論三維游戲建模技術(shù)在虛擬場(chǎng)景的運(yùn)用

張志遠(yuǎn) 陳歡

摘要：目前隨著我國新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。游戲產(chǎn)業(yè)也隨之發(fā)展迅速，游戲玩家的人數(shù)逐年增多。如今，三維技術(shù)在游戲領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。而3D游戲已經(jīng)成為了，當(dāng)代游戲玩家最忠實(shí)的游戲類型。3D游戲就是三維游戲，三維技術(shù)在游戲中所創(chuàng)造的效果能夠達(dá)到無法表現(xiàn)的、充滿畫面感、富有想象力的視覺感受，能使玩家更加真實(shí)的體會(huì)游戲，仿佛置身與游戲當(dāng)中，享受著游戲的樂趣。場(chǎng)景建模，是3D游戲中置為重要的組成部分。優(yōu)秀的場(chǎng)景建?？梢蕴嵘?D游戲的美感，強(qiáng)化其渲染的主題，使3D游戲的效果更加的充足。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)是，以南京建筑為例，建模一個(gè)其中的建筑場(chǎng)景。所以選了南京代表性的建筑，總統(tǒng)府為例，并結(jié)合實(shí)地考察，制作了一個(gè)較完整的總統(tǒng)府場(chǎng)景建模。對(duì)主要建筑的構(gòu)造以及建模，有了一定的細(xì)致研究。本文以此為據(jù)，舉例分析了總統(tǒng)府內(nèi)標(biāo)志性傳統(tǒng)建筑的結(jié)構(gòu)以及其功能性，并結(jié)合了場(chǎng)景模型制作設(shè)計(jì)過程中需要用到的建模軟件3ds Max，論述了3d游戲建模技術(shù)在傳統(tǒng)建筑模型中的運(yùn)用。以及對(duì)場(chǎng)景建模中所遇到的一些問題的解決辦法。

關(guān)鍵詞：場(chǎng)景建模;三維技術(shù);傳統(tǒng)建筑

緒論

現(xiàn)如今，三維建模對(duì)各個(gè)領(lǐng)域都有聯(lián)系，已經(jīng)成為當(dāng)今不可缺少的軟件。游戲領(lǐng)域更是依靠三維技術(shù)。游戲場(chǎng)景建模是游戲場(chǎng)景構(gòu)成的極為重要的組成部分，游戲場(chǎng)景是游戲除了角色塑造之外，其他的部分都包含在其中。通過渲染加強(qiáng)游戲的主題，成功的場(chǎng)景建?？梢蕴岣邉?dòng)畫的檔次，可以使渲染建模時(shí)更加的豐富。場(chǎng)景建模的適當(dāng)增強(qiáng)對(duì)三維游戲的附加值，會(huì)直接影響整個(gè)游戲的風(fēng)格和藝術(shù)水平。

本文通過研究三維技術(shù)在游戲場(chǎng)景當(dāng)中的運(yùn)用，以南京總統(tǒng)府場(chǎng)景建模為例。收集相關(guān)資料，來探索場(chǎng)景建模的制作的方法。文章第一部分是對(duì)南京總統(tǒng)府的簡(jiǎn)述，第二部分是結(jié)合本人畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)場(chǎng)景建模的制作進(jìn)行分析，第三部分是場(chǎng)景建模過程中，遇到的問題以及改善的方法。

一、南京總統(tǒng)府模型的制作意義

南京總統(tǒng)府是南京市地標(biāo)，也是民國時(shí)期主要的代表建筑之一，中國近代歷史產(chǎn)物的重要標(biāo)志。其既有屬于中國南方特色的江南園林，也有近代西風(fēng)東漸時(shí)期的建筑遺存，直到今天，已經(jīng)有六百多年的歷史。

本著尊重現(xiàn)狀、尊重歷史的原則，使用3d游戲建模技術(shù)進(jìn)行還原，不僅可以體現(xiàn)總統(tǒng)府建筑群的傳統(tǒng)特色，而且提升了畫面的美感，豐富了視覺的享受，還可以渲染氣氛， 使人身臨其境，體驗(yàn)更加飽滿真實(shí)感。對(duì)古建筑研究、文物的保護(hù)、景區(qū)的規(guī)劃和管理，以及推動(dòng)傳統(tǒng)建筑文化與藝術(shù)的相結(jié)合，也具有重要的應(yīng)用意義。

