彭國(guó)華

(陜西科技大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院, 陜西 西安 710021)

0 前 言

建筑漫游動(dòng)畫(huà)就是采用動(dòng)畫(huà)虛擬數(shù)碼技術(shù)并結(jié)合電影的表現(xiàn)手法，根據(jù)建筑、園林、室內(nèi)等規(guī)劃設(shè)計(jì)圖紙，將樓盤(pán)外觀、室內(nèi)結(jié)構(gòu)、物業(yè)管理、小區(qū)環(huán)境、生活配套等未來(lái)建成的生活場(chǎng)景進(jìn)行提前演繹展示，讓人們輕松而清晰地了解未來(lái)家園的品質(zhì)生活[1].建筑動(dòng)畫(huà)的鏡頭無(wú)限自由，可全面逼真地演繹樓盤(pán)整體的未來(lái)形象，可以拍到實(shí)拍無(wú)法表現(xiàn)的鏡頭，把樓盤(pán)設(shè)計(jì)大師的思想完美無(wú)缺地演繹出來(lái)，讓人們感受未來(lái)家園的美好和真實(shí).建筑動(dòng)畫(huà)的另一作用是地產(chǎn)項(xiàng)目在開(kāi)發(fā)以前，為了能夠更直觀的了解和驗(yàn)證其可行性，通常會(huì)使用三維圖像技術(shù)對(duì)建筑環(huán)境進(jìn)行模擬，達(dá)到提前預(yù)知設(shè)計(jì)效果的目的.

建筑漫游動(dòng)畫(huà)表現(xiàn)的核心是建筑，但動(dòng)畫(huà)中只有建筑是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我們需要在三維虛擬世界中模擬現(xiàn)實(shí)生活中建筑周邊存在的復(fù)雜環(huán)境，包括花草樹(shù)木、人物、車(chē)輛、天空、水面等等都可能是我們需要完成的對(duì)象，其中樹(shù)木又會(huì)有多種多樣，人物、車(chē)輛也具有多樣性，完成這些建筑周邊的輔助物體需要太多的時(shí)間與精力，而對(duì)于這些建筑動(dòng)畫(huà)中輔助存在的物體又是不可或缺的元素，為此我們需要一整套快速而有效的解決方案，以下是筆者做的一些初步探討.

1 建筑動(dòng)畫(huà)中樹(shù)木植物的解決方案

建筑動(dòng)畫(huà)中樹(shù)木所占的比例是十分巨大的，因?yàn)闃?shù)木植物代表著生命生機(jī).而建筑環(huán)境的綠色生態(tài)、回歸自然是當(dāng)今社會(huì)追求的主題，大家都希望能在綠色森林的環(huán)境中享受生活.除了概念藝術(shù)風(fēng)格的建筑動(dòng)畫(huà)，其他藝術(shù)風(fēng)格的建筑動(dòng)畫(huà)都非常注重樹(shù)木植物的表現(xiàn)效果，樹(shù)木植物處理得好壞也是建筑動(dòng)畫(huà)是否真實(shí)自然的關(guān)鍵.建筑動(dòng)畫(huà)中樹(shù)木可以分為遠(yuǎn)景樹(shù)木和近景樹(shù)木兩種，根據(jù)對(duì)樹(shù)木刻畫(huà)的精細(xì)程度和攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)方式的不同，需要使用不同的方法來(lái)完成樹(shù)木和其它花草植物的動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì).

1.1 貼圖完成樹(shù)木制作的方法

貼圖完成樹(shù)木的方法是通過(guò)將植物貼圖貼在平面物體上，模擬樹(shù)木或其它植物[2].其優(yōu)點(diǎn)是使用物體面數(shù)最少(一個(gè)平面物體方式使用了2個(gè)三角面，十字相交平面物體使用了4個(gè)面)，適合鳥(niǎo)瞰遠(yuǎn)景植物表現(xiàn).缺點(diǎn)是攝像機(jī)不能過(guò)高觀察植物，會(huì)出現(xiàn)貼圖變形失真.由于是通過(guò)平面貼圖模擬植物，因此通常使用一個(gè)平面物體或十字交叉平面物體，攝像機(jī)過(guò)高會(huì)看到植物物體的側(cè)面.

