論三維游戲建模技術在虛擬場景的運用

張志遠 陳歡

摘要：目前隨著我國新興產業的發展。游戲產業也隨之發展迅速，游戲玩家的人數逐年增多。如今，三維技術在游戲領域中被廣泛應用。而3D游戲已經成為了，當代游戲玩家最忠實的游戲類型。3D游戲就是三維游戲，三維技術在游戲中所創造的效果能夠達到無法表現的、充滿畫面感、富有想象力的視覺感受，能使玩家更加真實的體會游戲，仿佛置身與游戲當中，享受著游戲的樂趣。場景建模，是3D游戲中置為重要的組成部分。優秀的場景建模可以提升3D游戲的美感，強化其渲染的主題，使3D游戲的效果更加的充足。我的畢業設計是，以南京建筑為例，建模一個其中的建筑場景。所以選了南京代表性的建筑，總統府為例，并結合實地考察，制作了一個較完整的總統府場景建模。對主要建筑的構造以及建模，有了一定的細致研究。本文以此為據，舉例分析了總統府內標志性傳統建筑的結構以及其功能性，并結合了場景模型制作設計過程中需要用到的建模軟件3ds Max，論述了3d游戲建模技術在傳統建筑模型中的運用。以及對場景建模中所遇到的一些問題的解決辦法。

關鍵詞：場景建模;三維技術;傳統建筑

緒論

現如今，三維建模對各個領域都有聯系，已經成為當今不可缺少的軟件。游戲領域更是依靠三維技術。游戲場景建模是游戲場景構成的極為重要的組成部分，游戲場景是游戲除了角色塑造之外，其他的部分都包含在其中。通過渲染加強游戲的主題，成功的場景建模可以提高動畫的檔次，可以使渲染建模時更加的豐富。場景建模的適當增強對三維游戲的附加值，會直接影響整個游戲的風格和藝術水平。

本文通過研究三維技術在游戲場景當中的運用，以南京總統府場景建模為例。收集相關資料，來探索場景建模的制作的方法。文章第一部分是對南京總統府的簡述，第二部分是結合本人畢業設計對場景建模的制作進行分析，第三部分是場景建模過程中，遇到的問題以及改善的方法。

一、南京總統府模型的制作意義

南京總統府是南京市地標，也是民國時期主要的代表建筑之一，中國近代歷史產物的重要標志。其既有屬于中國南方特色的江南園林，也有近代西風東漸時期的建筑遺存，直到今天，已經有六百多年的歷史。

本著尊重現狀、尊重歷史的原則，使用3d游戲建模技術進行還原，不僅可以體現總統府建筑群的傳統特色，而且提升了畫面的美感，豐富了視覺的享受，還可以渲染氣氛， 使人身臨其境，體驗更加飽滿真實感。對古建筑研究、文物的保護、景區的規劃和管理，以及推動傳統建筑文化與藝術的相結合，也具有重要的應用意義。

二、總統府場景的創作過程

（一）場景的設計理念

在實地考察南京總統府之后，得出了一些結論。考慮到南京總統府的場景過于宏大，所以選取了主要的幾個建筑進行制作。在分析了南京總統府的地圖之后，劃分了其主要建筑、次要建筑、以及環境因素等等。一般來講人最先觀察的是主體物，可以使人眼前一亮。反之，次要的建筑簡要概括。這樣可以有效的控制游戲場景的資源消耗，也可以提高場景建模的制作效率。

然后在制作南京總統府場景的大致形狀。在劃分完總統府場景的規劃區域之后，首先要把場景中的建筑物用簡單的幾何物體代替，其主要目的是，先把總統府建筑中的高點和低點，與個模型之間的比例大小進行相對匹配。不追求細節，先把總統府場景模型的大體布局先完成。可以更好的掌握物體之間的聯系。

通過3d游戲建模技術可以把南京總統府建筑、風景全部還原到游戲中，讓它們重新煥發生命力。模型的制作方法就是結合3ds Max軟件，先建立出基本形狀建造出基本形狀之后，再轉化為可編輯多邊形模式，一步一步的制作，利用不同的視圖窗口，例如左視圖與頂視圖等，可以根據不同的視角，來調整模型的外形以及位置，最后拼接到一起，再貼上相應的貼圖，做出成品。為之后的精細加工取得更好的鋪墊。

