基于SketchUp虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的數(shù)字校園漫游設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

黃檢文（萍鄉(xiāng)學(xué)院 江西萍鄉(xiāng) 337000）

基于SketchUp虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的數(shù)字校園漫游設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

黃檢文（萍鄉(xiāng)學(xué)院 江西萍鄉(xiāng) 337000）

本文以萍鄉(xiāng)學(xué)院數(shù)字化校園場景漫游的制作為例，介紹了三維建模軟件SketchUp在基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的數(shù)字化校園場景漫游制作方面的特點(diǎn)和功能，提出了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)數(shù)字化校園漫游設(shè)計(jì)與制作的一般過程，并從實(shí)現(xiàn)技術(shù)和方法等方面進(jìn)行闡述，為SketchUp學(xué)習(xí)愛好者提供積極幫助與參考。

虛擬現(xiàn)實(shí)；數(shù)字化校園漫游；SketchUp；萍鄉(xiāng)學(xué)院

當(dāng)今信息化時代，計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，與之相關(guān)的數(shù)字媒體技術(shù)、三維虛擬現(xiàn)實(shí)等各類數(shù)字信息技術(shù)也迅猛發(fā)展，實(shí)體的虛擬化和管理的信息化已經(jīng)成為當(dāng)前社會各領(lǐng)域的重要數(shù)字技術(shù)應(yīng)用。數(shù)字化辦公、網(wǎng)上博物館參觀、數(shù)字城市社區(qū)管理等，讓人們意識到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的廣闊發(fā)展空間和巨大開發(fā)價值，由此世界各發(fā)達(dá)國家都著力于重點(diǎn)開發(fā)研究這一數(shù)字技術(shù)領(lǐng)域。我國的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究發(fā)展較晚，但是國內(nèi)各地區(qū)也正在積極倡導(dǎo)和開發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域，如建設(shè)智慧城市、數(shù)字校園、數(shù)字社區(qū)、數(shù)字博物館與數(shù)字景區(qū)等，逐步深度的與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)完美融合，確實(shí)展現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”帶來的方便與快捷。高校作為新技術(shù)、新知識的學(xué)習(xí)和開發(fā)應(yīng)用前沿，數(shù)字校園的開發(fā)或者三維虛擬校園的建設(shè)是目前國內(nèi)許多高等院校正在努力或者已經(jīng)應(yīng)用的重要工程。三維虛擬校園的逼真數(shù)字視覺場景環(huán)境，可以將真實(shí)的校園場景全方位、立體化的展現(xiàn)在大眾面前，從而讓三維虛擬校園在高校面向考生及家長進(jìn)行校園環(huán)境的招生宣傳、面向入學(xué)新生和早已畢業(yè)校友以及游客的校園環(huán)境導(dǎo)航、面向師生員工的數(shù)字化信息管理等方面都發(fā)揮著重要的作用。本文以贛西地方高校萍鄉(xiāng)學(xué)院數(shù)字校園漫游為例，綜合分析基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的SketchUp三維建模軟件在數(shù)字校園漫游設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中的應(yīng)用。

一、三維建模軟件SketchUp介紹

當(dāng)前，設(shè)計(jì)界常用的三維建模軟件主要有：SketchUp、3dsMax、AutoCAD、Maya、XSI，ZBrush等。SketchUp軟件功能和操作簡單、模型通用性好、模型較小、建模周期短、可以快速大批量精細(xì)建模；3dsMax軟件功能和操作復(fù)雜、模型通用性好、模型數(shù)據(jù)量大、建模周期較長、渲染效果好；AutoCAD軟件功能和操作性一般、模型精細(xì)度差、模型數(shù)據(jù)量一般、模型通用性差、模型搭建時間一般；Softimage公司的XSI一款超強(qiáng)的動畫設(shè)計(jì)與影視特效軟件，它具有強(qiáng)大的動畫能力和優(yōu)異的模型制作水平，模型搭建精細(xì)周期長、操作性復(fù)雜以及通用性差；ZBrush 是一個數(shù)字雕刻和繪畫軟件。通過這些主流的三維建模軟件的實(shí)用性、普適性、軟件功能側(cè)重點(diǎn)、模型搭建周期等方面的比較分析得出，各模型搭建軟件各有優(yōu)劣長短，各有其擅長和弱化的方面。在實(shí)際工程項(xiàng)目模型搭建過程中，可以根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際和客戶預(yù)算與需求來權(quán)衡考慮選擇。

