淺析建筑三維動畫技術

摘要：在建筑方案設計階段和工程完成后，三維動畫為篩選、優化設計方案、評估城市景觀、協調工程與環境的關系，都創造了有利條件。主要介紹建三維動畫的簡介，制作過程，及得到的啟示，最后介紹了建筑三維動畫的優勢和廣闊發展前景。

關鍵詞：建筑動畫；三維動畫；發展前景

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)24-1298-02

Discussed Shallowly The Technology of Three-dimensional Architectural Animation

FAN Yong-ming

(China Textile Industrial Engineering Institute， Beijing 100037， China)

Abstract: In the design stage and construction is completed， three-dimensional animation for the screening， optimize the design， assessment of the urban landscape， coordinate projects and the environment， have created a favorable condition. This paper presents a brief build three-dimensional animation， production process and get inspiration， another conclusion， the article briefly introduced the advantages of building three-dimensional animation and broad development prospects.

Key words: architectural animation; three-dimensional animation; development prospect

1 引言

隨著計算機技術的快速發展，計算機數字技術在各行各業發揮著巨大的作用，尤其是對一些傳統的行業具有顛覆性的影響力，如建筑行業，計算機數字技術不僅使設計師從此擺脫了手繪的繁瑣工作，也給予建筑一種新的具有信息時代特征的表現手法，例如根據三維制作軟件（主要是3ds max）及其它的多媒體開發軟件。通過多媒體創作工具對動畫進行結構的調整并加入文字、圖片、解說等補充。這些都是傳統的方法所無法比擬的。

2 三維動畫的簡介

Autodesk公司的三維動畫創作軟件3DS在我國已廣為使用，其卓越的性能為計算機專家和技術人員所肯定。3DS是一個涉及多學科和多種技術的綜合領域，它用計算機來模擬運動中的真三維圖像，由于其成本低、效率高、效果逼真，目前已廣泛用于影視創作、廣告設計、輔助教學、飛行模擬等領域。3D Studio軟件提供了三維圖形模塊功能、三維放樣模塊功能、三維編輯模塊功能、編輯和關鍵幀模塊、材質編輯模塊功能、視頻處理功能、著色模塊功能等功能模塊，在這些模塊下能建立三維物體，并可對物體進行變形、粘貼、剪切等處理，還可加一些小動作，使其按規定的動作序列動作。

3 建筑三維動畫的產生

1) 面臨的問題：以住宅為例，隨著住宅進入市場，住宅的建設量和多樣性有了很大的飛躍。不同層次的消費需求刺激了住房產業化進程，如何吸引購房者，讓住戶了解所購房的特征呢？目前，無外乎是建筑外觀效果圖、建筑模型、平面大樣圖，但這都是靜止的，尚沒有真正走入建筑，“顧客”所能了解的只是通過有限的資料而已。除專業人士外，大多數購房者僅憑建筑平立剖面圖是想象不出三維形象的。

2) 建筑動畫的產生：建筑動畫與以往對建筑的詮釋是完全不同的方式。通過計算機圖像處理和三維合成，從三維的角度對建筑進行更直觀的解析。建筑三維動畫原理與電影的展示效果一樣，而制作方式不同，它是通過先進的計算機軟硬件，根據建筑已有的平、立、剖圖，虛擬出所需的建筑空間，制作成許多立體的、動畫的圖片，然后播放出來。這種身臨其境般的感受使購房者如同游覽建筑實景一樣。

4 建筑三維動畫制作原理

1) 前期準備：計算機配置——由于動畫制作的復雜性，使用的計算機配置是越高級越好。軟件需要AutoCAD，3DSMAX，PHOTOSHOP，Authorware支持。AutoCAD用于準確建模；3DSMAX用于動畫制作，包括建模、渲染；PHOTOSHOP用于對材質和圖像后期處理；Authorware用于后期將動畫處理成包含動畫、圖片、聲音的多媒體。

2) 制作過程：動畫鏡頭拍攝計劃——包括片頭、主體內容、結尾處理等。在這里，動畫片的銜接是非常重要的。一條清晰的“參觀”流線，使動畫展示成為消費者“游覽”建筑的過程。動畫片制作時，當模型太復雜，周圍配景太多，將光源光影跟蹤打開之后，單幀畫面渲染所需時間太長。因此，在制作過程中，應盡量簡化配景，并關掉光影跟蹤。

3) 后期處理：雖然3DSMAX提供了后期處理的Video Post，但所需時間長，不易調試，筆者認為用Authorware軟件進行后期處理，同時Authorware可以提供人機交互功能，方便選擇參觀路線。制作前，選擇合適的背景音樂，錄好解說詞，根據參觀路徑用Authorware編寫程序，經過測試修改，打包成EXE文件。

5 建筑三維動畫制作過程

1）建模：①主體建筑、地面、道路、次要建筑、配景、植物等內容應分派給不同的成員同步進行制作，最后合并為完整的場景；②注意模型的規范化，，命名規則要統一；③建模型時注意采用制作規范中規定的單位尺寸，以避免將來大家進行場景合并時出現麻煩；④此階段建模的依據是建筑平面圖、等高線圖、立剖面圖、結構施工圖；⑤建筑主體模型的建立通常可以由建筑AutoCAD文件導入到3DS MAX中，使用擠壓、放樣、布爾運算、網絡細分等建模方法創建三維模型；⑥復雜物體最好用貼圖的形式來表現，避免漫游時閃爍影響畫面效果；⑦施工動畫階段的建筑主體模型盡量使用全景動畫的主體模型。

