基金項目：本論文為湖南省教育廳科研項目“基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的三維虛擬教學環(huán)境研究”，編號：13C652摘 要：虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，簡稱VR，又譯作靈境、幻真)是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。本文主要介紹虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑場景制作中的應用，主要包括繪制故事板、建筑建模、材質(zhì)和貼圖制作、燈光和攝像機、動畫渲染等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù)；建筑場景；3DSMAX

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的起源與發(fā)展

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality，簡稱VR)的概念由美國RPL研究公司的創(chuàng)始人杰倫?拉尼爾于20世紀60年代提出。早在1992年，在美國的東卡羅琳那大學成立了虛擬現(xiàn)實技術(shù)與教育實驗室。英國在紐卡斯爾中學建立了以國際維度技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬現(xiàn)實軟件包，探索用虛擬現(xiàn)實進行外語和工業(yè)安全培訓的方法。目前國內(nèi)的很多高校和企業(yè)也都開展了有關(guān)虛擬現(xiàn)實的課題研究，如北京航空航天大學將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應用于分布式飛機模擬等方面；浙江大學將其應用于在建筑虛擬規(guī)劃和虛擬設計等方面。

2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑場景制作教學中的應用

在傳統(tǒng)的建筑設計過程中，建筑設計過程往往需要花費很長的時間，付出很大的代價。在建筑設計的過程中，我們往往只能通過建筑圖紙來了解建筑效果和建筑設計方案，這些方法使受眾很難全面、直觀、準確地了解建筑的設計意圖。而虛擬現(xiàn)實技術(shù)利用計算機圖形技術(shù)制作出三維建筑模型，再應用人機交互技術(shù)、人工智能等手段使觀者能從各個角度全方位的感受建筑空間，這樣也更能方便地對建筑設計方案進行修改。接下來我們以某商品房小區(qū)為例研究虛擬現(xiàn)實在建筑場景制作中的應用以及生成虛擬現(xiàn)實場景的方法。

(1)繪制故事板。故事板最初起源于動畫行業(yè)，在短片還沒有正式制作前，導演應用故事板來記錄一些重要的鏡頭。故事版通常是以黑白草圖的形式來簡要說明場景中的主要鏡頭，它反映了導演在動畫開始制作前的基本構(gòu)思和想法。因此，故事板策劃的好壞將直接影響到整個故事的成敗。用于建筑場景制作的故事板通常包括如下幾個方面的內(nèi)容：攝像機的起始位置；關(guān)鍵鏡頭的畫面構(gòu)圖；鏡頭語言及鏡頭過渡、主光及輔光的擺放位置及材質(zhì)貼圖方式等。

(2)建模。制作建筑場景，首先要做的就是三維場景建模。三維建模是場景和虛擬現(xiàn)實的基礎(chǔ)。建筑場景通常都比較龐大，模型的面數(shù)也比較多。為了使建筑場景能流暢的播放和運行，我們在建模的過程中不僅要使模型盡量的逼真，而且要想辦法盡量減少模型的面段數(shù)。1)建筑場景的特點。建筑場景是人們將居住空間和自然環(huán)境有機結(jié)合的產(chǎn)物，它是人類文明發(fā)展的產(chǎn)物，反映了人們對美的認知和追求，是人與自然和諧相處的體現(xiàn)。在建筑場景中，模型的形式有多種多樣，如樓房、地形、路燈、庭院、店鋪、水景等。由于模型的類型多種多樣，所以建模的手法也會有所不同。尤其是庭院、路燈、水景等，它們造型風格各異且大多為曲線造型，再加上它們往往和自然景觀融合在一起，因此更增加了建模的難度。2)建筑場景模型制作。在3dsmax中，常用的建模方法有多邊形建模、面片建模、NURBS建模等。我們在制作建筑場景模型的時候通常采用多邊形建模的方法，因為多邊形建模是基于三角形面和四邊形面的拼接，且操作較為簡便容易掌握，比較適合于建筑建模。由于建筑場景往往比較龐大，所以我們在進行多邊形建模的時候要盡量減少面段數(shù)，那些看不見的或不會被渲染到的面最好刪掉。還可以通過透明貼圖等方法來制作樹木、鏤空物體等模型，這種方法雖然可以減少模型的面段數(shù)，由于是通過貼圖方式來制作模型，座椅容易產(chǎn)生立體感不強，模型不夠精細等缺點。此外還可以通過speed tree、tree storme等插件或利用代理模型來制作樹木模型?？傊?，在滿足渲染效果及品質(zhì)不受影響的前提下，文件越小越好，這更有利于后期的制作和渲染。

