蔣紀(jì)平,胡萍,臧珊珊,趙明富

（河南科技學(xué)院信息工程學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003）

基于3DMAX和VRP的農(nóng)產(chǎn)品虛擬展廳設(shè)計(jì)與構(gòu)建

蔣紀(jì)平,胡萍,臧珊珊,趙明富

（河南科技學(xué)院信息工程學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003）

虛擬場(chǎng)景是運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行模擬仿真所創(chuàng)建的具有真實(shí)感的虛擬環(huán)境.研究主要利用3DMAX和VRP構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品虛擬展廳,使用3DMAX進(jìn)行基礎(chǔ)建模、材質(zhì)貼圖與烘焙,使用VRP進(jìn)行后期的調(diào)整與交互制作,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)反射、人物在場(chǎng)景中行走、角色相機(jī)與行走相機(jī)、鼠標(biāo)觸發(fā)事件等,形象逼真地展示三維虛擬農(nóng)產(chǎn)品展廳.

虛擬現(xiàn)實(shí)；農(nóng)產(chǎn)品展廳；3DMAX；VRP

三維虛擬場(chǎng)景是將現(xiàn)實(shí)存在的實(shí)體場(chǎng)景以虛擬的三維立體方式呈現(xiàn)出來(lái),實(shí)現(xiàn)實(shí)體場(chǎng)景的科普教育及其他功能.農(nóng)產(chǎn)品虛擬展廳是指以數(shù)字化和多媒體技術(shù)作為展示技術(shù),結(jié)合獨(dú)到的數(shù)字創(chuàng)意宣傳內(nèi)容,以各類新穎的技術(shù)吸引參觀者,實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互方式的農(nóng)產(chǎn)品虛擬展廳形式[1].它是一種新型的具有各種多媒體展示系統(tǒng)功能的平臺(tái),通過(guò)對(duì)聲音、動(dòng)畫(huà)、視頻組合運(yùn)用,可以讓用戶隨時(shí)隨地在虛擬場(chǎng)景中體驗(yàn).展廳參觀者能在虛擬的農(nóng)產(chǎn)品展廳中隨意游覽,觀看展廳內(nèi)各種展品的三維仿真展示,并可以對(duì)三維虛擬展品進(jìn)行操作,從各種視角查看三維虛擬展品,同時(shí)也可以觀看錄制的農(nóng)產(chǎn)品展廳內(nèi)部動(dòng)畫(huà)并與虛擬展廳進(jìn)行動(dòng)態(tài)交互等,打破了傳統(tǒng)場(chǎng)館建設(shè)時(shí)間較長(zhǎng)、展示方式落后、展館面積有限、展品更新慢、交通不便等困境[2],在很大程度上促進(jìn)了農(nóng)產(chǎn)品技術(shù)的應(yīng)用和推廣,促進(jìn)農(nóng)業(yè)科技交流和培訓(xùn)[3].本文選用3DMAX與VirtualReality Platform（VRP）作為技術(shù)支持,以農(nóng)產(chǎn)品虛擬展廳為例展開(kāi)對(duì)三維虛擬場(chǎng)景構(gòu)建的探討和研究.

1 場(chǎng)景設(shè)計(jì)

三維虛擬農(nóng)產(chǎn)品展廳是將實(shí)體農(nóng)產(chǎn)品展廳的館外、館內(nèi)環(huán)境構(gòu)建成三維模型,展示實(shí)體農(nóng)產(chǎn)品展廳的科技內(nèi)容,盡可能多地提供虛擬交互操作,同時(shí)還提供一些實(shí)體農(nóng)產(chǎn)品展廳難以提供的多媒體交互等功能.

三維虛擬農(nóng)產(chǎn)品展廳的開(kāi)發(fā)主要包括三個(gè)階段：查詢和搜集有關(guān)農(nóng)產(chǎn)品展廳資料進(jìn)行場(chǎng)景規(guī)劃,進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品展廳的三維建模、材質(zhì)與貼圖的創(chuàng)設(shè)與烘培,運(yùn)用VRP對(duì)虛擬場(chǎng)景進(jìn)行后期調(diào)整并實(shí)現(xiàn)虛擬交互控制的內(nèi)容進(jìn)行研究.開(kāi)發(fā)流程如圖1所示.

