3D虛擬技術(shù)中建筑漫游動畫的實踐

梁蕾

摘要隨著計算機技術(shù)和多媒體技術(shù)發(fā)展，3D虛擬技術(shù)也日益發(fā)展與成熟。它創(chuàng)造了一個虛擬現(xiàn)實環(huán)境下的三維圖形世界，在視、聽、觸摸等方面可以逼真體驗。目前，3D虛擬技術(shù)也運用到了建筑行業(yè)，因此，建筑漫游動畫實踐將變得越來越重要。

關(guān)鍵詞虛擬技術(shù)；建筑；漫游；動畫；實踐

隨著計算機硬件技術(shù)和多媒體技術(shù)發(fā)展，建筑漫游動畫隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)展也成為了建筑行業(yè)一個新領(lǐng)域。近幾年，建筑漫游動畫將3D虛擬技術(shù)應用到城市規(guī)劃、建筑設計等，其前所未有的人機交互性、真實建筑空間感、能模擬真實的漫游穿越等特性，都是傳統(tǒng)方式所無法比擬的。

13D虛擬技術(shù)

目前，3D虛擬技術(shù)已成為一種全景圖像展現(xiàn)更獨特的新興技術(shù)。它把計算機技術(shù)和圖形圖像結(jié)合起來，在表現(xiàn)上借助了圖形圖像技術(shù)、人工智能技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、多媒體等多種綜合技術(shù)運用，模擬出真實或虛擬的視覺，實現(xiàn)了從二維圖形到三維空間的轉(zhuǎn)變，創(chuàng)造了一個實時反映事物變化與相互作用的三維世界。

2建筑漫游動畫

建筑漫游動畫運用三維設計軟件，以現(xiàn)實中的建筑為依據(jù)，在技術(shù)中采用動畫虛擬數(shù)碼技術(shù)結(jié)合電影的表現(xiàn)手法，根據(jù)建筑、園林、室內(nèi)等設計圖紙，將要表現(xiàn)的各個部件提前演繹展示。建筑動畫鏡頭無限自由，可以全景方式給人展示整個建筑設計的三維空間效果。

3 3D虛擬技術(shù)運用在建筑漫游動畫的優(yōu)勢

近幾年，3D虛擬技術(shù)引入到了建筑漫游動畫中表現(xiàn)出了它極大的優(yōu)勢。首先3D虛擬技術(shù)代替了傳統(tǒng)的建筑圖紙設計、建筑沙盤模型和靜止三維建筑效果圖，能有效地改善傳統(tǒng)建筑設計展示形式的缺陷。其次，3D虛擬技術(shù)可以構(gòu)建出外景與內(nèi)景，向客戶展示整個建筑的結(jié)構(gòu)布局。最后3D虛擬技術(shù)和多媒體技術(shù)綜合運用，在建筑漫游動畫設計中加入動畫、圖像、文字、聲音等，并模擬室內(nèi)光照效果與自然天氣，可以實現(xiàn)多種環(huán)境效果實時切換。

4建筑漫游動畫的實踐

建筑漫游動畫工作流程可分為3個階段：前期、中期、后期。

1）建筑漫游動畫前期。建筑動畫的前期準備決定了整個工作的成敗。根據(jù)CAD圖紙等相關(guān)資料進行整體效果、主場景表現(xiàn)、鏡頭運動軌跡等方面進行總體規(guī)劃，制定出建筑的風格、漫游動畫的定位、分鏡、鏡頭運動設計、視覺美感效果、音樂效應和鏡頭畫面的切換結(jié)合等，提出每一項工作的解決方法。

2）建筑漫游動畫中期。（1）模型制作。做好前期準備工作后，就可以進行建筑模型制作了。根據(jù)前期工作規(guī)劃將建筑平面資料或城市規(guī)劃圖紙以三維模型展現(xiàn)出來。建模的原則要表現(xiàn)出必要細節(jié)，反映出整體項目的確定點和優(yōu)勢點，顧及到外景（天空、遠景、樹木、人物、噴泉）與內(nèi)景（建筑）相互襯托。（2）材質(zhì)制作。建筑模型完成后，根據(jù)建筑模型設計風格制作貼圖材質(zhì)。材質(zhì)是建筑漫游動畫中不可缺少的技術(shù)之一。設置了模型材質(zhì)后，使對象表面更加逼真，模擬了真實世界的自然物質(zhì)，反映了建筑模型的特性，烘托了整個建筑真實感和表面的視覺沖擊力。（3）燈光的運用。燈光的特效性質(zhì)，會對場景產(chǎn)生很強烈的影響，是烘托建筑效果的重要方式。在設置燈光中，主要運用Vray燈光來實現(xiàn)。Vray在3D虛擬世界中模擬陽光照明具有自己獨特的優(yōu)勢，仿佛真實世界的太陽光一樣。在材質(zhì)與燈光的關(guān)系中，不同屬性的光源照射到物體上會產(chǎn)生不同的變化，如燈光的顏色、燈光的強度、燈光的照射角度、燈光的距離等。在打燈光時，要考慮場景的材質(zhì)與天氣變換、時間變換等因素對照明的影響，最終的效果是讓虛擬中景物貼近現(xiàn)實生活。（4）漫游動畫實現(xiàn)。將攝影機的動畫按照腳本的設計和表現(xiàn)方向調(diào)整好，根據(jù)整個建筑的走向來設置漫游動畫。建筑漫游動畫最常用的動畫分為兩種：一種是通常所說的建筑漫游，即整個場景都是靜止的，只是鏡頭在這個場景中運動，但這類的場景變化來說也是比較復雜的，需要加入人物，動物，植物，水面動車等角色動畫，能制作很真實的動畫效果；另一個就是角色動畫，如人物、汽車、火車、飛機等運動動畫，把場景中需要編輯成動畫，將相機動畫渲染制作成動畫預覽，接著剪輯、合成、制作成模擬動畫。通過攝影機的鏡頭來確定最終角色的運動路線、運動速度和故事情節(jié)的連接。

