于浩海 鄒治偉

(武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院 武漢：430080)

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三維虛擬校園漫游設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

于浩海 鄒治偉

(武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程學(xué)院 武漢：430080)

以武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院江北校區(qū)為對(duì)象，利用3D MAX、VR、AE等軟件進(jìn)行三維虛擬校園漫游的開(kāi)發(fā)，為三維虛擬校園漫游的建設(shè)者提供參考。

虛擬校園；三維模型；漫游動(dòng)畫(huà)

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)圖形圖像技術(shù)的飛速發(fā)展、三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和智慧城市等概念的提出，人們已不再滿(mǎn)足于通過(guò)簡(jiǎn)單的文字和圖片來(lái)了解學(xué)校，通過(guò)三維虛擬校園漫游來(lái)了解學(xué)校已成為一種趨勢(shì)。所以，利用三維虛擬校園漫游技術(shù)，促進(jìn)學(xué)校的形象宣傳、教學(xué)資源管理、環(huán)境規(guī)劃等工作，均能起到很好的輔助作用。本文對(duì)三維虛擬校園漫游的制作過(guò)程進(jìn)行了簡(jiǎn)單闡述，以便為后期進(jìn)一步建設(shè)智慧校園提供服務(wù)。

1 方案選擇

在實(shí)現(xiàn)三維虛擬校園漫游時(shí)，常使用到兩種方式：

1.1 360度全景圖片虛擬漫游

這種方式也稱(chēng)作靜態(tài)圖像全景圖，先使用數(shù)碼相機(jī)對(duì)校園進(jìn)行多場(chǎng)景、多角度的拍照，對(duì)產(chǎn)生的有效圖片通過(guò)計(jì)算機(jī)合成校園全景圖。該方法雖然效果逼真，可以達(dá)到在不同場(chǎng)景中、不同角度的切換，并且成本較低，但是缺點(diǎn)也比較明顯：首先想要轉(zhuǎn)換場(chǎng)景只能通過(guò)對(duì)設(shè)定好的鏈接點(diǎn)擊來(lái)改變視角實(shí)現(xiàn)漫游，局限性大；其次瀏覽者只能從拍攝者的角度觀看全景，不能觀察到該場(chǎng)景中的每一個(gè)細(xì)節(jié)，靈活性略顯不足。

1.2 三維模型虛擬漫游

這種方法主要是通過(guò)3D MAX等三維軟件，將整個(gè)校園對(duì)應(yīng)的環(huán)境建立模型，從而實(shí)現(xiàn)三維虛擬校園的全景空間與真實(shí)環(huán)境的一一映射，再通過(guò)后期的VR渲染和AE制作來(lái)實(shí)現(xiàn)漫游。這種方式能實(shí)現(xiàn)不同視點(diǎn)的虛擬漫游，增強(qiáng)了漫游的真實(shí)感與沉浸感，而且由于三維模型制作和后期漫游制作的分離，比較容易對(duì)學(xué)校建筑和地形變化進(jìn)行實(shí)時(shí)的修改，但是這種方式因?yàn)槭褂密浖^多且制作周期較長(zhǎng)，制作成本相對(duì)會(huì)比較高。

綜上所述，本方案考慮采用第二種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)三維虛擬校園漫游。

2 實(shí)現(xiàn)過(guò)程

經(jīng)過(guò)分析，設(shè)計(jì)整體制作流程如圖1。

圖1 設(shè)計(jì)制作流程

2.1 數(shù)據(jù)采集

前期需要收集整個(gè)校園地形圖和所有建筑單體的相關(guān)文檔資料，包括平面圖、結(jié)構(gòu)圖、外觀圖等，同時(shí)采集校園相關(guān)建筑的照片。這些照片有兩個(gè)用處：一是后期模型制作過(guò)程中進(jìn)行參考；二是經(jīng)過(guò)處理后用作對(duì)模型的貼圖。在照片采集時(shí)需要注意充分體現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與細(xì)節(jié)，盡量在光線充足時(shí)取景，清晰度要高，門(mén)、窗、圍欄等也要盡可能拍攝規(guī)整，以便于后期減少圖片處理的工作量，從而提高工作效率。

2.2 底圖繪制

依據(jù)前期收集到的文檔圖像資料，在Auto CAD中繪制校園的二維平面地形圖和每棟建筑的二維截面圖(如已有的CAD建筑和地形圖可以直接使用)。校園的整體二維平面圖主要使用校園規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)的CAD施工圖，它是校園三維模型制作的主要數(shù)據(jù)來(lái)源(如圖2、圖3所示)，同時(shí)參考Google Earth上的衛(wèi)星影像來(lái)作為校園三維場(chǎng)景的地形底圖。

