虛擬現(xiàn)實(shí)古建筑場(chǎng)景的研究

黃琳娜 邢苒苒 辛孟偉 王聰聰

基金項(xiàng)目：通化師范學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目：虛擬現(xiàn)實(shí)古建筑場(chǎng)景的研究（項(xiàng)目編號(hào)：201910202038）指導(dǎo)教師：齊穎

摘 要：三維動(dòng)畫作為二維動(dòng)畫的后起之秀在21世紀(jì)取得了飛速發(fā)展，目前被廣泛應(yīng)用于游戲場(chǎng)景或動(dòng)畫場(chǎng)景以及多媒體領(lǐng)域中，只有優(yōu)秀的模型，才能完成一部?jī)?yōu)秀作品，完美的場(chǎng)景模型以及適當(dāng)?shù)膱?chǎng)景搭配可以給人們以視覺的沖擊，激發(fā)愛好者的興趣，適當(dāng)?shù)牟季挚梢院嫱谐鲆欢ǖ姆諊＝┠陙黼S著我國(guó)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(hù)模式發(fā)生了一系列的改革變化。虛擬現(xiàn)實(shí)高新技術(shù)在文物保護(hù)方面產(chǎn)生了全新的進(jìn)展，如通過三維方式對(duì)古建筑場(chǎng)景建立網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)字化展示。能夠在保護(hù)文物的同時(shí)，對(duì)參觀者提供更全面的古建筑場(chǎng)景的展現(xiàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)的古建筑場(chǎng)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(shí);古建筑場(chǎng)景;場(chǎng)景模型

一、虛擬現(xiàn)實(shí)古建筑場(chǎng)景模型制作的課題任務(wù)

庭院場(chǎng)景模型的創(chuàng)建;

庭院場(chǎng)景模型uv的展開;

庭院場(chǎng)景模型材質(zhì)的制作;

庭院場(chǎng)景模型的整體結(jié)合。

二、項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容、意義

虛擬現(xiàn)實(shí)古建筑場(chǎng)景模型的制作主要應(yīng)用Maya多邊形建模的功能建立場(chǎng)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(yuǎn)，從局部到整體制作，最后做古建筑場(chǎng)景的整合，應(yīng)用Maya中uv和貼圖技術(shù)把模型合成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)的古建筑場(chǎng)景模型。項(xiàng)目關(guān)鍵問題主要有古建筑場(chǎng)景模型和材質(zhì)的制作;古建筑場(chǎng)景模型的渲染;古建筑場(chǎng)景模型的整合。當(dāng)人們?cè)谟^看動(dòng)畫片或者玩游戲的時(shí)候，只要場(chǎng)景一出現(xiàn)，我們就會(huì)被場(chǎng)景所吸引，游戲的第一印象就取決于場(chǎng)景，好的場(chǎng)景可以使帶入感更為突出，場(chǎng)景的布局適當(dāng)、節(jié)奏就更加流暢，更加具有美感，因此，一個(gè)高品質(zhì)虛擬現(xiàn)實(shí)古建筑場(chǎng)景在空間和時(shí)間方面的資料保存可以發(fā)揮重大的作用。

三、虛擬現(xiàn)實(shí)古建筑場(chǎng)景制作的需求分析

（一）虛擬現(xiàn)實(shí)古建筑場(chǎng)景模型制作的可行性需求分析

1.技術(shù)可行性

場(chǎng)景制作是以Maya軟件為主，同時(shí)結(jié)合Photoshop軟件實(shí)現(xiàn)的，Maya技術(shù)非常強(qiáng)大，國(guó)內(nèi)外有很多游戲制作公司用Maya軟件進(jìn)行游戲場(chǎng)景的制作，所以應(yīng)用Maya技術(shù)實(shí)現(xiàn)庭院場(chǎng)景模型的制作是在本人的技術(shù)范圍之內(nèi)。

2.經(jīng)濟(jì)可行性

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

3.操作可行性

庭院場(chǎng)景的設(shè)計(jì)是：整體構(gòu)思——局部構(gòu)成——總體歸納。也就是先有一個(gè)整體的思路，再進(jìn)行每個(gè)局部的制作，然后再進(jìn)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(chǎng)景，充分考慮場(chǎng)面的整體結(jié)構(gòu)。

4.創(chuàng)新性

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

（二）庭院場(chǎng)景模型的制作流程

1.根據(jù)構(gòu)思簡(jiǎn)略的刻畫出模型的大致樣式。

2、將場(chǎng)景模型根據(jù)材質(zhì)分成多個(gè)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(chǎng)景的各個(gè)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(zhǔn)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(dǎo)出視頻。

四、古建筑庭院場(chǎng)景模型制作的準(zhǔn)備工作和注意事項(xiàng)

1.在場(chǎng)景模型制作前首先在F盤設(shè)置一個(gè)項(xiàng)目文件夾，用來保存MAYA文件。以后的所有關(guān)于此項(xiàng)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(dòng)，否則會(huì)使材質(zhì)找不到貼圖路徑。

2.在場(chǎng)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(dòng)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(diǎn)廢面的存在，要在可以達(dá)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(gè)模型做得精確以便復(fù)制后節(jié)約面數(shù)。

