基于3ds Max的建筑漫游動畫關(guān)鍵技術(shù)的研究

彭國華

(陜西科技大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計學(xué)院, 陜西 西安 710021)

0 前 言

建筑漫游動畫就是采用動畫虛擬數(shù)碼技術(shù)并結(jié)合電影的表現(xiàn)手法，根據(jù)建筑、園林、室內(nèi)等規(guī)劃設(shè)計圖紙，將樓盤外觀、室內(nèi)結(jié)構(gòu)、物業(yè)管理、小區(qū)環(huán)境、生活配套等未來建成的生活場景進行提前演繹展示，讓人們輕松而清晰地了解未來家園的品質(zhì)生活[1].建筑動畫的鏡頭無限自由，可全面逼真地演繹樓盤整體的未來形象，可以拍到實拍無法表現(xiàn)的鏡頭，把樓盤設(shè)計大師的思想完美無缺地演繹出來，讓人們感受未來家園的美好和真實.建筑動畫的另一作用是地產(chǎn)項目在開發(fā)以前，為了能夠更直觀的了解和驗證其可行性，通常會使用三維圖像技術(shù)對建筑環(huán)境進行模擬，達到提前預(yù)知設(shè)計效果的目的.

建筑漫游動畫表現(xiàn)的核心是建筑，但動畫中只有建筑是遠遠不夠的，我們需要在三維虛擬世界中模擬現(xiàn)實生活中建筑周邊存在的復(fù)雜環(huán)境，包括花草樹木、人物、車輛、天空、水面等等都可能是我們需要完成的對象，其中樹木又會有多種多樣，人物、車輛也具有多樣性，完成這些建筑周邊的輔助物體需要太多的時間與精力，而對于這些建筑動畫中輔助存在的物體又是不可或缺的元素，為此我們需要一整套快速而有效的解決方案，以下是筆者做的一些初步探討.

1 建筑動畫中樹木植物的解決方案

建筑動畫中樹木所占的比例是十分巨大的，因為樹木植物代表著生命生機.而建筑環(huán)境的綠色生態(tài)、回歸自然是當(dāng)今社會追求的主題，大家都希望能在綠色森林的環(huán)境中享受生活.除了概念藝術(shù)風(fēng)格的建筑動畫，其他藝術(shù)風(fēng)格的建筑動畫都非常注重樹木植物的表現(xiàn)效果，樹木植物處理得好壞也是建筑動畫是否真實自然的關(guān)鍵.建筑動畫中樹木可以分為遠景樹木和近景樹木兩種，根據(jù)對樹木刻畫的精細程度和攝像機運動方式的不同，需要使用不同的方法來完成樹木和其它花草植物的動畫設(shè)計.

1.1 貼圖完成樹木制作的方法

貼圖完成樹木的方法是通過將植物貼圖貼在平面物體上，模擬樹木或其它植物[2].其優(yōu)點是使用物體面數(shù)最少(一個平面物體方式使用了2個三角面，十字相交平面物體使用了4個面)，適合鳥瞰遠景植物表現(xiàn).缺點是攝像機不能過高觀察植物，會出現(xiàn)貼圖變形失真.由于是通過平面貼圖模擬植物，因此通常使用一個平面物體或十字交叉平面物體，攝像機過高會看到植物物體的側(cè)面.

1.2 Speedtree插件完成植物制作的方法

Digimation SpeedTree是老牌3d做樹插件，SpeedTree是由Digimation公司開發(fā)的一套用于制作樹木植物的3ds Max插件，它除了軟件包帶有多種樹木庫外，還有一個獨立的樹木植物制作軟件SpeedTreeCAD，可以在3ds Max之外制作完成樹木，是目前最好的造樹插件[3].SpeedTree的插件由兩個模塊構(gòu)成：安裝程序和樹庫文件.插件安裝程序提供與Max軟件接口文件，樹庫中有各種各樣類型與精細程度的樹木.使用安裝好的Speedtree插件創(chuàng)建一棵樹，然后載入樹庫中樹木文件是Speedtree大致的工作流程.Speedtree完成植物優(yōu)缺點分析：其優(yōu)點是植物細節(jié)真實自然，種類繁多，支持風(fēng)力，且攝像機能各個角度運動拍攝，適合近景、中景植物表現(xiàn);缺點是面數(shù)太多，計算速度較慢，不便于大面積使用，鳥瞰、遠景不適合使用.

