼圖，貼圖的主要作用是模擬物體表面的紋理和凹凸效果。在3Dmax中可以對(duì)材質(zhì)的多種通道指定貼圖，這樣就可以利用貼圖來影響物體的不透明度、折射、反射和自發(fā)光等特性。合理使用材質(zhì)和貼圖，不但可以真實(shí)地模擬校園場景物體表面的特性，還可以減少校園模型的復(fù)雜度、并且彌補(bǔ)模型存在的錯(cuò)誤和不足。

（四）攝像機(jī)與燈光設(shè)計(jì)

攝像機(jī)與燈光是3Dmax中兩種非常重要的渲染手段。攝像機(jī)給三維動(dòng)畫設(shè)計(jì)師模擬出了一個(gè)完整的電影世界，提供了豐富的透視和視角效果。燈光則可以使場景中的對(duì)象表現(xiàn)出出色的質(zhì)感與空間感，提供了鮮明的光亮對(duì)比度和絢麗的光照效果。

在本案例燈光使用中，主要用了泛光燈（如太陽等四面發(fā)射光線的光源）和方向燈（如路燈等有照明方向的光源）。燈光起著照明場景，投射陰影以及增添氛圍的作用。同真實(shí)的燈光一樣，可以選擇光色、強(qiáng)度、設(shè)置衰減等，也包括一些真實(shí)燈光所沒有的特性，如對(duì)場景中的物體選擇性的影響以及是否投射陰影的控制。其中泛光燈是3Dmax場景中用得最多的燈光之一，主要指按360球面向外照射的電光源。設(shè)置的主要步驟有：1、建立兩盞泛光燈；2、調(diào)整燈光位置；3、設(shè)定反光點(diǎn)；4、燈光色彩調(diào)整。而聚光燈的主要步驟有：1、參數(shù)調(diào)節(jié)聚光范圍；2、指定投影圖像；3、排除物體受光影響。

攝像機(jī)的創(chuàng)建則給動(dòng)畫設(shè)計(jì)師提供了一個(gè)完整的電影世界。各種焦距、隨意的角度及其他各種特殊效果，能制作豐富多彩的動(dòng)畫。本案例中需要用到攝像機(jī)中大量的功能，包括推拉鏡頭、平移、搖鏡頭、旋轉(zhuǎn)角度等。通過攝像機(jī)沿著某一個(gè)路徑運(yùn)動(dòng)，或者旋轉(zhuǎn)、改變鏡頭焦距、改變視覺角度等可以制作出模擬校園場景的各種動(dòng)畫來。

（五）渲染輸出

在渲染之前，先配置好渲染器，設(shè)計(jì)中使用的是VR渲染器。配置好渲染器后，選擇好輸出環(huán)境，然后開始對(duì)場景進(jìn)行渲染的配置。在選擇輸出的同時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)匿秩緯r(shí)間長度、幀數(shù)、分辨率、天氣、效果等。幀數(shù)不能選擇過低或過高，太低了渲染的時(shí)候看不出效果；過高時(shí)，如果電腦配置不高將會(huì)渲染的非常慢，還可能出現(xiàn)一些故障或錯(cuò)誤。而且較大場景的渲染會(huì)占用大量時(shí)間，所以在制作過程中，盡量減少場景的大小。

（六）后期合成制作

后期合成制作，就是利用實(shí)際拍攝江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園場景所得到的素材，通過三維動(dòng)畫和合成手段制作特技鏡頭，然后將鏡頭剪輯到一起形成一個(gè)完整的影片，并制作音效和添加聲音。此次設(shè)計(jì)使用的后期制作是會(huì)聲會(huì)影X5。？Corel VideoStudio Pro X5是一套操作最簡單，功能最強(qiáng)捍的DV、HDV影片剪輯軟件。不僅完全符合家庭或個(gè)人所需的影片剪輯功能，甚至可以挑戰(zhàn)專業(yè)級(jí)的影片剪輯軟件。

本案例將渲染完成的AVI文件導(dǎo)入Corel VideoStudio Pro X5中，片頭加上“基于3DS MAX的虛擬校園場景的實(shí)現(xiàn)”設(shè)置停頓時(shí)間為5秒，結(jié)尾加上學(xué)校、系部、指導(dǎo)老師、學(xué)生姓名和制作時(shí)間，設(shè)置時(shí)間為7秒，重新渲染。最后輸出完成視頻制作。

三、結(jié)束語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一項(xiàng)綜合集成技術(shù)，涉及計(jì)算機(jī)圖形、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域，它用計(jì)算機(jī)生成逼真的三維效果。3DAMX技術(shù)建立的虛擬校園，直觀、真實(shí)地展現(xiàn)了江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院的校園風(fēng)貌，得到了較為滿意的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]陳立，王文開，胡嫣，黃會(huì)祺，基于5DSMAX的三維虛擬校園動(dòng)畫漫游的實(shí)現(xiàn)[J]中國教育信息化，2010（3）

[2]李京忠，王軒，盛吉，王勝，基于Arcscene和3Dmax虛擬校園的初步實(shí)現(xiàn)[J]，許昌學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（3）

[3]劉向銅，熊助國，曹秋香，基于3Dmax的虛擬現(xiàn)實(shí)的建立過程的探討[J]，西部探礦工程，2009（2）

[4]肖靈君，劉紫薇，基于3ds Max和Wirtools的虛擬校園的開發(fā)和設(shè)計(jì)[J]，計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)，2009（12）

[5]蔡曉庭，3DMAX建模及其在虛擬校園設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[D]，常州：常州大學(xué)，2011：1-36