三維漫游校園動畫的實現(xiàn)

楊涵

摘要：文章設計并實現(xiàn)了一個基于3ds Max的三維虛擬校園。在校園建筑上突出建筑本身，表現(xiàn)建筑與環(huán)境的協(xié)調(diào)和融洽。在鏡頭的表現(xiàn)上，采用大鏡頭鳥瞰、廣角和俯視等展示校園建筑與周邊的環(huán)境，用小鏡頭突出表現(xiàn)建筑本身。同時力aA-些場景內(nèi)物體的生長、色彩的變化、鳥類飛翔和粒子的組合等特效效果。

關鍵詞：3ds Max；三維虛擬校園；組合特效

隨著以計算機為主要工具進行視覺設計和生產(chǎn)的一系列相關產(chǎn)業(yè)的形成，國際上習慣將利用計算機技術進行視覺設計和生產(chǎn)的領域統(tǒng)稱為計算機圖形。它既包括技術也包括藝術，幾乎囊括了當今電腦時代中所有的視覺藝術創(chuàng)作活動，如三維動畫、影視特效、平面設計、網(wǎng)頁設計、多媒體技術、印前設計、建筑設計和工業(yè)造型設計等。本文嘗試設計并實現(xiàn)一個三維虛擬校園，應用3ds Max和相關插件來表現(xiàn)各種類型的動畫的技法，使用Vegas剪輯建筑動畫的做法。另外，還實現(xiàn)了室內(nèi)漫游、校園建筑、周圍環(huán)境建筑以及其他類建筑群的虛擬動畫。

1 虛擬校園動畫的前期工作

虛擬校園需要預見并合理地確定校園的發(fā)展方問、規(guī)模和布局，安排各項建筑，適合整個學校的建設和發(fā)展，達到設施完善、布局合理、環(huán)境優(yōu)美的綜合效果，為學校學生和教師的居住、學習、交通、休息及其他社會活動創(chuàng)造良好的條件。風格的定位與分鏡頭腳本描述如下：3號鏡頭，表現(xiàn)鳥瞰，鏡頭表達內(nèi)容為鳥瞰校園全景，展現(xiàn)規(guī)劃校園的位置、環(huán)境，14秒；6號鏡頭，表現(xiàn)西面，鏡頭的表達內(nèi)容為鏡頭在水面上平移，表現(xiàn)西面建筑和環(huán)境，10秒。素材收集和分工方面，首先要確定項目的具體位置，了解項目的周邊環(huán)境。下面以湖南科技學院為例，進行具體的分析。

2 鳥瞰鏡頭模型的制作

首先拼合規(guī)劃類場景模型。通常存在地形高低起落的問題，在合并模型時需要注意z軸高度。在完成自己分到的模型之后，先按照CAD的位置在頂視圖進行模型對位，再切換到左視圖或其他立面視圖觀察z軸的高度，并調(diào)整好z軸高度。第二，根據(jù)腳本制作鏡頭預演動畫。主要分為2步：根據(jù)腳本制作鏡頭預演，制作鏡頭預覽動畫。第三，優(yōu)化鳥瞰的地形。一個場景中渲染所需要的時間與場景中物體的面數(shù)和物體的數(shù)量是成正比的，所以需要盡量刪減場景中看不見的模型的面，塌陷使用相同材質(zhì)的物體，以減少物體面數(shù)和物體的個數(shù)，從而減輕系統(tǒng)負擔，加速場景的渲染。第四，優(yōu)化場景的主要建筑模型。第五，精簡場景的模型數(shù)量。減少物體的個數(shù)也是很重要的一步。第六，制作遠景配樓。這一步要注意的是，地面并非是水平的，是有高低起伏的坡地，在配樓的擺放上要注意移動它的高度。另外，這種配樓的形狀變化也是必不可少的，如果每一個配樓都要單獨創(chuàng)建，再將它們調(diào)整出不同的形狀、大小和高度，是需要花費大量時間的，而用Greeble插件制作配樓就能節(jié)約很多時間。

