三维虚拟校园漫游设计与实现

于浩海 邹治伟

(武汉工程职业技术学院 信息工程学院 武汉：430080)



三维虚拟校园漫游设计与实现

于浩海 邹治伟

(武汉工程职业技术学院 信息工程学院 武汉：430080)

以武汉工程职业技术学院江北校区为对象，利用3D MAX、VR、AE等软件进行三维虚拟校园漫游的开发，为三维虚拟校园漫游的建设者提供参考。

虚拟校园；三维模型；漫游动画

近年来，随着计算机图形图像技术的飞速发展、三维虚拟现实技术的广泛应用和智慧城市等概念的提出，人们已不再满足于通过简单的文字和图片来了解学校，通过三维虚拟校园漫游来了解学校已成为一种趋势。所以，利用三维虚拟校园漫游技术，促进学校的形象宣传、教学资源管理、环境规划等工作，均能起到很好的辅助作用。本文对三维虚拟校园漫游的制作过程进行了简单阐述，以便为后期进一步建设智慧校园提供服务。

1 方案选择

在实现三维虚拟校园漫游时，常使用到两种方式：

1.1 360度全景图片虚拟漫游

这种方式也称作静态图像全景图，先使用数码相机对校园进行多场景、多角度的拍照，对产生的有效图片通过计算机合成校园全景图。该方法虽然效果逼真，可以达到在不同场景中、不同角度的切换，并且成本较低，但是缺点也比较明显：首先想要转换场景只能通过对设定好的链接点击来改变视角实现漫游，局限性大；其次浏览者只能从拍摄者的角度观看全景，不能观察到该场景中的每一个细节，灵活性略显不足。

1.2 三维模型虚拟漫游

这种方法主要是通过3D MAX等三维软件，将整个校园对应的环境建立模型，从而实现三维虚拟校园的全景空间与真实环境的一一映射，再通过后期的VR渲染和AE制作来实现漫游。这种方式能实现不同视点的虚拟漫游，增强了漫游的真实感与沉浸感，而且由于三维模型制作和后期漫游制作的分离，比较容易对学校建筑和地形变化进行实时的修改，但是这种方式因为使用软件较多且制作周期较长，制作成本相对会比较高。

综上所述，本方案考虑采用第二种方式来实现三维虚拟校园漫游。

2 实现过程

经过分析，设计整体制作流程如图1。

图1 设计制作流程

2.1 数据采集

前期需要收集整个校园地形图和所有建筑单体的相关文档资料，包括平面图、结构图、外观图等，同时采集校园相关建筑的照片。这些照片有两个用处：一是后期模型制作过程中进行参考；二是经过处理后用作对模型的贴图。在照片采集时需要注意充分体现建筑结构的特点与细节，尽量在光线充足时取景，清晰度要高，门、窗、围栏等也要尽可能拍摄规整，以便于后期减少图片处理的工作量，从而提高工作效率。

2.2 底图绘制

依据前期收集到的文档图像资料，在Auto CAD中绘制校园的二维平面地形图和每栋建筑的二维截面图(如已有的CAD建筑和地形图可以直接使用)。校园的整体二维平面图主要使用校园规划设计时的CAD施工图，它是校园三维模型制作的主要数据来源(如图2、图3所示)，同时参考Google Earth上的卫星影像来作为校园三维场景的地形底图。

图2 江北校区校园规划图

图3 江北校区前区平面图

2.3 模型制作

使用3D MAX 2012软件进行建筑模型的制作，场景中大部分建筑都使用多边形建模法来创建。考虑到整个校园的建筑单体较多，所有建筑单体均采用单独建模，后期再进行统一合并，在较好表现效果的前提下尽量优化减少每个建筑单体的面数，减少后期合并运算的工作量。建模是完成场景中重要的组成部分，所以在制作过程中需严格按照前期CAD底图的尺寸、位置来进行建模，以免后期合并时再次修改。图4、图5为部份单体结构的三维模型图。

图4 江北校区前区建筑模型图

图5 江北校区图书馆三维模型图

2.4 材质贴图

室外建筑一般采用材质表现，如：大理石、玻璃效果等；但是有些精细部位则需要利用前期采集的照片来制作纹理贴图。在这里借鉴了游戏制作的模式采用UVW展开贴图，使一两张图片就能集合一个建筑的纹理图片。

2.5 植被代理

场景中的植被绿化率的多少会直接影响到整个场景最终显示效果的好坏，所以在植被的制作上采用了近、远景两种处理方式，近景植被使用较高面数进行表现，远景植被则是最简约的面数，这样能够降低场景的运算工作量。

2.6 场景合并

结合校区规划设计时的CAD施工图和Google Earth上的卫星影像，本方案对校园内的局部场景地形模型包括：道路、湖泊、小品等进行单独设计，并利用实景照片进行对比修图，然后将前期制作的建筑模型合并后导入到校园场景中。部份场景设计静态效果图如图6、图7、图8、图9所示。

图6 江北校区前区设计效果图

图7 江北校区实训楼设计效果图

图8 江北校区图书馆设计效果图

图9 江北校区鸟瞰效果图

2.7 灯光渲染

整个校园的场景规模是相当庞大的，所以灯光设置应采用整体太阳光加局部泛光灯的模式，配上一定的光影效果后进行烘焙，利用本技术，将渲染完成的灯光、材质等效果导入到校园场景中来，达到校园内实时交互的效果。

2.8 后期制作

通过前面的制作，整个虚拟校园的静态演示初步完成，设计人员通过设置摄像机来调整移动轨迹，就可直接生成最初的漫游动画或静态图片。利用VR渲染和AE的后期剪辑配音，设计人员就可以让体验者得到效果精美的三维虚拟校园漫游体验了。

3 结论

三维虚拟校园漫游的实现，可以拓展学校对外宣传渠道，提升学校在社会上的声誉，也为设计人员参与到智慧校园建设提供了一定实践经验。

[1] 尹新梅，等编著，3ds Max三维建模与动画设计实践教程[M].北京：清华大学出版社，2011.

[2] 李杰光，等编著，3ds Max&VRay建筑全模型渲染火星课堂[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[3] 韩庆年.国外高校3D虚拟校园设计与应用评述[J].中国教育信息化，2012(9)：17-21.

[4] 赵筱斌.浙江建院数字虚拟校园漫游项目设计与开发[J].科技信息，2012(29)：20-21.

[5] 杨彬，赵建民，朱信忠，等.虚拟校园三维全景漫游技术研究[J].计算机工程与科学，2007,29(10)：26-28.

(责任编辑：游 涛)

Design and Realization of 3-D Virtual Campus Roaming System

Yu Haohai Zou Zhiwei

(Wuhan Engineering Institute, Wuhan 430080, Hubei)

By using 3D MAX，VR,AE and other software to develop three-dimensional virtual campus，this thesis takes the Jiangbei campus of Wuhan Engineering Institute as the researching object to provide some reference for the construction of three-dimensional virtual campus.

virtual campus； 3-D model； animation roaming

2016-07-22

2016-09-18

武汉工程职业技术学院2014年校级课题《虚拟校园漫游系统的设计与研究》(项目编号201423)研究成果

于浩海(1984～)，男，讲师.E-mail：34103558@qq.com

TP391

A

1671-3524(2016)04-0041-03