1.3 Forest森林插件完成植物制作的方法

Forest是3D Studio Max的外掛插件，可用來完成大量樹和植物的解決方案[4].雖然Speedtree插件也能創(chuàng)造漂亮的樹(Speedtree完成的植物，起碼要有數(shù)千個面)，但Forest能創(chuàng)造數(shù)千棵樹的森林而只占用很少一部分資源.Forest的特征歸納如下：

(1)樹被創(chuàng)造在可紋理的平面物體上，所以只需少量的資源而渲染速度很快，當(dāng)然如果你喜歡你也能自定義網(wǎng)格.

(2)Forest使用樣條線去定義種植樹的區(qū)域，你可以使用多重樣條線去定義包括或排除的區(qū)域.

(3)樹的分布可由位圖來管理，你可以創(chuàng)造自定義的分布模板位圖，從線到有規(guī)則的群組或完全無序的表面.這個插件包含了一些樣板分布貼圖，但也接受用戶創(chuàng)造的位圖.

(4)Forest能與相機連接，所以所有的樹都能面向相機相交.這個方法能解決當(dāng)相機從它們身上移動過去時因為觀察平面物體角度變化而產(chǎn)生的問題，它不會因為相機角度變了而穿幫，因為這些樹是建立在平面的物體上，就是正面看到樹，反面什么也沒有，這個問題可以用強制雙面方法來解決，或側(cè)面看到只是一條線.

(5)最小資源的利用.樹的分布受到相機觀察視野的限制，這使得用戶能夠創(chuàng)造百萬棵樹的森林而速度卻不同一般的快，在幀外面的樹不會浪費場景的資源.

(6)樹能自動分布在任何表面上，如不規(guī)則地形.

(7)在表面上根據(jù)海撥和坡度的范圍界定樹元素.

(8)材質(zhì)ID可以固定，也可以根據(jù)用戶定義的范圍隨機化，使得單個Forest物體能創(chuàng)造不同類型的植物.

(9)樹的位置、大小、旋轉(zhuǎn)隨機變化.

Forest森林優(yōu)缺點分析：其優(yōu)點是適合大面積鳥瞰或遠景使用，對于大面積植物完成速度最快，森林分布隨機自然，樹木材質(zhì)、大小容易控制，X陰影類型能比較真實再現(xiàn)植物Opacity透明度貼圖陰影，并能快速完成高低不平地面的樹木創(chuàng)建.缺點是植物由貼圖模擬完成，不適合近景植物表現(xiàn)，不宜使用攝像機過高或從上而下的垂直鏡頭.樹木位置根據(jù)分布貼圖自動生成，無法進行單棵植物自由移動擺放，有時與Max版本兼容性不好，容易渲染跳出.

1.4 三維植物模型完成植物制作的方法

有些近景的植物我們會通過合并植物模型的方法來解決，其優(yōu)點是模型細膩真實，攝像機無拍攝角度限制，適合近景植物表現(xiàn)，缺點是面數(shù)較多，不適合大面積使用.

2 人物解決方案

建筑、環(huán)境、人是一個和諧共處的空間.建筑動畫中的人物雖然不是動畫表現(xiàn)的主體，但對建筑場景真實再現(xiàn)、建筑功能體現(xiàn)、氛圍烘托都有著十分重要的作用.沒有人物的建筑動畫作品將會缺乏生機，也沒有親和力.建筑動畫中的人物一般可通過使用貼圖、RPC插件、人物模型等3種方法解決.

2.1 貼圖完成人物制作的方法

使用貼圖完成人物制作的方法是創(chuàng)建單個平面物體后，將人物的彩色和黑白圖片分別貼入Diffuse漫反射通道與Opacity透明度通道，與貼圖完成植物不同的是不要使用十字叉平面貼入角色貼圖，否則側(cè)面觀察會非常失真[5].貼圖完成人物制作的優(yōu)點是可一個平面貼圖完成，計算速度快，貼圖為真實照片，人物真實，適合大面積推拉鏡頭使用.缺點是人物為靜態(tài)圖片，不能運動，攝像機旋轉(zhuǎn)到側(cè)面時容易失真，不能垂直或過高角度拍攝.

2.2 RPC插件完成人物制作的方法

RPC全息模型庫是建筑動畫不可缺少的制作利器，它功能強大，可以輕松地為三維場景加入人物、動物或植物等有生命的配景以及車輛、動態(tài)噴泉和各種生活中常用的設(shè)施[6].其操作極其簡單，用鼠標(biāo)拖拽即可完成模型的創(chuàng)建工作，并能在燈光下產(chǎn)生真實的投影和反射效果.動態(tài)的模型庫甚至可以輕而易舉地給人物車輛等創(chuàng)建動作，渲染速度非常快，為建筑動畫的制作提供了極大的方便.RPC軟件適用于3ds Max、3DVIZ、Softimage、Lightwave等三維制作軟件.RPC全息模型庫完成人物制作的優(yōu)點是渲染速度快，自動旋轉(zhuǎn)與渲染畫面平行，使用動態(tài)人物庫有原地動畫效果，缺點是不能俯視人物，且不能編輯角色的動作.