圖1 農(nóng)產(chǎn)品虛擬展廳總體設(shè)計(jì)Fig.1 Overalldesign ofvirtualexhibition hallofagriculturalproducts

在農(nóng)產(chǎn)品虛擬展廳中主要介紹一些新型農(nóng)作物以及一些比較稀有的果蔬產(chǎn)品,虛擬展廳是以實(shí)體展廳為基礎(chǔ),應(yīng)具有實(shí)體農(nóng)產(chǎn)品展廳的組成元素和基本功能.

2 模型構(gòu)建

對(duì)于三維農(nóng)產(chǎn)品虛擬展廳的構(gòu)建,主要利用3DMAX進(jìn)行初期模型的制作,燈光、材質(zhì)與貼圖的創(chuàng)設(shè)與烘培.

2.1 基礎(chǔ)建模

根據(jù)所搜集的農(nóng)產(chǎn)品展廳資料、數(shù)據(jù)以及農(nóng)產(chǎn)品展廳的規(guī)劃圖,使用3DMAX進(jìn)行建模.在建立模型時(shí)可以采用搭積木的方式進(jìn)行拼接組合.對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品展廳模型的建立,主要是先用擴(kuò)展基本體中的L-Ext建立墻體,根據(jù)前期搜集的農(nóng)產(chǎn)品展廳的數(shù)據(jù)資料調(diào)節(jié)系數(shù),然后按照由外到里的順序依次構(gòu)建出其他模型.

2.2 材質(zhì)貼圖

3DMAX實(shí)現(xiàn)了從一個(gè)二維圖像被映射到場(chǎng)景中的一個(gè)三維物體模型上產(chǎn)生復(fù)雜的視覺(jué)效果的功能[4],為初期建立好的模型附以貼圖,可以營(yíng)造事物真實(shí)的三維效果.在模型建立后,需要對(duì)模型的每一部分分配材質(zhì)和貼圖.同時(shí),對(duì)前期搜集和處理過(guò)的圖片根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品展廳真實(shí)情況再次進(jìn)行處理,以達(dá)到逼真的效果.在本研究所建的三維展廳模型中有很多展示牌和展板,主要使用Adobe Photoshop和Adobe Illustrator對(duì)前期搜集的圖片進(jìn)行設(shè)計(jì)處理,大約36張左右,做成適合農(nóng)產(chǎn)品展廳使用的貼圖.

在附貼圖時(shí),一般使用標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì).通過(guò)在3DMAX的漫反射通道里加入一張貼圖可以為模型賦材質(zhì),一般使用“UVW貼圖”即可,在必要的時(shí)候使用“UVW展開(kāi)”使貼圖更好地分布展開(kāi),看起來(lái)更加形象逼真[5].物體的貼圖只允許使用bmp、png、tga、dds、jpg這幾種格式.經(jīng)過(guò)對(duì)三維農(nóng)產(chǎn)品展廳的材質(zhì)與貼圖的調(diào)整,得到了比較逼真的模型,如圖2所示.

圖2 農(nóng)產(chǎn)品虛擬展廳模型Fig.2 Modelofvirtualexhibition hallofagriculturalproducts

2.3 烘焙

所謂烘焙就是將3DMAX場(chǎng)景中的燈光效果通過(guò)烘焙操作以貼圖的方式導(dǎo)入到VRP編輯器中,從而得到一個(gè)具有真實(shí)光影效果的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景[6].烘焙除了能夠增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的光影效果,還可以節(jié)省系統(tǒng)資源,提高場(chǎng)景的運(yùn)行效率[7].在烘焙之前需要對(duì)場(chǎng)景中的模型使用層管理器進(jìn)行分層,按照烘焙類型和尺寸進(jìn)行“層”的劃分.分層之后,分別對(duì)每個(gè)層的模型進(jìn)行渲染,即點(diǎn)擊工具欄“渲染”到“渲染到紋理”,然后在渲染面板中進(jìn)行輸出與各個(gè)參數(shù)的設(shè)置.

