基于“三維動畫基礎與建?！闭n程實現三維虛擬校園模型的應用研究

陳彥伯

摘要：隨著通信技術和計算機軟硬件技術的光速發展，隨著5G網絡的推廣和普及，我們的生活節奏越來越快，世界變得越來越小。虛擬現實技術，作為一種已經發展到瓶頸的應用型技術，5G的出現，讓虛擬現實技術又迎來了屬于它的春天。虛擬現實技術的主要實現由前期的模型制作部分和后期的交互式實現部分兩個部分組成。本文主要探討如何運用“三維動畫基礎與建模”課程中所講授的內容來實現三維虛擬校園模型場景的制作。

關鍵詞：虛擬現實;模型制作;三維動畫

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）03-0086-02

0 引言

目前，三維模型制作技術已經在各種領域廣泛的被應用。在醫療領域，三維模型制作技術被用于制作精確的人體器官模型;同樣的在醫療領域，三維模型制作技術還被用于醫療器械的制作;在影視行業，三維模型制作技術被用于制作人物模型和場景模型;在建筑行業，三維模型被用于展示建筑物外形和景觀的布局。近些年，航天軍事和地質勘探等多個行業都在使用三維模型制作的技術。行業前景發展一片大好。

1 三維模型技術應用虛擬校園場景制作綜述

1.1 三維模型制作的基本流程

三維模型制作的軟件有很多種，在本文中就不進行具體的介紹了。我們主要使用的三維模型制作軟件是Autodesk Maya軟件。

傳統的三維模型制作流程大概分為：前期準備工作;實體模型制作;材質貼圖制作，三個部分。

1.1.1 前期準備工作

因為制作的是三維虛擬校園的模型，所以前期的準備工作就是讓學生利用課余時間去拍攝圖片參考資料，為了項目能夠順利進行，我們項目組還專門購買了一架無人機進行拍攝，以保證整個校園的平面圖的頂視圖比例準確。無人機還能方便的拍攝高大建筑物的正側視圖，能夠多角度進行拍攝。無人機的使用極大的方便的前期獲取參考素材的便利性。

前期準備工作的另一項任務就是大存儲設備，因為校園內建筑物較多，所以拍攝的參考素材包括視頻和圖片兩種，文件較大。大的存儲設備是必要的。

平面圖的制作是前期準備工作的最重要部分，根據拍攝資料和衛星圖顯示的資料，使用平面軟件繪制校園的平面布局，注意比例一定要準確。

1.1.2 實體模型制作

這個制作過程是整個項目最重要，也是耗時最長的部分。項目制作主要由MAYA軟件完成。讓參與項目的學生，根據課上所講內容和命令，制作校園內主體建筑模型和配套設施模型。

模型的制作主要根據建筑物的特點進行選擇建模方法。主要采用Polygon（多邊形建模），輔助采用NURBS（曲面建模）兩種建模方式進行建模。如有必要，也可以采用兩者一起使用的綜合建模方式[1]。

項目制作過程主要以課上講授的命令為主，屬于課上內容的升華和提高。三維模型項目的參與有利于學生能夠更好的掌握專業知識技術，更便于學生畢業后的就業[2]。一舉多得。

制作過程中一定會遇到一些問題，這些問題我們在后面會提出和解決。

1.1.3 材質貼圖的制作

這個制作過程是比較容易出效果的部分，也是相對簡單的部分。大部分建筑只需要在材質編輯器內賦予相應屬性的材質球，并調節簡單的顏色和基本參數即可。

有一些建筑有墻磚，底面有地磚。這些就需要相應的貼圖。貼圖可以拍攝圖片，也可以網上下載類似圖片。

還有一些建筑物比較特殊，需要自己繪制貼圖?；蛘呤桥臄z照片后進行進一步的處理。這個過程就比較復雜。

在制作材質貼圖的時候，一定要注意把這三種不同的情況區分開，以提高工作效率。

1.2 三維虛擬校園模型制作中遇到的問題和解決方法

1.2.1 學生造型基礎薄弱

MAYA軟件的基本命令和基礎操作是比較好掌握的內容，但是模型的制作，需要設計師有一定的造型基礎。我們要想把學生培養成為更加專業的三維模型設計師，就需要培養學生的基礎造型能力。在課后，我們會給學生布置一些提高造型能力的專業繪畫課程，讓學生把課余時間更好的利用。

1.2.2 單個模型制作時是拼接模型還是一體成型的問題

我們學習軟件制作案例，最開始的老師就是教材，或者是網上的案例。無論是書上的教材案例還是網上的案例都有一個共同的特點，那就是步驟已經設計好，模型的分解也已經提前被作者完成。

學習教程案例的好處是比較容易上手和入門。但是弊病就是會讓學習者喪失了獨立思考的能力。一個模型如何去分解，是模型設計師需要具備的基本素質。在項目制作中，我們往往會發現學生能夠熟練的制作模型的結構，合理的分配點、線、面。但是卻不能合理的拆解模型的分解。

一個模型，哪些部分需要單獨制作，哪些部分需要一體成型。要解決這個問題不僅要考慮到最后模型的面數，計算機的運算量，還要考慮到后期材質的制作方便。

所以，在制作一個模型之前合理的解構它的組成部分尤為必要。

1.2.3 大型場景模型制作時Combine、Group、booleans的合理運用

針對上面的問題，這個問題也是必須要解決的問題。Booleans命令在行業制作中基本被嚴禁使用，所以第一個被排除掉。在項目制作中一定要提醒學生注意Booleans命令的使用。

Group能夠更加便捷的管理場景中的模型?？雌饋硭坪醺佑杏谩５窃趯嶋H的制作中也會給我們帶來一些不便。Outline中也會產生大量的名單。這個命令一定要慎用。

Combine命令是我建議使用的命令，他能夠更好的讓我們對Polygon模型進行管理。

擅長Photoshop的朋友們可能更加喜歡使用圖層來管理場景中的物體，當然這不僅僅包括模型，還可以管理場景中其他的物體。

最后針對這個的總結就是，多種方法配合使用，合理的、有針對性的進行使用才能更好的完成項目的制作。

1.2.4 更好的理解和使用四邊面和三角面

使用Polygon模型制作中，有的時候最后的輸出對模型的面是有一定要求的。為了能夠滿足各種輸出設備對模型的要求，合理的使用四邊面和三角面就變得尤為重要。insert edge loop tool可以檢測連續的四邊面，也可以為連續的四邊面添加環行線，對模型制作中細化模型的細節非常的有幫助。

poly count能夠顯示多邊形基本元素的細節，必須在模型制作中打開，以便觀察場景中的模型是否出錯。

有些場景的使用會要求把模型轉換成三角面，并且對面的數量有一定的要求，這就對我們模型制作的技巧有更高的要求。

2 結語

虛擬現實技術越來越多的被應用在我們的生活中。在目前，三維模型制作技術作為虛擬現實技術實現的重要的組成部分，不僅為社會，為學生提供的大量的就業機會，同時對從業者的技術水平要求也變得越來越高了。這就更加的需要將高校的教育課程更好的融合到實踐案例中去，需要我們從教者不斷的探索研究各種可能性來提高教育教學的質量。

參考文獻

[1] 陳高雅.三維動畫技術在城市景觀設計中的應用[J].美與時代·城市，2015（7）：33-34.

[2] 陳瑋.基于MAYA的三維建模在虛擬現實技術中的應用研究[J].中國高新區，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