陳良英(四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣元 628017)

虛擬建筑室內(nèi)漫游動(dòng)畫(huà)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳良英
(四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣元 628017)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以廣泛的應(yīng)用在城市規(guī)劃的各個(gè)方面，并帶來(lái)切實(shí)且可觀的利益。展現(xiàn)規(guī)劃方案虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)帶來(lái)的沉浸感和互動(dòng)性不但能夠給用戶帶來(lái)強(qiáng)烈、逼真的感官?zèng)_擊，獲得身臨其境的體驗(yàn)，還可以通過(guò)其數(shù)據(jù)接口在虛擬環(huán)境中隨時(shí)獲取項(xiàng)目的數(shù)據(jù)資料，方便大型復(fù)雜工程項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、投標(biāo)、報(bào)批、管理，有利于設(shè)計(jì)與管理人員對(duì)各種規(guī)劃設(shè)計(jì)方案進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)與方案評(píng)審。規(guī)避設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)所建立的虛擬環(huán)境是基于真實(shí)數(shù)據(jù)建立的數(shù)字模型組合而成，嚴(yán)格遵循工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和要求建立逼真的三維場(chǎng)景，對(duì)規(guī)劃項(xiàng)目進(jìn)行真實(shí)的“再現(xiàn)”。以臥室以例，從模型建立到制作技巧進(jìn)行講解，旨在解決模型數(shù)據(jù)量變小問(wèn)題，提高計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度。

模型建立； 技巧； 設(shè)置； 虛擬技術(shù)； 渲染； 操作

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，以動(dòng)態(tài)的藝術(shù)形式傳遞室內(nèi)設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)方案與創(chuàng)作，更生動(dòng)、全面、立體化大大豐富了設(shè)計(jì)行業(yè)的宣傳手段?！拔磩?dòng)工，先見(jiàn)形”給消費(fèi)者帶來(lái)強(qiáng)烈的視覺(jué)沖擊力和震撼力，促進(jìn)消費(fèi)行為和提高市場(chǎng)占有率。本文以室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)為例在3dsMax為基礎(chǔ)制作出室內(nèi)漫游動(dòng)畫(huà)，主旨在于①解決模型數(shù)據(jù)量變小，提高動(dòng)畫(huà)渲染速度；②提高學(xué)生動(dòng)手能力與學(xué)習(xí)興趣；③對(duì)于建筑模型建立、渲染、實(shí)操中有一定借鑒[2]。

1 模型建立

室內(nèi)建筑模型分為兩大類(lèi)：簡(jiǎn)單模型與復(fù)雜模型。簡(jiǎn)單模型如茶幾、電視等用VrmlPad編程來(lái)完成；大型模型如墻體、天花板等采用可見(jiàn)即可得sketchUP來(lái)進(jìn)行建模；燈光、材質(zhì)渲染是由3dsMax來(lái)完成。

1.1 VrmlPad編程

VrmlPad是由基于文本格式、支持即時(shí)預(yù)覽的VRML專(zhuān)用開(kāi)發(fā)工具，并且具有VRML代碼下載、編輯、預(yù)覽、調(diào)試功能。如圖1中的杯子、電視柜等家具圖案可以用編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，節(jié)省空間提高運(yùn)算速度。

1.2 SketchUP大型模型的建立

Sketchup是一套直接面向設(shè)計(jì)方案創(chuàng)作過(guò)程的設(shè)計(jì)工具，其創(chuàng)作過(guò)程不僅能夠充分表達(dá)設(shè)計(jì)師的思想而且完全滿足與客戶即時(shí)交流的需要，它使得設(shè)計(jì)師可以直接在電腦上進(jìn)行十分直觀的構(gòu)思，是三維建筑設(shè)計(jì)方案創(chuàng)作的優(yōu)秀工具。它的主要優(yōu)點(diǎn)就是使用簡(jiǎn)便，人人都可以快速上手。

