3D虛擬技術中建筑漫游動畫的實踐

梁蕾

摘要隨著計算機技術和多媒體技術發展，3D虛擬技術也日益發展與成熟。它創造了一個虛擬現實環境下的三維圖形世界，在視、聽、觸摸等方面可以逼真體驗。目前，3D虛擬技術也運用到了建筑行業，因此，建筑漫游動畫實踐將變得越來越重要。

關鍵詞虛擬技術；建筑；漫游；動畫；實踐

隨著計算機硬件技術和多媒體技術發展，建筑漫游動畫隨著虛擬現實技術發展也成為了建筑行業一個新領域。近幾年，建筑漫游動畫將3D虛擬技術應用到城市規劃、建筑設計等，其前所未有的人機交互性、真實建筑空間感、能模擬真實的漫游穿越等特性，都是傳統方式所無法比擬的。

13D虛擬技術

目前，3D虛擬技術已成為一種全景圖像展現更獨特的新興技術。它把計算機技術和圖形圖像結合起來，在表現上借助了圖形圖像技術、人工智能技術、互聯網技術、多媒體等多種綜合技術運用，模擬出真實或虛擬的視覺，實現了從二維圖形到三維空間的轉變，創造了一個實時反映事物變化與相互作用的三維世界。

2建筑漫游動畫

建筑漫游動畫運用三維設計軟件，以現實中的建筑為依據，在技術中采用動畫虛擬數碼技術結合電影的表現手法，根據建筑、園林、室內等設計圖紙，將要表現的各個部件提前演繹展示。建筑動畫鏡頭無限自由，可以全景方式給人展示整個建筑設計的三維空間效果。

3 3D虛擬技術運用在建筑漫游動畫的優勢

近幾年，3D虛擬技術引入到了建筑漫游動畫中表現出了它極大的優勢。首先3D虛擬技術代替了傳統的建筑圖紙設計、建筑沙盤模型和靜止三維建筑效果圖，能有效地改善傳統建筑設計展示形式的缺陷。其次，3D虛擬技術可以構建出外景與內景，向客戶展示整個建筑的結構布局。最后3D虛擬技術和多媒體技術綜合運用，在建筑漫游動畫設計中加入動畫、圖像、文字、聲音等，并模擬室內光照效果與自然天氣，可以實現多種環境效果實時切換。

4建筑漫游動畫的實踐

建筑漫游動畫工作流程可分為3個階段：前期、中期、后期。

1）建筑漫游動畫前期。建筑動畫的前期準備決定了整個工作的成敗。根據CAD圖紙等相關資料進行整體效果、主場景表現、鏡頭運動軌跡等方面進行總體規劃，制定出建筑的風格、漫游動畫的定位、分鏡、鏡頭運動設計、視覺美感效果、音樂效應和鏡頭畫面的切換結合等，提出每一項工作的解決方法。

2）建筑漫游動畫中期。（1）模型制作。做好前期準備工作后，就可以進行建筑模型制作了。根據前期工作規劃將建筑平面資料或城市規劃圖紙以三維模型展現出來。建模的原則要表現出必要細節，反映出整體項目的確定點和優勢點，顧及到外景（天空、遠景、樹木、人物、噴泉）與內景（建筑）相互襯托。（2）材質制作。建筑模型完成后，根據建筑模型設計風格制作貼圖材質。材質是建筑漫游動畫中不可缺少的技術之一。設置了模型材質后，使對象表面更加逼真，模擬了真實世界的自然物質，反映了建筑模型的特性，烘托了整個建筑真實感和表面的視覺沖擊力。（3）燈光的運用。燈光的特效性質，會對場景產生很強烈的影響，是烘托建筑效果的重要方式。在設置燈光中，主要運用Vray燈光來實現。Vray在3D虛擬世界中模擬陽光照明具有自己獨特的優勢，仿佛真實世界的太陽光一樣。在材質與燈光的關系中，不同屬性的光源照射到物體上會產生不同的變化，如燈光的顏色、燈光的強度、燈光的照射角度、燈光的距離等。在打燈光時，要考慮場景的材質與天氣變換、時間變換等因素對照明的影響，最終的效果是讓虛擬中景物貼近現實生活。（4）漫游動畫實現。將攝影機的動畫按照腳本的設計和表現方向調整好，根據整個建筑的走向來設置漫游動畫。建筑漫游動畫最常用的動畫分為兩種：一種是通常所說的建筑漫游，即整個場景都是靜止的，只是鏡頭在這個場景中運動，但這類的場景變化來說也是比較復雜的，需要加入人物，動物，植物，水面動車等角色動畫，能制作很真實的動畫效果；另一個就是角色動畫，如人物、汽車、火車、飛機等運動動畫，把場景中需要編輯成動畫，將相機動畫渲染制作成動畫預覽，接著剪輯、合成、制作成模擬動畫。通過攝影機的鏡頭來確定最終角色的運動路線、運動速度和故事情節的連接。

