查雁南

摘要：21世紀(jì)發(fā)展最快的莫過于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在如今家家戶戶都有電腦和手機(jī)的情況下，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在游戲、教育、體育、醫(yī)學(xué)、服務(wù)業(yè)等等領(lǐng)域都有非常廣泛的運(yùn)用。而以三維技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬仿真技術(shù)是其中技術(shù)含量最高也是表現(xiàn)形式最好的。而要實(shí)現(xiàn)帶有逼真光影的三維效果就離不開貼圖烘焙技術(shù)。

關(guān)鍵詞：仿真；烘焙技術(shù)；三維

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）07-0233-02

貼圖烘焙技術(shù)簡(jiǎn)單的來說就是將場(chǎng)景中的燈光的信息烘焙到物體上去，當(dāng)移除場(chǎng)景中燈光的時(shí)候，把帶有燈光信息的烘焙貼圖貼到物體上效果就和場(chǎng)景中有燈光效果一樣。這個(gè)是傳統(tǒng)游戲場(chǎng)景貼圖的制作方法，而在新一代的虛擬現(xiàn)實(shí)引擎或游戲引擎中。我們已經(jīng)可以使用其自帶的烘焙系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)我們一般叫它離線烘焙系統(tǒng)。離線烘焙一般只針對(duì)場(chǎng)景中靜止的物體，因?yàn)楹姹哼^的物體移動(dòng)的話就會(huì)發(fā)生燈光信息不匹配等等問題。這就是為什么我們?cè)趗nity3D里面要烘焙物體的時(shí)候只能烘焙靜止物體的原因了。而與靜止物體相對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)物體又是什么呢，比如我們?cè)谌S場(chǎng)景里面操縱的人物。以及隨風(fēng)而動(dòng)的樹木，他們的陰影是會(huì)根據(jù)自身的變化而變化。要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的陰影的話，我們就只能使用引擎里面的動(dòng)態(tài)光照了。這里肯定會(huì)有人問了，既然引擎有實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)光照的話，那我們直接用它就可以了，為什么還需要使用離線烘焙呢。那么這里我就不得不提到三維虛擬仿真軟件圖形處理的優(yōu)化問題了。

以虛擬仿真引擎unity3D為例子，對(duì)于一個(gè)三維虛擬場(chǎng)景的渲染必須CPU和GPU同時(shí)進(jìn)行工作。CPU一般被所需要渲染物體的個(gè)數(shù)限制，CPU給GPU發(fā)送渲染物體命令叫做DrawCalls。一般來說DrawCalls數(shù)量是需要控制的。PC平臺(tái)上應(yīng)在DrawCalls幾千個(gè)之內(nèi)，而移動(dòng)平臺(tái)上DrawCalls則在幾百個(gè)之內(nèi)。當(dāng)然DrawCalls越少性能肯定越好，所以作為優(yōu)化圖形處理的優(yōu)先選擇是盡可能的減少DrawCalls，而我們上所提到的如果一個(gè)場(chǎng)景要使用實(shí)時(shí)光照的話，DrawCalls的數(shù)量可能會(huì)成倍數(shù)增加。并且會(huì)增加更多的三角面，對(duì)于CPU和GPU來說負(fù)擔(dān)會(huì)加重很多，特別是在移動(dòng)終端的CPU和GPU的處理數(shù)據(jù)性能更加低下的情況下，移動(dòng)平臺(tái)上面的三維應(yīng)用基本上是不使用實(shí)時(shí)光照的。

隨著虛擬仿真軟件行業(yè)的發(fā)展，越來越多的虛擬仿真設(shè)計(jì)軟件被開發(fā)出來運(yùn)用在面向高職教育的設(shè)計(jì)專業(yè)和服務(wù)終端的客戶的領(lǐng)域內(nèi)。在設(shè)計(jì)專業(yè)的入門級(jí)課程里面，由于學(xué)生們還沒有學(xué)習(xí)到高級(jí)的設(shè)計(jì)知識(shí)和軟件的運(yùn)用，并不能自己設(shè)計(jì)制作出自己想要設(shè)計(jì)的成品出來，但是他們可以根據(jù)自己的藝術(shù)素養(yǎng)在有素材的提供情況下搭配出具有個(gè)人風(fēng)格的設(shè)計(jì)作品出來，這個(gè)在各大高職院校就有提供各種設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)室。我們根據(jù)實(shí)訓(xùn)室的內(nèi)的實(shí)訓(xùn)流程制作出來能模擬現(xiàn)實(shí)中利用有限的資源來組合設(shè)計(jì)出各種風(fēng)格的室內(nèi)、室外、餐飲、展廳設(shè)計(jì)的仿真設(shè)計(jì)軟件，而由于存于庫中的各種設(shè)計(jì)組件是可以無限更新和替換的。所以我們的仿真設(shè)計(jì)軟件也可以說是給了學(xué)生無限組合的可能。正是由于虛擬仿真軟件在空間上和資源上的無限擴(kuò)充的模式，完美解決了現(xiàn)實(shí)中授課的資源限制，也大大提升了老師教學(xué)的效率。而對(duì)于服務(wù)終端的客戶也是一樣，有了仿真設(shè)計(jì)軟件他們也可以根據(jù)自己的需要自己去組合自己想要的家裝組合。大大減少了家裝公司在前期的設(shè)計(jì)成本和時(shí)間。根據(jù)客戶的大概的設(shè)計(jì)想法，就可以給出更好的設(shè)計(jì)風(fēng)格推薦等等。接下來我要說說虛擬仿真設(shè)計(jì)軟件和傳統(tǒng)意義上的虛擬仿真軟件的特點(diǎn)和區(qū)別。