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

五、古建筑庭院場(chǎng)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(gè)四面長(zhǎng)方體，將長(zhǎng)方體底面刪除，因?yàn)榈孛媸强床坏降模缓髮⑸戏降拿嫣崛〕鰜硎顾撾x這個(gè)長(zhǎng)方體，然后將此面拉伸，向上擠出形成新的長(zhǎng)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(gè)矩形只留四個(gè)面，然后將每個(gè)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(tái)階，將矩形除了底面和側(cè)面都刪除，然后拉伸出一個(gè)臺(tái)階，使用W鍵+insert吸附點(diǎn)的位置執(zhí)行V鍵復(fù)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(gè)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?yàn)閳A柱不會(huì)給特寫，制作好一個(gè)后執(zhí)行復(fù)制命令復(fù)制成多個(gè)圓柱，樣式為前面四個(gè)，后面兩個(gè)，前面四個(gè)中間為門，其余中間為墻，然后制作一個(gè)四面體，將四面體放在地面上，然后將四個(gè)柱子放在四面體角落，兩個(gè)放在中間區(qū)部位，在柱子上面做一個(gè)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(gè)矩形面將此矩形面執(zhí)行擠出拉伸命令，對(duì)其進(jìn)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(gè)面，在前一個(gè)面上加一個(gè)長(zhǎng)方形作為牌匾，然后再以相同方法在建立一個(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)方體作為門的最低面，然后刪除底面，因?yàn)榈酌媸强床灰姷模瑸榱耸∶鎽?yīng)該把面數(shù)做到最低，然后建立一個(gè)立著的長(zhǎng)方體，為此長(zhǎng)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(shí)候要兩側(cè)對(duì)稱，因?yàn)閡v是重疊的，模型基本創(chuàng)建完成后將相應(yīng)貼圖導(dǎo)入到相應(yīng)材質(zhì)中。

（四）房屋模型UV以及貼圖

將房屋的底盤側(cè)面導(dǎo)入大理石貼圖，然后將5個(gè)側(cè)面uv展開，因?yàn)閹讉€(gè)側(cè)面都是相同材質(zhì)，所以u(píng)v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(duì)其工具將uv拉伸;然后對(duì)著實(shí)物模型調(diào)整uv的位置以及長(zhǎng)度使物體貼圖適中，臺(tái)階的uv用自動(dòng)映射展開，因?yàn)榕_(tái)階是水泥材質(zhì)，且材質(zhì)顏色幾乎相同，所以將臺(tái)階利用選定uv與最大值uv對(duì)其工具將展開uv拉伸，臺(tái)階上面的側(cè)面利用相同方法對(duì)齊后將其平行拉伸，拉到適中位置。側(cè)面矮墻壁我們?cè)谡归_uv后進(jìn)行重疊對(duì)齊，第三個(gè)邊對(duì)齊到第一個(gè)邊，第二個(gè)邊對(duì)齊到第四個(gè)邊，這樣反復(fù)對(duì)齊后所有面就形成一個(gè)uv面，參考實(shí)物模型確定合適的位置。

六、正門的制作

大門是一個(gè)場(chǎng)景中比較重要的模型，因?yàn)樵谶M(jìn)入一個(gè)場(chǎng)景中時(shí)，大門都會(huì)給特寫，在這里我們將大門分成幾個(gè)部分，分開制作，主要包括臺(tái)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(dǎo)出uv快照，然后用PS打開，將相應(yīng)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(fù)制粘貼到uv快照層中，所有貼圖都按照此方法導(dǎo)入，然后制作貼圖，將貼圖導(dǎo)入到一個(gè)新材質(zhì)中后賦予模型，然后將模型結(jié)合成一個(gè)整體之后添加到一個(gè)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(chǎng)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(fù)制工具將柱子復(fù)制，瓦面貼圖還是先展開一個(gè)面的uv然后用自動(dòng)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(zhǎng)，這樣圖形就會(huì)直觀可見了，棱柱因?yàn)槎际窍嗤馁|(zhì)，所以用自動(dòng)映射方式將uv縮小放到相同材質(zhì)貼圖中，根據(jù)實(shí)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(jìn)復(fù)制出一個(gè)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(duì)面處，這樣整體感會(huì)更強(qiáng)一些。

（二）地面

建立好樹模型后我們?yōu)闃涮砑硬煌馁N圖復(fù)制不用顏色的樹，顏色的不同可以讓整體更充實(shí)，植物在一個(gè)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(gè)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(gè)樹的位置。

八、虛擬現(xiàn)實(shí)庭院場(chǎng)景模型的渲染

渲染，英文為Render，有的把它稱為著色，但我更習(xí)慣把Shade稱為著色，把Render稱為渲染。因?yàn)镽ender和Shade值兩個(gè)詞在三維軟件中是截然不同的兩個(gè)概念，雖然它們的功能很相似，但卻有不同。最后要對(duì)庭院場(chǎng)景進(jìn)行渲染，要先打好燈光，相機(jī)，設(shè)置渲染效果和渲染尺寸點(diǎn)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(yù)覽選項(xiàng)菜單，選擇時(shí)間模塊，也就是整個(gè)時(shí)間段動(dòng)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(huì)高一點(diǎn)，分別選擇五個(gè)攝像機(jī)，然后點(diǎn)擊應(yīng)用選擇輸出視頻保存位置，完成整部虛擬現(xiàn)實(shí)古建筑場(chǎng)景的制作。