基于“三維動(dòng)畫基礎(chǔ)與建模”課程實(shí)現(xiàn)三維虛擬校園模型的應(yīng)用研究

陳彥伯

摘要：隨著通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的光速發(fā)展，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的推廣和普及，我們的生活節(jié)奏越來越快，世界變得越來越小。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，作為一種已經(jīng)發(fā)展到瓶頸的應(yīng)用型技術(shù)，5G的出現(xiàn)，讓虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)又迎來了屬于它的春天。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要實(shí)現(xiàn)由前期的模型制作部分和后期的交互式實(shí)現(xiàn)部分兩個(gè)部分組成。本文主要探討如何運(yùn)用“三維動(dòng)畫基礎(chǔ)與建模”課程中所講授的內(nèi)容來實(shí)現(xiàn)三維虛擬校園模型場景的制作。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);模型制作;三維動(dòng)畫

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）03-0086-02

0 引言

目前，三維模型制作技術(shù)已經(jīng)在各種領(lǐng)域廣泛的被應(yīng)用。在醫(yī)療領(lǐng)域，三維模型制作技術(shù)被用于制作精確的人體器官模型;同樣的在醫(yī)療領(lǐng)域，三維模型制作技術(shù)還被用于醫(yī)療器械的制作;在影視行業(yè)，三維模型制作技術(shù)被用于制作人物模型和場景模型;在建筑行業(yè)，三維模型被用于展示建筑物外形和景觀的布局。近些年，航天軍事和地質(zhì)勘探等多個(gè)行業(yè)都在使用三維模型制作的技術(shù)。行業(yè)前景發(fā)展一片大好。

1 三維模型技術(shù)應(yīng)用虛擬校園場景制作綜述

1.1 三維模型制作的基本流程

三維模型制作的軟件有很多種，在本文中就不進(jìn)行具體的介紹了。我們主要使用的三維模型制作軟件是Autodesk Maya軟件。

傳統(tǒng)的三維模型制作流程大概分為：前期準(zhǔn)備工作;實(shí)體模型制作;材質(zhì)貼圖制作，三個(gè)部分。

1.1.1 前期準(zhǔn)備工作

因?yàn)橹谱鞯氖侨S虛擬校園的模型，所以前期的準(zhǔn)備工作就是讓學(xué)生利用課余時(shí)間去拍攝圖片參考資料，為了項(xiàng)目能夠順利進(jìn)行，我們項(xiàng)目組還專門購買了一架無人機(jī)進(jìn)行拍攝，以保證整個(gè)校園的平面圖的頂視圖比例準(zhǔn)確。無人機(jī)還能方便的拍攝高大建筑物的正側(cè)視圖，能夠多角度進(jìn)行拍攝。無人機(jī)的使用極大的方便的前期獲取參考素材的便利性。

前期準(zhǔn)備工作的另一項(xiàng)任務(wù)就是大存儲(chǔ)設(shè)備，因?yàn)樾@內(nèi)建筑物較多，所以拍攝的參考素材包括視頻和圖片兩種，文件較大。大的存儲(chǔ)設(shè)備是必要的。

平面圖的制作是前期準(zhǔn)備工作的最重要部分，根據(jù)拍攝資料和衛(wèi)星圖顯示的資料，使用平面軟件繪制校園的平面布局，注意比例一定要準(zhǔn)確。

1.1.2 實(shí)體模型制作

這個(gè)制作過程是整個(gè)項(xiàng)目最重要，也是耗時(shí)最長的部分。項(xiàng)目制作主要由MAYA軟件完成。讓參與項(xiàng)目的學(xué)生，根據(jù)課上所講內(nèi)容和命令，制作校園內(nèi)主體建筑模型和配套設(shè)施模型。

模型的制作主要根據(jù)建筑物的特點(diǎn)進(jìn)行選擇建模方法。主要采用Polygon（多邊形建模），輔助采用NURBS（曲面建模）兩種建模方式進(jìn)行建模。如有必要，也可以采用兩者一起使用的綜合建模方式[1]。

項(xiàng)目制作過程主要以課上講授的命令為主，屬于課上內(nèi)容的升華和提高。三維模型項(xiàng)目的參與有利于學(xué)生能夠更好的掌握專業(yè)知識(shí)技術(shù)，更便于學(xué)生畢業(yè)后的就業(yè)[2]。一舉多得。

制作過程中一定會(huì)遇到一些問題，這些問題我們?cè)诤竺鏁?huì)提出和解決。

1.1.3 材質(zhì)貼圖的制作

這個(gè)制作過程是比較容易出效果的部分，也是相對(duì)簡單的部分。大部分建筑只需要在材質(zhì)編輯器內(nèi)賦予相應(yīng)屬性的材質(zhì)球，并調(diào)節(jié)簡單的顏色和基本參數(shù)即可。