3 后期交互

三維虛擬農(nóng)產(chǎn)品展廳的交互功能主要在VRP編輯器中實(shí)現(xiàn),通過(guò)模型調(diào)整與交互設(shè)置,使游覽者感覺(jué)在農(nóng)產(chǎn)品的三維展廳中漫游,自由地瀏覽農(nóng)產(chǎn)品,仿佛身臨其境.

3.1 模型導(dǎo)入

通過(guò)在VRP中安裝的插件可以將烘焙好的農(nóng)產(chǎn)品展廳模型從3DMAX中導(dǎo)入到VRP.模型的導(dǎo)入可以選擇直接調(diào)入VRP編輯器或者保存場(chǎng)景兩種方式.

3.2 模型材質(zhì)調(diào)整

為了使導(dǎo)入到VRP中的農(nóng)產(chǎn)品虛擬展廳模型的玻璃材質(zhì)、展板材質(zhì)以及樹(shù)模型等能夠更逼真地顯示,需要在VRP編輯器中對(duì)它們的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整.首先設(shè)置農(nóng)產(chǎn)品展廳模型展臺(tái)玻璃材質(zhì)的系數(shù),即分別對(duì)模型的材質(zhì)、光照系數(shù)、透明度、反射貼圖、混合模式等進(jìn)行調(diào)整,使其顯示出玻璃材質(zhì)的效果.調(diào)整好了玻璃材質(zhì),接著就要對(duì)模型的展板、樹(shù)模型、亭子柱子等進(jìn)行調(diào)整.對(duì)于像柱子、樹(shù)模型這類在3D MAX中沒(méi)有附材質(zhì)的模型,要增強(qiáng)其逼真效果,可以通過(guò)在VRP編輯器為其添加反射貼圖實(shí)現(xiàn),選擇合適的UV通道,并調(diào)整混合模式以及混合系數(shù),使其達(dá)到最優(yōu)效果.在VRP編輯器的作用下,經(jīng)過(guò)烘焙技術(shù)處理的圖片在其仿真環(huán)境下的光照效果非常好,且降低了系統(tǒng)的資源消耗[8].

3.3 交互制作

交互設(shè)置是三維虛擬場(chǎng)景構(gòu)建的一個(gè)重點(diǎn),基于虛擬現(xiàn)實(shí)的多感知性、沉浸感、交互性和構(gòu)想性的特點(diǎn),使用者既可以全景觀看預(yù)先制定的三維農(nóng)產(chǎn)品展廳的動(dòng)畫(huà)展示,也可以實(shí)現(xiàn)交互式漫游功能,對(duì)三維虛擬農(nóng)產(chǎn)品展廳進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、全景等基本操作.

3.3.1 實(shí)時(shí)反射功能實(shí)現(xiàn)為了使地板能夠較真實(shí)地顯示,需要給地板設(shè)置實(shí)時(shí)反射功能,使地面上的模型或物體能夠反射到地板上,完成投影的效果.在這個(gè)過(guò)程中,需要先選定反射模型,即選定哪些模型會(huì)投影到地板,然后將它們編制成組group1.接著選擇地板模型,在VRP編輯器中對(duì)其設(shè)置一個(gè)反射貼圖,設(shè)置UV通道為campos,點(diǎn)擊實(shí)時(shí)反射按鈕,選擇group1,再在混合模式中調(diào)整合適的系數(shù)即可.

3.3.2 骨骼動(dòng)畫(huà)與路徑動(dòng)畫(huà)的實(shí)現(xiàn)用戶從VRP角色庫(kù)中調(diào)用一個(gè)模型之后,就可以從動(dòng)作庫(kù)中為模型添加一個(gè)或多個(gè)動(dòng)作.在VRP編輯器中繪制一條路徑,然后將角色綁定到路徑上面,可以實(shí)現(xiàn)模型角色沿著路徑行走的動(dòng)畫(huà)效果[9],如圖3所示.