(3)材質(zhì)和貼圖。模型制作完成后，接下來要做的是模型的材質(zhì)和貼圖，材質(zhì)可以制作出物體的顏色、光澤、透明等效果。貼圖有多種多樣，如漫反射貼圖、不透明度貼圖、反射貼圖、凹凸貼圖等。通常我們需要給物體指定UVW貼圖修改器，通過選擇貼圖的類型，調(diào)整貼圖的長寬比，使貼圖到理想效果。通過給物體指定材質(zhì)和貼圖，再搭配燈光和渲染器，我們就能夠制作出真實的模型效果。

(4)燈光和攝像機。通過應用MAX的虛擬攝像機和燈光系統(tǒng)能更好地模擬出場景的真實效果。1)燈光的設置。如果場景中應用了VRAY渲染器進行渲染，通常只需要放置簡單的主光和輔光，漫反射的燈光效果可以通過VRAY渲染器中的間接照明功能進行計算。如果場景中沒有使用VRAY渲染器，通常需要用燈光矩陣的辦法來設置燈光。在渲染建筑的時候使用燈光矩陣，其主要原因還是渲染速度，大多數(shù)情況下而言，燈光矩陣的渲染效率非常高。雖然現(xiàn)在VRAY、全局光渲染器也很快，但是并不意味著燈光矩陣就過時了，掌握燈光矩陣的原理，在建筑這種大場景渲染中，仍然是必需的。在本建筑場景中，我們選擇了目標平行光作為主光源，陰影類型為VRAY陰影。在攝像機不可視的地方，我們設置了燈光排除，在光線不足的地方，我們增加了補光。2)攝像機。攝像機作為用于最終的動畫效果表現(xiàn)，是必不可少的，它包括焦距、位置、角度等幾個調(diào)節(jié)項目。在本建筑場景動畫中，攝像機大多是通過路徑約束動畫的方式來制作，也可以按照關(guān)鍵幀動畫的制作方式手動的調(diào)整攝像機的位置、角度等，還可以手動的調(diào)節(jié)攝像機的運動速度，使有些鏡頭產(chǎn)生緩入緩出的特殊效果。

(5)渲染。當模型、材質(zhì)、燈光等工序完成后，在正式輸出動畫之前，還需要對渲染輸出做很多設置。渲染輸出設置至關(guān)重要，在每次輸出前都要確認一下，主要有制式、格式、文件命名以及與電視相關(guān)等內(nèi)容。如果應用了VRAY渲染器進行渲染，還需要對抗鋸齒參數(shù)、間接照明中首次反彈、二次反彈參數(shù)等進行設置。渲染建筑漫游動畫的時候，通常需要先渲染動畫光子，再渲染最終動畫。渲染完成后輸出的序列文件可以通過Premiere、AE、Vegas 等軟件進行剪輯、合成及配樂等，如果要實現(xiàn)動畫的交互功能則需要通過虛擬現(xiàn)實開發(fā)工具才能實現(xiàn)。在這篇文章里，我們只研究了虛擬現(xiàn)實園林建筑的前期建模的優(yōu)化，至于虛擬現(xiàn)實的交互性，是它的一個非常重要的特點，也是它最吸引人眼球的地方，有待于我們在今后做更深入的研究。

本文對虛擬現(xiàn)實建筑場景的制作過程進行了簡單的分析，主要包括：模型的制作方法及要求、材質(zhì)貼圖的制作方法、燈光選擇及布置、后期渲染及合成處理等?？傊摂M現(xiàn)實技術(shù)在建筑場景制作中具有明顯的優(yōu)勢，是未來發(fā)展方向，它能讓人們產(chǎn)生身臨其境的感覺，給人們?nèi)碌挠^察視野。

參考文獻：

［1］ 熊靜，周定康.Internet環(huán)境下的虛擬現(xiàn)實技術(shù)——VRML［J］.計算機與現(xiàn)代化，2004(2)：1719．

［2］ 崔海燕，段作章.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在現(xiàn)代教育中的應用［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2005(3)．

［3］ 胡小強.虛擬現(xiàn)實技術(shù)基礎(chǔ)與應用［M］.北京郵電大學出版社，2009.

作者簡介：周增輝(1982—)，男，湖南邵陽人，碩士，講師，2010年畢業(yè)于湖南師范大學美術(shù)學院，湖南信息學院人文藝術(shù)系藝術(shù)創(chuàng)意教研室主任。endprint