基于3ds MAX和Unity 3D的湘瓷工艺虚拟场景设计与实现

邓 卉

（湖南科技职业学院，湖南 长沙 410004）

1 湘瓷工艺场景复原思路

1.1 湘瓷工艺的历史背景

“湘瓷”主要是指湖南本土的陶瓷产品。“在陶瓷史上，湖南是重要的发源地，它是世界上已知的原始陶器、原始白瓷与高温铜红釉彩瓷的发源地，是中国瓷艺高峰—釉下五彩工艺的原产地。”本文中的湘瓷工艺仿真场景的设计主要采样于长沙铜官窑和醴陵窑。长沙窑产品以青釉为主，器物为家用寻常品，壶和罐的造型多样，其突出成就是创烧了釉下彩绘装饰新工艺。另一方面，湘瓷与湖湘文化也具有天然的联系，文化是瓷器的灵魂，它生动诠释了“敢为天下先”的湖湘精神，传承湖湘精神、培养湘瓷人才是我们义不容辞的责任与担当。

1.2 湘瓷工艺仿真场景的制作思路

湘瓷工艺仿真场景的制作主要按照以下思路进行：首先，在前期的采样阶段，通过文献查阅和实地考察将场景布局和比例确定下来。其次，利用三维建模技术对场景外观高度还原。一般认为建模技术是整个虚拟现实系统的根基。所以，采用恰当而精确的建模技术是虚拟仿真的基础。从制作效率上考量，本项目采用3ds Max 2019对窑口虚拟场景进行三维建模。第三个阶段，Unity 3D引擎作为虚拟项目通用的设计与开发平台，适用的范围非常广泛，功能也越来越丰富。3ds Max制作的三维场景分体模型将以obj格式导入到Unity 3D中，结合其强大的地形编辑和天空盒资源，构建出逼真的湘瓷制作的虚拟场景。

2 湘瓷工艺仿真场景的实现

2.1 基于文献和实地考察的采样

基于对此虚拟仿真项目的整体分析，在对场景建模之前需要收集长沙铜官窑窑址相关数据以完成对湘瓷工艺仿真场景的场景设计。在实地考察之后发现长沙铜官窑遗址的图纸具体数据不能获取，由此，采用了文献整理及拍摄实景素材照片的方法为之后的虚拟仿真场景的设计规划提供依据。

在此采样环节中，主要采集了三类数据：第一，窑口主体尺寸数据：作为湘瓷工艺仿真实训系统的主体，了解它的尺寸至关重要，这是建模的基础。仿真窑口场景参照谭家坡龙窑遗址。龙窑谭家坡1号是窑内保存最完整的一座，根据测量总长约在40米，窑口为半地穴式，坐南朝北，坡度9-23度不等。遗址在内部整体共三大部分：制胚区、烧制区、废料区。制胚区和废料区则主要为简易的木结构古建。第二，长沙窑港口船只形态。盛极一时的唐代长沙窑是一个在当时规模很大的窑口。因此，在几乎整个中国地区和亚非的近30个国家都有陆续出土长沙窑瓷器。1974年，在宁波出海口附近的一艘沉船中发现了近百件长沙窑青釉彩瓷，1999年6月，在印尼海域打捞的“黑石号”沉船上有近6万件长沙窑的瓷器。由此，虚拟场景的规划中也将以长沙窑遗址公园中“黑石号”沉船复原模型为原型制作海上长沙窑港口出海船只。第三，场景贴图拍摄。在虚拟窑洞场景的构建中，模型贴图的真实性是实现沉浸感的关键因素之一。在实地考察中，长沙窑窑口主体为砖石结构，砖石层叠堆砌而成，表面不平，粗犷而原始。利用单反摄影器材为窑洞墙面及陶瓷文物分别从4个方向，每个方向选取4个角度进行拍摄。以此作为场景三维模型的贴图依据。

