摘 要：依據(jù)3DS MAX軟件制作三維圖的原理和方法，分別從信息采集、三維建模、材質(zhì)與貼圖、燈光攝影和校園立體圖的渲染輸出等角度探討論了虛擬校園的設(shè)計方法，最終實現(xiàn)對校園三維景觀及教學(xué)環(huán)境的數(shù)字化和虛擬化。

關(guān)鍵詞：3ds max；虛擬校園；三維建模

中圖分類號：TP391.41

隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，校園信息化建設(shè)也迅猛發(fā)展。虛擬校園是校園信息化建設(shè)的重要組成部分，簡單的二維平面圖和靜態(tài)網(wǎng)頁功能已不能滿足學(xué)校校園信息化管理的多元化需求，而三維數(shù)字虛擬校園的創(chuàng)建則利用了最新的虛擬現(xiàn)實技術(shù)，是一種革命性和創(chuàng)新性的數(shù)字化校園解決方案，對學(xué)校的形象宣傳、招生宣傳、信息化管理將產(chǎn)生重要的作用。

1 3ds max軟件簡介

3ds Max軟件是Discreet公司開發(fā)的三維動畫制作軟件，廣泛應(yīng)用于影視設(shè)計、建筑裝潢、三維動畫、游戲開發(fā)等領(lǐng)域。在虛擬校園系統(tǒng)的設(shè)計中，3ds max起著重要的作用，主要涉及三維場景建模、材質(zhì)設(shè)計、攝影機視角搭建、三維立體圖渲染和動畫漫游等。

2 虛擬校園制作流程

虛擬校園的基礎(chǔ)是三維景觀的建立，可以先用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行CAD成圖，導(dǎo)入3ds max中進行建模，然后利用PhotoShop對照片紋理進行處理，以供貼圖時使用，再通過燈光和攝影機進行環(huán)境設(shè)置，最后進行靜態(tài)圖像和動態(tài)圖像的渲染輸出。

3 信息采集與整理

為了使最終的三維場景完全模擬現(xiàn)實中的校園全貌，虛擬場景的構(gòu)建必須獲得相關(guān)必要的數(shù)據(jù)。構(gòu)建虛擬校園主要包括三維空間數(shù)據(jù)信息和圖像信息兩部分。因此必須進行以下數(shù)據(jù)的采集和整理：（1）利用學(xué)校建設(shè)平面圖和實際測量獲得平面信息和建筑物高度信息等各項數(shù)據(jù)；（2）通過AutoCAD軟件進行二維平面圖繪制，最終導(dǎo)入到3ds Max軟件當中；（3）利用數(shù)碼相機進行現(xiàn)場拍照，收集學(xué)校景觀紋理，用以獲取真實的紋理貼圖；（4）匯總材質(zhì)和紋理，利用專業(yè)素材庫收集整理各項貼圖材質(zhì)，借以完善圖像數(shù)據(jù)的收集。

4 校園場景建模

校園場景中的模型可以分為兩類：一是實體模型的構(gòu)建，這里主要是指對校園內(nèi)的建筑物進行建模。這種模型對精度的要求較高，制作較為復(fù)雜，如果想要達到逼真的效果，需要相當復(fù)雜的制作過程。第二類就是地形和環(huán)境的構(gòu)建，主要是對校園道路、草地、樹木等進行建模。這些模型相對于建筑模型來說較為簡單，只要達到基本的要求即可，模型的效果主要依靠材質(zhì)和燈光來表現(xiàn)。下面我們分別探討這兩類模型的創(chuàng)建方法。

4.1 建筑物的構(gòu)建

建筑是最能表現(xiàn)校園真實場景的物體，建筑效果的表現(xiàn)將直接影響整個虛擬校園的效果。因此在建模過程中應(yīng)按實際比例進行構(gòu)建，盡量符合現(xiàn)實。

在這里，我們先將校園工程圖紙在AutoCAD軟件中進行矢量化，然后將繪制好的CAD圖紙導(dǎo)入到3dx Max場景中，利用節(jié)點捕捉工具生成二維模型。

在后期的三維立體化處理時，我們可使用3ds Max軟件內(nèi)的AEC建模工具來完成。在3ds Max中，這些建筑構(gòu)件都有完整的參數(shù)，可以精確地調(diào)整各部分的尺寸，非常適合建筑設(shè)計領(lǐng)域使用。例如，建筑物的墻、窗、門、樓梯等部件，都可使用AEC工具直接創(chuàng)建。當然，三維模型建立以后還需要進一步的修改，對于較為復(fù)雜的建筑，3ds Max軟件還提供了很多修改器，例如倒角、放樣、三維布爾運算、曲面變形等，而對于簡單的建筑，可采用多邊形網(wǎng)格建模法，通過點、線、面進行修改與創(chuàng)作。

