基于3Dmax虛擬校園場景的實現

梁炎新

[摘要]通過虛擬校園，可實現校園的教學、服務、管理等過程的數字化信息管理。本文以3Dmax軟件為平臺，通過探討虛擬校園場景實現的理論和技術方法，對江門職業技術學院虛擬校園場景進行初步的實現。

[關鍵詞]3Dmax虛擬校園 建模 數字化

[中圖分類號]G71 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0337-02

江門職業技術學院一直努力打造建設以網絡和數字化信息為平臺的數字化校園，使其能在計算機網絡技術上構建起對學院的教學、管理、科研、生活服務、技術水平等校園文化信息的收集、處理、存儲、整合、傳輸與應用的虛擬校園教育環境。而虛擬校園的實現是數字化校園工程的重要部分之一。虛擬校園可以提供三維立體化的虛擬環境，呈現校園的立體感，一方面可以能更好的使得外界加深對學院的了解，另一方面可支持實現對江門職業技術學院的資源管理、遠程訪問、學校發展和環境規劃等功能。

一、3Dmax簡介

3D max（簡稱max）軟件，由國際著名的Auto desk公司的子公司Discreet公司制作開發的，它是集造型、渲染和制作動畫于一身的三維制作軟件。在應用范圍方面，廣泛應用于廣告、影視、工業設計、建筑設計、三維動畫、多媒體制作、游戲、輔助教學以及工程可視化等領域。3Dmax軟件已向智能化，多元化方向發展。

二、基于3Dmax的虛擬校園的實現

本案例的總體制作過程可以分為資料收集與整理、三維建模、材質與貼圖設計、攝像機與燈光設計、渲染輸出和后期合成制作等六個環節。

（一）資料收集與整理

根據虛擬校園建立過程中不同地物精度和尺寸要求的差異，進行有選擇性地運用動態GPS采集江門職業技術學院相對應的點位數據；并依據三維模型在建立時紋理照片的應用情況，利用分辨率高的數碼相機進行江門職業技術學院校園景觀和建筑物紋理和貼圖的采集。

（二）三維建模

三維建模的好與壞會直接影響虛擬校園的效果質量，因此在建模的制作過程中應該要盡量地全面地逼真地呈現出江門職業技術學院校園的真實面貌，讓人有一種身臨其境的感受。三維建模制作主要針對的是校園的建筑物、校園設施、綠化和道路進行建模。三維建模的原則包括：1、在確保建模物體可塑性和真實性的前提下，盡量使得模型中所含的面數最少；2、在合理的情況下盡量的壓縮紋理；以利于紋理正確的顯示；3、構建層次結構庫要細致。在3Dmax中三維模型的建立有許多種方法，包括：復合建模、NURBS建模、面片建模、參數化建模、多邊形建模、修改器建模、BOOLEAN建模、材質建模、LOFT放樣建模和依附建模等。

一般來說，沒有固定的建模方式，每一種建模的方式都會有各自不同的特點，使用者應該根據實際需求來使用，甚至可以同時使用多種建模方式來進行三維建模。例如在主樓的制作過程中主要運用到的建模及修改器技術方法為：1、墻體，運用線條畫出樓體的主要輪廓，再運用樣條線編輯出線條的輪廓，再運用擠出修改器擠出樓體高度。2、樓體形狀，整體樓體擠出后是一個整體的長形樓體，運用布爾運算將樓體多余的部位去除，便可得樓體的特殊形狀。3、門窗，先在樓體本身畫出所需窗口大小，在運用布爾運算做出窗口，用樣條線畫出所需門窗的形狀，對樣條線做放樣運算即可得到所需圖形。樓體外凸出條紋：將長方體進入修改器按比例長短修改。其他各樓的制作方法基本相似。

