[摘要]建筑漫游動畫是隨著虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展而逐漸分支出來的一個新領域,廣泛應用于建筑行業(yè)。建筑漫游動畫能夠全方位、直觀地給人們提供有關城市的各種具有真實感的場景信息,能夠產(chǎn)生實體沙盤模型所達不到的仿真空間效果,而且虛擬城市的各種模型單體及其位置易于修改,通過多媒體創(chuàng)作工具對動畫進行結構的調整并加入文字、圖片、解說等補充,還可以實現(xiàn)城市信息的查詢功能,這些都是傳統(tǒng)的方法所無法比擬的。
[關鍵詞]建筑漫游 虛擬現(xiàn)實 漫游技術
一、建筑漫游動畫的優(yōu)勢
隨著計算機技術的快速發(fā)展,計算機數(shù)字技術在各行各業(yè)發(fā)揮著巨大的作用。尤其是對一些傳統(tǒng)的行業(yè)具有顛覆性的影響力,如建筑行業(yè)、房地產(chǎn)行業(yè)。計算機數(shù)字技術不僅使設計師從此擺脫了手繪的繁瑣工作。也給予建筑設計一種全新的具有信息時代特征的表現(xiàn)手法,例如利用三維制作軟件(主要是3ds max)及其它的多媒體開發(fā)軟件,計算機可以根據(jù)實際地形的等高線生成模擬的數(shù)字化地形,并將各種三維建筑模型根據(jù)規(guī)劃方案的要求布置其上,在三維動畫制作軟件3ds max的幫助下,創(chuàng)建一個動畫漫游路徑,并最終生成一段三維建筑漫游的視頻文件。建筑漫游動畫能夠全方位、直觀地給人們提供有關城市的各種具有真實感的場景信息,能夠產(chǎn)生實體沙盤模型所達不到的仿真空間效果,而且虛擬城市的各種模型單體及其位置易于修改。通過多媒體創(chuàng)作工具對動畫進行結構的調整并加入文字、圖片、解說等補充,還可以實現(xiàn)城市信息的查詢功能。這些都是傳統(tǒng)的方法所無法比擬的。
二、虛擬建筑場景漫游技術的分類與應用
虛擬建筑場景漫游技術有多種分類方法:按漫游對象——建筑物或建筑環(huán)境的真實存在與否來分:按漫游對象數(shù)據(jù)的真實性來分:按漫游系統(tǒng)的形成技術來分:按漫游系統(tǒng)的應用行業(yè)和目的來分等等。本文以第一種分類方法為主線,結合其他分類方法,將虛擬建筑場景漫游技術分為兩大類來說明虛擬建筑場景漫游技術的典型應用。
第一,真實建筑場景的虛擬漫游
這種虛擬漫游的最大特點是:被漫游的對象是已經(jīng)客觀真實存在著的,只不過漫游形式是異地虛擬的而已,同時,漫游對象制作是基于對象的真實數(shù)據(jù)。主要應用于真實名勝景觀的虛擬觀光旅游。這種虛擬漫游可以使游客足不出戶地游歷世界各地名勝和風光。
第二,虛擬建筑場景的虛擬漫游
虛擬建筑是指客觀上并不存在、是完全虛構的,或者雖有設計數(shù)據(jù)但尚未建造的建筑物。虛擬建筑場景漫游是一種應用越來越廣泛,前景十分看好的技術領域。在建筑設計、城鄉(xiāng)規(guī)劃、室內(nèi)裝潢等建筑行業(yè)。在虛擬戰(zhàn)爭演練場和作戰(zhàn)指揮模擬訓練方面,在游戲設計與娛樂行業(yè),乃至在促進未來新藝術形式誕生等方面,它都大有用武之地,而且代表著這些行業(yè)的新技術和新水平。
三、虛擬建筑場景漫游系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
整個漫游系統(tǒng)如前所述是以建筑場景的建立為基礎的,其設計與實現(xiàn)方法可歸納為三種:基于多邊形的直接繪制法(簡稱直接建模法)、場景模型導入法和基于圖像的繪制方法。