2）材質貼圖處理：①所有用到的貼圖要盡量放在同一路徑，避免因個別文件更名或是移動帶來的麻煩；②為保證最終場景的運行速度，給模型貼圖時要根據模型面積大小嚴格控制貼圖分辨率；③給模型賦材質的時候，注意貼圖坐標的正確使用，GIMZO的尺寸要和貼圖本身的分辨率吻合。

3）模型整理：在建模和貼圖工作完成后，需要對模型進行檢查才能交付下一流程使用。

4）為場景布置燈光：①在制作建筑動畫的時候，考慮到動畫的渲染速度與機器配置因素，通常采用普通燈光；②建筑漫游部分的燈光要包含陰影、動態的光線跟蹤等真實因素，體現特定的氣氛，給觀者帶來視覺享受；③施工動畫部分的燈光以亮度均勻為好，并去掉陰影、動態的光線跟蹤反射等真實因素，弱化環境等因素的影響，達到明亮、清晰、主體突出的效果。

5）模型動畫制作：①模型動畫直接表達施工方案，具有很強的建筑施工專業性，是施工動畫的核心；②一般用模型的可見性、位移、旋轉、變形及切片工具來做施工模型動畫；③單個模型的動畫要做到動作規范，符合實際施工，多個模型動畫之間要做到相對位置準確、先后順序準確；④對于位移、旋轉動畫，有父子關系的模型，可以用模型之間的綁定來實現子模型和父模型的相對位置不變，父模型的動畫帶動子模型動畫。

6）攝像機動畫（鏡頭動畫）制作：制作前要明確攝像機表現的重點，設計好攝像機的走向、鏡頭的拉伸、移動速度等要素，充分表達動畫主題。

7）渲染輸出：通常渲染的是攝像機視圖。

我們通過在建筑設計過程中使用動畫設計軟件，得到了下列幾點啟示：

① 通過三維布置還可以找出在建筑設計中的缺陷，在軟件中進行修改，這樣可以縮短設計周期，還可以增加設計人員的興趣。

② 通過三維動畫的制作，日常生活中一些看不到的信息可以在計算機中經過圖像處理，編輯到動畫中去。例如陽光、信號傳遞等信息都可以在計算機中反映出來。

③ 演示軟件在項目立項、奪標中有不可低估的作用，可以改變以往做木模的做法，這樣不僅減輕了制作的難度，而且降低了成本。

④ 三維動畫可以實現從不同高度、不同角度和方位觀察整個建筑物的各種效果，同時由于每個建筑物的立體模型儲存在計算機內，所以還可以根據需要局部調用或觀察。

6 優勢和發展前景

6.1 建筑三維動畫的優勢

建筑動畫作為反映當今建筑方案一種很好的表達方式，可以從外部任何一個角度表現建筑方案的真實性，也可以從內部反映每一個部位視覺的真實感覺，是建筑師建筑創作最得力的“助手”（直觀模擬），可以用一種方便、快捷、靈活、完整的方式，展示在當今社會，利用多種軟件的支持使建筑動畫更加真實、完美和逼真。其優勢主要表現在以下幾個方面：

1）最快捷的展示平臺：三維動畫在建筑設計中運用是給建筑師創作一種新的構思理念“助手”，她能較直觀的反映建筑方案整個空間效果，尺度比例大小，內部、外部空間，功能運用關系，便于建筑師構思修改方案，是一個方便、快捷、靈活、直觀多樣的設計運作平臺。

2）最先進的設計工具：三維動畫技術不僅僅是一種展示媒介，也是建筑師討論方案的最佳表現“語言”，更是一種先進的設計工具。設計者的構思是用視覺的方式反映出來的。比如在設計一個大型工程項目時，首先要做的是對建筑功能平面的設計。包括剖面、立面等設計。在建筑本身的外部空間、內部空間和視覺的效果以及實用功能的相互關系上做到反復推敲，從而達到構思效果。反之，就要不斷地在動畫制作過程中用多種不同視覺不同角度的方法來表現，這種直觀的反復推敲的方法，有助于建筑師的創作、構思、修改。實際上是一種最先進的設計方法。

3）最現代的營銷模式：在房地產銷售當中，傳統的做法是制作大型的沙盤模型。而沙盤模型成本高，空間浪費大，效果也不佳，而且，到最后樓盤售完也只能丟棄，造成巨大的浪費。而建筑動畫可以讓客戶進入真實的環境中，如看電視般的享受，從而更快更準地做出定購決定，大大加快商品銷售的速度。而且建筑動畫也是最好的廣告，直接通過最普及的電視、網絡達到宣傳的作用。這樣，從設計到銷售，一步到位，節省了在宣傳中浪費的寶貴的資金和時間。

6.2 未來的發展前景

目前來說，不論是開發商、企業或是政府部門，越來越多不同領域的業主早已意識到，并且不同程度地需要通過各種計算機媒體表現其投資項目的未來設想和規劃，以獲得其行業內受人們最大程度上的理解和反饋。能做到條理清晰、生動直觀地向觀眾展示設計項目的遠景和收益，是大多數申辦項目、報批和方案投標競賽等能否成功的重要因素。

利用三維動畫技術，在空間中放置人物和設備，并讓這些人物和設備運動起來，配以聲音、光照等實際效果，讓工程師和業主都有身臨其境的感覺，起到宣傳介紹的作用。通過人物和設備的運動模擬，設計師借此研究空間設計的美觀和合理性。目前，三維動畫虛擬現實技術在建筑工程領域的應用目前尚處于研究階段，相信隨著這方面技術的進一步發展，將會在建筑工程領域也得到很好的應用。

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