圖3 骨骼動(dòng)畫(huà)與行走路徑設(shè)置Fig.3 Settingsofskeleton animation andwalkingpath

路徑編輯是對(duì)創(chuàng)建好的路徑,通過(guò)路徑運(yùn)動(dòng)選項(xiàng)設(shè)置綁定物體的路徑和路徑動(dòng)畫(huà)的速度以及方向.根據(jù)場(chǎng)景的需要,在VRP編輯器中設(shè)置合適的參數(shù).

3.3.3 角色相機(jī)與行走相機(jī)設(shè)置使用者在三維虛擬農(nóng)產(chǎn)品展廳中漫游時(shí),是以一定的視角來(lái)參觀整個(gè)農(nóng)產(chǎn)品虛擬展廳場(chǎng)景,因此需要在農(nóng)產(chǎn)品虛擬展廳中模擬合適的視角,即創(chuàng)建相應(yīng)的相機(jī).本場(chǎng)景中用到的有行走相機(jī)和角色控制相機(jī).行走相機(jī)可以使用戶以第一人稱的視角觀察整個(gè)虛擬場(chǎng)景,并根據(jù)自己的需要隨意瀏覽.利用角色控制相機(jī)可以錄制一段農(nóng)產(chǎn)品虛擬展廳的展示動(dòng)畫(huà),提供給觀看者一個(gè)展廳內(nèi)部的瀏覽效果.

3.3.4 鼠標(biāo)觸發(fā)事件的設(shè)置在VRP編輯器下,可以通過(guò)設(shè)置鼠標(biāo)觸發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)查詢并獲取相關(guān)模型屬性、開(kāi)關(guān)控制音樂(lè)、連接數(shù)據(jù)庫(kù)、打開(kāi)網(wǎng)頁(yè)、加載視頻等常用功能[10].

根據(jù)所構(gòu)建的農(nóng)產(chǎn)品虛擬展廳,設(shè)置按鈕的觸發(fā)事件.在此場(chǎng)景中設(shè)置了“角色相機(jī)”和“行走相機(jī)”兩個(gè)按鈕,并對(duì)他們添加鼠標(biāo)事件腳本,如圖4所示.

圖4 角色相機(jī)按鈕添加的鼠標(biāo)事件Fig.4 Mouseeventon role camerabutton

在該漫游動(dòng)畫(huà)中,按鈕的觸發(fā)事件主要運(yùn)用在相機(jī)的轉(zhuǎn)換和交替中,場(chǎng)景中分別有“角色控制01”和“行走相機(jī)”2個(gè)相機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)三維虛擬農(nóng)產(chǎn)品展廳的展示,通過(guò)按鈕控制來(lái)完成切換和展示.點(diǎn)擊角色相機(jī)后將調(diào)出之前已經(jīng)錄制好的展廳展示動(dòng)畫(huà),點(diǎn)擊行走之后將顯示行走相機(jī)控制頁(yè)面,也就是展廳正面,可以由使用者自由控制進(jìn)行瀏覽.

在高級(jí)面板大小控制中添加了滑竿,通過(guò)設(shè)置控件屬性,調(diào)出VRP編輯器,添加腳本來(lái)實(shí)現(xiàn)控制背景音樂(lè)以及解說(shuō)詞的音量大小.

