南京郵電大學(xué)2010屆地理信息系統(tǒng)專業(yè)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　南京郵電大學(xué)</b></p><p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p>　　日期：2010年3月15日至 2010年6月18日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　虛擬現(xiàn)實(shí)，或虛擬實(shí)境（Virtual

2、 Reality），簡(jiǎn)稱VR技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境，是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三度空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時(shí)、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。使用者進(jìn)行位置移動(dòng)時(shí)，電腦可以立即進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，將精確的3D世界影像傳回產(chǎn)生臨場(chǎng)感。該技術(shù)集成了計(jì)算機(jī)圖形（CG）技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助生成

3、的高技術(shù)模擬系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代科技與信息的發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)之一。</p><p>　　本文基于南京郵電大學(xué)的仙林校區(qū)教學(xué)區(qū)及其主要生活區(qū)域，利用CAD、3Ds Max以及VRP軟件，建立了其校園虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，完成了校園的可視、漫游等功能的實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　首先，對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)有一個(gè)概念性的介紹，然后圍繞著南京郵電大學(xué)的虛擬演示及三維互動(dòng)這個(gè)課題，講述了三維建模技術(shù)、

4、渲染技術(shù)、烘培技術(shù)和人機(jī)交互技術(shù)。介紹了其中所涉及的相關(guān)軟件，以及其中所涉及到的技術(shù)。對(duì)于課題的完成過程作了比較詳盡的描述，包括其中注意的細(xì)節(jié)，遇到的困難以及解決方法。</p><p>　　其次，通過南京郵電大學(xué)校園場(chǎng)景的模型建立、渲染、烘焙、交互等技術(shù)的結(jié)合，構(gòu)造建立出了一個(gè)較為生動(dòng)的三維校園。人們可以通過方向鍵盤在運(yùn)行界面中進(jìn)行校園漫游，展示了南京郵電大學(xué)的校園風(fēng)貌，讓更多的人了解南京郵電大學(xué)。這是地理信息系

5、統(tǒng)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的一個(gè)典型應(yīng)用。</p><p>　　最后，對(duì)于此項(xiàng)課題進(jìn)行總結(jié)和相關(guān)后續(xù)發(fā)展的論述，例如網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的發(fā)布，相關(guān)技術(shù)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用等，結(jié)合本專業(yè)的知識(shí)論述了此項(xiàng)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)，3Ds Max，VRP，建模，渲染，烘焙</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p>

6、;<p>　　Virtual reality (VR) is a term that applies to computer-simulated environments that can simulate places in the real world as well as in imaginary worlds. Most current virtual reality environments are primar

7、ily visual experiences, displayed either on a computer screen or through special stereoscopic displays, but some simulations include additional sensory information, such as sound through speakers or headphones. Some adva

8、nced systems now include tactile information, generally known as force fee</p><p>　　Based on the Nanjing University of Posts and Telecommunications Xianlin campus teaching areas and the main living area, thi

9、s paper takes use of the software such as CAD, 3Ds Max, VRP to build the campus virtual reality platforms, realize visual campus, roaming and other functions.</p><p>　　First of all, the concept of virtual re

10、ality technology is introduced firstly. Nanjing University of Posts and Telecommunications is taken as the test virtual space, the 3D modeling technology, rendering, bake and virtual wandering skills have been discussed

11、respectively. Then the paper introduces which involves software, and in which the technology involved. It completes the process for the subject made a more detailed description, including the attention to details the dif

12、ficulties encountered</p><p>　　Furthermore, with the adoption of kinds of technology such as modeling, rending, baking, a vivid 3D campus of Nanjing University of Posts and Telecommunications has been set up

13、. People can ramble in the virtual campus atmosphere with the help of the control keyboard or the mouse, and the mien of Nanjing University of Posts and Telecommunications is revealed. This successful case can be looked

14、as a typical application system of virtual reality technology.</p><p>　　Finally, the subjects were reviewed and discussed the development of related follow-up, such as network platform release, the relevant

15、technology, practical applications, combined with the professional knowledge on this technology in various fields.</p><p>　　Key words: Virtual Reality; 3Ds Max; VRP; modeling; rendering; bake.</p><

16、;p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1選題背景1</b></p><p>　　1.1.1虛擬現(xiàn)實(shí)概述1</p><p>　　1.1.2虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用1</p>