1、基于多邊形直接繪制法的漫游系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
這種方法適合于場景組織不復雜、多邊形數(shù)目比較少的較規(guī)范、較簡單或簡化的場景繪制。例如建筑物遠觀或大場景的建筑點綴等等。
2、基于場景模型導入法的漫游系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
基于幾何建模及模型導入的技術,通常利用造型軟件(如3DS Studio,AutoCAD等)手工搭建三維模型,建立場景。這種方法需要耗費大量的時間建立模型,工作量很大,一般涉及到測量現(xiàn)場、定位和數(shù)字化結構平面或者轉換現(xiàn)存CAD數(shù)據(jù):其次很難校驗其結果是否精確。漫游場景是由計算機根據(jù)一定的光照模型繪制,色彩層次沒有自然景觀豐富,帶有明顯的人工痕跡,即使采用貼圖渲染也不能逼真地再現(xiàn)現(xiàn)實世界。由于建模軟件的功能日益強大,設計中人們的分工日益明確,人們可以利用日益精細的建筑模型和豐富的模型庫資源來加快設計,這一基于幾何建模的模型導入技術已成為當今游戲設計等領域的主流技術。
3、基于圖像的繪制方法的漫游系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
這種技術首見于Quick Time系統(tǒng),它采用實時圖像圖形處理來生成三維觀察效果,用方向不受約束的圖像(包括360度漫游所需的信息)代替了電影片段,用實時圖像代替了電影播放。這種方法的一個缺點是在景點切換時會有跳躍?;趫D像的虛擬場景漫游技術,利用在某一固定位置所抓取的一個環(huán)境的360度全景圖像,通過展現(xiàn)全景圖像的相應部分來實現(xiàn)相互的調整。全景圖像是利用一系列局部圖像拼接起來的,能夠進行全視野、360度地全方位環(huán)視、漫游圖像環(huán)境?;趫D像的虛擬場景漫游技術的實現(xiàn)。是利用攝影設備連續(xù)掃描周圍空間的真實圖像。要求精度高時,要利用激光掃描儀來獲得真實圖像數(shù)據(jù)。與在三維圖形世界中的漫游相比,這種系統(tǒng)可以避免復雜的三維建模工作,所以更適合復雜的自然風光、地景的漫游。
四、技術難點與發(fā)展前景
目前,虛擬建筑場景漫游的最大難點在于建模逼真度和繪制實時性的矛盾。由于這種漫游所看到的景象離觀察者近,就要求繪制非常逼真,因此,建模時構造要精細,會消耗很多時間,同樣,由于計算機性能的制約,構造出來的模型越復雜,在繪制時要達到實時效果就越困難,實時性太差就會使觀察者無法接受。這對矛盾是整個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)普遍存在的。一般來說,需要在精確程度和繪制速度兩方面取一個折衷值,即既滿足一定的繪制真實感,又不造成觀察者的動態(tài)不適感,也可以運用多層次細節(jié)(LOD)方法為場景生成不同的細節(jié)層次,可大大減少繪制的計算量,還可以采取一些場景預處理辦法。例如用輻射度方法,可在漫游時省去許多計算光照的計算量。
由于虛擬現(xiàn)實技術的出現(xiàn)和進一步發(fā)展,有專家預料將來會誕生人類的第九藝術形式。到底第九藝術是什么樣子,不同藝術門類的人有不同想象。不過,任何藝術門類和形式都離不開生存環(huán)境的再現(xiàn)和體驗。只要有對環(huán)境的體驗和介入,環(huán)境中就必然包括建筑環(huán)境。盡管今天人們還無法具體想象在未來藝術形式中的建筑場景如何與人交互,如何有充分的感情色彩,但是未來藝術和社會文明對虛擬建筑漫游技術發(fā)展的巨大期望是可想而知的。