1.2 Speedtree插件完成植物制作的方法

Digimation SpeedTree是老牌3d做樹(shù)插件，SpeedTree是由Digimation公司開(kāi)發(fā)的一套用于制作樹(shù)木植物的3ds Max插件，它除了軟件包帶有多種樹(shù)木庫(kù)外，還有一個(gè)獨(dú)立的樹(shù)木植物制作軟件SpeedTreeCAD，可以在3ds Max之外制作完成樹(shù)木，是目前最好的造樹(shù)插件[3].SpeedTree的插件由兩個(gè)模塊構(gòu)成：安裝程序和樹(shù)庫(kù)文件.插件安裝程序提供與Max軟件接口文件，樹(shù)庫(kù)中有各種各樣類(lèi)型與精細(xì)程度的樹(shù)木.使用安裝好的Speedtree插件創(chuàng)建一棵樹(shù)，然后載入樹(shù)庫(kù)中樹(shù)木文件是Speedtree大致的工作流程.Speedtree完成植物優(yōu)缺點(diǎn)分析：其優(yōu)點(diǎn)是植物細(xì)節(jié)真實(shí)自然，種類(lèi)繁多，支持風(fēng)力，且攝像機(jī)能各個(gè)角度運(yùn)動(dòng)拍攝，適合近景、中景植物表現(xiàn);缺點(diǎn)是面數(shù)太多，計(jì)算速度較慢，不便于大面積使用，鳥(niǎo)瞰、遠(yuǎn)景不適合使用.

1.3 Forest森林插件完成植物制作的方法

Forest是3D Studio Max的外掛插件，可用來(lái)完成大量樹(shù)和植物的解決方案[4].雖然Speedtree插件也能創(chuàng)造漂亮的樹(shù)(Speedtree完成的植物，起碼要有數(shù)千個(gè)面)，但Forest能創(chuàng)造數(shù)千棵樹(shù)的森林而只占用很少一部分資源.Forest的特征歸納如下：

(1)樹(shù)被創(chuàng)造在可紋理的平面物體上，所以只需少量的資源而渲染速度很快，當(dāng)然如果你喜歡你也能自定義網(wǎng)格.

(2)Forest使用樣條線去定義種植樹(shù)的區(qū)域，你可以使用多重樣條線去定義包括或排除的區(qū)域.

(3)樹(shù)的分布可由位圖來(lái)管理，你可以創(chuàng)造自定義的分布模板位圖，從線到有規(guī)則的群組或完全無(wú)序的表面.這個(gè)插件包含了一些樣板分布貼圖，但也接受用戶(hù)創(chuàng)造的位圖.

(4)Forest能與相機(jī)連接，所以所有的樹(shù)都能面向相機(jī)相交.這個(gè)方法能解決當(dāng)相機(jī)從它們身上移動(dòng)過(guò)去時(shí)因?yàn)橛^察平面物體角度變化而產(chǎn)生的問(wèn)題，它不會(huì)因?yàn)橄鄼C(jī)角度變了而穿幫，因?yàn)檫@些樹(shù)是建立在平面的物體上，就是正面看到樹(shù)，反面什么也沒(méi)有，這個(gè)問(wèn)題可以用強(qiáng)制雙面方法來(lái)解決，或側(cè)面看到只是一條線.

(5)最小資源的利用.樹(shù)的分布受到相機(jī)觀察視野的限制，這使得用戶(hù)能夠創(chuàng)造百萬(wàn)棵樹(shù)的森林而速度卻不同一般的快，在幀外面的樹(shù)不會(huì)浪費(fèi)場(chǎng)景的資源.

(6)樹(shù)能自動(dòng)分布在任何表面上，如不規(guī)則地形.

(7)在表面上根據(jù)海撥和坡度的范圍界定樹(shù)元素.

(8)材質(zhì)ID可以固定，也可以根據(jù)用戶(hù)定義的范圍隨機(jī)化，使得單個(gè)Forest物體能創(chuàng)造不同類(lèi)型的植物.

(9)樹(shù)的位置、大小、旋轉(zhuǎn)隨機(jī)變化.