傳統(tǒng)的虛擬仿真軟件場(chǎng)景里面大部分的物體是靜止不動(dòng)的，只有少數(shù)的東西可以移動(dòng)比如里面的人物或者一些機(jī)械。而虛擬仿真設(shè)計(jì)軟件里面除了地面是不動(dòng)的之外所有其他的東西都應(yīng)該是可以移動(dòng)的并且可以隨機(jī)組合。那么這里就出現(xiàn)了一個(gè)問題如果他們都是需要移動(dòng)的，那他們的陰影我們又要怎么處理呢。我們知道在傳統(tǒng)的仿真軟件里面靜止的物體是可以由離線烘焙技術(shù)烘焙出陰影來優(yōu)化，對(duì)于那些少量的動(dòng)態(tài)物體我們一般給打上一個(gè)實(shí)時(shí)光陰影，或者干脆不打陰影，對(duì)于軟件的運(yùn)行和美觀都不會(huì)產(chǎn)生很大的影響。那對(duì)于仿真設(shè)計(jì)軟件呢，我們開啟實(shí)時(shí)光肯定是不現(xiàn)實(shí)的，這樣對(duì)于系統(tǒng)的負(fù)荷太大，軟件運(yùn)行起來會(huì)非常緩慢。而設(shè)計(jì)類的軟件對(duì)于美觀是有一定要求標(biāo)準(zhǔn)，沒有陰影肯定非常的不美觀，達(dá)不到我們所需要的設(shè)計(jì)要求。所以在這里考慮到軟件的運(yùn)用需求和優(yōu)化需要我找到了一個(gè)能解決這個(gè)問題的方法，那就是模塊式烘焙技術(shù)。

模塊式烘焙顧名思義就是我們將仿真設(shè)計(jì)軟件里面每個(gè)素材所產(chǎn)生的單個(gè)陰影都烘焙出來搭配到和他們相對(duì)應(yīng)的物體上。這樣我們隨機(jī)組合這些素材的時(shí)候由于陰影是匹配到每個(gè)素材上面的，所以陰影是跟著物體運(yùn)動(dòng)的，這樣我們即使不使用實(shí)時(shí)光也達(dá)到了我們讓物體帶上陰影并可以一起移動(dòng)的效果，下面我來說說制作技術(shù)要領(lǐng)。主要分為2個(gè)步驟：

第一個(gè)步驟是在三維軟件里面制作出來每個(gè)模塊的陰影，這里我以3DMAX軟件為例，并使用Vray渲染器進(jìn)行制作。首先在大自然里面我們要產(chǎn)生一個(gè)陰影必須有2個(gè)必備條件，第一個(gè)就是需要有燈光或太陽，第二個(gè)就必須有接受陰影的物體。所以3DMAX里面我們制作每個(gè)物體的陰影的時(shí)候就必須用到一個(gè)平面來烘焙模擬出每一個(gè)物體的陰影。下面我們來進(jìn)行陰影的制作。首先，我們創(chuàng)建一個(gè)場(chǎng)景。其中有我們要用的物體（場(chǎng)景里面的計(jì)算機(jī)），以及打好的燈光。先創(chuàng)建一個(gè)較大的平面放在物體的底部，然后進(jìn)行測(cè)試渲染，查看陰影的大小。下面我們重新創(chuàng)建一個(gè)平面讓它恰好比物體的陰影略大并覆蓋住陰影（圖1）。確定了這個(gè)陰影承載平面的大小之后，我們右鍵點(diǎn)擊它，在彈出來的右鍵菜單中找到Vray properties選項(xiàng)并打開，設(shè)置成圖2，紅色線框的部分為修改部分。修改完之后我們按快捷鍵0直接開打烘焙面板，然后設(shè)置烘焙輸出Vray CompleteMap就行了，烘焙渲染之后我們要一定要輸出成帶有Alpha通道的貼圖格式常用的有TGA、PNG等3D陰影制作就完成了。要注意的是用Vray渲染器烘焙輸出的貼圖一定得帶有Vray前綴。大部分的漢化Vray渲染器烘焙都會(huì)出錯(cuò)，所以一般使用英文版的Vray。

下面我們就要將在3DMAX里面制作好的素材和陰影一起導(dǎo)入到unity3D里面了，其他的素材和我們平時(shí)基本導(dǎo)入一樣。而陰影部分只需要將其材質(zhì)更換成透明材質(zhì)就行了。

通過這樣模塊式的烘焙陰影的方法，我們就可以在虛擬仿真設(shè)計(jì)軟件里面實(shí)現(xiàn)不打燈光就可以隨機(jī)的將我們?cè)O(shè)計(jì)元素放在不同的地方并且不影響設(shè)計(jì)效果。并且沒有多少性能的損耗，大大提升了軟件的使用性能和美觀，使得仿真設(shè)計(jì)軟件在空間上的無限性得以體現(xiàn)。

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