基于“三维动画基础与建模”课程实现三维虚拟校园模型的应用研究

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　　摘要：随着通信技术和计算机软硬件技术的光速发展，随着5G网络的推广和普及，我们的生活节奏越来越快，世界变得越来越小。虚拟现实技术，作为一种已经发展到瓶颈的应用型技术，5G的出现，让虚拟现实技术又迎来了属于它的春天。虚拟现实技术的主要实现由前期的模型制作部分和后期的交互式实现部分两个部分组成。本文主要探讨如何运用“三维动画基础与建模”课程中所讲授的内容来实现三维虚拟校园模型场景的制作。
　　关键词：虚拟现实;模型制作;三维动画
　　中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）03-0086-02
　　0 引言
　　目前，三维模型制作技术已经在各种领域广泛的被应用。在医疗领域，三维模型制作技术被用于制作精确的人体器官模型;同样的在医疗领域，三维模型制作技术还被用于医疗器械的制作;在影视行业，三维模型制作技术被用于制作人物模型和场景模型;在建筑行业，三维模型被用于展示建筑物外形和景观的布局。近些年，航天军事和地质勘探等多个行业都在使用三维模型制作的技术。行业前景发展一片大好。
　　1 三维模型技术应用虚拟校园场景制作综述
　　1.1 三维模型制作的基本流程
　　三维模型制作的软件有很多种，在本文中就不进行具体的介绍了。我们主要使用的三维模型制作软件是Autodesk Maya软件。
　　传统的三维模型制作流程大概分为：前期准备工作;实体模型制作;材质贴图制作，三个部分。
　　1.1.1 前期准备工作
　　因为制作的是三维虚拟校园的模型，所以前期的准备工作就是让学生利用课余时间去拍摄图片参考资料，为了项目能够顺利进行，我们项目组还专门购买了一架无人机进行拍摄，以保证整个校园的平面图的顶视图比例准确。无人机还能方便的拍摄高大建筑物的正侧视图，能够多角度进行拍摄。无人机的使用极大的方便的前期获取参考素材的便利性。
　　前期准备工作的另一项任务就是大存储设备，因为校园内建筑物较多，所以拍摄的参考素材包括视频和图片两种，文件较大。大的存储设备是必要的。
　　平面图的制作是前期准备工作的最重要部分，根据拍摄资料和卫星图显示的资料，使用平面软件绘制校园的平面布局，注意比例一定要准确。
　　1.1.2 实体模型制作
　　这个制作过程是整个项目最重要，也是耗时最长的部分。项目制作主要由MAYA软件完成。让参与项目的学生，根据课上所讲内容和命令，制作校园内主体建筑模型和配套设施模型。
　　模型的制作主要根据建筑物的特点进行选择建模方法。主要采用Polygon（多边形建模），辅助采用NURBS（曲面建模）两种建模方式进行建模。如有必要，也可以采用两者一起使用的综合建模方式[1]。
　　项目制作过程主要以课上讲授的命令为主，属于课上内容的升华和提高。三维模型项目的参与有利于学生能够更好的掌握专业知识技术，更便于学生毕业后的就业[2]。一举多得。
　　制作过程中一定会遇到一些问题，这些问题我们在后面会提出和解决。
　　1.1.3 材质贴图的制作
　　这个制作过程是比较容易出效果的部分，也是相对简单的部分。大部分建筑只需要在材质编辑器内赋予相应属性的材质球，并调节简单的颜色和基本参数即可。
　　有一些建筑有墙砖，底面有地砖。这些就需要相应的贴图。贴图可以拍摄图片，也可以网上下载类似图片。
　　还有一些建筑物比较特殊，需要自己绘制贴图。或者是拍摄照片后进行进一步的处理。这个过程就比较复杂。
　　在制作材质贴图的时候，一定要注意把这三种不同的情况区分开，以提高工作效率。
　　1.2 三维虚拟校园模型制作中遇到的问题和解决方法
　　1.2.1 学生造型基础薄弱
　　MAYA软件的基本命令和基础操作是比较好掌握的内容，但是模型的制作，需要设计师有一定的造型基础。我们要想把学生培养成为更加专业的三维模型设计师，就需要培养学生的基础造型能力。在课后，我们会给学生布置一些提高造型能力的专业绘画课程，让学生把课余时间更好的利用。
　　1.2.2 单个模型制作时是拼接模型还是一体成型的问题
　　我们学习软件制作案例，最开始的老师就是教材，或者是网上的案例。无论是书上的教材案例还是网上的案例都有一个共同的特点，那就是步骤已经设计好，模型的分解也已经提前被作者完成。
　　学习教程案例的好处是比较容易上手和入门。但是弊病就是会让学习者丧失了独立思考的能力。一个模型如何去分解，是模型设计师需要具备的基本素质。在项目制作中，我们往往会发现學生能够熟练的制作模型的结构，合理的分配点、线、面。但是却不能合理的拆解模型的分解。
　　一个模型，哪些部分需要单独制作，哪些部分需要一体成型。要解决这个问题不仅要考虑到最后模型的面数，计算机的运算量，还要考虑到后期材质的制作方便。
　　所以，在制作一个模型之前合理的解构它的组成部分尤为必要。
　　1.2.3 大型场景模型制作时Combine、Group、booleans的合理运用
　　针对上面的问题，这个问题也是必须要解决的问题。Booleans命令在行业制作中基本被严禁使用，所以第一个被排除掉。在项目制作中一定要提醒学生注意Booleans命令的使用。
　　Group能够更加便捷的管理场景中的模型。看起来似乎更加有用。但是在实际的制作中也会给我们带来一些不便。Outline中也会产生大量的名单。这个命令一定要慎用。
　　Combine命令是我建议使用的命令，他能够更好的让我们对Polygon模型进行管理。
　　擅长Photoshop的朋友们可能更加喜欢使用图层来管理场景中的物体，当然这不仅仅包括模型，还可以管理场景中其他的物体。 　　最后針对这个的总结就是，多种方法配合使用，合理的、有针对性的进行使用才能更好的完成项目的制作。
　　1.2.4 更好的理解和使用四边面和三角面
　　使用Polygon模型制作中，有的时候最后的输出对模型的面是有一定要求的。为了能够满足各种输出设备对模型的要求，合理的使用四边面和三角面就变得尤为重要。insert edge loop tool可以检测连续的四边面，也可以为连续的四边面添加环行线，对模型制作中细化模型的细节非常的有帮助。
　　poly count能够显示多边形基本元素的细节，必须在模型制作中打开，以便观察场景中的模型是否出错。
　　有些场景的使用会要求把模型转换成三角面，并且对面的数量有一定的要求，这就对我们模型制作的技巧有更高的要求。
　　2 结语
　　虚拟现实技术越来越多的被应用在我们的生活中。在目前，三维模型制作技术作为虚拟现实技术实现的重要的组成部分，不仅为社会，为学生提供的大量的就业机会，同时对从业者的技术水平要求也变得越来越高了。这就更加的需要将高校的教育课程更好的融合到实践案例中去，需要我们从教者不断的探索研究各种可能性来提高教育教学的质量。
　　参考文献
　　[1] 陈高雅.三维动画技术在城市景观设计中的应用[J].美与时代·城市，2015（7）：33-34.
　　[2] 陈玮.基于MAYA的三维建模在虚拟现实技术中的应用研究[J].中国高新区，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
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