SketchUp（中文名為：草圖大師）是由成立于2000年的@Last Software公司開發(fā)，公司規(guī)模不大，卻以SketchUp聞名。2006年該公司被互聯(lián)網(wǎng)巨頭Google公司收購，故現(xiàn)稱為Google SketchUp。Google SketchUp是一套直接面向設(shè)計(jì)方案創(chuàng)作過程的設(shè)計(jì)工具，利用其進(jìn)行創(chuàng)作不僅能夠充分表達(dá)設(shè)計(jì)師的意思，而且能完全滿足設(shè)計(jì)師與客戶即時交流的需要。它讓設(shè)計(jì)師可以直接在電腦上進(jìn)行十分直觀的構(gòu)思，是三維建筑設(shè)計(jì)方案創(chuàng)作的優(yōu)秀工具。在SketchUp中建立三維模型就像使用鉛筆作圖一樣，Sketch Up本身能自動識別這些線條，并加以自動捕捉。它的建模流程簡單，即：畫線成面，然后擠壓成型，這也是建筑建模中最常用的拉伸建模法。[1]

SketchUp是一款非常受歡迎并且易于使用的3D設(shè)計(jì)軟件，有電子設(shè)計(jì)中的“鉛筆”美譽(yù)之稱，可見該軟件的使用簡便，容易上手，圖形設(shè)計(jì)者只需創(chuàng)作中完美展現(xiàn)圖形作品創(chuàng)意而無須過多考慮軟件使用技巧。它是以直觀面對作品方案設(shè)計(jì)創(chuàng)作的圖形設(shè)計(jì)工具，設(shè)計(jì)者的創(chuàng)意思維首先可以在創(chuàng)作過程中完美呈現(xiàn)，其次也可以充分實(shí)現(xiàn)與客戶隨時溝通的需要，它極大的方便了設(shè)計(jì)者直接計(jì)算機(jī)軟件上開展建模設(shè)計(jì)構(gòu)思的直觀性與即時性，是數(shù)字校園漫游設(shè)計(jì)方案創(chuàng)作的優(yōu)秀工具。根據(jù)數(shù)字校園三維模型搭建的項(xiàng)目特點(diǎn)，我們可以分析出SketchUp軟件可以建筑、園林、景觀等多個方面應(yīng)用的適用范圍廣闊特性；它同時具有界面直觀性，綜合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的數(shù)字校園漫游三維建模的應(yīng)用特性，我們簡要對SketchUp的長處情況進(jìn)行歸納概括：它具有軟件適用范圍廣；軟件界面簡潔明了；其自帶建筑項(xiàng)目中的各類素材組件和紋理邊線的材質(zhì)庫，有不同模式下的顯示，如三維模型的草稿、透視、渲染等各式顯示效果展現(xiàn)，方便設(shè)計(jì)者直觀設(shè)計(jì)創(chuàng)作；軟件演示視頻動畫功能的操作簡便，同樣讓設(shè)計(jì)者可以很好的進(jìn)行工程項(xiàng)目的展示動畫制作，也可以在文化類等其它動畫作品設(shè)計(jì)或創(chuàng)作中使用SketchUp軟件的視頻動畫功能進(jìn)行動畫場景模型的構(gòu)思與草圖創(chuàng)作。

從以上幾款常用三維圖形軟件的比較和SketchUp軟件的長處介紹，SketchUp可以作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中數(shù)字校園漫游設(shè)計(jì)與制作的首選軟件，進(jìn)行項(xiàng)目開展。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)數(shù)字校園漫游設(shè)計(jì)與制作的一般過程

