虚拟校园漫游中的三维模型制作技巧分析

来源:用户上传      作者: 刘颖

　　 【摘 要】虚拟现实技术在城市建设、军工及商用领域运用广泛，随着技术普及和发展，使用虚拟现实技术实现大学校园的对外宣传和文化交流也逐渐广泛，在此过程中，如何给许多不能亲临校园人高度逼真流畅的视觉体验，是每一个从事美术制作工作者要思考的问题。本文从虚拟校园三维场景模型塑造技巧出发，对校园建筑、绿化、小品等模型创建的技巧规范展开分析，结合模型的优化让整体场景的塑造与后期制作更好的融合。同时，从纹理贴图的实景拍摄和后期处理的角度，对纹理贴图技的运用技巧展开分析，尽可能避免后期交接不合适及返工等问题，为创造出逼真的校园场景提供服务。
　　【关键词】三维模型优化;纹理贴图;虚拟漫游
　　 虚拟校园是虚拟现实技术在现代教育领域的一种应用，是由计算机制作出逼真的校园三维景观的数字场景。浏览者可在空间中自主的漫游，从场景的任意角度、任意地点对校园进行观察了解，产生身临其境之感。随着制作软件技术的发展提高，在创建校园虚拟漫游时如更好的控制三维场景模型塑造质量，而为浏览效果和后期交互性设计服务，是每一位美术工作者应该思考的问题。
　　1 虚拟校园模型建立
　　在进行虚拟校园场景构建时，要基于真实测绘数据和真实场景进行。三维场景中的展现不是简单的示意或模仿，而是建立在准确地测绘的基础之上，地面所有场景的结构、外形、尺寸、比例、色泽与现实中的校园达到一致。同时每个三维场景中的建筑都必须体现出该学校独一无二的文化特色，这就需要根据设计图纸或现场多角度照片使用3ds Max独立建模，最后整合到三维场景中。
　　1.1 三维模型制作规范
　　建筑是校园文化景观中最为醒目的内容，每个学校的大门、教学楼、图书馆等设施都具有该学校特有的风格，这些标志性建筑物都需要进行单独的建模。在建模之前，根据实际地理分布关系对每个建筑模型进行合理的命名与分组，有利于后期模型的修改、调用。
　　绿化模型是指三维场景中花草树木，建造中多使用面片树木十字交叉法，墙角线与复合线遮罩法。模型在场景中可以重复使用，单独创建一个模型后，保存为专用文件格式，然后在场景中沿线进行模型匹配及成批种植即可。此方法可以极大提高场景模型的创建速度。
　　小品制作需通过对三维场景的理解灵活掌握。有些小品是每个校园特有的、固定的和必须的，如著名的雕塑、指示牌等;有些装饰物是灵活的，如坐椅、垃圾桶等，可通过现场照片独立建模或从模型库中获取这两种方式构建。
　　例如武汉大学的校园虚拟场景就是通过空间相对位置关系组织到一起。根据实际设计图纸完成道路和地貌的制作，然后制作楼群、运动场、校门及其他对象，并以道路为参照放置在相应位置。访问者可以进入虚拟校园中，观赏校园的自然风貌，领略校园的生活氛围，在虚拟世界中了解武汉大学。
　　对于地势等自然环境的建模规范，要根据三维场景的空间范围、数据精度、来收集相应的基础数据。包括基础纸质地形图或CAD图，需要确定合适比例尺的地图数据，控制场景地面部分的数据精度。同时，如果涉及大面积区域的三维场景，还必须运用到遥感影像或航拍影像。在保证渲染效果前提下影像空问分辨率精度越高越好，避免出现马赛克。
　　而对于建筑和绿化建模时，需根据特定场景的模型需求规范制作标准，首先，基本制作单位统一设置为“m”，建筑模型为4个立面和1个顶面;三角面片不出现共面、漏面情况，外观不可见的模型面片一律删除，保证单体模型在精度满足要求的前提下总面数小于5000。而对模型的管理上，同一物体的模型、纹理、材质命名一致，以便统一管理;带通道或带反射的模型保持独立，不能与其他物体进行塌陷操作。
　　1.2 模型的优化
　　影响虚拟校园最终运行速度的三大因素分别为场景模型的总面数、总个数和总贴图量。模型的优化不光是要对每个独立的模型面数进行精简，还需要严格控制模型的个数，这两个数据都是影响虚拟校园最终运行速度。所以校园三维场景模型优化操作是必须的。