2.3 三維人物模型完成人物制作的方法

為了能更好的模擬三維場景效果，我們可以將三維人物模型合并到建筑動畫場景中來，直接使用或簡單編輯后使用.三維模型完成場景人物優(yōu)缺點分析：優(yōu)點是三維人物和三維場景渾然天成，真實自然，人物動作形象逼真.由于是三維真實模型，所以不受攝像機角度限制，即使是俯視鏡頭也能輕松地表現(xiàn)，比較適合近景、中景人物模擬時使用;缺點是相對于平面貼圖和RPC人物表現(xiàn)，三維模型完成使用面數(shù)最多，不適合大面積使用，且三維人物模型種類相對比較有限，重新創(chuàng)建三維人物比較耗時，骨骼綁定動畫完成難度較大.

3 車輛解決方案

車輛在建筑動畫中也扮演著十分重要的作用，它不僅能夠讓動畫場面更加真實自然，還是感覺場景空間比例大小、實現(xiàn)鏡頭自如切換的表現(xiàn)工具與手段.通常我們可以通過兩種方式完成場景中的車輛模型制作，即使用RPC全息模型庫和使用三維車輛模型.

3.1 RPC插件完成車輛模型制作的方法

使用RPC全息模型完成場景中的車輛制作，其優(yōu)點是渲染速度快，節(jié)省場景多邊形數(shù)量，車輛真實度較高，適合中遠景靜止和行駛車輛的制作[7];缺點是車門不能打開、車輪在汽車運動時無法轉(zhuǎn)動，車漆材質(zhì)不能隨意更改，不適合精度要求較高的近景車輛特寫鏡頭使用.

3.2 三維車輛模型完成車輛模型制作的方法

三維汽車模型上每一個細節(jié)都由真實模型構(gòu)成，在動畫表現(xiàn)中適合精度要求較高時使用，我們可以使用Merge合并命令將汽車模型合并到三維場景中，同時使用材質(zhì)編輯器中的吸管工具吸取車身材質(zhì)，并對其顏色進行修改[8].和RPC汽車模型比較類似，不同之處是不用使用RPC插件程序，直接將建模車合并到場景中就可以使用了，比較方便.三維完成車輛、船只模型制作優(yōu)缺點分析：優(yōu)點是車輪能夠設(shè)置轉(zhuǎn)動動畫，車身材質(zhì)可以更改，適合近景特寫動畫鏡頭使用;缺點是三維物體面數(shù)較多，計算速度較慢，不適合中遠景大量使用.

4 結(jié)束語

建筑漫游動畫是三維數(shù)字技術(shù)與電影藝術(shù)相結(jié)合在動畫產(chǎn)業(yè)中新興的一個動畫方向，它除了要將建筑表現(xiàn)得真實、自然外，對于建筑動畫藝術(shù)性的提高還取決于模擬現(xiàn)實生活中建筑周邊存在的復(fù)雜環(huán)境，包括花草樹木、人物、車輛、天空、水面等.本文主要研究了建筑動畫中涉及的關(guān)鍵因素——樹木植物、人物及車輛在提高動畫藝術(shù)性、真實性方面的解決方案，并分析了多種方法的優(yōu)缺點，對建筑動畫水平的提高具有一定的指導(dǎo)意義.

參考文獻

[1] 姚 勇．3ds Max建筑表現(xiàn)實例教程[M]. 北京：中國青年出版社，2006.

[2] 陳 立,王文開，胡 嫣，等.基于3DS MAX的三維虛擬校園動畫漫游的實現(xiàn)[J]．中國教育信息化，2010，(05)：81-84.

[3] 廖建民，彭國華．3ds Max全面攻克[M]．哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2008.

[4] 袁永美，季昌武．基于3DS室內(nèi)模型的虛擬漫游關(guān)鍵技術(shù)研究[J]．科學(xué)技術(shù)與工程，2010，(09)：2 212-2 215.

[5] 彭國華、陳紅娟．3ds Max三維動畫制作技法(動畫篇)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[6] 水晶石數(shù)字教育學(xué)院．水晶石技法3ds Max建筑動畫制作[M]．北京：人民郵電出版社，2009.

[7] 黃文州．基于3ds Max 9插件技術(shù)的虛擬自然場景[J]．電腦知識與技術(shù)，2009，(27)：7 755-7 757.

[8] 楊興春．3ds Max/VRay印象超寫實建筑動畫表現(xiàn)技法[M] ．北京：人民郵電出版社，2010.