虛擬現實古建筑場景的研究

黃琳娜 邢苒苒 辛孟偉 王聰聰

基金項目：通化師范學院大學生創新創業訓練項目：虛擬現實古建筑場景的研究（項目編號：201910202038）指導教師：齊穎

摘 要：三維動畫作為二維動畫的后起之秀在21世紀取得了飛速發展，目前被廣泛應用于游戲場景或動畫場景以及多媒體領域中，只有優秀的模型，才能完成一部優秀作品，完美的場景模型以及適當的場景搭配可以給人們以視覺的沖擊，激發愛好者的興趣，適當的布局可以烘托出一定的氛圍。近些年來隨著我國高新近技術的不斷發展，古建筑非物質文化遺產保護模式發生了一系列的改革變化。虛擬現實高新技術在文物保護方面產生了全新的進展，如通過三維方式對古建筑場景建立網絡上的數字化展示。能夠在保護文物的同時，對參觀者提供更全面的古建筑場景的展現。虛擬現實的古建筑場景可以使我們的情境感知更為突出，更為鮮明。

關鍵詞：虛擬現實;古建筑場景;場景模型

一、虛擬現實古建筑場景模型制作的課題任務

庭院場景模型的創建;

庭院場景模型uv的展開;

庭院場景模型材質的制作;

庭院場景模型的整體結合。

二、項目研究內容、意義

虛擬現實古建筑場景模型的制作主要應用Maya多邊形建模的功能建立場景中的古建筑模型，主要包括房屋、樹、亭子、假山、石頭、院墻、地磚、大門等;模型由近及遠，從局部到整體制作，最后做古建筑場景的整合，應用Maya中uv和貼圖技術把模型合成一個整體，實現一個虛擬現實的古建筑場景模型。項目關鍵問題主要有古建筑場景模型和材質的制作;古建筑場景模型的渲染;古建筑場景模型的整合。當人們在觀看動畫片或者玩游戲的時候，只要場景一出現，我們就會被場景所吸引，游戲的第一印象就取決于場景，好的場景可以使帶入感更為突出，場景的布局適當、節奏就更加流暢，更加具有美感，因此，一個高品質虛擬現實古建筑場景在空間和時間方面的資料保存可以發揮重大的作用。

三、虛擬現實古建筑場景制作的需求分析

（一）虛擬現實古建筑場景模型制作的可行性需求分析

1.技術可行性

場景制作是以Maya軟件為主，同時結合Photoshop軟件實現的，Maya技術非常強大，國內外有很多游戲制作公司用Maya軟件進行游戲場景的制作，所以應用Maya技術實現庭院場景模型的制作是在本人的技術范圍之內。

2.經濟可行性

庭院場景的制作只需要一臺電腦，安裝幾款軟件，參照相應的書籍，再加上自己的創新思想便可以自己獨立完成設計和制作，完全可行。

3.操作可行性

庭院場景的設計是：整體構思——局部構成——總體歸納。也就是先有一個整體的思路，再進行每個局部的制作，然后再進行總體的歸納整理，具體的做法就是要從基礎小模型著手到整體場景，充分考慮場面的整體結構。

4.創新性

庭院的設計有巧妙的構思，無論從整體到個體，由近及遠，都給人以完美的視覺感。

（二）庭院場景模型的制作流程

1.根據構思簡略的刻畫出模型的大致樣式。

2、將場景模型根據材質分成多個模塊，房屋、樹木、地面、 墻、柱子等不同材質不同制作。

3.將房屋等元素制作好后要保持整體的比例平衡，保持場景的各個部位大小平衡。

4.以樹和房屋作為參照物確定其他模型的大小，這樣可以便于整體的結構把握。

5.樹的元素制作好后制作地面，視覺從整體到局部，制作從布局到整體。

6.模型制作完成后，要為材質的制作做準備，即將模型的uv展平。

7.模型制作好后為模型賦予材質和貼圖。

8.調整模型的整體結構后導出視頻。

四、古建筑庭院場景模型制作的準備工作和注意事項

1.在場景模型制作前首先在F盤設置一個項目文件夾，用來保存MAYA文件。以后的所有關于此項目的文件包括貼圖都保持于此文件夾中，并且此文件夾以后不能移動，否則會使材質找不到貼圖路徑。

2.在場景模型的布線上要盡量避免三角面的出現，如果有三角面將不便于以后輸出動畫的調節，且如果三角面在UV的邊界上不便于UV的劃分。

3.在模型的布線上要盡量符合模型的結構，這樣便于模型UV的調節。

4.在模型的制作上要惜線如金，要每一條線都有其存在的意義。不要有廢點廢面的存在，要在可以達到所需效果的前提下盡可能減少模型的面數。

5.在相同結構的模型制作上，要將第一個模型做得精確以便復制后節約面數。

6.在模型制作的結尾，要對模型的布線進行調節，要對不合理及多余的線進行整理或刪除。

五、古建筑庭院場景中房屋制作

（一）古建筑房屋

首先制作房屋框架。創建一個四面長方體，將長方體底面刪除，因為地面是看不到的，然后將上方的面提取出來使它脫離這個長方體，然后將此面拉伸，向上擠出形成新的長方體作為磚地，將此面插入四條循環邊作為貼圖的需要，再創建一個矩形只留四個面，然后將每個面都插入循環邊，將圖形全選后執行擠出拉伸命令，最后做出臺階，將矩形除了底面和側面都刪除，然后拉伸出一個臺階，使用W鍵+insert吸附點的位置執行V鍵復制，這樣房屋底盤就制作完成了。底盤制作完成后，在地面上創建一個圓柱體，然后在屬性編輯器中調節圓柱的邊數，邊數設定為5就可以，因為圓柱不會給特寫，制作好一個后執行復制命令復制成多個圓柱，樣式為前面四個，后面兩個，前面四個中間為門，其余中間為墻，然后制作一個四面體，將四面體放在地面上，然后將四個柱子放在四面體角落，兩個放在中間區部位，在柱子上面做一個矩形作為屋頂底盤，這樣房屋的中間部位制作完成。

