摘 要:近幾年來,虛擬現(xiàn)實(shí)行業(yè)在全球迅速發(fā)展。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的其中一個(gè)應(yīng)用就是虛擬校園的建設(shè),文章利用3ds Max建模軟件進(jìn)行三維虛擬校園的建模,利用VRP三維交互仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)虛擬校園的交互仿真。該方案能夠確切保證模型的精度和實(shí)時(shí)渲染的要求,可供今后校園漫游建設(shè)借鑒。分別從數(shù)據(jù)收集、模型建立和優(yōu)化及交互實(shí)現(xiàn)等方面進(jìn)行探討。
關(guān)鍵詞:VRP;虛擬校園;三維建模;模型優(yōu)化
引言
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是仿真技術(shù)的一個(gè)重要方向,是仿真技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的集合,是一門富有挑戰(zhàn)性的交叉技術(shù)前沿學(xué)科和研究領(lǐng)域。它具有多感知性、沉浸感、交互性、構(gòu)想性等特征。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于虛擬校園的建設(shè),可以做到實(shí)時(shí)交互,能讓用戶在虛擬空間中有身臨其境之感。
通過虛擬校園,能讓人對(duì)整個(gè)學(xué)校有清晰的認(rèn)識(shí),方便用戶熟悉校園內(nèi)部的交通環(huán)境、對(duì)校園信息的訪問;另一方面可以用來輔助解決校園規(guī)劃、設(shè)計(jì)中方案的一些問題,促進(jìn)了學(xué)校的建設(shè)發(fā)展[1]。虛擬校園漫游系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程如圖1所示。
1 素材收集
三維虛擬校園的構(gòu)建,力求精美、客觀、符合實(shí)際,所以實(shí)現(xiàn)虛擬校園最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)是關(guān)于校園地理信息和紋理貼圖素材的相關(guān)數(shù)據(jù)收集。
地理信息的數(shù)據(jù)可以到學(xué)校的相關(guān)部門去獲取校園規(guī)劃工程圖紙文件(CAD文件),也可以自己親自去測(cè)量并作簡單的估算,主要獲取各個(gè)建筑物的大小、高低及名稱等。
通過實(shí)景拍攝表現(xiàn)材質(zhì)特征的部分來收集紋理貼圖素材,在拍攝時(shí)盡量避開建筑物,使用自然光線并保持均勻并注意曝光過程,拍攝后的圖片用Adobe Photoshop軟件進(jìn)行處理,處理完成后進(jìn)行分類歸檔。
2 場(chǎng)景建模流程
校園場(chǎng)景中包含大量的建筑和景觀,3ds Max場(chǎng)景建??煞譃榈孛娼?、建筑物建模(包括室內(nèi)建模)、環(huán)境小品建模等,方便建模操作和后期修改以提高建模速度。
2.1 地面建模
根據(jù)圖紙利用CAD繪制出由多個(gè)小區(qū)域組成的校園輪廓圖。將平面圖導(dǎo)入3ds Max中并將所有小區(qū)域轉(zhuǎn)化成平面,繪制出校園的地面模型。
2.2 建筑物建模
3ds Max有多種建模方式,常用的有幾何體建模、修改器建模、多邊形建模、NURBS曲線、細(xì)分曲面等[2]??紤]到要控制數(shù)據(jù)量和對(duì)比各建模特點(diǎn),選擇多邊形建模為主,其他建模為輔。將校園輪廓圖導(dǎo)入到3ds Max中并根據(jù)相應(yīng)的尺寸進(jìn)行相應(yīng)擠出。利用連接、插入、分離、輪廓、倒角、放樣和布爾運(yùn)算等功能對(duì)于復(fù)雜的建筑物和室內(nèi)再進(jìn)行精細(xì)建模。建模完成后進(jìn)行優(yōu)化處理。
2.3 環(huán)境小品建模
環(huán)境小品相當(dāng)多,如樹木、石頭、旗桿等。VR場(chǎng)景的導(dǎo)出及VR場(chǎng)景的打開速度受VR場(chǎng)景的模型個(gè)數(shù)影響極大。所以,對(duì)環(huán)境小品的建模,我們采用Billboard技術(shù),用單個(gè)面片賦予其鏤空貼圖的方式來表現(xiàn)花草樹木的效果[3]。在導(dǎo)入VRP后,面片自動(dòng)面向相機(jī),在保證精度的同時(shí),提高了系統(tǒng)運(yùn)行流暢性。以樹木的創(chuàng)建為例說明:
(1)在3ds Max中創(chuàng)建一個(gè)面,并將其前綴修改為“bb-”;(2)在材質(zhì)編輯器中,將樹的彩色位圖與灰度位圖分別賦予“漫反射顏色”和“不透明度”通道。并且在“不透明度”通道下的“單通道輸出”方式下勾選“Alpha”選項(xiàng);(3)將編輯好的材質(zhì)賦予面片物體;(4)此時(shí)渲染可得到真實(shí)的樹的模型[4]。如圖2所示。
2.4 材質(zhì)貼圖
材質(zhì)是是指在著色物體表面出現(xiàn)方式,用來指定物體的表面或數(shù)個(gè)面的特性?!百N圖”是指定到材質(zhì)上的圖形。紋理的作用是給物體提供豐富的細(xì)節(jié),用簡單的方式模擬出復(fù)雜的外觀,是在視覺效果上對(duì)真實(shí)材料的模擬。對(duì)于簡單的模型,只需對(duì)模型材質(zhì)的漫反射通道設(shè)置位圖貼圖即可;UVW貼圖可以在自己想把貼圖位置詳細(xì)設(shè)置的時(shí)候使用,所以對(duì)于復(fù)雜的模型可進(jìn)行UVW貼圖和UVW變化設(shè)置。如圖3所示。
2.5 燈光布置
燈光是虛擬現(xiàn)實(shí)三維仿真中很重要的部分,燈光的調(diào)整可讓整個(gè)場(chǎng)景更趨于真實(shí),直接影響其模擬的逼真程度。本設(shè)計(jì)中用的是“三點(diǎn)照明”。但是由于場(chǎng)景大而復(fù)雜,我們把場(chǎng)景分隔成一個(gè)個(gè)較小的區(qū)域,然后各個(gè)區(qū)域再利用“三點(diǎn)照明”的方式解決照明問題[5]。
3 模型優(yōu)化
VR場(chǎng)景的模型個(gè)數(shù)過多也會(huì)直接影響到VR場(chǎng)景的導(dǎo)出及VR場(chǎng)景的打開速度。所以對(duì)于校園這樣一個(gè)大規(guī)模的復(fù)雜場(chǎng)景來說,模型優(yōu)化是非常必要的,優(yōu)化方法如下:(1)將相同材質(zhì)的物體進(jìn)行合并或塌陷從而減少模型個(gè)數(shù);(2)通過刪除模型與模型之間的重疊面、刪除模型底部看不見的面、刪除物體之間相交的面、創(chuàng)建bb-物體等方法減少模型的面數(shù);(3)烘焙貼圖時(shí)要遵循一個(gè)優(yōu)化原則:對(duì)重要的建筑模型烘焙尺寸盡量大;對(duì)于比較小的模型,其烘焙貼圖尺寸適當(dāng)小。其中鏤空貼圖不需進(jìn)行烘焙,另外盡可能的重復(fù)利用已有的貼圖,以減少貼圖量[4]。
4 導(dǎo)入VRP并添加效果
在3ds Max中處理完成后,利用VRP-for-Max插件,將場(chǎng)景導(dǎo)入到VRP編輯器中進(jìn)行交互設(shè)計(jì)。
(1)創(chuàng)建天空盒,可使場(chǎng)景更加逼真和美觀,增加真實(shí)感。(2)添加霧效,讓場(chǎng)景更豐富多彩。(3)添加路徑,并創(chuàng)建骨骼動(dòng)畫使其更加有生氣。(4)添加行走相機(jī)、旋轉(zhuǎn)相機(jī)和飛行相機(jī)等,并添加控件來控制相機(jī)的切換。用戶可以自由漫游、繞點(diǎn)漫游以及從空中鳥瞰整個(gè)校園。(5)開啟重力和碰撞檢測(cè),可增強(qiáng)漫游的真實(shí)感。(6)編輯二維界面,添加指北針和導(dǎo)航圖,方便找到自己的實(shí)時(shí)位置。(7)添加背景音樂,使自己更加舒服的漫游在虛擬世界。(8)利用腳本編輯器中221個(gè)腳本命令,完成各種交互功能的設(shè)計(jì)。
5 結(jié)束語
文章主要研究利用3ds Max和VRP平臺(tái)場(chǎng)景漫游系統(tǒng)的構(gòu)建方案和流程,在滿足漫游真實(shí)感的同時(shí)對(duì)場(chǎng)景和模型的優(yōu)化方法進(jìn)行了深入探討。VRP平臺(tái)提供了交互功能,文章中添加了天空盒、霧效、碰撞檢測(cè)等效果使校園場(chǎng)景更加逼真,利用VRP提供的221個(gè)腳本完成了對(duì)虛擬校園的構(gòu)建。
參考文獻(xiàn)
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