虛擬現(xiàn)實古建筑場景的研究

　　摘 要：三維動畫作為二維動畫的后起之秀在21世紀取得了飛速發(fā)展，目前被廣泛應用于游戲場景或動畫場景以及多媒體領(lǐng)域中，只有優(yōu)秀的模型，才能完成一部優(yōu)秀作品，完美的場景模型以及適當?shù)膱鼍按钆淇梢越o人們以視覺的沖擊，激發(fā)愛好者的興趣，適當?shù)牟季挚梢院嫱谐鲆欢ǖ姆諊＝┠陙黼S著我國高新近技術(shù)的不斷發(fā)展，古建筑非物質(zhì)文化遺產(chǎn)保護模式發(fā)生了一系列的改革變化。虛擬現(xiàn)實高新技術(shù)在文物保護方面產(chǎn)生了全新的進展，如通過三維方式對古建筑場景建立網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)字化展示。能夠在保護文物的同時，對參觀者提供更全面的古建筑場景的展現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實的古建筑場景可以使我們的情境感知更為突出，更為鮮明。

　　關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實;古建筑場景;場景模型

　　本文源自現(xiàn)代營銷·經(jīng)營版 2020年11期《現(xiàn)代營銷(經(jīng)營版)》(月刊)創(chuàng)刊于1993年，由吉林省期刊協(xié)會主辦。吉林省新聞出版局主管，面向全國發(fā)行的經(jīng)濟類期刊。雜志創(chuàng)辦十多年來，發(fā)行覆蓋全國，深受全國讀者的喜愛和好評。

　　黃琳娜 邢苒苒 辛孟偉 王聰聰

　　基金項目：通化師范學院大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目：虛擬現(xiàn)實古建筑場景的研究(項目編號：201910202038)指導教師：齊穎

　　一、虛擬現(xiàn)實古建筑場景模型制作的課題任務

　　庭院場景模型的創(chuàng)建;

　　庭院場景模型uv的展開;

　　庭院場景模型材質(zhì)的制作;

　　庭院場景模型的整體結(jié)合。

　　二、項目研究內(nèi)容、意義

　　虛擬現(xiàn)實古建筑場景模型的制作主要應用Maya多邊形建模的功能建立場景中的古建筑模型，主要包括房屋、樹、亭子、假山、石頭、院墻、地磚、大門等;模型由近及遠，從局部到整體制作，最后做古建筑場景的整合，應用Maya中uv和貼圖技術(shù)把模型合成一個整體，實現(xiàn)一個虛擬現(xiàn)實的古建筑場景模型。項目關(guān)鍵問題主要有古建筑場景模型和材質(zhì)的制作;古建筑場景模型的渲染;古建筑場景模型的整合。當人們在觀看動畫片或者玩游戲的時候，只要場景一出現(xiàn)，我們就會被場景所吸引，游戲的第一印象就取決于場景，好的場景可以使帶入感更為突出，場景的布局適當、節(jié)奏就更加流暢，更加具有美感，因此，一個高品質(zhì)虛擬現(xiàn)實古建筑場景在空間和時間方面的資料保存可以發(fā)揮重大的作用。

　　三、虛擬現(xiàn)實古建筑場景制作的需求分析

　　(一)虛擬現(xiàn)實古建筑場景模型制作的可行性需求分析

　　1.技術(shù)可行性

　　場景制作是以Maya軟件為主，同時結(jié)合Photoshop軟件實現(xiàn)的，Maya技術(shù)非常強大，國內(nèi)外有很多游戲制作公司用Maya軟件進行游戲場景的制作，所以應用Maya技術(shù)實現(xiàn)庭院場景模型的制作是在本人的技術(shù)范圍之內(nèi)。

　　2.經(jīng)濟可行性

　　庭院場景的制作只需要一臺電腦，安裝幾款軟件，參照相應的書籍，再加上自己的創(chuàng)新思想便可以自己獨立完成設(shè)計和制作，完全可行。

　　3.操作可行性

　　庭院場景的設(shè)計是：整體構(gòu)思——局部構(gòu)成——總體歸納。也就是先有一個整體的思路，再進行每個局部的制作，然后再進行總體的歸納整理，具體的做法就是要從基礎(chǔ)小模型著手到整體場景，充分考慮場面的整體結(jié)構(gòu)。