3 制作鳥瞰鏡頭材質(zhì)和燈光

在前期建模時不必太過細致地調(diào)整材質(zhì)，只要根據(jù)客戶提供的資料給出材質(zhì)的正確名稱、簡單色彩或貼圖就行了，調(diào)整材質(zhì)主要分為幾種：水面材質(zhì)、玻璃材質(zhì)、鋁板材質(zhì)。而道路材質(zhì)是建筑動畫場景中用的比較多的。在大鳥瞰的場景中，掃描線渲染還是有很大的速度優(yōu)勢的，而且這種鏡頭沒有太多的建筑細節(jié)可以表現(xiàn)出褪暈和虛實的變化，VRay也難以發(fā)揮長處，所以在這個鏡頭中將使用標準燈光來完成渲染工作。

第一個光源來自太陽，它是一個從小的光源發(fā)出的白色光，會產(chǎn)生尖銳邊緣的陰影。第二個光源是藍色的天光，天光是一個非常大的光源，所以它產(chǎn)生了非常柔和的陰影，物體之間的互相反彈光線提供了第三個光源。太陽發(fā)出的白色光由不同的顏色連續(xù)光譜形成，白色其實是7種光混合的效果，當光子在大氣中傳播時，會與空氣中粒子碰撞而偏離方向，較短波長的光被散射。而藍色光子在各個方向反彈，使大氣實際上就是一個發(fā)藍光的光源，正是由于這些物理作用，從而使天空成為藍色。光照射到一個物體表面時不是被反彈就是被吸收，反彈與吸收由物體表面的顏色決定。白色物體反射所有波長的光，黑色物體則吸收所有波長的光。主光源的方向?qū)鼍笆欠浅Ｖ匾模苯佑绊憣⒁磉_的效果。在渲染中，經(jīng)常會用光效來表達不同的時間效果，例如，清晨、黃昏、白天和傍晚。在清晨和黃昏的渲染上往往不好區(qū)別，因為在渲染時都喜歡給燈光加上橙色和白色，這樣使周圍環(huán)境和物體都反映這種顏色。白天的燈光相對好把握一些，光更多的是根據(jù)環(huán)境而變化的，夜晚的人工光源種類繁多，光線變化則比較豐富。

鳥瞰鏡頭的后期校色與輸出，主要在After Effects軟件中完成。

4 制作水邊校園建筑鏡頭

在細化場景之前先渲染幾幀進行觀察，分析得知這是一個臨近愛蓮湖的鏡頭，著重表現(xiàn)的是鏡頭和湖堤的環(huán)境。首先應該為遠景的湖添加一些荷葉。在中景里，離建筑近的地方添加一些高大的樹，讓樹來遮擋建筑與地面深硬的交界線，用樹與樹之間的遮擋關系來拉開建筑遠近的距離；在湖堤的中間有一些柳樹，在湖面附近有一些水草；近景的水面比較空，準備加一些小魚，使靜止的環(huán)境中有一些動的元素在里面，這樣畫面才能更加生動，還可以在天空中加入飛鳥，以體現(xiàn)校園良好的生態(tài)環(huán)境。

5 水邊校園建筑鏡頭的渲染

設置VR低參數(shù)渲染。創(chuàng)建VR物理攝影機和VR陽光。在前面的鏡頭預演中，所使用的是“目標攝影機”來制作鏡頭預演的，由于在最終渲染時，最終確定使用“VR陽光”來模擬太陽光，而“VR陽光”與“VR物理攝影機”配合是能夠得到最為真實的效果的，而且“VR物理攝影機”能夠很方便地調(diào)解畫面的明暗和偏色。使用混合貼圖制作動畫背景。為場景添加遠山（西山）和云彩，但是同時也希望保留VR的天光照明。在這里，考慮使用平面物體來制作背景。使用VR代理物體添加高精度模型樹。樹木種植完畢以后，考慮可以在沿湖的地方種一些高精度的模型樹，增加畫面的效果，而模型樹的精度是非常高的，有些甚至是幾十萬面一棵，由于模型量巨大，所以，模型樹很少用于動畫渲染中，而在VR的渲染器中，如果使用VRay代理物體，渲染數(shù)百棵這種樹木的速度也是很快的。制作場景的水面材質(zhì)和主體建筑玻璃材質(zhì)。由于“菲涅爾”反射的原因，近處和遠處近似垂直的水面反射很弱，水面接近透明，遠處的反射則比較強烈，這一點也在照片中得到了體現(xiàn)。制作草地的材質(zhì)。畫面效果的統(tǒng)一調(diào)解與最終渲染。完成上述調(diào)解以后，還可以利用“VRay物理攝影機”對畫面的亮度和色彩進行一些修正。實際中應用AfterEffects等專業(yè)的后期軟件來完成。