摘 ?要：現(xiàn)如今，虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)在建筑表現(xiàn)領(lǐng)域中的優(yōu)勢越來越明顯。文章將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與傳統(tǒng)渲染技術(shù)進(jìn)行了對比，強(qiáng)調(diào)了前者的交互性和沉浸式體驗。使用了當(dāng)今較流行的VR制作技術(shù)，在3ds Max中創(chuàng)建模型，并在Unity3D引擎中使用了Steam VR插件來編輯代碼，配合HTC VIVE硬件實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實效果。體現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實技術(shù)在建筑表現(xiàn)中的先進(jìn)性和實用性。

關(guān)鍵詞：3ds Max;Unity3D;虛擬現(xiàn)實;Steam VR

中圖分類號：TP391.9 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）06-0109-03

Research on Virtual Reality Technology in Architectural Presentation

——Take Sanshui Campus of Guangzhou College of Technology and Business as an Example

HE Liuqing

（Guangzhou College of Technology and Business，F(xiàn)oshan ?528138，China）

Abstract：Nowadays，the advantages of virtual reality（VR）technology in the field of architectural presentation are becoming more and more obvious. This paper compares virtual reality technology with traditional rendering technology，emphasizing the interactive and immersive experience of the former. Using the more popular VR production technology，the model is created in 3ds Max，the Steam VR plug-in is used in Unity3D engine to edit the code，and the virtual reality effect is realized combined with HTC VIVE hardware. It embodies the progressiveness and practicality of virtual reality technology in architectural presentation.

Keywords：3ds Max;Unity3D;virtual reality;Steam VR

0 ?引 ?言

近幾年數(shù)字圖像技術(shù)飛速發(fā)展，令影視、游戲、虛擬現(xiàn)實的視覺效果都得到了大幅度的提升。虛擬現(xiàn)實基于GPU實時渲染技術(shù)，能快速顯現(xiàn)高質(zhì)量圖像，并能與用戶產(chǎn)生互動，這是傳統(tǒng)CPU渲染無法比擬的。以3ds Max結(jié)合Unity3D引擎的流程制作建筑表現(xiàn)是當(dāng)下虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一個發(fā)展方向，同時也使建筑表現(xiàn)在該技術(shù)下增強(qiáng)了視覺效果和互動性。當(dāng)GPU技術(shù)還處于初期萌芽的年代，建筑表現(xiàn)主要靠電腦CPU逐幀渲染動畫然后合成視頻。此方法具有一定的局限性，主要表現(xiàn)在視覺單一、無交互性、需要花費大量時間渲染合成等方面，后期修改則需要重新渲染合成。這明顯增加了制作成本和制作時間，達(dá)不到現(xiàn)階段社會快速出項目的要求。3ds Max常規(guī)渲染每幀至少需要一分鐘，甚至更長時間，按每秒25幀計算，合成視頻后每秒需要至少25分鐘的渲染時長，其中包含各色彩通道的提取。如果項目有改動，則需要重新渲染，耗費大量的時間和費用。不僅渲染耗費時間，后期合成各通道和調(diào)色等也需花費大量時間，設(shè)計師大部分時間都花費在渲染和合成上，這顯然是一個線性不可逆流程。這明顯較難滿足當(dāng)今社會快節(jié)奏的要求，并且會大大增加制作成本，降低工作效率。本文從根本上舍棄傳統(tǒng)CPU渲染流程，采用Unity3D結(jié)合插件的方式來獲得更高效率的實時渲染效果，大大增加了工作效率與現(xiàn)場體驗感。

1 ?傳統(tǒng)渲染技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)對比

隨著Unity3D游戲引擎的發(fā)展，它不僅可以制作高質(zhì)量游戲，也可以制作影視特效，包括建筑表現(xiàn)方向。虛擬現(xiàn)實技術(shù)比傳統(tǒng)渲染技術(shù)有著更大的優(yōu)勢，如交互性強(qiáng)、成本低、制作周期短、所見即所得等。Unity3D本身并不能生產(chǎn)模型和貼圖之類的資產(chǎn)，它的實際作用是對項目資產(chǎn)進(jìn)行整合分配，創(chuàng)建材質(zhì)、燈光、輸出產(chǎn)品。其中所見即所得的功能令設(shè)計師可以隨時修改場景資產(chǎn)，并即刻得到最終效果，而且Unity3D中大量的模型庫能最大限度地減少模型資產(chǎn)的創(chuàng)建，節(jié)約了大量的時間成本和制作成本。Unity3D的最大特點是沉浸式體驗，能實現(xiàn)場景漫游并同時互動。這種效果也只能通過實時渲染來實現(xiàn)，常規(guī)渲染無法達(dá)到要求。對于客戶來說，戴上VR眼鏡能直接體驗身臨其境的感覺，可以從場景的任何一個位置和角度觀察整體效果，猶如進(jìn)入另一個真實世界。虛擬現(xiàn)實真實、直觀的表現(xiàn)方式令客戶和設(shè)計師進(jìn)行零距離交流，去除了兩者之間在交流和理解上的誤差，即時反饋并馬上作出修改[1]。