二、總統(tǒng)府場(chǎng)景的創(chuàng)作過程

（一）場(chǎng)景的設(shè)計(jì)理念

在實(shí)地考察南京總統(tǒng)府之后，得出了一些結(jié)論?？紤]到南京總統(tǒng)府的場(chǎng)景過于宏大，所以選取了主要的幾個(gè)建筑進(jìn)行制作。在分析了南京總統(tǒng)府的地圖之后，劃分了其主要建筑、次要建筑、以及環(huán)境因素等等。一般來講人最先觀察的是主體物，可以使人眼前一亮。反之，次要的建筑簡(jiǎn)要概括。這樣可以有效的控制游戲場(chǎng)景的資源消耗，也可以提高場(chǎng)景建模的制作效率。

然后在制作南京總統(tǒng)府場(chǎng)景的大致形狀。在劃分完總統(tǒng)府場(chǎng)景的規(guī)劃區(qū)域之后，首先要把場(chǎng)景中的建筑物用簡(jiǎn)單的幾何物體代替，其主要目的是，先把總統(tǒng)府建筑中的高點(diǎn)和低點(diǎn)，與個(gè)模型之間的比例大小進(jìn)行相對(duì)匹配。不追求細(xì)節(jié)，先把總統(tǒng)府場(chǎng)景模型的大體布局先完成?？梢愿玫恼莆瘴矬w之間的聯(lián)系。

通過3d游戲建模技術(shù)可以把南京總統(tǒng)府建筑、風(fēng)景全部還原到游戲中，讓它們重新煥發(fā)生命力。模型的制作方法就是結(jié)合3ds Max軟件，先建立出基本形狀建造出基本形狀之后，再轉(zhuǎn)化為可編輯多邊形模式，一步一步的制作，利用不同的視圖窗口，例如左視圖與頂視圖等，可以根據(jù)不同的視角，來調(diào)整模型的外形以及位置，最后拼接到一起，再貼上相應(yīng)的貼圖，做出成品。為之后的精細(xì)加工取得更好的鋪墊。

之后在精細(xì)調(diào)節(jié)總統(tǒng)府建筑的細(xì)節(jié)，當(dāng)整個(gè)場(chǎng)景模型的布局和比例關(guān)系確立以后，就需要對(duì)總統(tǒng)府的各個(gè)建筑進(jìn)行細(xì)節(jié)的制作，最終達(dá)到建模的最佳效果。所有建筑在細(xì)分時(shí)，應(yīng)該注意細(xì)節(jié)特點(diǎn)與整體之間的聯(lián)系，不能盲目的細(xì)摳一個(gè)面，要整體來看。并且分為三個(gè)步驟，先把基本形狀確立，然后在整理其細(xì)節(jié)和整體的關(guān)系，最后在精細(xì)加工其突出的結(jié)構(gòu)，達(dá)到最終的效果。

（二）總統(tǒng)府的建模流程

1.門樓

總統(tǒng)府門樓，是近代中西文化的結(jié)合體。著眼望去，最先看到的便是總統(tǒng)府的門樓，此建筑和里面的傳統(tǒng)建筑不同，材料多偏向磚塊，而傳統(tǒng)建筑更偏向木材。因此在建模時(shí)，首先要考慮，其特征是建立在實(shí)體建模的基礎(chǔ)上的。利用3ds Max提供的基礎(chǔ)模型，建造出基本形狀，調(diào)好長(zhǎng)寬高基本比例。這樣做的目的是，讓其保留可塑造的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行轉(zhuǎn)化成可編輯多邊形模式對(duì)其進(jìn)行處理，從而改變它們的大小形狀。

在加入總統(tǒng)府的三個(gè)文字的時(shí)候，因?yàn)槲淖趾苁枪ふ?，采用多邊形?gòu)造的話容易亂而且不規(guī)整。直接采用，可編輯樣條線的線面打字工具，打出“總統(tǒng)府”的三個(gè)字，再采用線面擠出的方法，尚可完成。

建造門樓中三個(gè)門洞的時(shí)候，用布爾運(yùn)算制作總統(tǒng)府大門的門洞，這樣可以仍然保持著它本身的修改器堆棧，方便編輯。在門樓中的雕刻的花紋，采取可編輯樣條線的方法，照著實(shí)體照片的狀況，進(jìn)行勾畫出來。這樣門樓的建?；就瓿伞?/p>

2.政務(wù)局

政物局大樓是負(fù)責(zé)重要文稿供寫的，屬于仿歐式兩層建筑。整棟樓建筑以正大門入口的小樓為基礎(chǔ)，由兩層緊密相連，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，造型設(shè)計(jì)的很對(duì)稱。對(duì)此建模的時(shí)候，沒有門樓的繁雜。但是難點(diǎn)在于政物局的門窗。