1.3 材質(zhì)與燈光的渲染

Lightscape是一種先進(jìn)的光照模擬[1]和可視化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，用于對(duì)三維模型進(jìn)行精確的光照模擬和靈活方便的可視化設(shè)計(jì)。Lightscape是世界上唯一同時(shí)擁有光影跟蹤技術(shù)、光能傳遞技術(shù)和全息技術(shù)的渲染軟件；它能精確模擬漫反射光線在環(huán)境中的傳遞，獲得直接和間接的漫反射光線；使用者不需要積累豐富實(shí)際經(jīng)驗(yàn)就能得到真實(shí)自然的設(shè)計(jì)效果。Lightscape可輕松使用一系列交互工具進(jìn)行光能傳遞處理、光影跟蹤和結(jié)果處理。

VRay是目前業(yè)界最受歡迎的渲染引擎[5]?；赩-Ray內(nèi)核開(kāi)發(fā)的有VRay for 3ds max、Sketchup等諸多版本，為不同領(lǐng)域的優(yōu)秀3D建模軟件提供了高質(zhì)量的圖片和動(dòng)畫(huà)渲染。除此之外，VRay也可以提供單獨(dú)的渲染程序，方便使用者渲染各種圖片。

VRay渲染器提供了一種特殊的材質(zhì)——VrayMtl。在場(chǎng)景中使用該材質(zhì)能夠獲得更加準(zhǔn)確的物理照明(光能分布)，更快的渲染，反射和折射參數(shù)調(diào)節(jié)更方便。使用VrayMtl，可以應(yīng)用不同的紋理貼圖，控制其反射和折射，增加凹凸貼圖和轉(zhuǎn)換貼圖，強(qiáng)制直接全局照明計(jì)算，選擇用于材質(zhì)的BRDF。

2 制作技巧總結(jié)

此制作技巧總結(jié)是以圖1臥室為例來(lái)進(jìn)行總結(jié)。

2.1 建模技巧

①整體中所有模型創(chuàng)建完成后，將模型的曾用到過(guò)的二維線，虛擬體(在創(chuàng)建面板中輔助對(duì)象中曾創(chuàng)建過(guò)虛擬對(duì)象)、空物體等進(jìn)行刪除。例如：窗簾的二維線。

②面數(shù)的減少，當(dāng)模型與模型疊加時(shí)，刪除相對(duì)小的面，例如：臥室的地面與床頭柜、電視柜底面相疊加；電視柜的頂面與花瓶的底面相疊加，均刪除較小的面。此方法還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在場(chǎng)景預(yù)覽時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)閃爍或者破面的現(xiàn)象[3]。

③模型中平直部網(wǎng)格線分布應(yīng)合理。圖中的床罩、枕頭平直部分的網(wǎng)格線[4]為零，彎曲處為3-4為宜。圖中的電視柜、床頭柜圓角處理應(yīng)根據(jù)鏡頭表現(xiàn)來(lái)進(jìn)行設(shè)置，遠(yuǎn)距為VrmlPad編程來(lái)完成。

④刪除不起作用的模型結(jié)構(gòu)線中的點(diǎn)和線。

2.2 材質(zhì)技巧

①材質(zhì)球的使用數(shù)量多少與渲染速度有關(guān)，因此盡量減少材質(zhì)球的使用數(shù)量。

②混合使用影響渲染速度，除非場(chǎng)景的特效要求，盡量不要用混合材質(zhì)[6]。例如許多人喜歡歐式設(shè)計(jì)在客廳裝有壁爐，為了表現(xiàn)火焰。

③在同一個(gè)場(chǎng)景模型中，相同的紋理貼圖應(yīng)使用相同的名稱(chēng)材質(zhì)，在渲染時(shí)，系統(tǒng)只會(huì)查找一次紋理貼圖，節(jié)約渲染時(shí)間。

