3Dmax 的交互式校園文化微景觀漫游設計
——以黃河交通學院為例

孔令強

（黃河交通學院 藝術設計系，河南 武陟 454950）

校園文化微景觀是藝術設計的一個重要分支，且環(huán)境設計和數(shù)字媒體藝術兩者具有很強的耦合性，故將3Dmax 與交互式漫游技術相結合，使校園空間中的公共藝術、建筑景觀等設施得到良好的展示。在環(huán)境設計專業(yè)中，利用黃河交通學院校園空間中植被類型和人流路線的轉化方法，呈現(xiàn)出動態(tài)的交互空間虛擬藝術。從數(shù)字媒體藝術專業(yè)來看，3Dmax 軟件具有仿真度高、質量清晰、可與多種插件兼容以及適配多個系統(tǒng)等優(yōu)點。[1]為此，將3Dmax 與Photoshop 以及交互虛擬技術相結合，以實現(xiàn)黃河交通學院校園文化微景觀的交互式漫游。

1 交互式校園文化微景觀漫游設計

黃河交通學院校園文化微景觀漫游設計，主要分為可視化建模和交互式漫游兩部分。ArcGIS 與CAD 用于對具有不規(guī)則地面和肌理區(qū)域進行建模；3Dmax 用于對地面凸起的建筑物、景觀等物體建模；虛擬引擎實現(xiàn)整體景觀的三維再現(xiàn)與交互漫游動作。

1.1 3Dmax 可視化建模

在電腦3Dmax 建模階段，可以采用Vray 插件進行效果渲染以及材質給予。通過Vray 材質及燈光，來增加三維空間的真實效果，提高虛擬空間的仿真性。3Dmax 建模方法較多，前期也可利用SketchUp，而3Dmax 通過編輯樣條線來建立所需的模型。建模時，漫游線路一定按照人的動線分布進行規(guī)劃，實現(xiàn)整體流暢性。

在3Dmax 建模之前，需要通過CAD 軟件創(chuàng)建黃河交通學院項目的平面及剖立面細節(jié)。通過CAD 繪制的總體平面圖確定整體展示空間位置及漫游路線的選擇。將CAD 以塊的形式導入3Dmax 軟件當中建立場景模型。在導入之前先確定3Dmax 軟件的換算單位為毫米，方可導入CAD 平面。3Dmax 平臺中的spline命令用于編輯樣條線實現(xiàn)描摹和樣條編輯，確定最終效果。通過上述實踐，建立完整的黃河交通學院校園環(huán)境基礎模型，通過Vray 插件來完成最終效果渲染。校園當中的公共藝術、校園景觀文化及其重點區(qū)域設施都可以通過上述3D 建模方式實現(xiàn)。其流程如圖1 所示。

圖1 黃河交通學院漫游設計建模流程

3Dmax 最為重要的就是場景光源。豐富的光源不僅還原空間真實性，而且還會對漫游效果產(chǎn)生一定影響。Vray 渲染器用于渲染校園模型燈光，根據(jù)場景的不同，調節(jié)適當燈光參數(shù)。在渲染整體模型時，需要一個穹頂光起到主要光源作用、其他設置些輔助光源和調節(jié)體陰影效果的底光。3Dmax 建模完成后，通過在Photoshop 平臺進行場景素材的編輯和界面制作，實現(xiàn)黃河交通學院校園景觀肌理的真實性，最后采用交互式校園文化微景觀漫游算法，在java3d 平臺上設置動作腳本和路徑來實現(xiàn)。[2]

1.2 交互式校園文化微景觀漫游

校園空間云上漫游主要利用視平線及消失點在VR 虛擬空間中運動來實現(xiàn)場景的三維變換與交互，通過電腦操控或者VR 虛擬眼鏡設備在云端進行漫游以獲得真實場景感受。在虛擬現(xiàn)實平臺中，x 坐標軸和y 坐標軸的方向分別為橫向和縱向，且相互垂直不變，z 坐標軸方向為第一視角觀察方向。在虛擬引擎當中漫游時，校園空間中靜態(tài)物體的相對位置和坐標位置一定是固定不變的，觀察路線由使用者進行選擇和任意切換。[3]其漫游技術中的三維視點坐標位置如圖2 所示。視線與z 坐標軸負方向角度為90°以內，當觀察視線從O 點移動至K1 點時，觀察視線需要從點O 依x 坐標軸負方向移動至點K3 再依Z 坐標軸負方向移動至點K1，移動過程中，滿足|OK2|=|OK1|cos，|OK3|=|OK1|sin。