數(shù)字校園漫游場景一般包括校園道路環(huán)境、教學(xué)生活建筑場所、體育活動場、校園景觀環(huán)境空間等基本構(gòu)成元素，其中校園道路環(huán)境是數(shù)字校園漫游設(shè)計(jì)與制作的主體，建筑漫游圍繞著校園道路的進(jìn)深而展開制作，一般又包括學(xué)校主道、輔道、連接教學(xué)與生活的各校園脈絡(luò)支流道路；數(shù)字校園漫游場景中的另外一個重點(diǎn)就是校園建筑場所，主要涵蓋了學(xué)校的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)辦公場地、圖書資料場館、餐飲消費(fèi)場所、教職工居住休息樓宇、學(xué)生公寓、師生活動中心、校園創(chuàng)意孵化中心等。從數(shù)字校園漫游建模對象的種類和數(shù)量上來分析，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)下的數(shù)字化校園漫游環(huán)境空間表現(xiàn)是較為繁瑣的項(xiàng)目工程，為了此項(xiàng)目的流程進(jìn)展順暢，項(xiàng)目開展前的籌劃設(shè)計(jì)必須提前做好，筆者計(jì)劃從數(shù)學(xué)校園漫游制作的前段項(xiàng)目素材資料整理與分析、中段校園空間環(huán)境三維數(shù)字化模型的搭建與整合、尾段項(xiàng)目整體三維可視化效果的實(shí)現(xiàn)與完善三個方面來進(jìn)行項(xiàng)目制作。

三、萍鄉(xiāng)學(xué)院校園環(huán)境空間的三維數(shù)字化虛擬漫游創(chuàng)作與實(shí)現(xiàn)

1.校園環(huán)境空間三維數(shù)字化虛擬漫游實(shí)現(xiàn)的軟、硬件需求

校園環(huán)境空間三維數(shù)字化虛擬漫游創(chuàng)作與實(shí)現(xiàn)流程中核心使用SketchUp數(shù)字三維建模軟件，同時配合3DMAX軟件輔助建模、Photoshop模型貼圖材質(zhì)軟件操作、音視頻后期處理軟件Premiere或大洋ME的虛擬漫游動畫后期合成制作完善。硬件方面配備一臺的高清像素的單反帶廣角鏡頭的數(shù)碼相機(jī)，一臺配置好的主機(jī)電腦（i5 4590四核3.3GHz/6，60G固態(tài)+1TB機(jī)械硬盤，顯卡GTX960OC 4G D5，內(nèi)存8G DDR3 1600，3D滾輪鼠標(biāo)等），采用Win XP或Win 8應(yīng)用平臺，安裝SketchUp8.0及3DMAX2014三維建模繪制軟件，視頻剪輯與合成軟件使用Premiere Pro CS4、Afiereffects8.0，材質(zhì)貼圖處理軟件采用Photoshop CS4.

2.萍鄉(xiāng)學(xué)院校園環(huán)境空間三維數(shù)字化漫游系統(tǒng)設(shè)計(jì)

萍鄉(xiāng)學(xué)院坐落在湘贛交界的“贛西明珠”、“工運(yùn)搖籃”萍鄉(xiāng)市安源新區(qū)。萍鄉(xiāng)學(xué)院辦學(xué)始于1941年創(chuàng)辦的省立萍鄉(xiāng)師范學(xué)校，1949年更名為萍鄉(xiāng)師范學(xué)校，1982年成立萍鄉(xiāng)教育學(xué)院，1993年更名為萍鄉(xiāng)高等專科學(xué)校，2013年經(jīng)教育部和江西省人民政府批準(zhǔn)升格為全日制公辦普通本科院校萍鄉(xiāng)學(xué)院。本文是以萍鄉(xiāng)學(xué)院校園環(huán)境空間為設(shè)計(jì)對象進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的數(shù)字化校園漫游制作。

萍鄉(xiāng)學(xué)院校園環(huán)境主要包括教學(xué)與實(shí)驗(yàn)大樓和師生宿舍建筑物、田徑運(yùn)動場、室外籃球場、校園雕塑人文景觀、車道人行線路、景觀植物帶等。學(xué)院環(huán)境空間核心為校園建筑物，主要由學(xué)院鼎新樓、格致樓、圖書館、音樂廳、藝術(shù)樓、跬步樓、英華樓、多維樓、學(xué)生宿舍、教職工家屬樓、學(xué)生食堂等十多棟校園建筑構(gòu)成學(xué)院校園環(huán)境空間主體；除了上述學(xué)院建筑樓宇之外，還有校園車道人行線路、景觀植物帶、田徑場、 東西校門、文廷式小廣場、毛澤東去安源雕塑升旗廣場、校園導(dǎo)示牌等；這樣也構(gòu)成和豐富了學(xué)院校園環(huán)境空間效果，成為虛擬數(shù)字校園的核心組成部分，進(jìn)一步豐富了學(xué)院校園數(shù)字漫游動畫的場景層次感和空間真實(shí)感。