17、<p>　　1.2虛擬校園概況2</p><p>　　1.2.1虛擬現(xiàn)實(shí)校園的發(fā)展2</p><p>　　1.2.2虛擬現(xiàn)實(shí)校園平臺(tái)技術(shù)2</p><p><b>　　1.3論文框架4</b></p><p>　　第二章 校園建模技術(shù)的分析與對(duì)比5</p><p>　　2.1

18、常見建模技術(shù)5</p><p>　　2.1.1 MultiGen Creator建模5</p><p>　　2.1.2 Maya建模6</p><p>　　2.1.3 3Ds Max建模6</p><p>　　2.2校園建模相關(guān)技術(shù)7</p><p>　　2.2.1模型和材質(zhì)的建立與編輯7</p>

19、;<p>　　2.2.2渲染技術(shù)8</p><p>　　2.2.3烘焙技術(shù)11</p><p>　　2.2.4漫游技術(shù)11</p><p>　　第三章 校園模型的建立13</p><p>　　3.1前期處理13</p><p>　　3.1.1 前期處理的原因13</p><

20、;p>　　3.1.2 CAD圖樣編輯13</p><p>　　3.2將CAD導(dǎo)入3Ds Max15</p><p>　　3.3 3Ds Max建模16</p><p>　　3.3.1 多邊形細(xì)致建模16</p><p>　　3.3.2 紋理貼圖建模20</p><p>　　3.3.3地面的建造22&l

21、t;/p><p>　　3.3.4校園環(huán)境23</p><p>　　第四章 校園場(chǎng)景的渲染烘焙24</p><p>　　4.1燈光處理24</p><p>　　4.1.1定向投射類燈光24</p><p>　　4.1.2日光投射25</p><p>　　4.1.3環(huán)境效果26</p

22、><p>　　4.2渲染處理27</p><p>　　4.3烘焙處理28</p><p>　　第五章 校園場(chǎng)景虛擬漫游的實(shí)現(xiàn)29</p><p>　　5.1 前期工作29</p><p>　　5.2模型的導(dǎo)入29</p><p>　　第六章 結(jié)論與展望32</p>&l

23、t;p>　　6.1校園虛擬漫游平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)32</p><p>　　6.2疑問與解答32</p><p>　　6.2.1大量的數(shù)據(jù)32</p><p>　　6.2.2 樹木的建立32</p><p>　　6.3虛擬現(xiàn)實(shí)的未來發(fā)展34</p><p><b>　　結(jié)束語35</b>&

24、lt;/p><p><b>　　致 謝36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1選題背景</b></p><p>　　1.

25、1.1虛擬現(xiàn)實(shí)概述</p><p>　　虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR；又譯作靈境、幻真）是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時(shí)、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。VR是一項(xiàng)綜合集成技術(shù)，涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)交互技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域，它用計(jì)算機(jī)生成

26、逼真的三維視、聽、嗅覺等感覺（虛擬現(xiàn)實(shí)的3“I”特性：immersion-interaction-imagination，即沉浸—交互—構(gòu)想），使人作為參與者通過適當(dāng)裝置，自然地對(duì)虛擬世界進(jìn)行體驗(yàn)和交互作用。使用者進(jìn)行位置移動(dòng)時(shí)，電腦可以立即進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，將精確的3D世界影像傳回產(chǎn)生臨場(chǎng)感。該技術(shù)集成了計(jì)算機(jī)圖形（CG）技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯示技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)并行處理等技術(shù)的最新發(fā)展成果，是一種由計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助生成的高

27、技術(shù)模擬系統(tǒng)。</p><p>　　虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)生最早可追溯到上個(gè)世紀(jì)初，1929年，Edwin Link設(shè)計(jì)了一種競(jìng)賽乘坐器，它使得乘坐者有一種在飛機(jī)中飛行的感覺。Link飛行模擬器是虛擬現(xiàn)實(shí)幾個(gè)先驅(qū)中的一個(gè)。40年代初，在美國(guó)以 Edwin Link命名的公司與 Admiral DeFlorez公司一起，為了減少訓(xùn)練飛機(jī)駕駛員的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)，正式開始了飛行模擬器的設(shè)計(jì)和研制工作。以后虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的