用3DsMAX里的標(biāo)準(zhǔn)基本體進(jìn)行大致的結(jié)構(gòu)劃分?；拘螤畲_立好后，再者考慮的就是窗戶。由于窗戶的護(hù)欄數(shù)很多，建好大致形狀后，用長(zhǎng)方體，隨著窗戶的比例確定下來，需要構(gòu)建一個(gè)即可，其他均可采取復(fù)制的方法。用可編輯樣條線的方法，勾勒出窗戶的基本形狀，用這樣的方法在隨后的修改當(dāng)中，方便調(diào)整。隨后采用復(fù)制的方法，將其他的窗戶復(fù)制出來。門的制作的時(shí)候，注重其和窗戶之間比例的關(guān)系。隨后采取多邊形建模進(jìn)行制作。門的把手用可編輯樣條線，勾勒出形狀，隨之?dāng)D出。

3.辦公處

孫中山臨時(shí)大總統(tǒng)辦公處，坐北朝南，面包含七間，是單層建筑。在構(gòu)建好具體的形狀后，屋頂?shù)男泵娌扇【€合并的方法，使其成為一個(gè)三角體屋頂，這樣做也可以讓其對(duì)稱。前方支撐的棱柱部分，建造一個(gè)后，平移復(fù)制，分成多個(gè)在一面，然后都選中，采取鏡像的方法，直接復(fù)制到后方。這樣做既可以省時(shí)間，也可以準(zhǔn)確的放置棱柱的位置。

辦公處的難點(diǎn)在門的制作。它的門是門窗一體的，建模的時(shí)候，還要考慮到后期的貼圖。得把窗戶和門區(qū)分出來。所以，先用可編輯多邊形確立好門的形狀之后，從門的三分之一處切割一條邊，使它分成兩個(gè)圖形。然后，由于窗戶部分的欄桿較細(xì)。

所以采取可編輯樣條線的方法，把門框和門邊沿著門的外沿建立好，然后再采用擠出的方法，這樣最終的建模就完成了。

4.大堂

總統(tǒng)府大堂，是太平天國時(shí)期的建筑，這個(gè)和前者略有不同，屬于中國古代建筑，建筑特色是，硬山頂單層雙榐，與二堂以穿相連。正前方有四根紅木柱子所支撐。在建造的過程中，難點(diǎn)在于，總統(tǒng)府大堂中的浮雕窗戶等物體，這些構(gòu)造非常的復(fù)雜，造型也比較小，厚度薄，要是通過實(shí)體建模來建造的話，不僅工作強(qiáng)度會(huì)加大，而且模型數(shù)量也會(huì)隨著增大，導(dǎo)致系統(tǒng)軟件無法的進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

因此最好的解決辦法就是，以透明貼圖代替實(shí)體建筑模型進(jìn)行建模。如果采用實(shí)體建模進(jìn)行建模的話，會(huì)產(chǎn)生上百個(gè)甚至上千個(gè)面來，而且到后期刪除多余面的時(shí)候，也非常的麻煩。所以從對(duì)應(yīng)的線框來看，采用box建模，賦予鏤空透明貼圖的話，既可以表達(dá)豐富的視覺細(xì)節(jié)，也可以很好的簡(jiǎn)化模型的數(shù)量。

在使用3ds Max軟件建模后需要?jiǎng)h除不影響場(chǎng)景效果的面。模型底部的面不會(huì)影響場(chǎng)景的效果，刪除后會(huì)降低場(chǎng)景的復(fù)雜性，減少模型的面數(shù)，并減小文件的大小。如大堂前后的四根木柱。木柱的頂部和底部的面就可以刪除，因?yàn)轫敳颗c底部的面是看不見的，也不會(huì)影響模型的整體效果。臺(tái)基是搭建在地面平面上，多余的底部的面也是需要?jiǎng)h除的。

大堂的屋頂由于是古代建筑，所以存在屋檐。屋檐微微翹起，這稱之為飛檐翹角，可以排出屋檐的積水，并且在其中起著裝飾作用。建模時(shí)，將屋頂轉(zhuǎn)化為可編輯多邊形之后，選中屋頂?shù)囊粭l邊，用復(fù)制的辦法，再復(fù)制一條邊，然后調(diào)制其數(shù)值，再經(jīng)過擠出，使其成為立體的結(jié)構(gòu)。這樣做的好處就是，順著邊下來，可以更好的對(duì)齊。比直接用多邊形建模方便，而且還對(duì)稱，更加的附和。

