虛擬校園漫游中的三維模型制作技巧分析

劉 穎

（華中師范大學武漢傳媒學院，湖北 武漢430000）

虛擬校園是虛擬現實技術在現代教育領域的一種應用，是由計算機制作出逼真的校園三維景觀的數字場景。瀏覽者可在空間中自主的漫游，從場景的任意角度、任意地點對校園進行觀察了解，產生身臨其境之感。隨著制作軟件技術的發展提高，在創建校園虛擬漫游時如更好的控制三維場景模型塑造質量，而為瀏覽效果和后期交互性設計服務，是每一位美術工作者應該思考的問題。

1 虛擬校園模型建立

在進行虛擬校園場景構建時，要基于真實測繪數據和真實場景進行。三維場景中的展現不是簡單的示意或模仿，而是建立在準確地測繪的基礎之上，地面所有場景的結構、外形、尺寸、比例、色澤與現實中的校園達到一致。同時每個三維場景中的建筑都必須體現出該學校獨一無二的文化特色，這就需要根據設計圖紙或現場多角度照片使用3ds Max獨立建模，最后整合到三維場景中。

1.1 三維模型制作規范

建筑是校園文化景觀中最為醒目的內容，每個學校的大門、教學樓、圖書館等設施都具有該學校特有的風格，這些標志性建筑物都需要進行單獨的建模。在建模之前，根據實際地理分布關系對每個建筑模型進行合理的命名與分組，有利于后期模型的修改、調用。

綠化模型是指三維場景中花草樹木，建造中多使用面片樹木十字交叉法，墻角線與復合線遮罩法。模型在場景中可以重復使用，單獨創建一個模型后，保存為專用文件格式，然后在場景中沿線進行模型匹配及成批種植即可。此方法可以極大提高場景模型的創建速度。

小品制作需通過對三維場景的理解靈活掌握。有些小品是每個校園特有的、固定的和必須的，如著名的雕塑、指示牌等；有些裝飾物是靈活的，如坐椅、垃圾桶等，可通過現場照片獨立建模或從模型庫中獲取這兩種方式構建。

例如武漢大學的校園虛擬場景就是通過空間相對位置關系組織到一起。根據實際設計圖紙完成道路和地貌的制作，然后制作樓群、運動場、校門及其他對象，并以道路為參照放置在相應位置。訪問者可以進入虛擬校園中，觀賞校園的自然風貌，領略校園的生活氛圍，在虛擬世界中了解武漢大學。

對于地勢等自然環境的建模規范，要根據三維場景的空間范圍、數據精度、來收集相應的基礎數據。包括基礎紙質地形圖或CAD圖，需要確定合適比例尺的地圖數據，控制場景地面部分的數據精度。同時，如果涉及大面積區域的三維場景，還必須運用到遙感影像或航拍影像。在保證渲染效果前提下影像空問分辨率精度越高越好，避免出現馬賽克。

而對于建筑和綠化建模時，需根據特定場景的模型需求規范制作標準，首先，基本制作單位統一設置為“m”，建筑模型為4個立面和1個頂面；三角面片不出現共面、漏面情況，外觀不可見的模型面片一律刪除，保證單體模型在精度滿足要求的前提下總面數小于5000。而對模型的管理上，同一物體的模型、紋理、材質命名一致，以便統一管理；帶通道或帶反射的模型保持獨立，不能與其他物體進行塌陷操作。

1.2 模型的優化

影響虛擬校園最終運行速度的三大因素分別為場景模型的總面數、總個數和總貼圖量。模型的優化不光是要對每個獨立的模型面數進行精簡，還需要嚴格控制模型的個數，這兩個數據都是影響虛擬校園最終運行速度。所以校園三維場景模型優化操作是必須的。