可以通過(guò)在模型上添加腳本來(lái)實(shí)現(xiàn)介紹說(shuō)明目的的設(shè)置.在該農(nóng)產(chǎn)品展廳中有許多展臺(tái)展板,在展廳正面方向上的長(zhǎng)形展臺(tái)上面擺放了15張小展板用來(lái)介紹多種果蔬,由于展板面積較小,所以使用者在瀏覽展廳時(shí)難以看清展板上面的具體信息.通過(guò)在各個(gè)小展板上面添加腳本實(shí)現(xiàn)了鼠標(biāo)移入放大顯示展板信息的效果,解決了這一問(wèn)題.具體操作步驟如下：首先在初級(jí)界面中創(chuàng)建面板,調(diào)整其大小與位置,并為其附上貼圖,即小展示板的放大顯示圖；接著在創(chuàng)建對(duì)象模型面板中選擇與剛才貼圖相對(duì)應(yīng)的展板模型,在VRP編輯器中為其設(shè)置鼠標(biāo)事件,分別設(shè)置鼠標(biāo)移入、移出時(shí)的動(dòng)作腳本.在為所有小展板模型添加動(dòng)作腳本之后,當(dāng)鼠標(biāo)移入該模型,在展示頁(yè)面正上方就會(huì)出現(xiàn)該展板的詳細(xì)信息,當(dāng)鼠標(biāo)移出時(shí),該展板的消息信息圖片就會(huì)消失[11].

3.4 發(fā)布輸出

在完成場(chǎng)景中所有模型的交互功能后,需要將其發(fā)布成單獨(dú)的界面.VRP可以輸出兩種類型的文件,一種是可以獨(dú)立運(yùn)行的EXE文件,另一種是可網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的VRPIE文件.本農(nóng)產(chǎn)品虛擬展廳模型將制作好的三維漫游動(dòng)畫(huà)輸出為可單獨(dú)執(zhí)行的EXE文件,完成編譯之后就會(huì)在保存頁(yè)面出現(xiàn)EXE文件圖標(biāo),雙擊該文件即可觀看在VRP中制作完成的三維虛擬農(nóng)產(chǎn)品展廳動(dòng)畫(huà).

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

農(nóng)產(chǎn)品虛擬展廳系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要以3DMAX技術(shù)和VRP技術(shù)為技術(shù)支撐,進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā).主要利用3DMAX進(jìn)行三維基礎(chǔ)建模、材質(zhì)貼圖與烘焙；主要利用VRP實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)中的相機(jī)動(dòng)畫(huà)和鼠標(biāo)觸發(fā)事件等交互功能,形象逼真地展示三維虛擬農(nóng)產(chǎn)品展廳.輸出效果如圖5所示.

圖5 輸出效果Fig.5 Outputeffect

5 小結(jié)

三維虛擬場(chǎng)景的發(fā)展改變了以往實(shí)體場(chǎng)景展示的方式.采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)改進(jìn)展示方式,讓使用者能夠以一種新的方式來(lái)汲取知識(shí).本研究以三維虛擬農(nóng)產(chǎn)品展廳為例對(duì)基于3DMAX和VRP的虛擬場(chǎng)景構(gòu)建展開(kāi)研究,以3DMAX作為前期建模工具構(gòu)建三維虛擬農(nóng)產(chǎn)品展廳模型,借助VRP軟件平臺(tái)再現(xiàn)了現(xiàn)代化農(nóng)產(chǎn)品展廳,并完成了交互設(shè)置等.構(gòu)建過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)易,為虛擬場(chǎng)景的構(gòu)建提供了一種借鑒.

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（責(zé)任編輯：盧奇）

Design and construction of virtual exhibition hall of agricultural products based on the 3D MAX and VRP

JIANG Jiping,HU Ping,ZANG Shanshan,ZHAOMingfu
（Schoolof Information Engineering,Henan InstituteofScienceand Technology,Xinxiang453000,China）

Virtual scene is a kind of virtual environmentwhich is created by using computer technology to simulate the real world.In this study,3D MAX and VRPwere used to build virtual exhibition hall of agricultural products.3D MAX was used for basic modeling,texturing and baking,VRP was used to make real-time reflection,characters walking in the scene,role camera and walking camera and mouse triggering events and so on.The paper vividly displays the three-dimensional virtual agricultural products exhibition hall.

virtual scene；agricultural exhibition；3D MAX；VRP

G434

A

1008-7516（2017）03-0039-05

10.3969/j.issn.1008-7516.2017.03.007

2016-11-18

新鄉(xiāng)市科技創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目（CP1406）

蔣紀(jì)平（1982―）,女,河南遂平人,碩士,講師.主要從事數(shù)字媒體研究.