28、發(fā)展道路，一直到上個(gè)世紀(jì)九十年代才得到飛速的發(fā)展。</p><p>　　1.1.2虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用</p><p>　　虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)在國(guó)內(nèi)外廣泛的應(yīng)用，以及深入的發(fā)展。當(dāng)今VR技術(shù)已發(fā)展為幾大方向：虛擬戰(zhàn)場(chǎng)仿真、虛擬城市規(guī)劃、虛擬裝配、三維可視化地理信息系統(tǒng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)等。成為一項(xiàng)綜合性極強(qiáng)的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)規(guī)劃，建模仿真，教育訓(xùn)練，醫(yī)學(xué)，建筑業(yè)，藝術(shù)與生活?yuàn)蕵贩矫妗?lt;/p&g

29、t;<p>　　隨著電子計(jì)算機(jī)科學(xué)的興起及現(xiàn)代意義上的地理信息系統(tǒng)的問世，將虛擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)現(xiàn)推向了更為真實(shí)以及可參考性和實(shí)際意義方面。而今以虛擬技術(shù)和GIS技術(shù)為代表的真三維技術(shù)的出現(xiàn)從根本上打破了人類在地理空間信息表達(dá)和處理方面的限制，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)成為地理信息系統(tǒng)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。國(guó)家測(cè)繪局著手辦理的一些項(xiàng)目，加快虛擬現(xiàn)實(shí)以及數(shù)字中國(guó)地理空間框架建設(shè)。逐步在網(wǎng)絡(luò)上形成了以便民形式的三維城市導(dǎo)向性質(zhì)圖集（圖1.

30、1）。同時(shí)推動(dòng)數(shù)字省區(qū)、數(shù)字區(qū)域建設(shè)，從而形成完整的、功能齊全的數(shù)字中國(guó)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、資源共享。便利人們生活的同時(shí)，也向外界展示了城市、亦或是某一地區(qū)的風(fēng)采。</p><p>　　圖1.1 網(wǎng)絡(luò)中常見的南京郵電大學(xué)三牌樓校區(qū)3D視圖</p><p>　　Fig 1.1 The view in 3D scene of NUPT Sanpailou Campus in the netwo

31、rk</p><p>　　本文著重于虛擬現(xiàn)實(shí)的校園數(shù)字化平臺(tái)。在數(shù)字化城市平臺(tái)的基礎(chǔ)上，將虛擬現(xiàn)實(shí)的著重點(diǎn)落于大學(xué)校園的范圍之內(nèi)。實(shí)現(xiàn)校園的虛擬漫游，在虛擬校園構(gòu)建的同時(shí)，向外界展示了南京郵電大學(xué)的風(fēng)采。</p><p><b>　　1.2虛擬校園概況</b></p><p>　　1.2.1虛擬現(xiàn)實(shí)校園的發(fā)展</p><p&

32、gt;　　虛擬校園漫游系統(tǒng)作為校園數(shù)字化工程的一部分，是指利用高性能計(jì)算機(jī)軟硬件去創(chuàng)建具有良好交互能力、能使參與者具有沉浸感、有助于啟發(fā)參與者構(gòu)思的信息環(huán)境。借助這樣一個(gè)基于真實(shí)空間或假象空間的實(shí)時(shí)仿真虛擬空間，不僅可以全面展示校園建筑物的外觀、周邊環(huán)境，還可以以任意視角觀察建筑物的內(nèi)部布局結(jié)構(gòu)和內(nèi)部設(shè)施，使參觀者足不出戶就可以進(jìn)入虛擬的校園，盡情領(lǐng)略校園的美好風(fēng)光。</p><p>　　目前各高校在許多領(lǐng)域都進(jìn)

33、行了相關(guān)的課題研究，對(duì)科學(xué)技術(shù)研究具有很大的促進(jìn)作用，如：清華大學(xué)在臨場(chǎng)感的研究頗具特色。香港中文大學(xué)在人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)以及服務(wù)器的處理。此外，北京航天航空大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)等均在虛擬校園方面有了較為顯著的實(shí)現(xiàn)成果。隨著網(wǎng)絡(luò)教育的深入，人們已經(jīng)不滿足于對(duì)校園環(huán)境的瀏覽，基于教學(xué)、教務(wù)、校園生活的三維可視化虛擬校園呼之欲出，人們需要一個(gè)完整的虛擬校園體系。</p><p>　　1.2.2虛擬現(xiàn)實(shí)校園平臺(tái)

