虛擬圖書(shū)館在SketchUp中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)——以閩江學(xué)院大學(xué)城圖書(shū)館為例

張 穎

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虛擬圖書(shū)館在SketchUp中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)——以閩江學(xué)院大學(xué)城圖書(shū)館為例

張 穎

閩江學(xué)院圖書(shū)館

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)正越來(lái)越受到各大高校的重視。虛擬圖書(shū)館與傳統(tǒng)圖書(shū)館相比，前者能更直觀、更深刻地表現(xiàn)圖書(shū)館。該文介紹使用SketchUp軟件構(gòu)建閩江學(xué)院大學(xué)城校區(qū)的虛擬圖書(shū)館。結(jié)果表明，通過(guò)SketchUp構(gòu)建虛擬圖書(shū)館周期短、3D模型立體視覺(jué)效果好，體驗(yàn)感強(qiáng)，維護(hù)方便，平臺(tái)展示設(shè)備低，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和廣泛的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景。

虛擬圖書(shū)館展示 SketchUp 三維建模 透視動(dòng)畫(huà)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)源于美國(guó)，在教育、生活等領(lǐng)域信息化管理上應(yīng)用廣泛。在我國(guó)，虛擬技術(shù)知識(shí)雖處于起步階段，在很多方面都要借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，但已受到我國(guó)各大高校越來(lái)越多的重視，許多高校重視校園生活的數(shù)字化、信息化管理，預(yù)備將此項(xiàng)技術(shù)發(fā)展開(kāi)來(lái)。虛擬圖書(shū)館這一比傳統(tǒng)圖書(shū)館更直觀、更深刻的表現(xiàn)方式，使沒(méi)有去過(guò)閩江學(xué)院圖書(shū)館的人，可以領(lǐng)略福建省內(nèi)首座園林式、生態(tài)型先進(jìn)館舍的風(fēng)貌。隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的來(lái)臨，網(wǎng)絡(luò)教育迅猛發(fā)展，尤其是在寬帶技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的今天，虛擬技術(shù)將成為各高等學(xué)院發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，在高校生根發(fā)芽、茁壯成長(zhǎng)，并且在不久的將來(lái)，在更多領(lǐng)域大放異彩。

本文主要介紹在SketchUp軟件中構(gòu)建幾何虛擬場(chǎng)景技術(shù)，建立閩江學(xué)院大學(xué)城校區(qū)的虛擬圖書(shū)館，得到了一個(gè)低成本、高效率、高逼真的圖書(shū)館展示平臺(tái)。

1 SketchUp技術(shù)

SketchUp是由Google公司推出的一款令人耳目一新的設(shè)計(jì)類(lèi)建模軟件。它界面簡(jiǎn)潔，易學(xué)易用，避免了像其它建模設(shè)計(jì)軟件如3ds max的操作復(fù)雜性。SketchUp可直接針對(duì)建筑設(shè)計(jì)和室內(nèi)設(shè)計(jì)，建模過(guò)程的任何階段都可以作為直觀的三維成品。SketchUp直接面向設(shè)計(jì)過(guò)程，建模者可以直接在電腦上進(jìn)行十分直觀的構(gòu)思，隨著構(gòu)思的不斷清晰，細(xì)節(jié)不斷增加，最大限度地控制設(shè)計(jì)成果的準(zhǔn)確性。在軟件中，建模者可以更直接更方便地更新、改進(jìn)模型，這樣，可最大限度地減少機(jī)械重復(fù)勞動(dòng)和控制設(shè)計(jì)成果的準(zhǔn)確性。在軟件內(nèi)還可為表面賦予材質(zhì)、貼圖，并且有2D、3D 配景形成的圖面效果，導(dǎo)出的圖像分辨率可高于5000×4000以上。最終形成的3D模型和動(dòng)畫(huà)，還可導(dǎo)入其他具備高級(jí)渲染能力的軟件進(jìn)行著色、后期渲染，繼續(xù)形成高質(zhì)量的效果圖和動(dòng)畫(huà)。

