基于3ds MAX和Unity 3D的湘瓷工藝虛擬場景設(shè)計與實現(xiàn)

鄧 卉

（湖南科技職業(yè)學(xué)院，湖南 長沙 410004）

1 湘瓷工藝場景復(fù)原思路

1.1 湘瓷工藝的歷史背景

“湘瓷”主要是指湖南本土的陶瓷產(chǎn)品?！霸谔沾墒飞?，湖南是重要的發(fā)源地，它是世界上已知的原始陶器、原始白瓷與高溫銅紅釉彩瓷的發(fā)源地，是中國瓷藝高峰—釉下五彩工藝的原產(chǎn)地。”本文中的湘瓷工藝仿真場景的設(shè)計主要采樣于長沙銅官窯和醴陵窯。長沙窯產(chǎn)品以青釉為主，器物為家用尋常品，壺和罐的造型多樣，其突出成就是創(chuàng)燒了釉下彩繪裝飾新工藝。另一方面，湘瓷與湖湘文化也具有天然的聯(lián)系，文化是瓷器的靈魂，它生動詮釋了“敢為天下先”的湖湘精神，傳承湖湘精神、培養(yǎng)湘瓷人才是我們義不容辭的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。

1.2 湘瓷工藝仿真場景的制作思路

湘瓷工藝仿真場景的制作主要按照以下思路進行：首先，在前期的采樣階段，通過文獻查閱和實地考察將場景布局和比例確定下來。其次，利用三維建模技術(shù)對場景外觀高度還原。一般認為建模技術(shù)是整個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的根基。所以，采用恰當(dāng)而精確的建模技術(shù)是虛擬仿真的基礎(chǔ)。從制作效率上考量，本項目采用3ds Max 2019對窯口虛擬場景進行三維建模。第三個階段，Unity 3D引擎作為虛擬項目通用的設(shè)計與開發(fā)平臺，適用的范圍非常廣泛，功能也越來越豐富。3ds Max制作的三維場景分體模型將以obj格式導(dǎo)入到Unity 3D中，結(jié)合其強大的地形編輯和天空盒資源，構(gòu)建出逼真的湘瓷制作的虛擬場景。

2 湘瓷工藝仿真場景的實現(xiàn)

2.1 基于文獻和實地考察的采樣

基于對此虛擬仿真項目的整體分析，在對場景建模之前需要收集長沙銅官窯窯址相關(guān)數(shù)據(jù)以完成對湘瓷工藝仿真場景的場景設(shè)計。在實地考察之后發(fā)現(xiàn)長沙銅官窯遺址的圖紙具體數(shù)據(jù)不能獲取，由此，采用了文獻整理及拍攝實景素材照片的方法為之后的虛擬仿真場景的設(shè)計規(guī)劃提供依據(jù)。

在此采樣環(huán)節(jié)中，主要采集了三類數(shù)據(jù)：第一，窯口主體尺寸數(shù)據(jù)：作為湘瓷工藝仿真實訓(xùn)系統(tǒng)的主體，了解它的尺寸至關(guān)重要，這是建模的基礎(chǔ)。仿真窯口場景參照譚家坡龍窯遺址。龍窯譚家坡1號是窯內(nèi)保存最完整的一座，根據(jù)測量總長約在40米，窯口為半地穴式，坐南朝北，坡度9-23度不等。遺址在內(nèi)部整體共三大部分：制胚區(qū)、燒制區(qū)、廢料區(qū)。制胚區(qū)和廢料區(qū)則主要為簡易的木結(jié)構(gòu)古建。第二，長沙窯港口船只形態(tài)。盛極一時的唐代長沙窯是一個在當(dāng)時規(guī)模很大的窯口。因此，在幾乎整個中國地區(qū)和亞非的近30個國家都有陸續(xù)出土長沙窯瓷器。1974年，在寧波出?？诟浇囊凰页链邪l(fā)現(xiàn)了近百件長沙窯青釉彩瓷，1999年6月，在印尼海域打撈的“黑石號”沉船上有近6萬件長沙窯的瓷器。由此，虛擬場景的規(guī)劃中也將以長沙窯遺址公園中“黑石號”沉船復(fù)原模型為原型制作海上長沙窯港口出海船只。第三，場景貼圖拍攝。在虛擬窯洞場景的構(gòu)建中，模型貼圖的真實性是實現(xiàn)沉浸感的關(guān)鍵因素之一。在實地考察中，長沙窯窯口主體為磚石結(jié)構(gòu)，磚石層疊堆砌而成，表面不平，粗獷而原始。利用單反攝影器材為窯洞墻面及陶瓷文物分別從4個方向，每個方向選取4個角度進行拍攝。以此作為場景三維模型的貼圖依據(jù)。

2.2 湘瓷工藝場景建模關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 基于3ds Max的湘瓷工藝場景分工復(fù)原

基于3ds Max對于湘瓷工藝場景的復(fù)原主要包括兩個部分，一是對長沙窯窯口場景的復(fù)原；二是對長沙窯遺址公園中“黑石號”沉船模型為原型進行復(fù)原。