④可以使用路徑編輯器里面的“選擇丟失的文件”來(lái)模查貼圖的路徑是否正確，并用“設(shè)置路徑”對(duì)選定對(duì)象，或所有對(duì)象重新指定正確的路徑。這樣，在渲染系統(tǒng)會(huì)以最快的速度搜索到所需的材質(zhì)紋理貼圖，節(jié)約渲染時(shí)間。

2.3 VRay使用技巧

使用VRay物體是在場(chǎng)景模型完成之后渲染之前的一步操作，使用前必須檢查模型或保存下來(lái)當(dāng)前場(chǎng)景，因?yàn)閂ray完成的網(wǎng)絡(luò)物體是沒(méi)法再進(jìn)行修改的。必須保證模型在代理后的位置不變非常重要，我們一般使用VRay設(shè)置對(duì)話框中的自動(dòng)創(chuàng)建VRay選項(xiàng)。

①應(yīng)把所有的部分合并到一起成為一個(gè)獨(dú)立的模型，再進(jìn)行Vray物體的轉(zhuǎn)化，合并時(shí)選擇Match Material IDS toMaterial(匹配材質(zhì)ID到材質(zhì))選項(xiàng)并勾選Condense Material and IDS(精簡(jiǎn)材質(zhì)和ID)設(shè)置，這樣可以把模型各個(gè)部分的材質(zhì)合并為一個(gè)多維子材質(zhì)。

Match Material IDS toMaterial(匹配材質(zhì)ID到材質(zhì))修改結(jié)合材質(zhì)ID數(shù)量，使得它們不大于指定到這些對(duì)象上的子材質(zhì)的數(shù)量，例如如果只為一個(gè)長(zhǎng)方體指定了兩個(gè)子材質(zhì)，并且將長(zhǎng)方體附加到另一個(gè)對(duì)象上，那么長(zhǎng)方體就只有兩個(gè)材質(zhì)ID，而不是創(chuàng)建時(shí)所指定的六個(gè)。Match Material IDS toMaterial(匹配材質(zhì)ID到材質(zhì))通過(guò)調(diào)整所獲得的多維/子對(duì)象材質(zhì)的子材質(zhì)數(shù)目，來(lái)保持附加對(duì)象的原始ID指定不變，如果附加兩個(gè)長(zhǎng)方體，它們都只指定了一個(gè)材質(zhì)，但是它的默認(rèn)指定為6個(gè)材質(zhì)ID，這樣就產(chǎn)生了含有12個(gè)子對(duì)象的多維/子對(duì)象材質(zhì)(六個(gè)含有一個(gè)長(zhǎng)方體材質(zhì)的實(shí)例，六個(gè)含有另一個(gè)長(zhǎng)方體材質(zhì)的實(shí)例)當(dāng)保持幾體中的原始材質(zhì)ID非常重要時(shí)，便用此選項(xiàng)。

Condense Material and IDS(精簡(jiǎn)材質(zhì)和ID)這個(gè)選擇只針對(duì)“Match Material IDS toMaterial”對(duì)其他不起作用，影響“Match Material IDS toMaterial”選項(xiàng)。啟用該選項(xiàng)后，在對(duì)象上不使用的復(fù)制子材質(zhì)或子材質(zhì)將從附加操作所得到的多維/子材質(zhì)上移除。默認(rèn)設(shè)置為啟用，當(dāng)要結(jié)合很多物體時(shí)，一個(gè)個(gè)結(jié)合進(jìn)來(lái)比較麻煩，把要結(jié)合的物體全部選中，按Alt+Tab鍵隔離顯示，再按shift鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)中這個(gè)結(jié)合命令或點(diǎn)中命令旁邊的小三角形下拉的attach list(結(jié)合到表)命令彈出對(duì)話框，在列表中全選所物體就可以了。

當(dāng)模型是分離的，將選擇“分離/Detach”當(dāng)前選中多形模型的子對(duì)象(頂點(diǎn)、邊、邊界、多邊形、元素)進(jìn)行單獨(dú)物體和元素分離的處理，當(dāng)要做分離處理的時(shí)候會(huì)彈出一個(gè)分離選項(xiàng)對(duì)話框，分離到元素/Detach to Element；選擇物體上某些面進(jìn)行分離時(shí)，這些選擇的面與其它面斷開(kāi)，形成第二個(gè)元素。