之后在使用鏡像的方法，將剩下的三條屋脊復(fù)制出來。

三、建模過程中的問題以及改善的

（一）細(xì)節(jié)處理的太細(xì)致

就模型來說的話，模型的精細(xì)程度是影響其真實(shí)性的重要條件之一。細(xì)節(jié)程度的高低，決定著模型效果的水準(zhǔn)。但建立模型的原因是，為了給虛擬的場(chǎng)景系統(tǒng)中創(chuàng)作一個(gè)虛擬的環(huán)境，然后在其中實(shí)現(xiàn)游戲活動(dòng)或者漫游等任務(wù)。所以在場(chǎng)景建模的時(shí)候還應(yīng)該考慮到整個(gè)系統(tǒng)的綜合性能。如果在建立模型的過程當(dāng)中，過分的追求內(nèi)部的細(xì)節(jié)，而且對(duì)于所有的結(jié)構(gòu)和表面特征，都采取多邊形建模的方法來實(shí)現(xiàn)的話，會(huì)忽視了整個(gè)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)和優(yōu)化，不但會(huì)使工作強(qiáng)度逐步變大，而且還可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行速度有所下降。所以造成其性能變低，嚴(yán)重時(shí)還容易使電腦卡頓。所以在場(chǎng)景建模中要有整體的觀念，要意識(shí)到模型的細(xì)節(jié)和系統(tǒng)之間的相互制約的聯(lián)系，不可過度的追求真實(shí)的效果，從而無限的精細(xì)模型結(jié)構(gòu)。

（二）實(shí)體拼接組合的位置關(guān)系不明確

許多物體不是用一個(gè)簡(jiǎn)單的幾何形狀就可以完成的，它們經(jīng)常是由多個(gè)物體組合而成，但是這并沒有和搭建積木那樣簡(jiǎn)單，要是在拼接的位置關(guān)系不正確的情況下，就會(huì)造成模型的局部閃爍，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生原因是，多邊形的位置重合，引起Z值的爭(zhēng)奪。如果兩個(gè)或者兩個(gè)以上物體的點(diǎn)在空間位置上具有相同深度的Z值，導(dǎo)致無法判斷哪一個(gè)多邊形的點(diǎn)應(yīng)該優(yōu)先顯示。于是會(huì)出現(xiàn)有的幀顯示這個(gè)多邊形的點(diǎn)，有的幀顯示那個(gè)的情況，從而會(huì)出現(xiàn)屏幕畫面閃爍的故障。所以，應(yīng)該適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行裁剪，或者把面數(shù)調(diào)整一下，就可以避免這種現(xiàn)象的發(fā)生。

（三）有多余存在的面

在進(jìn)行實(shí)體模型的建造過程當(dāng)中，模型會(huì)經(jīng)常的出現(xiàn)多余的面來，而且單獨(dú)的物體建模時(shí)也會(huì)發(fā)生多余面的出現(xiàn)，因此在建模過程中出現(xiàn)的這些面要立即的刪除掉，從而最大程度上，降低了整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜程度。

除了以上的三種問題外，在建模的過程中運(yùn)用技術(shù)不合理的話，會(huì)產(chǎn)生紋理閃爍、光照和透明效果的失真等問題。如光照失真的問題，一般是使用了較大的多邊形產(chǎn)生的?？刹扇《噙呅畏指畹姆椒ǎM(jìn)行解決。

結(jié) 語

在如今這個(gè)充滿著競(jìng)爭(zhēng)的時(shí)代，三維建模技術(shù)已經(jīng)成為了一種重要的創(chuàng)作技術(shù)，三維建模技術(shù)以獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)發(fā)展了創(chuàng)作的空間，強(qiáng)化了場(chǎng)景建模的創(chuàng)造力和表現(xiàn)力。利用虛擬三維游戲場(chǎng)景建模，實(shí)現(xiàn)古建筑的再現(xiàn)，而模型的逼真程度又是實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，成敗與否的關(guān)鍵。并且在建模的過程中，我總結(jié)出適合中國古建筑最有效的建模途徑，并體現(xiàn)出三維建模技術(shù)，在古建筑表現(xiàn)與保護(hù)中的重要性。真實(shí)再現(xiàn)了每個(gè)建筑物體，讓用戶漫游時(shí)不會(huì)產(chǎn)生過渡的延時(shí)現(xiàn)象，可以從各種角度觀察到，每個(gè)建筑物體的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到一種身臨其境的真實(shí)感覺。

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