第一，窯口場景復(fù)原。建立長沙窯窯口場景復(fù)原三維模型是一項工程量非常大的工作。項目組按照長沙窯龍窯遺址中的三個部分將整個場景模型設(shè)計為三個區(qū)域，不同區(qū)域風(fēng)格近似，制作工程中重復(fù)的元素相互共享，制作出的三個分體窯口模型在Unity 3D中組合到一起。以燒制區(qū)場景建模為例。首先，窯口山體建模。將3ds Max的單位設(shè)置為米，利用多邊形建模的方法，從基本長方體入手，長、寬、高的分段都為2。然后在點層級下調(diào)整基本型，在線層級下連接必要的結(jié)構(gòu)線，一步步呈現(xiàn)出上窄下寬的橢圓樣式。完成初級造型工作后，在面的層級下利用擠出命令和點的調(diào)整，完成內(nèi)部近似“洞”的形態(tài)。最后再利用基本長方體、圓柱體、面等創(chuàng)建制胚區(qū)和廢料區(qū)的簡易房屋單體三維模型，如窗戶、門、柱子、瓷器等。在這個過程中，只需要對應(yīng)之前采集的相關(guān)圖片及數(shù)據(jù)將基本的結(jié)構(gòu)特征通過簡單的布線創(chuàng)建出來，不需要作出過多的細節(jié)。因為在VR場景建模過程中，特別要注意優(yōu)化模型，單體模型不能超過4萬個面，否則文件的容量非常大就會直接影響后期的交互功能的實現(xiàn)。場景模型中的采用的貼圖主要來自實地拍攝的采樣，效果非常真實。但要注意以下幾點：首先要運用PS對圖片進行裁剪和調(diào)色，最大尺寸為2048像素，將其保存為PNG格式，帶通道的圖片為32位TGA格式，并用英文對貼圖文件命名，以免導(dǎo)入到Unity 3D中不能識別。在材質(zhì)編輯時，在3ds Max中只使用了標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)，增加墻面的粗糙原始感，環(huán)境光等其他效果都在Unity 3D中實現(xiàn)。

第二，“黑石號”沉船復(fù)原。首先，將長沙窯遺址公園中“黑石號”沉船模型的正面及側(cè)面照片，分別導(dǎo)入到3ds Max的前視圖和側(cè)視圖創(chuàng)建的平面的漫反射貼圖通道中作為參考。然后，利用多邊形建模，從長方體入手分別參照側(cè)視圖、頂視圖和前視圖連接線調(diào)整點調(diào)整船體輪廓，并在頂面擠出船體頂面的凹陷，由此完成船體的主體外型。在此之后，利用相類似的方法參考圖片創(chuàng)建出船艙單體模型放置在船體上部。最后，利用樣條線建模結(jié)合多邊形建模方法創(chuàng)建錨、桅桿、船帆、船槳、鐵鏈等附屬模型單體。在此過程中要注意模型布線要均勻?！昂谑枴背链瑸槟举|(zhì)結(jié)構(gòu)船，其模型的貼圖主要來自線上貼圖資源庫中木紋的貼圖。先將船體的UV分別展好，注意線的縫合點，將貼圖賦予漫反射貼圖通道并調(diào)整粗糙感。

2.2.2 基于Unity 3D的湘瓷工藝仿真場景構(gòu)建

在Unity 3D中構(gòu)建湘瓷工藝仿真場景的過程按照以下步驟進行：第一，在Unity 3D中導(dǎo)入美術(shù)資源。首先新建一個Unity工程文件，在3ds Max中創(chuàng)建完成的窯口分體模型、“黑石號”沉船模型及一些模型單體直接打包導(dǎo)出并以fbx格式保存到Unity 3D工程文件夾assets中。那么，在project窗口中就可以看見三維模型了。在文件菜單欄新建一個新的場景，將模型直接拖到scene窗口。第二，設(shè)置燈光。燈光主要作用在于照亮場景及烘托氣氛。新建derectional light，使用平行光并調(diào)整好光照的角度和亮度，最后打開陰影。當(dāng)然，在后面的編輯階段還需要對燈光參數(shù)進行調(diào)整。第三，繪制地形。場景復(fù)原中還要考慮許多與之共存的元素，如天空、草地等，它能起到提高場景真實性及豐富性的作用，這一步非常重要。繪制的地形包括天空盒、地面、植被等。場景在構(gòu)建時一定要進行優(yōu)化，在用戶體驗過程看不見的模型的面要刪除，塌陷同一種貼圖的對象，這樣可以加快項目運行的速度。

3 結(jié)束語

本文闡述3ds Max與Unity 3D相結(jié)合創(chuàng)建湘瓷工藝仿真場景的過程?；趯Υ颂摂M仿真項目的整體分析，首先，長沙銅官窯窯址相關(guān)數(shù)據(jù)以完成對湘瓷工藝仿真場景的場景設(shè)計。然后，基于 3ds Max對于湘瓷工藝場景模型分工復(fù)原。最后，在Unity 3D中構(gòu)建出整體場景。制作結(jié)果表明，用這種方法創(chuàng)建的湘瓷工藝仿真場景相對來說較為逼真，而且效率較高，為湘瓷工藝流程實訓(xùn)系統(tǒng)交互的實現(xiàn)提供了有力的支撐。