Forest森林優(yōu)缺點(diǎn)分析：其優(yōu)點(diǎn)是適合大面積鳥(niǎo)瞰或遠(yuǎn)景使用，對(duì)于大面積植物完成速度最快，森林分布隨機(jī)自然，樹(shù)木材質(zhì)、大小容易控制，X陰影類(lèi)型能比較真實(shí)再現(xiàn)植物Opacity透明度貼圖陰影，并能快速完成高低不平地面的樹(shù)木創(chuàng)建.缺點(diǎn)是植物由貼圖模擬完成，不適合近景植物表現(xiàn)，不宜使用攝像機(jī)過(guò)高或從上而下的垂直鏡頭.樹(shù)木位置根據(jù)分布貼圖自動(dòng)生成，無(wú)法進(jìn)行單棵植物自由移動(dòng)擺放，有時(shí)與Max版本兼容性不好，容易渲染跳出.

1.4 三維植物模型完成植物制作的方法

有些近景的植物我們會(huì)通過(guò)合并植物模型的方法來(lái)解決，其優(yōu)點(diǎn)是模型細(xì)膩真實(shí)，攝像機(jī)無(wú)拍攝角度限制，適合近景植物表現(xiàn)，缺點(diǎn)是面數(shù)較多，不適合大面積使用.

2 人物解決方案

建筑、環(huán)境、人是一個(gè)和諧共處的空間.建筑動(dòng)畫(huà)中的人物雖然不是動(dòng)畫(huà)表現(xiàn)的主體，但對(duì)建筑場(chǎng)景真實(shí)再現(xiàn)、建筑功能體現(xiàn)、氛圍烘托都有著十分重要的作用.沒(méi)有人物的建筑動(dòng)畫(huà)作品將會(huì)缺乏生機(jī)，也沒(méi)有親和力.建筑動(dòng)畫(huà)中的人物一般可通過(guò)使用貼圖、RPC插件、人物模型等3種方法解決.

2.1 貼圖完成人物制作的方法

使用貼圖完成人物制作的方法是創(chuàng)建單個(gè)平面物體后，將人物的彩色和黑白圖片分別貼入Diffuse漫反射通道與Opacity透明度通道，與貼圖完成植物不同的是不要使用十字叉平面貼入角色貼圖，否則側(cè)面觀察會(huì)非常失真[5].貼圖完成人物制作的優(yōu)點(diǎn)是可一個(gè)平面貼圖完成，計(jì)算速度快，貼圖為真實(shí)照片，人物真實(shí)，適合大面積推拉鏡頭使用.缺點(diǎn)是人物為靜態(tài)圖片，不能運(yùn)動(dòng)，攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)到側(cè)面時(shí)容易失真，不能垂直或過(guò)高角度拍攝.

2.2 RPC插件完成人物制作的方法

RPC全息模型庫(kù)是建筑動(dòng)畫(huà)不可缺少的制作利器，它功能強(qiáng)大，可以輕松地為三維場(chǎng)景加入人物、動(dòng)物或植物等有生命的配景以及車(chē)輛、動(dòng)態(tài)噴泉和各種生活中常用的設(shè)施[6].其操作極其簡(jiǎn)單，用鼠標(biāo)拖拽即可完成模型的創(chuàng)建工作，并能在燈光下產(chǎn)生真實(shí)的投影和反射效果.動(dòng)態(tài)的模型庫(kù)甚至可以輕而易舉地給人物車(chē)輛等創(chuàng)建動(dòng)作，渲染速度非?？欤瑸榻ㄖ?dòng)畫(huà)的制作提供了極大的方便.RPC軟件適用于3ds Max、3DVIZ、Softimage、Lightwave等三維制作軟件.RPC全息模型庫(kù)完成人物制作的優(yōu)點(diǎn)是渲染速度快，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)與渲染畫(huà)面平行，使用動(dòng)態(tài)人物庫(kù)有原地動(dòng)畫(huà)效果，缺點(diǎn)是不能俯視人物，且不能編輯角色的動(dòng)作.