3）建筑動畫后期。3D建筑漫游動畫的鏡頭運動效果是按照分鏡效果來設定的，通過攝影機運動軌跡來實現的。將攝影機綁定到事先設計好的運動路徑上，設置關鍵幀，路徑動畫就設置成功了。再通過渲染每一個鏡頭動畫并轉化為視頻或圖像，將視頻或.TGA動畫序列導入視頻合成軟件中，加入過場特效、字幕、動畫配音等。再經過后期剪輯合成，一部完整的建筑漫游動畫將呈現出來。

5建筑漫游動畫核心技術實踐

建筑漫游動畫表現的核心是建筑主體，同時要把建筑、環境、人結合起來形成一個和諧共處的空間。高品質、環保的生活環境也是必須要考慮。如建筑周邊綠化環境：花草樹木、天空、水面、綠山；還需要表現動態場景：人物、車輛、動物。以上場景建設在建筑漫游動畫表現尤為復雜，這也是建筑漫游動畫實現的核心技術。

5.1建筑建模技術

建筑動畫建模中，常采用多邊形建模的方法。多邊形建模是把要建的模型轉化為一個可編輯的多邊形對象，然后對子對像點線面進行編輯和修改?？删庉嫸噙呅螌ο蟀琕ertex（節點）、Edge（邊界）、Border（邊界環）、Polygon（多邊形面）、Element（元素）5種子對象模式。多邊形建模在創建復雜表面時，細節部分可以任意加線，在結構穿插關系很復雜的模型中優勢明顯；而另一種是曲面建模方法，創建的物體表面由直線組成，在建筑方面用得也較多。

5.2用貼圖技術呈現樹木

模型是建筑的骨架，貼圖就是建筑的衣裝，貼圖可以為建筑模型造型添彩潤色。目前這種效果的實現將通過植物貼圖貼在平面物體進行3D技術處理，模擬樹木或其它植物。為了更好地體現出植物的真實性，在3D虛擬技術中須完成植物貼圖制作流程：

1）首先要有相應的植物貼圖，如有特殊需要的植物貼圖可通過PS軟件對真實植物照片處理得到。在制作中，每張植物貼圖都應該附有一張黑白通道貼圖。

2）在3D制作軟件中，打開Material Editor（材質編輯器），為其Diffuse（漫反射材質）通道貼入植物貼圖，在Opacity（透明度）通道貼入黑白貼圖，將物體Self ilhmination（自發光）改為100；在明暗器基本參數中，要勾選材質的雙面顯示，這樣在攝影機的狀態下才能顯示。

3）場景中的植物是有多樣性的，一般建筑動畫遠景鏡頭都會準備3種以上顏色的植物，不同的顏色能較好模擬遠景植物的效果。在3D制作時，使用Edit Mesh命令，再對polygon級別設置材質的id號，對多面材質（Multi/sub-Ob ject）選植物不同的面進行不同的材質編輯。在貼圖方面：以樹為主要，使用十字交叉平面完成樹木，然后把透明通道打開，讓越黑色部分顯得越透明，這樣渲染出來才有樹的立體效果；另外一種制作方法也可以使用SpeedTree插件制作植物。

5.3建筑漫游動畫中解決人物顯示

1）用貼圖完成人物。使用貼圖完成人物通過創建單個平面物體后，將人物的彩色和黑白圖片分別貼入Diffuse（漫反射材質）通道和Opacity（透明度）通道。但是不要用十字交叉平面貼入角色貼圖，否則側面觀察會失真。用平面貼圖渲染速度快，貼圖為真實照片，人物真實，適合大面積推拉鏡頭使用。

2）用RPC插件完成人物顯示。RPC是建筑動畫不可缺少的制作利器，它可以輕松地為三維場景加入人物，動物或植物等有生命的配景，以及車輛、動態噴泉和各種生活中常用的設施，并能在燈光下產生真實投影和反射效果。

3）導入3Ds max或Maya軟件制作好人物模型。人物也可以在3Ds max或Maya軟件制作好人物模型再合并到建筑動畫場景。但需要在Customize（自用戶定義）菜單中選擇Configure User Paths（用戶路徑設置）命令，單擊Add按鈕，添加貼圖路徑，將其路徑指向配套貼圖所有的文件夾，否則可能會出現貼圖丟失。

5.4建筑動畫中特效實踐

建筑動畫片是建筑藝術片，是建筑空間的表現與視聽藝術的完美結合。因此除了實現完美建筑之外，還需加入視覺效果，比如：噴泉、水簾、水面鏡頭，云、下雨、下雪等，增加了動畫的感染力。在3D軟件中，可以使用粒子系統和動態貼圖兩種方法實現；另一種方法可用RPC插件實現以上特效。

隨著3D虛擬技術越來越成熟，建筑漫游動畫也推動了數字城市的發展，極致地發揮了它的應用價值，得到了設計者和需求者的青睞。