Unity3D能有這樣強(qiáng)大的優(yōu)勢，取決于它使用了GPU顯卡結(jié)合游戲引擎的方式，即時渲染令它在游戲和虛擬現(xiàn)實中都立于不敗之地。Unity3D對比傳統(tǒng)渲染軟件有下列幾點優(yōu)勢：

（1）Unity3D能實現(xiàn)實時渲染，無須等待即可見到最終結(jié)果，但Unity3D本身不生產(chǎn)模型和貼圖等資產(chǎn)。

（2）Unity3D兼容的平臺較多，選擇不同的輸出接口就能實現(xiàn)，無須重新編碼。

（3）Unity3D本身擁有強(qiáng)大的材質(zhì)燈光，能更好地配合實時渲染流程。

（4）Unity3D擁有強(qiáng)大的筆刷散布系統(tǒng)，對于同一對象散布占用較少資源，相比常規(guī)渲染軟件能更流暢地進(jìn)行操作。

2 ?建筑表現(xiàn)使用Unity3D虛擬現(xiàn)實技術(shù)的可行性分析

當(dāng)今市場的建筑表現(xiàn)對制作速度有較高要求，如使用傳統(tǒng)渲染會大大增加渲染時間和費用成本，如轉(zhuǎn)用Unity3D渲染則能最大限度地降低渲染成本，并且所見即所得會加快后期修改工作的速度，提高效率。

但在項目中使用何種方案會更適合，這不僅僅是選擇軟件的問題，還要視團(tuán)隊的總體軟件使用情況而定。如團(tuán)隊中大部分人都使用傳統(tǒng)渲染流程，只有極少數(shù)人使用Unity3D，則明顯應(yīng)選擇傳統(tǒng)渲染，這能確保能完成本次項目的所有環(huán)節(jié)并盡量少出錯誤。分析團(tuán)隊自身情況，這對于項目以后的開展是非常重要的。

對于一個能熟練使用傳統(tǒng)渲染流程的團(tuán)隊而言，今后的項目是否還會繼續(xù)使用老舊方案，這是值得深思的問題。學(xué)習(xí)并使用Unity3D渲染流程是未來的趨勢，快節(jié)奏的都市工作對項目有越來越多的要求，所以傳統(tǒng)渲染流程在未來的工作中會減輕比重，Unity3D流程會取而代之，獲得不可估量的地位。Unity3D的學(xué)習(xí)成本較傳統(tǒng)渲染高一些，但當(dāng)其應(yīng)用在工作中時，工作效率會得到極大的提升[2]，而這也是未來工作流程中必不可少的軟件之一。所以使用Unity3D虛擬現(xiàn)實技術(shù)來制作建筑表現(xiàn)，具有極高的可行性和實用價值。

3 ?在Unity3D中實現(xiàn)建筑表現(xiàn)

3.1 ?在Unity3D引擎中整合模型資產(chǎn)

Unity3D引擎是全球先進(jìn)的開放式實時渲染平臺之一。隨著版本的不斷迭代，它除了能制作游戲作品，還能為其他領(lǐng)域提供更多的創(chuàng)作空間。在建筑表現(xiàn)中，前期三維軟件首選3ds Max軟件，因為它與Auto-CAD文件能較好地兼容，能制作出更精確的場景模型。而Auto-CAD是最常用的平面圖紙制作軟件，雖然它也有三維功能，但與3ds Max相比效果有不少差距。因此通常是在Auto-CAD中制作好地表圖紙文件，再導(dǎo)入3ds Max中進(jìn)行三維模型的創(chuàng)建和修改。然后把項目資產(chǎn)導(dǎo)入Unity3D中進(jìn)行整合分配，實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實的效果。整個流框架程如圖1所示。

