3Dmax 的交互式校园文化微景观漫游设计——以黄河交通学院为例

孔令强

（黄河交通学院 艺术设计系，河南 武陟 454950）

校园文化微景观是艺术设计的一个重要分支，且环境设计和数字媒体艺术两者具有很强的耦合性，故将3Dmax 与交互式漫游技术相结合，使校园空间中的公共艺术、建筑景观等设施得到良好的展示。在环境设计专业中，利用黄河交通学院校园空间中植被类型和人流路线的转化方法，呈现出动态的交互空间虚拟艺术。从数字媒体艺术专业来看，3Dmax 软件具有仿真度高、质量清晰、可与多种插件兼容以及适配多个系统等优点。[1]为此，将3Dmax 与Photoshop 以及交互虚拟技术相结合，以实现黄河交通学院校园文化微景观的交互式漫游。

1 交互式校园文化微景观漫游设计

黄河交通学院校园文化微景观漫游设计，主要分为可视化建模和交互式漫游两部分。ArcGIS 与CAD 用于对具有不规则地面和肌理区域进行建模；3Dmax 用于对地面凸起的建筑物、景观等物体建模；虚拟引擎实现整体景观的三维再现与交互漫游动作。

1.1 3Dmax 可视化建模

在电脑3Dmax 建模阶段，可以采用Vray 插件进行效果渲染以及材质给予。通过Vray 材质及灯光，来增加三维空间的真实效果，提高虚拟空间的仿真性。3Dmax 建模方法较多，前期也可利用SketchUp，而3Dmax 通过编辑样条线来建立所需的模型。建模时，漫游线路一定按照人的动线分布进行规划，实现整体流畅性。

在3Dmax 建模之前，需要通过CAD 软件创建黄河交通学院项目的平面及剖立面细节。通过CAD 绘制的总体平面图确定整体展示空间位置及漫游路线的选择。将CAD 以块的形式导入3Dmax 软件当中建立场景模型。在导入之前先确定3Dmax 软件的换算单位为毫米，方可导入CAD 平面。3Dmax 平台中的spline命令用于编辑样条线实现描摹和样条编辑，确定最终效果。通过上述实践，建立完整的黄河交通学院校园环境基础模型，通过Vray 插件来完成最终效果渲染。校园当中的公共艺术、校园景观文化及其重点区域设施都可以通过上述3D 建模方式实现。其流程如图1 所示。

图1 黄河交通学院漫游设计建模流程

3Dmax 最为重要的就是场景光源。丰富的光源不仅还原空间真实性，而且还会对漫游效果产生一定影响。Vray 渲染器用于渲染校园模型灯光，根据场景的不同，调节适当灯光参数。在渲染整体模型时，需要一个穹顶光起到主要光源作用、其他设置些辅助光源和调节体阴影效果的底光。3Dmax 建模完成后，通过在Photoshop 平台进行场景素材的编辑和界面制作，实现黄河交通学院校园景观肌理的真实性，最后采用交互式校园文化微景观漫游算法，在java3d 平台上设置动作脚本和路径来实现。[2]

1.2 交互式校园文化微景观漫游

校园空间云上漫游主要利用视平线及消失点在VR 虚拟空间中运动来实现场景的三维变换与交互，通过电脑操控或者VR 虚拟眼镜设备在云端进行漫游以获得真实场景感受。在虚拟现实平台中，x 坐标轴和y 坐标轴的方向分别为横向和纵向，且相互垂直不变，z 坐标轴方向为第一视角观察方向。在虚拟引擎当中漫游时，校园空间中静态物体的相对位置和坐标位置一定是固定不变的，观察路线由使用者进行选择和任意切换。[3]其漫游技术中的三维视点坐标位置如图2 所示。视线与z 坐标轴负方向角度为90°以内，当观察视线从O 点移动至K1 点时，观察视线需要从点O 依x 坐标轴负方向移动至点K3 再依Z 坐标轴负方向移动至点K1，移动过程中，满足|OK2|=|OK1|cos，|OK3|=|OK1|sin。

图2 三维视点坐标

建立原始消失点为（χ1，Ζ1），其至新坐标（χ2，Ζ2）点向前移动步数为s，可获取公式如下：

观察视线始于点O 移动至点Q2，因OQ2⊥OK1，可得∠Q2OQ1=θ，即：

设观察原始消失点为（χ1，Ζ1），其至新坐标（χ2，Ζ2）点向左移动步数为s，可获取公式如下：

同理可知，当θ 存在于另三个象限时，设观察原始视线为（χ1，Ζ1），至新坐标（χ2，Ζ2）点向前移动步数为s，均可获取式(1)。

当θ 存在于另三个象限时，设观察原始视线为（χ1，Ζ1），至新坐标（χ2，Ζ2）点向左移动步数为s，均可获取式(3)。

设观察原始视线为（χ1，Ζ1），其至新坐标（χ2，Ζ2）点向后移动步数为s，可获取公式如下：

设观察原始视线为（χ1，Ζ1），至新坐标（χ2，Ζ2）点向右移动步数为s，可获取公式如下：

以上可以看出，视点坐标随视角方向改变而改变，且改变方向以及距离与实现移动方向以及距离相同。

将得到的公式与Java3D 技术相结合，获取交互式校园文化微景观漫游算法如下：

由以上数据可知在Java3D 引擎中设定动作脚本以及路线，键入完整程序后，方可实现校园文化微景观交互式漫游，以达到预期效果。

2 实验方法检测

本文采用该方法在windows 10 操作系统上进行测试。进入系统操作界面后，点击“Enter the scene”按钮，会看到十字光标及其学校大门场景展示界面。场景画面的入口界面采用尚德校区为主。[4]界面配有十字光标，操作易上手，“return”导航键设置在键盘的Enter，左上角设置漫游场景光标，仅滑动中间圆点的方向键便可进入游览，如图3 所示。

图3 效果展示界面

“Auto navigation mode”是按照最初3Dmax 已设定好的路线分布进行漫游，会提供三种不同的线路。在漫游当中使用者也可改变路径，单击鼠标或键盘，操作系统将会转变成人工控制。通过“Auto navigation mode”展示黄河交通学院的整体场景，让师生更直观、清晰地观察校园整体及空间信息，更加方便新生入学提前了解学校概况。[5]

“Autonomous choice mode”可以让使用者随意变换路线及停留时间。“Auto navigation mode”进行初步探索后，用户可以切换到“Autonomous choice mode”，更有利于细致的欣赏和了解黄河交通学院校园风光，点击鼠标左键自动切换，师生可以通过操作键盘鼠标或者VR 虚拟设备在校园场景中，自由控制漫游的时间、角度和方向。在“Autonomous choice mode”过程中，当第一视角出现遮挡物体或建筑时，系统会自动默认从该物体中以第一视角穿过；当出现高于3Dmax 所设定的第一视角物体时，系统会自动停止移动，使用者可通过调整路线绕过物体，或调整视角进行观察，使师生可以身临其境的去感受“Autonomous choice mode”所带来的漫游效果。

3 结论

3Dmax 因其强大的建模功能而被广泛应用于室内、建筑、景观及其动漫设计。本文结合两门专业优势进行互补与整合，提出了一种基于3Dmax 的交互式校园文化微景观漫游方法，并通过windows 10 操作系统对该方法进行测试。测试结果表明，该方法满足黄河交通学院校园文化微景观交互式漫游需求，且操作简单，漫游效果好。