有一些建筑有墻磚，底面有地磚。這些就需要相應(yīng)的貼圖。貼圖可以拍攝圖片，也可以網(wǎng)上下載類似圖片。

還有一些建筑物比較特殊，需要自己繪制貼圖。或者是拍攝照片后進(jìn)行進(jìn)一步的處理。這個(gè)過程就比較復(fù)雜。

在制作材質(zhì)貼圖的時(shí)候，一定要注意把這三種不同的情況區(qū)分開，以提高工作效率。

1.2 三維虛擬校園模型制作中遇到的問題和解決方法

1.2.1 學(xué)生造型基礎(chǔ)薄弱

MAYA軟件的基本命令和基礎(chǔ)操作是比較好掌握的內(nèi)容，但是模型的制作，需要設(shè)計(jì)師有一定的造型基礎(chǔ)。我們要想把學(xué)生培養(yǎng)成為更加專業(yè)的三維模型設(shè)計(jì)師，就需要培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)造型能力。在課后，我們會(huì)給學(xué)生布置一些提高造型能力的專業(yè)繪畫課程，讓學(xué)生把課余時(shí)間更好的利用。

1.2.2 單個(gè)模型制作時(shí)是拼接模型還是一體成型的問題

我們學(xué)習(xí)軟件制作案例，最開始的老師就是教材，或者是網(wǎng)上的案例。無論是書上的教材案例還是網(wǎng)上的案例都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，那就是步驟已經(jīng)設(shè)計(jì)好，模型的分解也已經(jīng)提前被作者完成。

學(xué)習(xí)教程案例的好處是比較容易上手和入門。但是弊病就是會(huì)讓學(xué)習(xí)者喪失了獨(dú)立思考的能力。一個(gè)模型如何去分解，是模型設(shè)計(jì)師需要具備的基本素質(zhì)。在項(xiàng)目制作中，我們往往會(huì)發(fā)現(xiàn)學(xué)生能夠熟練的制作模型的結(jié)構(gòu)，合理的分配點(diǎn)、線、面。但是卻不能合理的拆解模型的分解。

一個(gè)模型，哪些部分需要單獨(dú)制作，哪些部分需要一體成型。要解決這個(gè)問題不僅要考慮到最后模型的面數(shù)，計(jì)算機(jī)的運(yùn)算量，還要考慮到后期材質(zhì)的制作方便。

所以，在制作一個(gè)模型之前合理的解構(gòu)它的組成部分尤為必要。

1.2.3 大型場景模型制作時(shí)Combine、Group、booleans的合理運(yùn)用

針對(duì)上面的問題，這個(gè)問題也是必須要解決的問題。Booleans命令在行業(yè)制作中基本被嚴(yán)禁使用，所以第一個(gè)被排除掉。在項(xiàng)目制作中一定要提醒學(xué)生注意Booleans命令的使用。

Group能夠更加便捷的管理場景中的模型。看起來似乎更加有用。但是在實(shí)際的制作中也會(huì)給我們帶來一些不便。Outline中也會(huì)產(chǎn)生大量的名單。這個(gè)命令一定要慎用。

Combine命令是我建議使用的命令，他能夠更好的讓我們對(duì)Polygon模型進(jìn)行管理。

擅長Photoshop的朋友們可能更加喜歡使用圖層來管理場景中的物體，當(dāng)然這不僅僅包括模型，還可以管理場景中其他的物體。

最后針對(duì)這個(gè)的總結(jié)就是，多種方法配合使用，合理的、有針對(duì)性的進(jìn)行使用才能更好的完成項(xiàng)目的制作。

1.2.4 更好的理解和使用四邊面和三角面

使用Polygon模型制作中，有的時(shí)候最后的輸出對(duì)模型的面是有一定要求的。為了能夠滿足各種輸出設(shè)備對(duì)模型的要求，合理的使用四邊面和三角面就變得尤為重要。insert edge loop tool可以檢測連續(xù)的四邊面，也可以為連續(xù)的四邊面添加環(huán)行線，對(duì)模型制作中細(xì)化模型的細(xì)節(jié)非常的有幫助。

poly count能夠顯示多邊形基本元素的細(xì)節(jié)，必須在模型制作中打開，以便觀察場景中的模型是否出錯(cuò)。

有些場景的使用會(huì)要求把模型轉(zhuǎn)換成三角面，并且對(duì)面的數(shù)量有一定的要求，這就對(duì)我們模型制作的技巧有更高的要求。

2 結(jié)語

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)越來越多的被應(yīng)用在我們的生活中。在目前，三維模型制作技術(shù)作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的重要的組成部分，不僅為社會(huì)，為學(xué)生提供的大量的就業(yè)機(jī)會(huì)，同時(shí)對(duì)從業(yè)者的技術(shù)水平要求也變得越來越高了。這就更加的需要將高校的教育課程更好的融合到實(shí)踐案例中去，需要我們從教者不斷的探索研究各種可能性來提高教育教學(xué)的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳高雅.三維動(dòng)畫技術(shù)在城市景觀設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].美與時(shí)代·城市，2015（7）：33-34.

[2] 陳瑋.基于MAYA的三維建模在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的應(yīng)用研究[J].中國高新區(qū)，2018（12）：32.

Abstract：With the development of communication technology and computer hardware and software technology，with the popularization of 5g network，our life is getting faster and faster，the world is getting smaller and smaller. Virtual Reality Technology， as an applied technology that has developed to the bottleneck， the appearance of 5g has ushered in the spring of virtual reality technology. The main realization of virtual reality technology is composed of two parts： the former part of model making and the later part of interactive realization. This paper mainly discusses how to use the content of the course "3D animation foundation and modeling" to make the 3D virtual campus model scene.

Key words：virtual reality; model making; three-dimensional animation