建筑表現(xiàn)實現(xiàn)的首要條件是實時渲染，所見即所得。 Unity3D引擎結(jié)合軟硬件對虛擬環(huán)境進(jìn)行實時計算，為用戶帶來身臨其境的沉浸式感受，將藝術(shù)與技術(shù)完美地融合一起。用戶在使用過程中能直觀有效地觀察項目的各方面細(xì)節(jié)，如對項目有修改要求則能以直觀的方式提出，最大程度地與項目組成員進(jìn)行溝通，減少溝通過程產(chǎn)生的不必要環(huán)節(jié)。

模型以學(xué)校圖書館為原型，包括外墻內(nèi)墻結(jié)構(gòu)、書架、書桌、座椅等模型及材質(zhì)貼圖。在3ds Max中制作完成后導(dǎo)出FBX文件，再把場景模型FBX文件導(dǎo)入Unity3D中，調(diào)整相應(yīng)的模型大小[3]。模型場景全部在Unity3D引擎中正確顯示后，可對其材質(zhì)做適當(dāng)調(diào)整，如石材紋理和玻璃反射折射等，如圖2所示。

對于三維場景的優(yōu)化有兩點：

（1）在3ds Max中忽略不明顯的細(xì)節(jié)，同時對于主要部件模型的面數(shù)精簡化。

（2）在3ds Max中不制作面數(shù)過多的植物模型，只制作一棵低面數(shù)的植物模型并導(dǎo)出FBX文件，在Unity3D中使用“預(yù)置”功能對該植物模型進(jìn)行克隆。這樣可以大大減少多邊形面數(shù)的實時計算量，從而加快場景的運算速度，減少卡頓延遲現(xiàn)象。

3.2 ?SteamVR配合HTC VIVE設(shè)備進(jìn)行程序開發(fā)

SteamVR Plugin是使用Unity3D進(jìn)行HTC VIVE VR開發(fā)的必要工具，它以插件的形式在Unity3D中運行。HTC VIVE是HTC公司開發(fā)的VR硬件套裝，包括了VR頭盔、VR手柄、VR基站定位器等設(shè)備，它能與SteamVR完美結(jié)合并展現(xiàn)VR的真實效果[4]。

我們在開發(fā)VR代碼的過程中主要是針對SteamVR的C#代碼編寫，而SteamVR是Steam客戶端中為VR體驗提供支持的運行時，當(dāng)Steam檢測到電腦上有VR硬件時就會自動安裝SteamVR，也可以手動安裝。

OpenVR不依賴特定硬件，它基于C++開發(fā)而成，是一套基礎(chǔ)且必要的API。而SteamVR是基于OpenVR驅(qū)動API的封裝，負(fù)責(zé)調(diào)用OpenVR，從而為VIVE硬件提供信息和反饋。從圖3可以看出OpenVR Driver API是SteamVR的基礎(chǔ)，后者是前者的衍生產(chǎn)品，我們使用SteamVR的過程大量地調(diào)用了OpenVR的接口，從而加快編程的速度[5]。

HTC VIVE硬件主要包括VR頭盔、VR手柄、基站定位跟蹤等。用戶將相應(yīng)的操作指令發(fā)送到PC端，比如行走、抓取、轉(zhuǎn)換視角等[6]，SteamVR通過內(nèi)部運算將結(jié)果以視覺形式反饋給用戶，這是一個實時跟蹤的過程，如圖4所示。

從圖4可以看出，用戶與PC端是通過VR硬件設(shè)備來實現(xiàn)實時無縫交互。當(dāng)我們在模型場景中進(jìn)行運算時，即可以實現(xiàn)校園建筑VR漫游的效果。

4 ?結(jié) ?論

本文對虛擬現(xiàn)實在建筑表現(xiàn)中的相關(guān)技術(shù)作了探討，分析了當(dāng)今SteamVR與HTC VIVE硬件相結(jié)合的有效方案，在此基礎(chǔ)上將進(jìn)行更深層次的研究。使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)來實現(xiàn)建筑表現(xiàn)效果，無疑增強(qiáng)了視覺效果，同時令用戶有了沉浸感，比起2D畫面視覺效果更強(qiáng)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷積累，同時也推動了相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，在建筑表現(xiàn)領(lǐng)域值得大力推廣。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：何柳青（1976.12—），男，漢族，廣西北海人，講師，碩士，研究方向：計算機(jī)應(yīng)用。