34、技術(shù)</p><p>　　常見的三維場(chǎng)景建模方法優(yōu)缺點(diǎn)的分析：</p><p>　　（1）利用傳統(tǒng)GIS中二維線劃數(shù)據(jù)及其相應(yīng)的高程屬性進(jìn)行三維建模，各建筑物表面還可加上相應(yīng)的紋理，此方法的建模方式可以大大節(jié)省實(shí)現(xiàn)三維可視化的時(shí)間，而且便于管理和開發(fā)地理信息。但一般GIS只有二維拉伸功能，稱為2.5維，僅展現(xiàn)了平面信息，其高度只是作為屬性信息關(guān)聯(lián)于其中，未實(shí)現(xiàn)真正意義上的三維效果。采用這種

35、方法只局限于平頂建筑物的三維重建，而對(duì)于那些拱頂、圓頂?shù)慕ㄖ飫t不能滿足要求，難以勝任逼真三維場(chǎng)景的建立。</p><p>　　（2）Multigen Creator虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用軟件環(huán)境，是專門為的虛擬場(chǎng)景實(shí)時(shí)漫游設(shè)計(jì)的建模工具，有良好的用戶交互界面，而且它建立的模型較小，不會(huì)影響虛擬環(huán)境的實(shí)時(shí)性，但并不能滿足精細(xì)模型的創(chuàng)建需求，而且它不具備空間分析的功能，不利于建立高精度的數(shù)字校園基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)和基礎(chǔ)設(shè)施信

36、息庫(kù)。</p><p>　　（3）利用數(shù)字航空遙感立體像對(duì)為基礎(chǔ)建立三維模型，該方法建模速度快自動(dòng)化程度高，但是由于受飛行高度、續(xù)航能力、姿態(tài)控制、全天候作業(yè)能力以及大范圍的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)能力較差等因素的限制，并且航空像片遙感像片的影像缺乏建筑物側(cè)面的幾何數(shù)據(jù)和紋理信息。</p><p>　?。?）激光掃描重建物體精確的幾何模型。航空激光掃描系統(tǒng)和地面激光掃描為我們快速自動(dòng)重建模型提供了更快捷的

37、方法。航空激光掃描如用LIDAR獲得的DSM數(shù)據(jù)和IKONOS影像以及地面攝取的紋理進(jìn)行數(shù)字城市的建模；地面掃描系統(tǒng)如Leica的Cyrax，測(cè)量距離為100米，量測(cè)精度達(dá)2毫米，其速度可達(dá)每秒1000個(gè)點(diǎn)。但是無論航空還是地面掃描系統(tǒng)，其價(jià)格均十分昂貴。</p><p>　　實(shí)際上三維模型的建立是和相應(yīng)的數(shù)據(jù)源相輔相成的，一直以來原模型數(shù)據(jù)的獲取難以實(shí)現(xiàn)快速、精確高效的現(xiàn)實(shí)，嚴(yán)重制約著三維GIS的進(jìn)一步發(fā)展和廣

38、泛使用。</p><p>　　以上，一個(gè)完整的虛擬校園模型可以用流程圖表的形式清晰的表現(xiàn)出來（圖1.2）。</p><p>　　圖1.2 虛擬校園三維構(gòu)建的流程</p><p>　　Fig 1.2 The process of three-dimensional building virtual campus</p><p>　　在這里有必要

39、說明的是，基于以上流程的建模方式費(fèi)用低廉、可操控型高、紋理表達(dá)真實(shí)；缺點(diǎn)是需時(shí)長(zhǎng)，需要較高能力人員，且在對(duì)已知物體建模時(shí)缺乏精度，且需要額外的測(cè)量工作,其中建模數(shù)據(jù)量較大難以滿足實(shí)時(shí)渲染對(duì)數(shù)據(jù)量的要求是此項(xiàng)方案技術(shù)限制的瓶頸，因此基于此方法的三維模型必須要進(jìn)行優(yōu)化處理、消除冗余數(shù)據(jù)才能滿足虛擬漫游系統(tǒng)要求。</p><p><b>　　1.3論文框架</b></p><p

40、>　　本文研究以南京郵電大學(xué)仙林校區(qū)為對(duì)象，借助AutoCAD、Photoshop、3ds max建模軟件和VRP虛擬仿真軟件開發(fā)桌面型虛擬校園漫游系統(tǒng)。共計(jì)六章，具體結(jié)構(gòu)如下：</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　本章簡(jiǎn)要的介紹了研究背景，虛擬現(xiàn)實(shí)的相關(guān)發(fā)展，一些成品效果以及研究趨勢(shì)，總結(jié)了本文的主要內(nèi)容流程。</p&g