（三）材質與貼圖設計

在虛擬校園場景中，每一種物體都有他自己獨特的表面特性，如自發光、不透明度、顏色等，而要在3Dmax中逼真的表現校園場景中各種建筑物、校園設施和綠化等實物的各種物理特性，就要用到材質與貼圖，材質用于模擬真實物體表面的特性，如不透明度、自發光和顏色等，使網絡對象的表面在渲染時能夠將這些特性表現出來。而指定到材質上的圖像被稱為貼圖，貼圖的主要作用是模擬物體表面的紋理和凹凸效果。在3Dmax中可以對材質的多種通道指定貼圖，這樣就可以利用貼圖來影響物體的不透明度、折射、反射和自發光等特性。合理使用材質和貼圖，不但可以真實地模擬校園場景物體表面的特性，還可以減少校園模型的復雜度、并且彌補模型存在的錯誤和不足。

（四）攝像機與燈光設計

攝像機與燈光是3Dmax中兩種非常重要的渲染手段。攝像機給三維動畫設計師模擬出了一個完整的電影世界，提供了豐富的透視和視角效果。燈光則可以使場景中的對象表現出出色的質感與空間感，提供了鮮明的光亮對比度和絢麗的光照效果。

在本案例燈光使用中，主要用了泛光燈（如太陽等四面發射光線的光源）和方向燈（如路燈等有照明方向的光源）。燈光起著照明場景，投射陰影以及增添氛圍的作用。同真實的燈光一樣，可以選擇光色、強度、設置衰減等，也包括一些真實燈光所沒有的特性，如對場景中的物體選擇性的影響以及是否投射陰影的控制。其中泛光燈是3Dmax場景中用得最多的燈光之一，主要指按360球面向外照射的電光源。設置的主要步驟有：1、建立兩盞泛光燈；2、調整燈光位置；3、設定反光點；4、燈光色彩調整。而聚光燈的主要步驟有：1、參數調節聚光范圍；2、指定投影圖像；3、排除物體受光影響。

攝像機的創建則給動畫設計師提供了一個完整的電影世界。各種焦距、隨意的角度及其他各種特殊效果，能制作豐富多彩的動畫。本案例中需要用到攝像機中大量的功能，包括推拉鏡頭、平移、搖鏡頭、旋轉角度等。通過攝像機沿著某一個路徑運動，或者旋轉、改變鏡頭焦距、改變視覺角度等可以制作出模擬校園場景的各種動畫來。

（五）渲染輸出

在渲染之前，先配置好渲染器，設計中使用的是VR渲染器。配置好渲染器后，選擇好輸出環境，然后開始對場景進行渲染的配置。在選擇輸出的同時，選擇適當的渲染時間長度、幀數、分辨率、天氣、效果等。幀數不能選擇過低或過高，太低了渲染的時候看不出效果；過高時，如果電腦配置不高將會渲染的非常慢，還可能出現一些故障或錯誤。而且較大場景的渲染會占用大量時間，所以在制作過程中，盡量減少場景的大小。

（六）后期合成制作

后期合成制作，就是利用實際拍攝江門職業技術學院校園場景所得到的素材，通過三維動畫和合成手段制作特技鏡頭，然后將鏡頭剪輯到一起形成一個完整的影片，并制作音效和添加聲音。此次設計使用的后期制作是會聲會影X5。？Corel VideoStudio Pro X5是一套操作最簡單，功能最強捍的DV、HDV影片剪輯軟件。不僅完全符合家庭或個人所需的影片剪輯功能，甚至可以挑戰專業級的影片剪輯軟件。

本案例將渲染完成的AVI文件導入Corel VideoStudio Pro X5中，片頭加上“基于3DS MAX的虛擬校園場景的實現”設置停頓時間為5秒，結尾加上學校、系部、指導老師、學生姓名和制作時間，設置時間為7秒，重新渲染。最后輸出完成視頻制作。

三、結束語

虛擬現實技術是一項綜合集成技術，涉及計算機圖形、人機交互技術、傳感技術、人工智能等領域，它用計算機生成逼真的三維效果。3DAMX技術建立的虛擬校園，直觀、真實地展現了江門職業技術學院的校園風貌，得到了較為滿意的效果。

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