3）建筑動畫后期。3D建筑漫游動畫的鏡頭運動效果是按照分鏡效果來設定的，通過攝影機運動軌跡來實現(xiàn)的。將攝影機綁定到事先設計好的運動路徑上，設置關(guān)鍵幀，路徑動畫就設置成功了。再通過渲染每一個鏡頭動畫并轉(zhuǎn)化為視頻或圖像，將視頻或.TGA動畫序列導入視頻合成軟件中，加入過場特效、字幕、動畫配音等。再經(jīng)過后期剪輯合成，一部完整的建筑漫游動畫將呈現(xiàn)出來。

5建筑漫游動畫核心技術(shù)實踐

建筑漫游動畫表現(xiàn)的核心是建筑主體，同時要把建筑、環(huán)境、人結(jié)合起來形成一個和諧共處的空間。高品質(zhì)、環(huán)保的生活環(huán)境也是必須要考慮。如建筑周邊綠化環(huán)境：花草樹木、天空、水面、綠山；還需要表現(xiàn)動態(tài)場景：人物、車輛、動物。以上場景建設在建筑漫游動畫表現(xiàn)尤為復雜，這也是建筑漫游動畫實現(xiàn)的核心技術(shù)。

5.1建筑建模技術(shù)

建筑動畫建模中，常采用多邊形建模的方法。多邊形建模是把要建的模型轉(zhuǎn)化為一個可編輯的多邊形對象，然后對子對像點線面進行編輯和修改?？删庉嫸噙呅螌ο蟀琕ertex（節(jié)點）、Edge（邊界）、Border（邊界環(huán)）、Polygon（多邊形面）、Element（元素）5種子對象模式。多邊形建模在創(chuàng)建復雜表面時，細節(jié)部分可以任意加線，在結(jié)構(gòu)穿插關(guān)系很復雜的模型中優(yōu)勢明顯；而另一種是曲面建模方法，創(chuàng)建的物體表面由直線組成，在建筑方面用得也較多。

5.2用貼圖技術(shù)呈現(xiàn)樹木

模型是建筑的骨架，貼圖就是建筑的衣裝，貼圖可以為建筑模型造型添彩潤色。目前這種效果的實現(xiàn)將通過植物貼圖貼在平面物體進行3D技術(shù)處理，模擬樹木或其它植物。為了更好地體現(xiàn)出植物的真實性，在3D虛擬技術(shù)中須完成植物貼圖制作流程：

1）首先要有相應的植物貼圖，如有特殊需要的植物貼圖可通過PS軟件對真實植物照片處理得到。在制作中，每張植物貼圖都應該附有一張黑白通道貼圖。

2）在3D制作軟件中，打開Material Editor（材質(zhì)編輯器），為其Diffuse（漫反射材質(zhì)）通道貼入植物貼圖，在Opacity（透明度）通道貼入黑白貼圖，將物體Self ilhmination（自發(fā)光）改為100；在明暗器基本參數(shù)中，要勾選材質(zhì)的雙面顯示，這樣在攝影機的狀態(tài)下才能顯示。

3）場景中的植物是有多樣性的，一般建筑動畫遠景鏡頭都會準備3種以上顏色的植物，不同的顏色能較好模擬遠景植物的效果。在3D制作時，使用Edit Mesh命令，再對polygon級別設置材質(zhì)的id號，對多面材質(zhì)（Multi/sub-Ob ject）選植物不同的面進行不同的材質(zhì)編輯。在貼圖方面：以樹為主要，使用十字交叉平面完成樹木，然后把透明通道打開，讓越黑色部分顯得越透明，這樣渲染出來才有樹的立體效果；另外一種制作方法也可以使用SpeedTree插件制作植物。

5.3建筑漫游動畫中解決人物顯示

1）用貼圖完成人物。使用貼圖完成人物通過創(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（漫反射材質(zhì)）通道和Opacity（透明度）通道。但是不要用十字交叉平面貼入角色貼圖，否則側(cè)面觀察會失真。用平面貼圖渲染速度快，貼圖為真實照片，人物真實，適合大面積推拉鏡頭使用。

2）用RPC插件完成人物顯示。RPC是建筑動畫不可缺少的制作利器，它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施，并能在燈光下產(chǎn)生真實投影和反射效果。

3）導入3Ds max或Maya軟件制作好人物模型。人物也可以在3Ds max或Maya軟件制作好人物模型再合并到建筑動畫場景。但需要在Customize（自用戶定義）菜單中選擇Configure User Paths（用戶路徑設置）命令，單擊Add按鈕，添加貼圖路徑，將其路徑指向配套貼圖所有的文件夾，否則可能會出現(xiàn)貼圖丟失。

5.4建筑動畫中特效實踐

建筑動畫片是建筑藝術(shù)片，是建筑空間的表現(xiàn)與視聽藝術(shù)的完美結(jié)合。因此除了實現(xiàn)完美建筑之外，還需加入視覺效果，比如：噴泉、水簾、水面鏡頭，云、下雨、下雪等，增加了動畫的感染力。在3D軟件中，可以使用粒子系統(tǒng)和動態(tài)貼圖兩種方法實現(xiàn)；另一種方法可用RPC插件實現(xiàn)以上特效。

隨著3D虛擬技術(shù)越來越成熟，建筑漫游動畫也推動了數(shù)字城市的發(fā)展，極致地發(fā)揮了它的應用價值，得到了設計者和需求者的青睞。