41、t;<p>　　第二章 校園建模技術(shù)的分析與對(duì)比</p><p>　　本章首先對(duì)各種建模技術(shù)總體介紹，其次對(duì)建模過程中的相關(guān)軟件和細(xì)節(jié)進(jìn)行對(duì)比和分析，采納出最終方案。</p><p>　　第三章 校園模型的建立</p><p>　　本章對(duì)于校園建模的方式給出了多邊形細(xì)致建模和紋理貼圖建模兩種方式的具體實(shí)現(xiàn)流程，以及分析對(duì)比，給出最終的采納方案。<

42、/p><p>　　第四章 校園場(chǎng)景的渲染烘焙</p><p>　　本章介紹了校園場(chǎng)景渲染和紋理烘焙的多種操作方式，及其分析與比對(duì)，選擇合適的方案，給出場(chǎng)景的效果圖樣。</p><p>　　第五章 校園虛擬漫游的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　本章對(duì)于校園虛擬漫游實(shí)現(xiàn)過程中所進(jìn)行的具體操作，例如，漫游、前進(jìn)、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)航圖等功能的實(shí)現(xiàn)，給予詳細(xì)的說明。<

43、;/p><p><b>　　第六章 結(jié)論與展望</b></p><p>　　本章總結(jié)了研究的主要成果和結(jié)論，過程中遇到的問題和解決方式，并對(duì)研究中仍然存在的問題進(jìn)行了討論，指出需要進(jìn)一步深入研究的一些問題。</p><p>　　第二章 校園建模技術(shù)的分析與對(duì)比</p><p><b>　　2.1常見建模技術(shù)<

44、;/b></p><p>　　2.1.1 MultiGen Creator建模</p><p>　　MultiGenCreator系列軟件是美國(guó)MultiGen公司新一代實(shí)時(shí)仿真建模軟件。它在滿足實(shí)時(shí)性的前提下生成面向仿真的，逼真性好的大面積場(chǎng)景。它可為二十五種之多的不同類型的圖像發(fā)生器提供建模系統(tǒng)及工具，它的OpenFlight格式在實(shí)時(shí)三維領(lǐng)域成為最流行的圖像格式，并成為仿真領(lǐng)域

45、的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它由以下幾部分組成：</p><p>　　表2.1 MultiGen Creator建模組成部分</p><p>　　Tab.2.1 Model Building’s parts of MultiGen Creator</p><p>　　MultiGen Creator 是MultiGen-Paradigm公司的業(yè)界領(lǐng)先的軟件工具集，用于產(chǎn)生高優(yōu)化,高

46、精度的實(shí)時(shí)3D內(nèi)容，用在視景仿真、交互式游戲、城市仿真、和其他的應(yīng)用。這個(gè)集成的和可擴(kuò)展的工具集提供比其他的建模工具更多的交互式的實(shí)時(shí)3D建模能力。MultiGen Creator軟件包是合算的、交互式的、高度自動(dòng)化的軟件，用它可以高效、實(shí)時(shí)的3D數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)生而沒有可視質(zhì)量的損失。</p><p>　　2.1.2 Maya建模</p><p>　　隨著PC機(jī)的廣泛推廣，Alias與Wavef

47、ront于1998年6月對(duì)PC用戶推出了Maya NT版。Maya是Alias|Wavefront （2003年7月更名為Alias）公司的產(chǎn)品，作為三維動(dòng)畫軟件的后起之秀，深受業(yè)界歡迎和鐘愛。Maya集成了Alias| Wavefront最先進(jìn)的動(dòng)畫及數(shù)字效果技術(shù)，它不僅包括一般三維和視覺效果制作的功能，而且還結(jié)合了最先進(jìn)的建模、數(shù)字化布料模擬、毛發(fā)渲染和運(yùn)動(dòng)匹配技術(shù)。</p><p>　　Maya在燈光、攝像

48、機(jī)、材質(zhì)等方面的表現(xiàn)也不俗，模擬燈光更加真實(shí)，可調(diào)參數(shù)更突出；特技燈光種類更豐富更具有吸引力。攝像機(jī)的功能和參數(shù)更加專業(yè)，如鏡頭、焦距、景深等特殊功能是其他軟件不具備的。矢量材質(zhì)可模仿木紋、毛石、水等節(jié)省了貼圖的制作，同時(shí)在折射、反射等效果上更加獨(dú)特。</p><p>　　2.1.3 3Ds Max建模</p><p>　　3Ds Max（原名：3D Studio Max），是Autode