（二）制作房屋屋頂

創建一個矩形面將此矩形面執行擠出拉伸命令，對其進行向平面中心拉伸，然后刪除中心面，將中心面的四條邊向上拉起，使其形成屋頂的瓦面，然后建立矩形體，刪除上下兩個面，在前一個面上加一個長方形作為牌匾，然后再以相同方法在建立一個瓦面，然后將其前后兩條邊拉起后在合并做成瓦面的頂部，然后在面的邊界制作長方體矩形作為棱柱，在面上加入合適的線以便uv能更好的貼圖。

（三）制作房屋門

在底部首先建立長方體作為門的最低面，然后刪除底面，因為底面是看不見的，為了省面應該把面數做到最低，然后建立一個立著的長方體，為此長方體添加兩條循環邊位于兩側，在連接兩條循環邊，然后刪除循環邊之間的面，作為過路的門，同理門的兩側也這么做，在頂部做瓦面的時候要兩側對稱，因為uv是重疊的，模型基本創建完成后將相應貼圖導入到相應材質中。

（四）房屋模型UV以及貼圖

將房屋的底盤側面導入大理石貼圖，然后將5個側面uv展開，因為幾個側面都是相同材質，所以uv可以重疊這樣還能使uv和貼圖整齊，利用將選定uv與最大值uv對其工具將uv拉伸;然后對著實物模型調整uv的位置以及長度使物體貼圖適中，臺階的uv用自動映射展開，因為臺階是水泥材質，且材質顏色幾乎相同，所以將臺階利用選定uv與最大值uv對其工具將展開uv拉伸，臺階上面的側面利用相同方法對齊后將其平行拉伸，拉到適中位置。側面矮墻壁我們在展開uv后進行重疊對齊，第三個邊對齊到第一個邊，第二個邊對齊到第四個邊，這樣反復對齊后所有面就形成一個uv面，參考實物模型確定合適的位置。

六、正門的制作

大門是一個場景中比較重要的模型，因為在進入一個場景中時，大門都會給特寫，在這里我們將大門分成幾個部分，分開制作，主要包括臺階的制作，門的制作，墻的制作，以及頂部的制作，相同材質放在一塊，這樣有助于uv的調節，將大門模型建好后，將uv根據材質分開至不同區域，但不能重疊，在uv紋理編輯器中導出uv快照，然后用PS打開，將相應貼圖用PS剪切工具剪開，在PS中將剪裁好的貼圖按ctrl+A全選然后復制粘貼到uv快照層中，所有貼圖都按照此方法導入，然后制作貼圖，將貼圖導入到一個新材質中后賦予模型，然后將模型結合成一個整體之后添加到一個Maya新層中添加R鍵，使其不能隨意更改，這樣大門模型就制作完了。

七、庭院場景模型亭子、地面的制作

（一）亭子

首先，創建亭子的底盤。將柱子模型uv用圓柱形映射展開，把底部用沿選定邊分離uv工具分離，將柱子uv拉到紅色貼圖部位，底部拉到水泥貼圖部位，然后用編輯欄中特殊復制工具將柱子復制，瓦面貼圖還是先展開一個面的uv然后用自動映射方式展開，將瓦面貼圖材質賦予模型，在uv編輯器中拉成上短下長，這樣圖形就會直觀可見了，棱柱因為都是相同材質，所以用自動映射方式將uv縮小放到相同材質貼圖中，根據實際模型確定uv大小，這樣亭子模型我們就做完了。最后，將亭子改進復制出一個亭子放置于庭院中央，將六根柱子刪除兩根，四根柱子周圍加上圍墻貼圖，底盤換成正方形，瓦面刪除下半部分，在底盤上建立六邊棱柱作為桌子，將亭子放置于庭院中央房屋對面處，這樣整體感會更強一些。

（二）地面

建立好樹模型后我們為樹添加不同的貼圖復制不用顏色的樹，顏色的不同可以讓整體更充實，植物在一個庭院中也占著比較大的分量，可以用不同顏色的植物襯托庭院的美，這樣可以使庭院具有親近自然的功能，在這里我們把綠色的植物放置于地磚通道兩側，在涼亭周圍放置鮮艷的植物，各個角落墻體周圍都放置五顏六色的植物，樹的部分要放置于磚地周圍，不能放置于地磚上，根據整體調整每一個樹的位置。

八、虛擬現實庭院場景模型的渲染

渲染，英文為Render，有的把它稱為著色，但我更習慣把Shade稱為著色，把Render稱為渲染。因為Render和Shade值兩個詞在三維軟件中是截然不同的兩個概念，雖然它們的功能很相似，但卻有不同。最后要對庭院場景進行渲染，要先打好燈光，相機，設置渲染效果和渲染尺寸點擊渲染器開始渲染最終效果圖。

九、輸出視頻

在確定關鍵幀無誤后，打開窗口中播放預覽選項菜單，選擇時間模塊，也就是整個時間段動畫的所有幀數，質量調到最高，縮放為1，這樣分辨率會高一點，分別選擇五個攝像機，然后點擊應用選擇輸出視頻保存位置，完成整部虛擬現實古建筑場景的制作。