　　4.創(chuàng)新性

　　庭院的設(shè)計有巧妙的構(gòu)思，無論從整體到個體，由近及遠，都給人以完美的視覺感。

　　(二)庭院場景模型的制作流程

　　1.根據(jù)構(gòu)思簡略的刻畫出模型的大致樣式。

　　2、將場景模型根據(jù)材質(zhì)分成多個模塊，房屋、樹木、地面、 墻、柱子等不同材質(zhì)不同制作。

　　3.將房屋等元素制作好后要保持整體的比例平衡，保持場景的各個部位大小平衡。

　　4.以樹和房屋作為參照物確定其他模型的大小，這樣可以便于整體的結(jié)構(gòu)把握。

　　5.樹的元素制作好后制作地面，視覺從整體到局部，制作從布局到整體。

　　6.模型制作完成后，要為材質(zhì)的制作做準備，即將模型的uv展平。

　　7.模型制作好后為模型賦予材質(zhì)和貼圖。

　　8.調(diào)整模型的整體結(jié)構(gòu)后導出視頻。

　　四、古建筑庭院場景模型制作的準備工作和注意事項

　　1.在場景模型制作前首先在F盤設(shè)置一個項目文件夾，用來保存MAYA文件。以后的所有關(guān)于此項目的文件包括貼圖都保持于此文件夾中，并且此文件夾以后不能移動，否則會使材質(zhì)找不到貼圖路徑。

　　2.在場景模型的布線上要盡量避免三角面的出現(xiàn)，如果有三角面將不便于以后輸出動畫的調(diào)節(jié)，且如果三角面在UV的邊界上不便于UV的劃分。

　　3.在模型的布線上要盡量符合模型的結(jié)構(gòu)，這樣便于模型UV的調(diào)節(jié)。

　　4.在模型的制作上要惜線如金，要每一條線都有其存在的意義。不要有廢點廢面的存在，要在可以達到所需效果的前提下盡可能減少模型的面數(shù)。

　　5.在相同結(jié)構(gòu)的模型制作上，要將第一個模型做得精確以便復制后節(jié)約面數(shù)。

　　6.在模型制作的結(jié)尾，要對模型的布線進行調(diào)節(jié)，要對不合理及多余的線進行整理或刪除。

　　五、古建筑庭院場景中房屋制作

　　(一)古建筑房屋

　　首先制作房屋框架。創(chuàng)建一個四面長方體，將長方體底面刪除，因為地面是看不到的，然后將上方的面提取出來使它脫離這個長方體，然后將此面拉伸，向上擠出形成新的長方體作為磚地，將此面插入四條循環(huán)邊作為貼圖的需要，再創(chuàng)建一個矩形只留四個面，然后將每個面都插入循環(huán)邊，將圖形全選后執(zhí)行擠出拉伸命令，最后做出臺階，將矩形除了底面和側(cè)面都刪除，然后拉伸出一個臺階，使用W鍵+insert吸附點的位置執(zhí)行V鍵復制，這樣房屋底盤就制作完成了。底盤制作完成后，在地面上創(chuàng)建一個圓柱體，然后在屬性編輯器中調(diào)節(jié)圓柱的邊數(shù)，邊數(shù)設(shè)定為5就可以，因為圓柱不會給特寫，制作好一個后執(zhí)行復制命令復制成多個圓柱，樣式為前面四個，后面兩個，前面四個中間為門，其余中間為墻，然后制作一個四面體，將四面體放在地面上，然后將四個柱子放在四面體角落，兩個放在中間區(qū)部位，在柱子上面做一個矩形作為屋頂?shù)妆P，這樣房屋的中間部位制作完成。

　　(二)制作房屋屋頂

　　創(chuàng)建一個矩形面將此矩形面執(zhí)行擠出拉伸命令，對其進行向平面中心拉伸，然后刪除中心面，將中心面的四條邊向上拉起，使其形成屋頂?shù)耐呙妫缓蠼⒕匦误w，刪除上下兩個面，在前一個面上加一個長方形作為牌匾，然后再以相同方法在建立一個瓦面，然后將其前后兩條邊拉起后在合并做成瓦面的頂部，然后在面的邊界制作長方體矩形作為棱柱，在面上加入合適的線以便uv能更好的貼圖。

　　(三)制作房屋門

　　在底部首先建立長方體作為門的最低面，然后刪除底面，因為底面是看不見的，為了省面應該把面數(shù)做到最低，然后建立一個立著的長方體，為此長方體添加兩條循環(huán)邊位于兩側(cè)，在連接兩條循環(huán)邊，然后刪除循環(huán)邊之間的面，作為過路的門，同理門的兩側(cè)也這么做，在頂部做瓦面的時候要兩側(cè)對稱，因為uv是重疊的，模型基本創(chuàng)建完成后將相應貼圖導入到相應材質(zhì)中。