之后在精細調節總統府建筑的細節，當整個場景模型的布局和比例關系確立以后，就需要對總統府的各個建筑進行細節的制作，最終達到建模的最佳效果。所有建筑在細分時，應該注意細節特點與整體之間的聯系，不能盲目的細摳一個面，要整體來看。并且分為三個步驟，先把基本形狀確立，然后在整理其細節和整體的關系，最后在精細加工其突出的結構，達到最終的效果。

（二）總統府的建模流程

1.門樓

總統府門樓，是近代中西文化的結合體。著眼望去，最先看到的便是總統府的門樓，此建筑和里面的傳統建筑不同，材料多偏向磚塊，而傳統建筑更偏向木材。因此在建模時，首先要考慮，其特征是建立在實體建模的基礎上的。利用3ds Max提供的基礎模型，建造出基本形狀，調好長寬高基本比例。這樣做的目的是，讓其保留可塑造的基礎上，再進行轉化成可編輯多邊形模式對其進行處理，從而改變它們的大小形狀。

在加入總統府的三個文字的時候，因為文字很是工整，采用多邊形構造的話容易亂而且不規整。直接采用，可編輯樣條線的線面打字工具，打出“總統府”的三個字，再采用線面擠出的方法，尚可完成。

建造門樓中三個門洞的時候，用布爾運算制作總統府大門的門洞，這樣可以仍然保持著它本身的修改器堆棧，方便編輯。在門樓中的雕刻的花紋，采取可編輯樣條線的方法，照著實體照片的狀況，進行勾畫出來。這樣門樓的建模基本完成。

2.政務局

政物局大樓是負責重要文稿供寫的，屬于仿歐式兩層建筑。整棟樓建筑以正大門入口的小樓為基礎，由兩層緊密相連，結構嚴謹，造型設計的很對稱。對此建模的時候，沒有門樓的繁雜。但是難點在于政物局的門窗。

用3DsMAX里的標準基本體進行大致的結構劃分。基本形狀確立好后，再者考慮的就是窗戶。由于窗戶的護欄數很多，建好大致形狀后，用長方體，隨著窗戶的比例確定下來，需要構建一個即可，其他均可采取復制的方法。用可編輯樣條線的方法，勾勒出窗戶的基本形狀，用這樣的方法在隨后的修改當中，方便調整。隨后采用復制的方法，將其他的窗戶復制出來。門的制作的時候，注重其和窗戶之間比例的關系。隨后采取多邊形建模進行制作。門的把手用可編輯樣條線，勾勒出形狀，隨之擠出。

3.辦公處

孫中山臨時大總統辦公處，坐北朝南，面包含七間，是單層建筑。在構建好具體的形狀后，屋頂的斜面采取線合并的方法，使其成為一個三角體屋頂，這樣做也可以讓其對稱。前方支撐的棱柱部分，建造一個后，平移復制，分成多個在一面，然后都選中，采取鏡像的方法，直接復制到后方。這樣做既可以省時間，也可以準確的放置棱柱的位置。

辦公處的難點在門的制作。它的門是門窗一體的，建模的時候，還要考慮到后期的貼圖。得把窗戶和門區分出來。所以，先用可編輯多邊形確立好門的形狀之后，從門的三分之一處切割一條邊，使它分成兩個圖形。然后，由于窗戶部分的欄桿較細。

所以采取可編輯樣條線的方法，把門框和門邊沿著門的外沿建立好，然后再采用擠出的方法，這樣最終的建模就完成了。

4.大堂

總統府大堂，是太平天國時期的建筑，這個和前者略有不同，屬于中國古代建筑，建筑特色是，硬山頂單層雙榐，與二堂以穿相連。正前方有四根紅木柱子所支撐。在建造的過程中，難點在于，總統府大堂中的浮雕窗戶等物體，這些構造非常的復雜，造型也比較小，厚度薄，要是通過實體建模來建造的話，不僅工作強度會加大，而且模型數量也會隨著增大，導致系統軟件無法的進行驅動。

因此最好的解決辦法就是，以透明貼圖代替實體建筑模型進行建模。如果采用實體建模進行建模的話，會產生上百個甚至上千個面來，而且到后期刪除多余面的時候，也非常的麻煩。所以從對應的線框來看，采用box建模，賦予鏤空透明貼圖的話，既可以表達豐富的視覺細節，也可以很好的簡化模型的數量。

在使用3ds Max軟件建模后需要刪除不影響場景效果的面。模型底部的面不會影響場景的效果，刪除后會降低場景的復雜性，減少模型的面數，并減小文件的大小。如大堂前后的四根木柱。木柱的頂部和底部的面就可以刪除，因為頂部與底部的面是看不見的，也不會影響模型的整體效果。臺基是搭建在地面平面上，多余的底部的面也是需要刪除的。