圖2 江北校區(qū)校園規(guī)劃圖

圖3 江北校區(qū)前區(qū)平面圖

2.3 模型制作

使用3D MAX 2012軟件進(jìn)行建筑模型的制作，場(chǎng)景中大部分建筑都使用多邊形建模法來(lái)創(chuàng)建?？紤]到整個(gè)校園的建筑單體較多，所有建筑單體均采用單獨(dú)建模，后期再進(jìn)行統(tǒng)一合并，在較好表現(xiàn)效果的前提下盡量?jī)?yōu)化減少每個(gè)建筑單體的面數(shù)，減少后期合并運(yùn)算的工作量。建模是完成場(chǎng)景中重要的組成部分，所以在制作過(guò)程中需嚴(yán)格按照前期CAD底圖的尺寸、位置來(lái)進(jìn)行建模，以免后期合并時(shí)再次修改。圖4、圖5為部份單體結(jié)構(gòu)的三維模型圖。

圖4 江北校區(qū)前區(qū)建筑模型圖

圖5 江北校區(qū)圖書(shū)館三維模型圖

2.4 材質(zhì)貼圖

室外建筑一般采用材質(zhì)表現(xiàn)，如：大理石、玻璃效果等；但是有些精細(xì)部位則需要利用前期采集的照片來(lái)制作紋理貼圖。在這里借鑒了游戲制作的模式采用UVW展開(kāi)貼圖，使一兩張圖片就能集合一個(gè)建筑的紋理圖片。

2.5 植被代理

場(chǎng)景中的植被綠化率的多少會(huì)直接影響到整個(gè)場(chǎng)景最終顯示效果的好壞，所以在植被的制作上采用了近、遠(yuǎn)景兩種處理方式，近景植被使用較高面數(shù)進(jìn)行表現(xiàn)，遠(yuǎn)景植被則是最簡(jiǎn)約的面數(shù)，這樣能夠降低場(chǎng)景的運(yùn)算工作量。

2.6 場(chǎng)景合并

結(jié)合校區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)的CAD施工圖和Google Earth上的衛(wèi)星影像，本方案對(duì)校園內(nèi)的局部場(chǎng)景地形模型包括：道路、湖泊、小品等進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，并利用實(shí)景照片進(jìn)行對(duì)比修圖，然后將前期制作的建筑模型合并后導(dǎo)入到校園場(chǎng)景中。部份場(chǎng)景設(shè)計(jì)靜態(tài)效果圖如圖6、圖7、圖8、圖9所示。

圖6 江北校區(qū)前區(qū)設(shè)計(jì)效果圖

圖7 江北校區(qū)實(shí)訓(xùn)樓設(shè)計(jì)效果圖

圖8 江北校區(qū)圖書(shū)館設(shè)計(jì)效果圖

圖9 江北校區(qū)鳥(niǎo)瞰效果圖

2.7 燈光渲染

整個(gè)校園的場(chǎng)景規(guī)模是相當(dāng)龐大的，所以燈光設(shè)置應(yīng)采用整體太陽(yáng)光加局部泛光燈的模式，配上一定的光影效果后進(jìn)行烘焙，利用本技術(shù)，將渲染完成的燈光、材質(zhì)等效果導(dǎo)入到校園場(chǎng)景中來(lái)，達(dá)到校園內(nèi)實(shí)時(shí)交互的效果。

2.8 后期制作

通過(guò)前面的制作，整個(gè)虛擬校園的靜態(tài)演示初步完成，設(shè)計(jì)人員通過(guò)設(shè)置攝像機(jī)來(lái)調(diào)整移動(dòng)軌跡，就可直接生成最初的漫游動(dòng)畫(huà)或靜態(tài)圖片。利用VR渲染和AE的后期剪輯配音，設(shè)計(jì)人員就可以讓體驗(yàn)者得到效果精美的三維虛擬校園漫游體驗(yàn)了。

3 結(jié)論

三維虛擬校園漫游的實(shí)現(xiàn)，可以拓展學(xué)校對(duì)外宣傳渠道，提升學(xué)校在社會(huì)上的聲譽(yù)，也為設(shè)計(jì)人員參與到智慧校園建設(shè)提供了一定實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

[1] 尹新梅，等編著，3ds Max三維建模與動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)實(shí)踐教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011.

[2] 李杰光，等編著，3ds Max&VRay建筑全模型渲染火星課堂[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[3] 韓慶年.國(guó)外高校3D虛擬校園設(shè)計(jì)與應(yīng)用評(píng)述[J].中國(guó)教育信息化，2012(9)：17-21.

[4] 趙筱斌.浙江建院數(shù)字虛擬校園漫游項(xiàng)目設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].科技信息，2012(29)：20-21.

[5] 楊彬，趙建民，朱信忠，等.虛擬校園三維全景漫游技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2007,29(10)：26-28.

(責(zé)任編輯：游 濤)

Design and Realization of 3-D Virtual Campus Roaming System

Yu Haohai Zou Zhiwei

(Wuhan Engineering Institute, Wuhan 430080, Hubei)

By using 3D MAX，VR,AE and other software to develop three-dimensional virtual campus，this thesis takes the Jiangbei campus of Wuhan Engineering Institute as the researching object to provide some reference for the construction of three-dimensional virtual campus.

virtual campus； 3-D model； animation roaming

2016-07-22

2016-09-18

武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院2014年校級(jí)課題《虛擬校園漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究》(項(xiàng)目編號(hào)201423)研究成果

于浩海(1984～)，男，講師.E-mail：34103558@qq.com

TP391

A

1671-3524(2016)04-0041-03