　　(四)房屋模型UV以及貼圖

　　將房屋的底盤側(cè)面導入大理石貼圖，然后將5個側(cè)面uv展開，因為幾個側(cè)面都是相同材質(zhì)，所以uv可以重疊這樣還能使uv和貼圖整齊，利用將選定uv與最大值uv對其工具將uv拉伸;然后對著實物模型調(diào)整uv的位置以及長度使物體貼圖適中，臺階的uv用自動映射展開，因為臺階是水泥材質(zhì)，且材質(zhì)顏色幾乎相同，所以將臺階利用選定uv與最大值uv對其工具將展開uv拉伸，臺階上面的側(cè)面利用相同方法對齊后將其平行拉伸，拉到適中位置。側(cè)面矮墻壁我們在展開uv后進行重疊對齊，第三個邊對齊到第一個邊，第二個邊對齊到第四個邊，這樣反復對齊后所有面就形成一個uv面，參考實物模型確定合適的位置。

　　六、正門的制作

　　大門是一個場景中比較重要的模型，因為在進入一個場景中時，大門都會給特寫，在這里我們將大門分成幾個部分，分開制作，主要包括臺階的制作，門的制作，墻的制作，以及頂部的制作，相同材質(zhì)放在一塊，這樣有助于uv的調(diào)節(jié)，將大門模型建好后，將uv根據(jù)材質(zhì)分開至不同區(qū)域，但不能重疊，在uv紋理編輯器中導出uv快照，然后用PS打開，將相應貼圖用PS剪切工具剪開，在PS中將剪裁好的貼圖按ctrl+A全選然后復制粘貼到uv快照層中，所有貼圖都按照此方法導入，然后制作貼圖，將貼圖導入到一個新材質(zhì)中后賦予模型，然后將模型結(jié)合成一個整體之后添加到一個Maya新層中添加R鍵，使其不能隨意更改，這樣大門模型就制作完了。

　　七、庭院場景模型亭子、地面的制作

　　(一)亭子

　　首先，創(chuàng)建亭子的底盤。將柱子模型uv用圓柱形映射展開，把底部用沿選定邊分離uv工具分離，將柱子uv拉到紅色貼圖部位，底部拉到水泥貼圖部位，然后用編輯欄中特殊復制工具將柱子復制，瓦面貼圖還是先展開一個面的uv然后用自動映射方式展開，將瓦面貼圖材質(zhì)賦予模型，在uv編輯器中拉成上短下長，這樣圖形就會直觀可見了，棱柱因為都是相同材質(zhì)，所以用自動映射方式將uv縮小放到相同材質(zhì)貼圖中，根據(jù)實際模型確定uv大小，這樣亭子模型我們就做完了。最后，將亭子改進復制出一個亭子放置于庭院中央，將六根柱子刪除兩根，四根柱子周圍加上圍墻貼圖，底盤換成正方形，瓦面刪除下半部分，在底盤上建立六邊棱柱作為桌子，將亭子放置于庭院中央房屋對面處，這樣整體感會更強一些。

　　(二)地面

　　建立好樹模型后我們?yōu)闃涮砑硬煌馁N圖復制不用顏色的樹，顏色的不同可以讓整體更充實，植物在一個庭院中也占著比較大的分量，可以用不同顏色的植物襯托庭院的美，這樣可以使庭院具有親近自然的功能，在這里我們把綠色的植物放置于地磚通道兩側(cè)，在涼亭周圍放置鮮艷的植物，各個角落墻體周圍都放置五顏六色的植物，樹的部分要放置于磚地周圍，不能放置于地磚上，根據(jù)整體調(diào)整每一個樹的位置。

　　八、虛擬現(xiàn)實庭院場景模型的渲染

　　渲染，英文為Render，有的把它稱為著色，但我更習慣把Shade稱為著色，把Render稱為渲染。因為Render和Shade值兩個詞在三維軟件中是截然不同的兩個概念，雖然它們的功能很相似，但卻有不同。最后要對庭院場景進行渲染，要先打好燈光，相機，設(shè)置渲染效果和渲染尺寸點擊渲染器開始渲染最終效果圖。

　　九、輸出視頻

　　在確定關(guān)鍵幀無誤后，打開窗口中播放預覽選項菜單，選擇時間模塊，也就是整個時間段動畫的所有幀數(shù)，質(zhì)量調(diào)到最高，縮放為1，這樣分辨率會高一點，分別選擇五個攝像機，然后點擊應用選擇輸出視頻保存位置，完成整部虛擬現(xiàn)實古建筑場景的制作。