三维漫游校园动画的实现

杨涵

摘要：文章设计并实现了一个基于3ds Max的三维虚拟校园。在校园建筑上突出建筑本身，表现建筑与环境的协调和融洽。在镜头的表现上，采用大镜头鸟瞰、广角和俯视等展示校园建筑与周边的环境，用小镜头突出表现建筑本身。同时力aA-些场景内物体的生长、色彩的变化、鸟类飞翔和粒子的组合等特效效果。

关键词：3ds Max；三维虚拟校园；组合特效

随着以计算机为主要工具进行视觉设计和生产的一系列相关产业的形成，国际上习惯将利用计算机技术进行视觉设计和生产的领域统称为计算机图形。它既包括技术也包括艺术，几乎囊括了当今电脑时代中所有的视觉艺术创作活动，如三维动画、影视特效、平面设计、网页设计、多媒体技术、印前设计、建筑设计和工业造型设计等。本文尝试设计并实现一个三维虚拟校园，应用3ds Max和相关插件来表现各种类型的动画的技法，使用Vegas剪辑建筑动画的做法。另外，还实现了室内漫游、校园建筑、周围环境建筑以及其他类建筑群的虚拟动画。

1 虚拟校园动画的前期工作

虚拟校园需要预见并合理地确定校园的发展方问、规模和布局，安排各项建筑，适合整个学校的建设和发展，达到设施完善、布局合理、环境优美的综合效果，为学校学生和教师的居住、学习、交通、休息及其他社会活动创造良好的条件。风格的定位与分镜头脚本描述如下：3号镜头，表现鸟瞰，镜头表达内容为鸟瞰校园全景，展现规划校园的位置、环境，14秒；6号镜头，表现西面，镜头的表达内容为镜头在水面上平移，表现西面建筑和环境，10秒。素材收集和分工方面，首先要确定项目的具体位置，了解项目的周边环境。下面以湖南科技学院为例，进行具体的分析。

2 鸟瞰镜头模型的制作

首先拼合规划类场景模型。通常存在地形高低起落的问题，在合并模型时需要注意z轴高度。在完成自己分到的模型之后，先按照CAD的位置在顶视图进行模型对位，再切换到左视图或其他立面视图观察z轴的高度，并调整好z轴高度。第二，根据脚本制作镜头预演动画。主要分为2步：根据脚本制作镜头预演，制作镜头预览动画。第三，优化鸟瞰的地形。一个场景中渲染所需要的时间与场景中物体的面数和物体的数量是成正比的，所以需要尽量删减场景中看不见的模型的面，塌陷使用相同材质的物体，以减少物体面数和物体的个数，从而减轻系统负担，加速场景的渲染。第四，优化场景的主要建筑模型。第五，精简场景的模型数量。减少物体的个数也是很重要的一步。第六，制作远景配楼。这一步要注意的是，地面并非是水平的，是有高低起伏的坡地，在配楼的摆放上要注意移动它的高度。另外，这种配楼的形状变化也是必不可少的，如果每一个配楼都要单独创建，再将它们调整出不同的形状、大小和高度，是需要花费大量时间的，而用Greeble插件制作配楼就能节约很多时间。

3 制作鸟瞰镜头材质和灯光

在前期建模时不必太过细致地调整材质，只要根据客户提供的资料给出材质的正确名称、简单色彩或贴图就行了，调整材质主要分为几种：水面材质、玻璃材质、铝板材质。而道路材质是建筑动画场景中用的比较多的。在大鸟瞰的场景中，扫描线渲染还是有很大的速度优势的，而且这种镜头没有太多的建筑细节可以表现出褪晕和虚实的变化，VRay也难以发挥长处，所以在这个镜头中将使用标准灯光来完成渲染工作。

第一个光源来自太阳，它是一个从小的光源发出的白色光，会产生尖锐边缘的阴影。第二个光源是蓝色的天光，天光是一个非常大的光源，所以它产生了非常柔和的阴影，物体之间的互相反弹光线提供了第三个光源。太阳发出的白色光由不同的颜色连续光谱形成，白色其实是7种光混合的效果，当光子在大气中传播时，会与空气中粒子碰撞而偏离方向，较短波长的光被散射。而蓝色光子在各个方向反弹，使大气实际上就是一个发蓝光的光源，正是由于这些物理作用，从而使天空成为蓝色。光照射到一个物体表面时不是被反弹就是被吸收，反弹与吸收由物体表面的颜色决定。白色物体反射所有波长的光，黑色物体则吸收所有波长的光。主光源的方向对场景是非常重要的，它直接影响将要表达的效果。在渲染中，经常会用光效来表达不同的时间效果，例如，清晨、黄昏、白天和傍晚。在清晨和黄昏的渲染上往往不好区别，因为在渲染时都喜欢给灯光加上橙色和白色，这样使周围环境和物体都反映这种颜色。白天的灯光相对好把握一些，光更多的是根据环境而变化的，夜晚的人工光源种类繁多，光线变化则比较丰富。

鸟瞰镜头的后期校色与输出，主要在After Effects软件中完成。

4 制作水边校园建筑镜头

在细化场景之前先渲染几帧进行观察，分析得知这是一个临近爱莲湖的镜头，着重表现的是镜头和湖堤的环境。首先应该为远景的湖添加一些荷叶。在中景里，离建筑近的地方添加一些高大的树，让树来遮挡建筑与地面深硬的交界线，用树与树之间的遮挡关系来拉开建筑远近的距离；在湖堤的中间有一些柳树，在湖面附近有一些水草；近景的水面比较空，准备加一些小鱼，使静止的环境中有一些动的元素在里面，这样画面才能更加生动，还可以在天空中加入飞鸟，以体现校园良好的生态环境。

5 水边校园建筑镜头的渲染

设置VR低参数渲染。创建VR物理摄影机和VR阳光。在前面的镜头预演中，所使用的是“目标摄影机”来制作镜头预演的，由于在最终渲染时，最终确定使用“VR阳光”来模拟太阳光，而“VR阳光”与“VR物理摄影机”配合是能够得到最为真实的效果的，而且“VR物理摄影机”能够很方便地调解画面的明暗和偏色。使用混合贴图制作动画背景。为场景添加远山（西山）和云彩，但是同时也希望保留VR的天光照明。在这里，考虑使用平面物体来制作背景。使用VR代理物体添加高精度模型树。树木种植完毕以后，考虑可以在沿湖的地方种一些高精度的模型树，增加画面的效果，而模型树的精度是非常高的，有些甚至是几十万面一棵，由于模型量巨大，所以，模型树很少用于动画渲染中，而在VR的渲染器中，如果使用VRay代理物体，渲染数百棵这种树木的速度也是很快的。制作场景的水面材质和主体建筑玻璃材质。由于“菲涅尔”反射的原因，近处和远处近似垂直的水面反射很弱，水面接近透明，远处的反射则比较强烈，这一点也在照片中得到了体现。制作草地的材质。画面效果的统一调解与最终渲染。完成上述调解以后，还可以利用“VRay物理摄影机”对画面的亮度和色彩进行一些修正。实际中应用AfterEffects等专业的后期软件来完成。