2 圖書(shū)館設(shè)計(jì)過(guò)程

2.1 總體設(shè)計(jì)思想和流程

使用SketchUp軟件構(gòu)建閩江學(xué)院大學(xué)城校區(qū)圖書(shū)館模型，首先需要獲取并處理圖書(shū)館平面圖、立面圖、實(shí)景照片等數(shù)據(jù)，將處理好的平面圖導(dǎo)入到SketchUp軟件中對(duì)圖書(shū)館進(jìn)行三維建模，根據(jù)立面圖優(yōu)化模型，依據(jù)實(shí)景照片對(duì)模型貼圖后，生成二維圖書(shū)館各層剖面圖，并對(duì)圖書(shū)館整體及主要功能區(qū)生成三維動(dòng)畫(huà)，生動(dòng)、立體展示圖書(shū)館。其設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示：

圖1 總體設(shè)計(jì)流程圖

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及預(yù)處理

以閩江學(xué)院大學(xué)城校區(qū)的圖書(shū)館為建模試驗(yàn)對(duì)象，收集的原始數(shù)據(jù)包括：圖書(shū)館二維平面圖、立面圖和實(shí)景照片等。其中二維平面圖是三維建模的基礎(chǔ)，其數(shù)據(jù)的精確度對(duì)三維數(shù)據(jù)的質(zhì)量保證有重要影響，從立面圖獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)也有助于避免效果圖出現(xiàn)變形、扭曲等情況出現(xiàn)。筆者從圖書(shū)館辦公室獲取了每層圖書(shū)館的平面圖、立面圖；由高像素的數(shù)碼相機(jī)采集實(shí)景照片，為日后建模細(xì)節(jié)，模型逼真材質(zhì)貼圖提供參照和材料。為了快速對(duì)圖書(shū)館建模，同時(shí)減少建筑物三維建模的干擾，在圖書(shū)館CAD平面圖導(dǎo)入SketchUp軟件之前，對(duì)原始圖進(jìn)行處理，包括刪除與建模無(wú)關(guān)的內(nèi)容如文字、標(biāo)注，圖層如填充圖案、書(shū)架圖層等，僅保留墻體、門(mén)、窗等層；去除重疊、交叉、多余的線；注意墻體，窗、塊等閉合性。

2.3 圖書(shū)館三維建模過(guò)程

使用SketchUp軟件構(gòu)建虛擬圖書(shū)館的技術(shù)過(guò)程如下：首先確保SketchUp軟件系統(tǒng)單位為“毫米”，以避免沒(méi)有按實(shí)際的尺寸建模，而導(dǎo)致的效果圖變形、扭曲等情況出現(xiàn)。把收集整理后的圖書(shū)館CAD平面圖導(dǎo)入到SketchUp中，接著利用SketchUp的各個(gè)工具對(duì)各類(lèi)實(shí)體進(jìn)行三維建模，例如使用“拉/伸”工具，大致制造出一樓的立體輪廓，并按順序摳出各窗、門(mén)等部分，不斷完善各個(gè)細(xì)節(jié)。經(jīng)過(guò)細(xì)節(jié)調(diào)整后，將之前采集的實(shí)景照片，轉(zhuǎn)為SketchUp軟件可用的貼圖格式，對(duì)初步模型進(jìn)行紋理貼圖等工作，以增強(qiáng)模型的視覺(jué)真實(shí)性。最后除去三維模型中多余的線、面、組件等，并使用工具對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化處理，綜合得到圖書(shū)館三維模型。由于圖書(shū)館各樓層具有結(jié)構(gòu)相似的特點(diǎn)，使用SketchUp的“復(fù)制”功能將一樓模型復(fù)制，根據(jù)二、三樓平面圖不同處對(duì)模型進(jìn)行修改，最終得到整個(gè)圖書(shū)館的三層模型，此方法減少了建模周期，加快了建模速度。圖書(shū)館整體模型如圖2所示。