圖2 三維視點坐標

建立原始消失點為（χ1，Ζ1），其至新坐標（χ2，Ζ2）點向前移動步數(shù)為s，可獲取公式如下：

觀察視線始于點O 移動至點Q2，因OQ2⊥OK1，可得∠Q2OQ1=θ，即：

設觀察原始消失點為（χ1，Ζ1），其至新坐標（χ2，Ζ2）點向左移動步數(shù)為s，可獲取公式如下：

同理可知，當θ 存在于另三個象限時，設觀察原始視線為（χ1，Ζ1），至新坐標（χ2，Ζ2）點向前移動步數(shù)為s，均可獲取式(1)。

當θ 存在于另三個象限時，設觀察原始視線為（χ1，Ζ1），至新坐標（χ2，Ζ2）點向左移動步數(shù)為s，均可獲取式(3)。

設觀察原始視線為（χ1，Ζ1），其至新坐標（χ2，Ζ2）點向后移動步數(shù)為s，可獲取公式如下：

設觀察原始視線為（χ1，Ζ1），至新坐標（χ2，Ζ2）點向右移動步數(shù)為s，可獲取公式如下：

以上可以看出，視點坐標隨視角方向改變而改變，且改變方向以及距離與實現(xiàn)移動方向以及距離相同。

將得到的公式與Java3D 技術相結合，獲取交互式校園文化微景觀漫游算法如下：

由以上數(shù)據(jù)可知在Java3D 引擎中設定動作腳本以及路線，鍵入完整程序后，方可實現(xiàn)校園文化微景觀交互式漫游，以達到預期效果。

2 實驗方法檢測

本文采用該方法在windows 10 操作系統(tǒng)上進行測試。進入系統(tǒng)操作界面后，點擊“Enter the scene”按鈕，會看到十字光標及其學校大門場景展示界面。場景畫面的入口界面采用尚德校區(qū)為主。[4]界面配有十字光標，操作易上手，“return”導航鍵設置在鍵盤的Enter，左上角設置漫游場景光標，僅滑動中間圓點的方向鍵便可進入游覽，如圖3 所示。

圖3 效果展示界面

“Auto navigation mode”是按照最初3Dmax 已設定好的路線分布進行漫游，會提供三種不同的線路。在漫游當中使用者也可改變路徑，單擊鼠標或鍵盤，操作系統(tǒng)將會轉變成人工控制。通過“Auto navigation mode”展示黃河交通學院的整體場景，讓師生更直觀、清晰地觀察校園整體及空間信息，更加方便新生入學提前了解學校概況。[5]

“Autonomous choice mode”可以讓使用者隨意變換路線及停留時間?！癆uto navigation mode”進行初步探索后，用戶可以切換到“Autonomous choice mode”，更有利于細致的欣賞和了解黃河交通學院校園風光，點擊鼠標左鍵自動切換，師生可以通過操作鍵盤鼠標或者VR 虛擬設備在校園場景中，自由控制漫游的時間、角度和方向。在“Autonomous choice mode”過程中，當?shù)谝灰暯浅霈F(xiàn)遮擋物體或建筑時，系統(tǒng)會自動默認從該物體中以第一視角穿過；當出現(xiàn)高于3Dmax 所設定的第一視角物體時，系統(tǒng)會自動停止移動，使用者可通過調整路線繞過物體，或調整視角進行觀察，使師生可以身臨其境的去感受“Autonomous choice mode”所帶來的漫游效果。

3 結論

3Dmax 因其強大的建模功能而被廣泛應用于室內、建筑、景觀及其動漫設計。本文結合兩門專業(yè)優(yōu)勢進行互補與整合，提出了一種基于3Dmax 的交互式校園文化微景觀漫游方法，并通過windows 10 操作系統(tǒng)對該方法進行測試。測試結果表明，該方法滿足黃河交通學院校園文化微景觀交互式漫游需求，且操作簡單，漫游效果好。