為了解決數(shù)據(jù)量的問題，建模要在不影響整個虛擬校園質(zhì)量的前提下盡可能簡單，要將所有不可見的面都刪除，禁止模型出現(xiàn)兩面重疊的現(xiàn)象。另外，在模型創(chuàng)建過程中還要盡量減少三維布爾運算，以免在后期進行的材質(zhì)貼圖時遇到不必要的麻煩。

4.2 地形和環(huán)境的構(gòu)建

地形的構(gòu)建主要是對校園內(nèi)所有的地表面進行建模。創(chuàng)建主干道的方法主要采取三維基礎(chǔ)建模，可在二維平面圖的基礎(chǔ)上運用擠出命令轉(zhuǎn)化成三維模型，然后再進入修改面板進行細化調(diào)整，必要時可以添加一些控制點。

環(huán)境的構(gòu)建主要是對樹木、天空、草地等的創(chuàng)建。在這里我們重點探討植物景觀場景模型的制作，主要分為兩種情況：一種是近景植物的制作，這種植物主要是在校園主干道附近和建筑物附近的植物，需創(chuàng)建精細的花草樹木模型。我們可利用3ds Max軟件的[AEC擴展]中的[植物]模型直接創(chuàng)建。對于相同的植物模型，可以通過修改細節(jié)參數(shù)、添加輔助設(shè)施來完成。第二種是遠景植物的構(gòu)建，遠景植物在校園虛擬場景中起到氛圍烘托的作用，為了節(jié)省系統(tǒng)資源，我們可以運用單面交叉和平鋪透明貼圖的形式來創(chuàng)建，以減少植物的多邊形數(shù)量。

5 材質(zhì)及貼圖紋理

所謂材質(zhì)，就是指物體表面最基礎(chǔ)的材料，如木質(zhì)、金屬或玻璃等。編輯或生成材質(zhì)就是讓物體表面展現(xiàn)出其本質(zhì)，在具體制作時，可利用基本材質(zhì)和VRay渲染器來實現(xiàn)。但僅僅靠基本材質(zhì)的編輯并不能完全體現(xiàn)物體其本身的特點。因此我們還需要對紋理進行細節(jié)處理。那什么是紋理呢？紋理就是附著在材質(zhì)之上的，比如磨光的大理石、凹凸不平的水泥路面。紋理不但要有豐富的視覺感受，還要對材質(zhì)的破損和圖案進行再加工，使材質(zhì)編輯更豐富。為了獲得逼真的效果，建筑物紋理可使用數(shù)碼相機拍取，然后運用Photoshop軟件對照片進行亮度、色彩、變形等基本處理。紋理照片的尺寸一般應(yīng)為2的n次方以正方形排列，否則會使紋理變形。在 3DS Max 中制作紋理貼圖時，應(yīng)使紋理清晰可見，可以運用UVW 貼圖坐標進行貼圖，使紋理貼圖與建筑模型充分匹配。

6 燈光的設(shè)置

自然界中物體的顏色和質(zhì)地都要靠光來表現(xiàn)，在動畫場景中，材質(zhì)和燈光密不可分，它們之間合理的搭配可以產(chǎn)生恰到好處的色彩和明暗對比，從而使場景更加真實。在制作日景效果時，主光源應(yīng)選擇目標平行光，輔助光源可根據(jù)場景需要進行添加，主要用于改善因主光源產(chǎn)生的陰暗面部分。

7 渲染及漫游

燈光設(shè)置完成后就可進行渲染輸出，3ds Max軟件本身在場景展示及漫游方面制作比較繁瑣。一般做法是利用 3ds Max 自帶的渲染及動畫功能進行制作，具體步驟是：（1）為攝影機創(chuàng)建一條樣條線路徑，通過編輯樣條線調(diào)整頂點，使路徑盡量平滑。（2）使用路徑約束，架設(shè)一部自由攝影機，然后將設(shè)定好的路徑賦給攝影機。

對于靜態(tài)圖的渲染則相對簡單，輸出后的效果圖可以在Photoshop里進行后期處理，添加一些人物來增強虛擬校園的真實感。

8 結(jié)束語

虛擬校園是虛擬現(xiàn)實技術(shù)在教育和學(xué)習(xí)方面的應(yīng)用。目前，國內(nèi)許多高校在虛擬現(xiàn)實技術(shù)方面已經(jīng)進行了開發(fā)和研究，并且積累了一定的理論及實踐經(jīng)驗。吸取這些先進的技術(shù)及經(jīng)驗并積極進行探索研究，結(jié)合其他軟件添加交互功能，使虛擬漫游系統(tǒng)的功能進一步得到完善和增強，使真正意義上的數(shù)字化校園走進我們的生活。

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作者單位：新疆鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 哈密 839001