（1）校園環(huán)境資料收集

數(shù)字校園資料收集主要是把校園各教學(xué)與實(shí)驗(yàn)大樓、師生宿舍、學(xué)生食堂、田徑場、校園車道人行線路以及文廷式雕塑等人文景觀物件外形、尺寸大小等數(shù)據(jù)收集與整理。校園規(guī)劃的整體平面CAD圖紙和單棟建筑及校園雕塑的具體數(shù)據(jù)信息可以去基建等相關(guān)后勤部門或?qū)W校發(fā)展展示館詳細(xì)查閱；如果有些數(shù)據(jù)信息不夠清楚或者因?yàn)樾@發(fā)展與材料搬遷過程中丟失不祥的情況，則可以通過組織項(xiàng)目人員直接用標(biāo)尺和測位儀器對需要掌握數(shù)據(jù)的校園建筑或者景觀進(jìn)行丈量，從而得到數(shù)字校園漫游制作所需的參數(shù)數(shù)據(jù)。再利用百度地圖、高德地圖或者谷歌地球等數(shù)字地圖系統(tǒng)工具搜索到萍鄉(xiāng)學(xué)院校園整體環(huán)境數(shù)字圖形，選擇符合項(xiàng)目尺寸的比例抓取平面效果圖數(shù)據(jù)，把從各方面收集的數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行整合分析最后得到相對準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。再通過數(shù)碼相機(jī)直接拍攝獲得學(xué)院校園環(huán)境景觀實(shí)景圖形數(shù)據(jù)資料，用于后續(xù)軟件三維模型搭建參照圖和場景后期貼圖材質(zhì)使用。材質(zhì)貼圖的校園素材圖片要選擇好場景角度和環(huán)境光影效果，光影要均勻，相機(jī)鏡頭和被拍建筑景觀面垂直，同時拍攝建筑景觀的全景圖片作為該對象建模的完整參照圖。拍攝所得的校園景觀圖片可能會有大小、光線、角度、分辨率、格式等方面的細(xì)節(jié)問題，可以通過數(shù)字圖形處理軟件Photoshop進(jìn)行必要的處理完善，從而得到符合數(shù)字校園漫游制作所需的貼圖材質(zhì)。

（2）數(shù)字校園三維模型的搭建及方法

數(shù)字校園三維模型首先可以按照校園景別的不同進(jìn)行模型區(qū)塊劃分，如萍鄉(xiāng)學(xué)院西校門區(qū)域校園景別主要包括西校門、鼎新樓、格致樓、圖書館、學(xué)術(shù)交流中心以及道路花壇等物體，然后根據(jù)不同模型區(qū)塊分別進(jìn)行場景模型的制作，可以減少因?yàn)樗桧?xiàng)目模型同時搭建過多、數(shù)據(jù)超載而導(dǎo)致軟件運(yùn)行緩慢或者直接死機(jī)崩潰的項(xiàng)目制作麻煩，同時模型區(qū)塊的分別制作也有助于項(xiàng)目工作效率的提高、速度加快。數(shù)字校園模型搭建過程中首先確立校園每個不同區(qū)域的空間場景作為一個個單獨(dú)對象進(jìn)行分別建模與貼圖。根據(jù)之前Sketchup中調(diào)入的包括校園道路、操場、花壇水池的校園場景信息的平面圖，進(jìn)行逐個制作與貼圖，并加以渲染。最后再根據(jù)校園實(shí)際效果進(jìn)行位置的擺放與整合。

三維模型搭建時，群組和組件兩個命令的正確使用可以加快模型建模速度，從而提高工作效率。萍鄉(xiāng)學(xué)院圖書館是此次數(shù)字化校園漫游虛擬現(xiàn)實(shí)場景中的地標(biāo)性場景，下面以圖書館為例，來說明三維建模的制作過程及制作技巧。