　　对于场景的模型个数而言，过多会直接影响到虚拟场景的打开和导出的速度。模型个数过多时，计算机会因为计算不过来而造成部分物体无法加载，最终得到的场景模型会不完全。而如果勉强将场景里的所有模型加载进去，其运行速度也会很慢。为了避免以上问题的出现，解决方法是将相同材质的物体分别赋予材质，调整好各自的贴图坐标后，再将这些相同材质的物体进行合并以减少模型个数。
　　对于与模型的面数而言，优化的方法有以下几种：
　　（1）创建标准几何体时降低分段数，例如Plane，默认为4×4，在无特殊要求的前提下，可优化为2×2，该操作在制作圆柱体、球体等对象时同样有效。
　　（2）创建较复杂的镂空造型时，不要使用模型创建，而应多使用透明贴图，这种方法常用于栏杆、雕花、绿化等。
　　（3）删除模型看不见的面，例如底部或不可见区域。
　　2 纹理贴图的处理技巧
　　除了模型外，要制作出逼真的三维虚拟校园场景，真实的纹理贴图也是关键。实地拍摄的建筑物及其他物体的照片，不仅有助于补充模型细节方面的不足，而且还能提高场景的真实性。纹理贴图的获取主要有以下三种途径：
　　（1）从已有的景观、建筑的专业摄影图片中获取有关景观的纹理素材，再经过Photoshop编辑加工，可生成各类景观、地貌的纹理贴图。
　　（2）可采用相机实地直接获取校园各类地形、建筑、景观的真实表面图片。
　　（3）从卫星遥感影像、航空摄影测量影像、移动测绘系统等也可以获取纹理。
　　要拍摄实景多角度静态的照片素材时，照片质量的好坏也直接影响到后期纹理贴图效果，因此对拍摄手法要求很高。相机选择适当角度后固定在景观中心位置，尽量使每幅照片保持焦距相同，同时让相机的旋转固定在三角架水平面上，尽量避免镜头偏斜和俯仰。其次，相邻的照片尽量统一色相、亮度和对比度，并要保证一定的重叠范围，便于后期的纹理贴图进行重复化处理。
　　有时获取的真实纹理图像并不能直接使用。在获取真实纹理图像时一般会存在透视变形、颜色失真、尺寸大小不合适等问题。所以需要进行裁剪、矫正等一系列调整工作。通过从实地获取的大量的图片中选出可以作为纹理贴图的大致范围，并对其进行裁切、纠正等基本调整。裁切的范围要比纹理的范围大一些，以便后续处理。其次，纹理照片拍摄时受光线、角度、时间的限制，拍摄出的照片的色彩与真实物体有所不同，需要对处理后的纹理进行色彩调整，可以通过图像复原和图像增强来图像改善质量，使之恢复本来颜色。最后，因实拍照片多少会存在破损、杂点、遮挡等问题，后期还要对纹理贴图做修补去杂质处理，使用多角度若干小图像拼接还原出大图像，但必须保证各小图像色相、亮度、对比度等指标的连续性和一致性。
　　处理后的照片分辨率需为2的幂次方，大小尽量小于100KB，便于后期虚拟引擎的读取。后期通过3ds Max的纹理贴图、材质编辑，对模型表面材质和贴图进行处理，不同类型的材质结（下转第297页）（上接第146页）合不同的烘焙操作方式以增加场景的精细程度和真实感。
　　三维模型塑造是虚拟校园制作的基础，只有创造出环境效果逼真，浏览交互速度及时的虚拟场景，浏览者才可以对校园进行不同角度、方位、距离的观察和体验。本文归纳总结出虚拟校园建设中三维模型制作的经验，尽可能的塑造校园虚拟场景观察和体验的真实感，给校园的宣传、展示提供了全新的表现形式。
　　【参考文献】
　　[1]贵刚，程效军.网络虚拟校园三维建模方法研究与实现[J].工程图学学报，2008.
　　[2]李清泉.三维空间数据的实时获取、建模与可视化[M].武汉大学出版社，2003.
　　[责任编辑：薛俊歌]
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