大堂的屋頂由于是古代建筑，所以存在屋檐。屋檐微微翹起，這稱之為飛檐翹角，可以排出屋檐的積水，并且在其中起著裝飾作用。建模時，將屋頂轉化為可編輯多邊形之后，選中屋頂的一條邊，用復制的辦法，再復制一條邊，然后調制其數值，再經過擠出，使其成為立體的結構。這樣做的好處就是，順著邊下來，可以更好的對齊。比直接用多邊形建模方便，而且還對稱，更加的附和。

之后在使用鏡像的方法，將剩下的三條屋脊復制出來。

三、建模過程中的問題以及改善的

（一）細節處理的太細致

就模型來說的話，模型的精細程度是影響其真實性的重要條件之一。細節程度的高低，決定著模型效果的水準。但建立模型的原因是，為了給虛擬的場景系統中創作一個虛擬的環境，然后在其中實現游戲活動或者漫游等任務。所以在場景建模的時候還應該考慮到整個系統的綜合性能。如果在建立模型的過程當中，過分的追求內部的細節，而且對于所有的結構和表面特征，都采取多邊形建模的方法來實現的話，會忽視了整個數據庫的結構和優化，不但會使工作強度逐步變大，而且還可能導致整個系統的運行速度有所下降。所以造成其性能變低，嚴重時還容易使電腦卡頓。所以在場景建模中要有整體的觀念，要意識到模型的細節和系統之間的相互制約的聯系，不可過度的追求真實的效果，從而無限的精細模型結構。

（二）實體拼接組合的位置關系不明確

許多物體不是用一個簡單的幾何形狀就可以完成的，它們經常是由多個物體組合而成，但是這并沒有和搭建積木那樣簡單，要是在拼接的位置關系不正確的情況下，就會造成模型的局部閃爍，這種現象的產生原因是，多邊形的位置重合，引起Z值的爭奪。如果兩個或者兩個以上物體的點在空間位置上具有相同深度的Z值，導致無法判斷哪一個多邊形的點應該優先顯示。于是會出現有的幀顯示這個多邊形的點，有的幀顯示那個的情況，從而會出現屏幕畫面閃爍的故障。所以，應該適當的進行裁剪，或者把面數調整一下，就可以避免這種現象的發生。

（三）有多余存在的面

在進行實體模型的建造過程當中，模型會經常的出現多余的面來，而且單獨的物體建模時也會發生多余面的出現，因此在建模過程中出現的這些面要立即的刪除掉，從而最大程度上，降低了整個系統的復雜程度。

除了以上的三種問題外，在建模的過程中運用技術不合理的話，會產生紋理閃爍、光照和透明效果的失真等問題。如光照失真的問題，一般是使用了較大的多邊形產生的。可采取多邊形分割的方法，進行解決。

結 語

在如今這個充滿著競爭的時代，三維建模技術已經成為了一種重要的創作技術，三維建模技術以獨特的優勢發展了創作的空間，強化了場景建模的創造力和表現力。利用虛擬三維游戲場景建模，實現古建筑的再現，而模型的逼真程度又是實現虛擬現實技術，成敗與否的關鍵。并且在建模的過程中，我總結出適合中國古建筑最有效的建模途徑，并體現出三維建模技術，在古建筑表現與保護中的重要性。真實再現了每個建筑物體，讓用戶漫游時不會產生過渡的延時現象，可以從各種角度觀察到，每個建筑物體的形態和結構，從而達到一種身臨其境的真實感覺。

參考文獻：

[1] 彭一剛.三維空間組合論[M].中國建筑工業出版社.2008.6.1.

[2] 楊兆東.三維虛擬景觀技術的發展及其應用探索[M].2004.1.

[3] 周寧，趙雁南，楊澤紅。基于虛擬現實的中國古建筑虛擬重建[D].計算機工程與應用，2006.

[4] 楊克儉，劉舒燕.虛擬現實中的建模方法[J].武漢工業大學學報.2001，23（6）：47-50.

[5] 高志清.園林及古建筑效果圖制作技法精研[M].中國水利水電出版社.2006.

[6] 張璟雷，郝邊.遠中文版3ds Max建模百例.北京：中國海洋出版社，2011.6.

[7] 王秀峰，閻河.3ds Max 2009次世代游戲場景建模寶典.北京：電子工業出版社，2009.1.

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