2.2 湘瓷工艺场景建模关键技术

2.2.1 基于3ds Max的湘瓷工艺场景分工复原

基于3ds Max对于湘瓷工艺场景的复原主要包括两个部分，一是对长沙窑窑口场景的复原；二是对长沙窑遗址公园中“黑石号”沉船模型为原型进行复原。

第一，窑口场景复原。建立长沙窑窑口场景复原三维模型是一项工程量非常大的工作。项目组按照长沙窑龙窑遗址中的三个部分将整个场景模型设计为三个区域，不同区域风格近似，制作工程中重复的元素相互共享，制作出的三个分体窑口模型在Unity 3D中组合到一起。以烧制区场景建模为例。首先，窑口山体建模。将3ds Max的单位设置为米，利用多边形建模的方法，从基本长方体入手，长、宽、高的分段都为2。然后在点层级下调整基本型，在线层级下连接必要的结构线，一步步呈现出上窄下宽的椭圆样式。完成初级造型工作后，在面的层级下利用挤出命令和点的调整，完成内部近似“洞”的形态。最后再利用基本长方体、圆柱体、面等创建制胚区和废料区的简易房屋单体三维模型，如窗户、门、柱子、瓷器等。在这个过程中，只需要对应之前采集的相关图片及数据将基本的结构特征通过简单的布线创建出来，不需要作出过多的细节。因为在VR场景建模过程中，特别要注意优化模型，单体模型不能超过4万个面，否则文件的容量非常大就会直接影响后期的交互功能的实现。场景模型中的采用的贴图主要来自实地拍摄的采样，效果非常真实。但要注意以下几点：首先要运用PS对图片进行裁剪和调色，最大尺寸为2048像素，将其保存为PNG格式，带通道的图片为32位TGA格式，并用英文对贴图文件命名，以免导入到Unity 3D中不能识别。在材质编辑时，在3ds Max中只使用了标准材质，增加墙面的粗糙原始感，环境光等其他效果都在Unity 3D中实现。

第二，“黑石号”沉船复原。首先，将长沙窑遗址公园中“黑石号”沉船模型的正面及侧面照片，分别导入到3ds Max的前视图和侧视图创建的平面的漫反射贴图通道中作为参考。然后，利用多边形建模，从长方体入手分别参照侧视图、顶视图和前视图连接线调整点调整船体轮廓，并在顶面挤出船体顶面的凹陷，由此完成船体的主体外型。在此之后，利用相类似的方法参考图片创建出船舱单体模型放置在船体上部。最后，利用样条线建模结合多边形建模方法创建锚、桅杆、船帆、船桨、铁链等附属模型单体。在此过程中要注意模型布线要均匀。“黑石号”沉船为木质结构船，其模型的贴图主要来自线上贴图资源库中木纹的贴图。先将船体的UV分别展好，注意线的缝合点，将贴图赋予漫反射贴图通道并调整粗糙感。

2.2.2 基于Unity 3D的湘瓷工艺仿真场景构建

在Unity 3D中构建湘瓷工艺仿真场景的过程按照以下步骤进行：第一，在Unity 3D中导入美术资源。首先新建一个Unity工程文件，在3ds Max中创建完成的窑口分体模型、“黑石号”沉船模型及一些模型单体直接打包导出并以fbx格式保存到Unity 3D工程文件夹assets中。那么，在project窗口中就可以看见三维模型了。在文件菜单栏新建一个新的场景，将模型直接拖到scene窗口。第二，设置灯光。灯光主要作用在于照亮场景及烘托气氛。新建derectional light，使用平行光并调整好光照的角度和亮度，最后打开阴影。当然，在后面的编辑阶段还需要对灯光参数进行调整。第三，绘制地形。场景复原中还要考虑许多与之共存的元素，如天空、草地等，它能起到提高场景真实性及丰富性的作用，这一步非常重要。绘制的地形包括天空盒、地面、植被等。场景在构建时一定要进行优化，在用户体验过程看不见的模型的面要删除，塌陷同一种贴图的对象，这样可以加快项目运行的速度。

3 结束语

本文阐述3ds Max与Unity 3D相结合创建湘瓷工艺仿真场景的过程。基于对此虚拟仿真项目的整体分析，首先，长沙铜官窑窑址相关数据以完成对湘瓷工艺仿真场景的场景设计。然后，基于 3ds Max对于湘瓷工艺场景模型分工复原。最后，在Unity 3D中构建出整体场景。制作结果表明，用这种方法创建的湘瓷工艺仿真场景相对来说较为逼真，而且效率较高，为湘瓷工艺流程实训系统交互的实现提供了有力的支撑。