首先利用通過校園CAD圖紙或者谷歌地球捕捉的俯視圖作為繪制圖書館底圖。然后使用推拉工具根據(jù)實(shí)際高度將地底圖進(jìn)行拉伸，再將一條垂直邊線拆分成六等份，將圖書館樓分為六層；再用線條工具將等分點(diǎn)捕捉并結(jié)合Ctrl鍵和輸入5X就可以把圖書館大樓分為六層。然后進(jìn)行圖書館的外墻面制作，外墻面主要是門框和窗戶，可以先在草稿區(qū)繪制好門窗構(gòu)件，移動到館墻外部立面，定位外墻表面粘貼，位置合適調(diào)整及尺寸大小設(shè)置，再使用移動工具選中窗戶組件用上述方法將各樓層窗戶繪制好。整個圖書館建模完成之后，可以進(jìn)行渲染和通過軟件自帶的材質(zhì)進(jìn)行貼圖，或者網(wǎng)絡(luò)下載合適材質(zhì)進(jìn)行貼圖，亦可以通過自拍的圖片照片，經(jīng)過Photoshop軟件處理后，獲得較好些的真實(shí)場景材質(zhì)逼真效果。

接下來把之前通過SketchUp軟件繪制好的校園車道人行線路、植物景觀、人文雕塑小品、亭臺等場景模型分組拆解打散，布置于其空間合適位置并進(jìn)行組合調(diào)整。通過此類數(shù)字校園配套模型的組合調(diào)整，搭建起來了數(shù)字校園漫游系統(tǒng)中的場景空間重要組成部件，從而使共享和協(xié)同信息系統(tǒng)資源之間的各項(xiàng)命令暢通，最終實(shí)現(xiàn)萍鄉(xiāng)學(xué)院的數(shù)字校園漫游系統(tǒng)。

最后實(shí)現(xiàn)萍鄉(xiāng)學(xué)院三維虛擬數(shù)字校園場景可視化或漫游系統(tǒng)，首先可以是基于網(wǎng)絡(luò)開放共享系統(tǒng)的谷歌地球（Google Earth）上面的命令程序操作實(shí)現(xiàn)萍鄉(xiāng)學(xué)院數(shù)字化校園的在線可視化；其次可以通過三維軟件自帶的動畫程序及相關(guān)命令生成數(shù)字化校園漫游三維動畫，再經(jīng)過非線性編輯軟件的后期剪輯與合成，使萍鄉(xiāng)學(xué)院數(shù)字校園以動畫視頻的方式在網(wǎng)絡(luò)和視音頻媒體進(jìn)行數(shù)學(xué)化展示或傳播。

四、結(jié)語

本文基于Google SketchUp 搭建了萍鄉(xiāng)學(xué)院數(shù)字校園虛擬漫游系統(tǒng)，概述了數(shù)字校園漫游場景模型的項(xiàng)目制作手段和進(jìn)展程序，然后通過谷歌地球（Google Earth）網(wǎng)絡(luò)共享系統(tǒng)平臺和數(shù)字校園動畫漫游再現(xiàn)。本項(xiàng)目制作初步實(shí)現(xiàn)了數(shù)字校園漫游的基本效果，今后將從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)研究，逐步探索數(shù)字化校園信息查詢、方向定位、動態(tài)與交互等方面功能，讓其更好的為學(xué)校招生就業(yè)宣傳、校友資源拓展、校園規(guī)劃建設(shè)以及提高教育教學(xué)質(zhì)量和科研管理水平等多方面服務(wù)，真正成為我院一個重要的開放、共享與交流的數(shù)字化校園生態(tài)平臺。

[1]呼延玲、劉斌、阿布力肯.基于SketchUp的三維虛擬校園景觀制作[J].軟件導(dǎo)刊，2013,01：65

[2]汪娟娟、康玲.虛擬現(xiàn)實(shí)在數(shù)字校園中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)仿真，2003,20（6）

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10.19312/j.cnki.61-1499/c.2016.12.064

黃檢文（1980--）男，江西宜春人，講師，碩士，研究方向：數(shù)字媒體技術(shù)、圖形圖像。

萍鄉(xiāng)市指導(dǎo)性科技計(jì)劃項(xiàng)目課題2014NS078；萍鄉(xiāng)學(xué)院校級課題11PXKY-11