高校3D巡游展示平臺設計與實現(xiàn)方法

吳琦　童宜潔

摘 要 3D巡游動畫是計算機技術(shù)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，是計算機通過計算和處理，將物體通過三維模型的建立，賦予物體較為真實的材質(zhì)和質(zhì)感，運用動畫的形式模擬出虛擬的空間形態(tài)和物體的運動軌跡。三維動畫經(jīng)過多年的發(fā)展，已逐漸趨向成熟，從最初物體簡單的造型，發(fā)展到Vary渲染，再發(fā)展到如今虛擬仿真效果的真實再現(xiàn)，在技術(shù)層面上都為高校巡游展示平臺的搭建提供了堅實的技術(shù)支持。因此我們選擇了建造武漢東湖學院3D巡游展示平臺，把靜態(tài)的校園場景用動態(tài)的動畫方式呈現(xiàn)出來，讓受眾更真實、更清晰的了解校園文化特色。

關(guān)鍵詞 3D巡游 展示平臺 實現(xiàn)方法

隨著計算機軟件技術(shù)、數(shù)字CG動畫的不斷進步，數(shù)字技術(shù)為高校3D虛擬巡游的智能化設計制作提供了技術(shù)上的有力支持。無論從藝術(shù)角度還是從學院建設的角度方面出發(fā)，高校3D巡游動畫展示平臺的搭建都有著非常重要的意義。我們通過3D強大的仿真效果來模擬校園的場景，突破傳統(tǒng)圖片的局限豐富觀者的視覺感官，拓展多維的運動空間軌跡，實現(xiàn)真實場景的模擬再現(xiàn)，繼承傳統(tǒng)的美學思想并提升原有的審美傾向，同時為校園文化的傳播、展現(xiàn)校園風貌提供了更為廣闊平臺。其次，隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，圖形處理功能也日趨完善，通過對高校3D巡游動畫展示平臺的設計，在實現(xiàn)虛擬場景的創(chuàng)建或后期處理時，不僅能加快對校園的文化推廣，也能為計算機仿真系統(tǒng)的改進或完善起到積極的作用。校園3D巡游動畫設計中借助3DSMAX軟件技術(shù)，使繪制校園外觀造型、模型設計、場景再現(xiàn)的時間明顯縮短，通過3DSMAX軟件中攝影機工具的特性改變觀者的視角、視距、視野以及景深，將校園更為逼真的再現(xiàn)，增強可視性和虛擬現(xiàn)實化。因此，利用3DSMAX軟件技術(shù)來構(gòu)建校園建筑效果模型，以及利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)設計一個虛擬場景巡游系統(tǒng)，解決高校校園效果內(nèi)容與形式在藝術(shù)層面上的完美統(tǒng)一。

1高校虛擬巡游系統(tǒng)的設計

1.1系統(tǒng)的總體設計目標

基于虛擬現(xiàn)實的特點和校園巡游的設計要求，系統(tǒng)的設計目標如下：

（1）高校3D巡游主要突出視覺、聽覺的刺激感，運用最專業(yè)的手法做出新鮮感，其主要目的是要吸引更多年輕人和廣大家長了解高校的發(fā)展狀況。

（2）觀者可以在建好的場景中選擇某個自己感興趣的虛擬環(huán)境進行巡游，并通過鼠標或在手機上安裝APP，改變自己行走路徑或情境的再現(xiàn)。

（3）做到快捷、有效。終端系統(tǒng)允許多個用戶在多臺設備中同時進入系統(tǒng)，并能在同一個或不同的虛擬場景中切換或巡游

（4）強大的圖形化編輯功能，多種格式模型的導入和實時獲取，快速搭建場景，編輯場景。并可在場景中添加天氣系統(tǒng)，材質(zhì)編輯，地形繪制，動態(tài)植被，動態(tài)水體等，提高設計效果。

（5）支持不同軟件模型的導入或抓取并對其進行數(shù)據(jù)整合。三維模型在展示平臺中可進行實時協(xié)同工作，使設計研究更準確、直觀、高效。

（6）沉浸式多通道立體展示和交互，支持三維圖形及數(shù)據(jù)在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中1：1沉浸式立體顯示與交互操作。

1.2高校巡游設計總體實現(xiàn)步驟

（1）首先，根據(jù)規(guī)劃中要求進行腳本的設計

（2）使用3DSMAX軟件技術(shù)的建模方法，完成場景中的教學樓、道路、地形、湖面等基礎(chǔ)場景的模型建立。

（3）基礎(chǔ)模型完成后，對模型進行優(yōu)化，然后使用材質(zhì)貼圖對場景中的物體賦予不同的材質(zhì)，同時對場景中物體的燈光、攝影機進行設置，為校園巡游場景渲染做前期準備。

（4）校園巡游場景輸出后進行后期特效處理，整個主場景的光源效果主要來源于對自然天光的模擬，可以使用3D軟件中的插件Vary渲染器來實現(xiàn)對校園虛擬光源的再現(xiàn)。

（5）校園巡游特效的制作主要是使用PS圖象處理軟件來合成場景中環(huán)境變化后的效果，并使用Premiere非線性編輯軟件來完成后期的視頻剪輯和音效效果的制作。

（6）巡游技術(shù)通過仿真的方法創(chuàng)建一個虛擬校園群體環(huán)境，通過后期特效的干預與制作，實現(xiàn)一個可以將虛擬場景導入到系統(tǒng)中三維模型的效果。

2高校巡游展示平臺的確立和實現(xiàn)

高校巡游展示平臺是一個能實現(xiàn)將三維場景導入到移動終端的巡游系統(tǒng)，用戶通過手機、網(wǎng)絡等終端系統(tǒng)了解校園建筑樓體和建筑外場景的環(huán)境，為了使用戶在使用過程中無障礙性的完成整個場景的巡游，還需為用戶提供更為便捷的展示方式。

2.1場景運動軌跡的制定

虛擬校園場景的再現(xiàn)和路徑的制定，為用戶提供行走的運動路徑，用戶在行走過程中可觀賞兩邊的場景，完成較為復雜的位移運動。

2.2校園巡游的后期合成及實現(xiàn)

通過后期軟件的綜合技術(shù)方法，將高校校園巡游在移動終端中提升到一個集視覺、聽覺、觸覺為一體的全新展示的高度，完美的呈現(xiàn)出校園文化的視覺效果。后期合成能保證視頻的高質(zhì)量輸出，并能保證校園場景在移動的過程中持續(xù)平滑的運動狀態(tài)，實現(xiàn)場景柔和光影特效的制做。

使用非線性編輯軟件，編輯原始動態(tài)圖像，添加相應的視頻巡游效果，將校園場景的巡游更真實逼真的呈現(xiàn)在用戶面前。

3校園巡游系統(tǒng)需要解決的問題

由于3DSMAX建完三維模型后，將以VRML文件格式輸出，但由于場景中所建模型過多，復雜程度可想而知，當場景完成后上傳到internet時，會因為場景的復雜度導致客戶端的上傳延緩，增長客戶機端的展示時間，場景的物體很難達到平滑的運行效果。因此在建模初期，應適當減少物體總平面數(shù)，同時減少場景中物體的多邊形數(shù)目，使物體的夾角在不影響模型視覺效果的前提下適當減少，優(yōu)化畫面效果，但應注意的如果夾角過大，又會導致模型的效果失真，因此在不影響模型最終效果展示的情況下，建模的時候應盡可能多的使用直線、直面代替過多的曲線、曲面，降低終極渲染文件的復雜程度，在權(quán)衡存儲數(shù)據(jù)和外形美觀的條件下，做到“精而簡”。