對于場景的模型個數而言，過多會直接影響到虛擬場景的打開和導出的速度。模型個數過多時，計算機會因為計算不過來而造成部分物體無法加載，最終得到的場景模型會不完全。而如果勉強將場景里的所有模型加載進去，其運行速度也會很慢。為了避免以上問題的出現，解決方法是將相同材質的物體分別賦予材質,調整好各自的貼圖坐標后，再將這些相同材質的物體進行合并以減少模型個數。

對于與模型的面數而言，優化的方法有以下幾種：

（1）創建標準幾何體時降低分段數，例如Plane，默認為4×4，在無特殊要求的前提下，可優化為2×2，該操作在制作圓柱體、球體等對象時同樣有效。

（2）創建較復雜的鏤空造型時，不要使用模型創建，而應多使用透明貼圖，這種方法常用于欄桿、雕花、綠化等。

（3）刪除模型看不見的面，例如底部或不可見區域。

2 紋理貼圖的處理技巧

除了模型外，要制作出逼真的三維虛擬校園場景，真實的紋理貼圖也是關鍵。實地拍攝的建筑物及其他物體的照片，不僅有助于補充模型細節方面的不足，而且還能提高場景的真實性。紋理貼圖的獲取主要有以下三種途徑：

（1）從已有的景觀、建筑的專業攝影圖片中獲取有關景觀的紋理素材，再經過Photoshop編輯加工，可生成各類景觀、地貌的紋理貼圖。

（2）可采用相機實地直接獲取校園各類地形、建筑、景觀的真實表面圖片。

（3）從衛星遙感影像、航空攝影測量影像、移動測繪系統等也可以獲取紋理。

要拍攝實景多角度靜態的照片素材時，照片質量的好壞也直接影響到后期紋理貼圖效果，因此對拍攝手法要求很高。相機選擇適當角度后固定在景觀中心位置，盡量使每幅照片保持焦距相同，同時讓相機的旋轉固定在三角架水平面上，盡量避免鏡頭偏斜和俯仰。其次，相鄰的照片盡量統一色相、亮度和對比度，并要保證一定的重疊范圍，便于后期的紋理貼圖進行重復化處理。

有時獲取的真實紋理圖像并不能直接使用。在獲取真實紋理圖像時一般會存在透視變形、顏色失真、尺寸大小不合適等問題。所以需要進行裁剪、矯正等一系列調整工作。通過從實地獲取的大量的圖片中選出可以作為紋理貼圖的大致范圍，并對其進行裁切、糾正等基本調整。裁切的范圍要比紋理的范圍大一些，以便后續處理。其次，紋理照片拍攝時受光線、角度、時間的限制，拍攝出的照片的色彩與真實物體有所不同，需要對處理后的紋理進行色彩調整，可以通過圖像復原和圖像增強來圖像改善質量，使之恢復本來顏色。最后，因實拍照片多少會存在破損、雜點、遮擋等問題，后期還要對紋理貼圖做修補去雜質處理，使用多角度若干小圖像拼接還原出大圖像，但必須保證各小圖像色相、亮度、對比度等指標的連續性和一致性。

處理后的照片分辨率需為2的冪次方，大小盡量小于100KB，便于后期虛擬引擎的讀取。后期通過3ds Max的紋理貼圖、材質編輯，對模型表面材質和貼圖進行處理，不同類型的材質結合不同的烘焙操作方式以增加場景的精細程度和真實感。

三維模型塑造是虛擬校園制作的基礎，只有創造出環境效果逼真，瀏覽交互速度及時的虛擬場景，瀏覽者才可以對校園進行不同角度、方位、距離的觀察和體驗。本文歸納總結出虛擬校園建設中三維模型制作的經驗，盡可能的塑造校園虛擬場景觀察和體驗的真實感，給校園的宣傳、展示提供了全新的表現形式。

［1］貴剛，程效軍.網絡虛擬校園三維建模方法研究與實現[J].工程圖學學報，2008.

［2］李清泉.三維空間數據的實時獲取、建模與可視化[M].武漢大學出版社，2003.