圖2 閩江學(xué)院大學(xué)城校區(qū)圖書(shū)館整體三維模型

3 虛擬圖書(shū)館展示

虛擬圖書(shū)館可通過(guò)圖書(shū)館各樓二維剖面圖及虛擬圖書(shū)館透視動(dòng)畫(huà)來(lái)展示。根據(jù)一樓CAD平面圖，在SketchUp構(gòu)建三維模型，調(diào)整模型角度，輸出一樓剖面圖。與傳統(tǒng)的一樓二維平面圖相比，模型剖面圖可以更直接、清楚地表現(xiàn)一樓圖書(shū)館細(xì)節(jié)。一樓平面圖與一樓剖面圖試驗(yàn)效果對(duì)比如圖3、圖4所示。

圖3 圖書(shū)館一樓平面圖

圖4 圖書(shū)館一樓剖面圖

SketchUp透視動(dòng)畫(huà)最大的優(yōu)勢(shì)是低成本，它強(qiáng)調(diào)模型整體概念，更多的是表達(dá)體量關(guān)系、環(huán)境的概念。通過(guò)打開(kāi)[視圖]-[動(dòng)畫(huà)]-[新建場(chǎng)景]，設(shè)定場(chǎng)景的角度，依序加入需要的“場(chǎng)景”，由左至右為動(dòng)畫(huà)的順序。通過(guò)[視圖]-[動(dòng)畫(huà)]-[播放]預(yù)覽所做動(dòng)畫(huà)，對(duì)不滿意地方進(jìn)行調(diào)整修改。若設(shè)置輸出動(dòng)畫(huà)尺寸越高，幀速越大，生成動(dòng)畫(huà)越大，動(dòng)畫(huà)生成時(shí)間就會(huì)越長(zhǎng)，同時(shí)生成動(dòng)畫(huà)時(shí)間也取決于電腦的配置。所以在測(cè)試動(dòng)畫(huà)效果時(shí)，可先設(shè)置較低設(shè)定，如低分辨率、低幀速等。注意設(shè)置場(chǎng)景與場(chǎng)景之間適當(dāng)停頓時(shí)間與間格秒數(shù)，預(yù)覽滿意后輸出動(dòng)畫(huà)。

以生成閩江學(xué)院圖書(shū)館多媒體閱覽廳展示動(dòng)畫(huà)為例，使用SketchUp8.0建模后，創(chuàng)建頁(yè)面場(chǎng)景（動(dòng)畫(huà)關(guān)鍵幀）11個(gè)，設(shè)置每頁(yè)場(chǎng)景間隔6秒，幀速25/s，設(shè)置輸出格式分辨率1024×768，使用內(nèi)存2G，酷睿雙核處理器E5500電腦，輸出動(dòng)畫(huà)耗時(shí)2個(gè)小時(shí)左右，生成約59秒AVI動(dòng)畫(huà)。制作過(guò)程截圖如圖5所示。

圖5 圖書(shū)館多媒體閱覽廳動(dòng)畫(huà)制作截圖

生成動(dòng)畫(huà)后，導(dǎo)入會(huì)聲會(huì)影軟件中編輯視頻，配合圖書(shū)館功能區(qū)配音介紹，調(diào)整動(dòng)畫(huà)播放速度，添加背景音樂(lè)、轉(zhuǎn)場(chǎng)效果等編輯操作，最后合成動(dòng)畫(huà)，發(fā)布到圖書(shū)館網(wǎng)頁(yè)及圖書(shū)館大廳觸摸屏電腦上。通過(guò)該展示平臺(tái)，可以對(duì)整個(gè)圖書(shū)館在整體和局部上有清晰、深刻、直觀的了解，對(duì)圖書(shū)館每個(gè)局部建筑模型進(jìn)行多角度觀察，具備了更佳的立體視覺(jué)效果，更好地把整個(gè)圖書(shū)館形象、直觀地介紹給讀者。

4 結(jié)論

本文使用SketchUp軟件對(duì)閩江學(xué)院圖書(shū)館建筑物進(jìn)行三維建模，通過(guò)生成圖書(shū)館各樓層剖面圖以及圖書(shū)館各主要功能區(qū)模型展示動(dòng)畫(huà)，生動(dòng)、立體、形象地展示了圖書(shū)館，為讀者提供了逼真、有良好體驗(yàn)感的展示效果。實(shí)踐證明，利用SketchUp構(gòu)建圖書(shū)館模型簡(jiǎn)便、快捷，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景。

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