②多個(gè)模型進(jìn)行VRay物體的轉(zhuǎn)化時(shí)，可以通過(guò)選擇VRay選項(xiàng)中的“將所選對(duì)象導(dǎo)到一個(gè)文件”因此可節(jié)省資源。

3 結(jié)語(yǔ)

虛擬建筑室內(nèi)漫游動(dòng)畫(huà)是一種應(yīng)用越來(lái)越廣泛、前景越來(lái)越被看好的技術(shù)領(lǐng)域。建筑動(dòng)畫(huà)師可將其設(shè)計(jì)、規(guī)劃方案或其理念三維呈現(xiàn)出來(lái)，讓客戶身臨其境地[7]在漫游中進(jìn)行多角度體驗(yàn)性觀察，找出不理想之處加以改進(jìn)。設(shè)計(jì)師通過(guò)計(jì)算機(jī)把靜態(tài)的虛擬建筑物和各種動(dòng)畫(huà)元素融合為動(dòng)態(tài)的影像效果，人們也可以通過(guò)交互式方式對(duì)虛擬建筑內(nèi)外的空間分割、家具擺放、燈光布置、環(huán)境設(shè)施等方面進(jìn)行自由組合，從而全面體驗(yàn)真實(shí)的環(huán)境。

[1] 許愛(ài)軍.VRML協(xié)同虛擬現(xiàn)實(shí)系工統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2016,6(26):115-118.

[2] 李佳，王勇，王瑛.基于VRML的協(xié)同消防應(yīng)急演練平臺(tái)研究[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2013,21(12):3383-3386.

[3] 張李杰，孫文磊，趙群.VR技術(shù)在優(yōu)化加工工序中的研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2014,9:208-210.

[4] 閻文珠，劉成，李磊民，張華.基于VR技術(shù)的機(jī)器人核事故訓(xùn)練平臺(tái)研究[J].計(jì)算機(jī)仿真,2015,9(32):395-399.

[5] 王健美，張旭，王勇，趙蘊(yùn)華.美國(guó)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、政策及對(duì)我國(guó)的啟示[J].科技管理研究,2010(14):37-40.

[6] 殷鵬蓮，余學(xué)祥.VRML和JAVA支持下的三維虛擬校園構(gòu)建[J].測(cè)繪與空間地理信息,2015,4(38):165-168.

[7] 夏磊磊，張鴻海，劉勝，羅浩.彩色三維打印中VRML模型的可視化研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2016,2(2):199-202.

DesignandApplicationofIndoorRoamingAnimationinVirtualBuilding

Chen Liangying
(Sichuan Vocational College of Information Technology， Guangyuan 628017)

Virtual reality technology can be widely used in various aspects of city planning, and bring real and substantial benefits. It can show immersive and interactive planning scheme. The virtual reality system can not only bring a strong and vivid sensory impact to the user experience, but also make users on the scene, ready access to project data in a virtual environment. It is convenient for large and complex project planning, design, bidding, approval, management, and is conducive to the design and management and auxiliary case review. The virtual environment is designed to avoid the risk of virtual reality, and is established by combining digital model based on the real data, strictly followed the project design standards and requirements. It establishes realistic 3D scenes, reproduces the real planning projects. In this paper, the bedroom is taken for example, from the model to the production skills all techniques are explained. The main purpose is to solve problem of the small amount of data for modeling, improve the speed of the calculation.

Model establishment; Skill; Setting；Virtual technology; Rendering; Operation

TP311.51

A

2017.05.09)

中國(guó)智慧工程研究會(huì)院級(jí)科研課題(ZH2016-058A)

陳良英(1981-)，女，四川廣元人，講師.研究領(lǐng)域:計(jì)算機(jī)應(yīng)用.

1007-757X(2017)10-0030-03