2.3 三維人物模型完成人物制作的方法

為了能更好的模擬三維場(chǎng)景效果，我們可以將三維人物模型合并到建筑動(dòng)畫(huà)場(chǎng)景中來(lái)，直接使用或簡(jiǎn)單編輯后使用.三維模型完成場(chǎng)景人物優(yōu)缺點(diǎn)分析：優(yōu)點(diǎn)是三維人物和三維場(chǎng)景渾然天成，真實(shí)自然，人物動(dòng)作形象逼真.由于是三維真實(shí)模型，所以不受攝像機(jī)角度限制，即使是俯視鏡頭也能輕松地表現(xiàn)，比較適合近景、中景人物模擬時(shí)使用;缺點(diǎn)是相對(duì)于平面貼圖和RPC人物表現(xiàn)，三維模型完成使用面數(shù)最多，不適合大面積使用，且三維人物模型種類(lèi)相對(duì)比較有限，重新創(chuàng)建三維人物比較耗時(shí)，骨骼綁定動(dòng)畫(huà)完成難度較大.

3 車(chē)輛解決方案

車(chē)輛在建筑動(dòng)畫(huà)中也扮演著十分重要的作用，它不僅能夠讓動(dòng)畫(huà)場(chǎng)面更加真實(shí)自然，還是感覺(jué)場(chǎng)景空間比例大小、實(shí)現(xiàn)鏡頭自如切換的表現(xiàn)工具與手段.通常我們可以通過(guò)兩種方式完成場(chǎng)景中的車(chē)輛模型制作，即使用RPC全息模型庫(kù)和使用三維車(chē)輛模型.

3.1 RPC插件完成車(chē)輛模型制作的方法

使用RPC全息模型完成場(chǎng)景中的車(chē)輛制作，其優(yōu)點(diǎn)是渲染速度快，節(jié)省場(chǎng)景多邊形數(shù)量，車(chē)輛真實(shí)度較高，適合中遠(yuǎn)景靜止和行駛車(chē)輛的制作[7];缺點(diǎn)是車(chē)門(mén)不能打開(kāi)、車(chē)輪在汽車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，車(chē)漆材質(zhì)不能隨意更改，不適合精度要求較高的近景車(chē)輛特寫(xiě)鏡頭使用.

3.2 三維車(chē)輛模型完成車(chē)輛模型制作的方法

三維汽車(chē)模型上每一個(gè)細(xì)節(jié)都由真實(shí)模型構(gòu)成，在動(dòng)畫(huà)表現(xiàn)中適合精度要求較高時(shí)使用，我們可以使用Merge合并命令將汽車(chē)模型合并到三維場(chǎng)景中，同時(shí)使用材質(zhì)編輯器中的吸管工具吸取車(chē)身材質(zhì)，并對(duì)其顏色進(jìn)行修改[8].和RPC汽車(chē)模型比較類(lèi)似，不同之處是不用使用RPC插件程序，直接將建模車(chē)合并到場(chǎng)景中就可以使用了，比較方便.三維完成車(chē)輛、船只模型制作優(yōu)缺點(diǎn)分析：優(yōu)點(diǎn)是車(chē)輪能夠設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)畫(huà)，車(chē)身材質(zhì)可以更改，適合近景特寫(xiě)動(dòng)畫(huà)鏡頭使用;缺點(diǎn)是三維物體面數(shù)較多，計(jì)算速度較慢，不適合中遠(yuǎn)景大量使用.

4 結(jié)束語(yǔ)

建筑漫游動(dòng)畫(huà)是三維數(shù)字技術(shù)與電影藝術(shù)相結(jié)合在動(dòng)畫(huà)產(chǎn)業(yè)中新興的一個(gè)動(dòng)畫(huà)方向，它除了要將建筑表現(xiàn)得真實(shí)、自然外，對(duì)于建筑動(dòng)畫(huà)藝術(shù)性的提高還取決于模擬現(xiàn)實(shí)生活中建筑周邊存在的復(fù)雜環(huán)境，包括花草樹(shù)木、人物、車(chē)輛、天空、水面等.本文主要研究了建筑動(dòng)畫(huà)中涉及的關(guān)鍵因素——樹(shù)木植物、人物及車(chē)輛在提高動(dòng)畫(huà)藝術(shù)性、真實(shí)性方面的解決方案，并分析了多種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)建筑動(dòng)畫(huà)水平的提高具有一定的指導(dǎo)意義.

參考文獻(xiàn)

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