49、sk傳媒娛樂部開發(fā)的全功能的三維計(jì)算機(jī)圖形軟件。它運(yùn)行在Win32和Win64平臺(tái)上。具有基于PC系統(tǒng)的低配置要求；人性化的界面設(shè)計(jì)，入門簡(jiǎn)單快捷；強(qiáng)大的角色（Character）動(dòng)畫制作能力；可堆棧的建模步驟，使制作模型有非常大的彈性等功能。</p><p>　　3Ds MAX的幾何建模方法主要有多邊形（Polygon）建模、非均勻有理B樣條曲線建模（NURBS）、細(xì)分曲面技術(shù)建模（Subdivision Su

50、rface）。通常建立一個(gè)模型可以分別通過幾種方法得到，但有優(yōu)劣、繁簡(jiǎn)之分。</p><p>　　總體來說，3Ds Max在學(xué)習(xí)和操作方面跟適合于入門，但是在大場(chǎng)景地理環(huán)境和數(shù)據(jù)量的控制方面略有不足。</p><p>　　本課題根據(jù)實(shí)際需求的分析，決定采用3Ds Max這一種較為淺顯易懂，并且教學(xué)應(yīng)用較為廣泛的建模技術(shù)。</p><p>　　2.2校園建模相關(guān)技術(shù)&

51、lt;/p><p>　　2.2.1模型和材質(zhì)的建立與編輯</p><p>　　校園場(chǎng)景的創(chuàng)建基礎(chǔ)工作是導(dǎo)入按照方案設(shè)計(jì)的CAD平面圖，然后按照CAD平面圖建立模型并且賦予材質(zhì)。俗話說“萬丈高樓平地起”，校園建筑模型的搭建也是一樣，必須從基礎(chǔ)做起。</p><p>　　場(chǎng)景中實(shí)體3D對(duì)象和用于創(chuàng)建它們的對(duì)象，稱之為幾何體。軟件中提供的多項(xiàng)基本功能，提供建造符合校園建筑大體

52、形狀的幾何體。之后為其賦予相應(yīng)的紋理。</p><p>　　其中，關(guān)于紋理，即材質(zhì)的編輯，是3Ds Max中一項(xiàng)重要的步驟。有關(guān)本文中有機(jī)會(huì)應(yīng)用到的材質(zhì)基本為：涂料、白色方格磚、水泥、大理石和花崗石、金屬、玻璃。盡管在虛擬校園模型中放大的系數(shù)有限，個(gè)體的細(xì)致程度，但是這些材質(zhì)的編輯處理還是具有很多實(shí)際意義的。</p><p>　　涂料：涂料是建筑中使用最多的材料之一。遠(yuǎn)距離觀察時(shí)，可以認(rèn)為

53、是均質(zhì)的材料，也就是說可以不使用其他貼圖材質(zhì)，只用調(diào)節(jié)色彩和反射光的方式即可。涂料對(duì)光線反射有光澤和亞光之分，調(diào)節(jié)高光形態(tài)時(shí)須注意，即使亞光涂料，當(dāng)Specular Level和Glossiness的數(shù)值都為0時(shí)，渲染后會(huì)毫無生機(jī)顯得過于沉悶。高光部分受環(huán)境影響，有環(huán)境色的傾向。涂料上的花紋則需要配合Bump貼圖制作了。</p><p>　　白色方格磚：南郵的建筑樓體大都采用一種邊長(zhǎng)為30mm×30mm

54、的啞光白色方磚。各種砌塊，包括各種面磚的表面勾縫是使用Bump貼圖來模擬的。勾縫是有嚴(yán)格尺寸的結(jié)構(gòu)，但表現(xiàn)時(shí)不一定按其尺寸，但需接近。磚塊，砌塊，面磚的長(zhǎng)寬比需嚴(yán)格按實(shí)際制作。在3D有砌塊的貼圖程序，調(diào)配合適可以產(chǎn)生復(fù)雜的變化，這個(gè)程序有一個(gè)特點(diǎn)是可以使砌塊表面產(chǎn)生一定的隨機(jī)的顏色差異。在制作面磚材質(zhì)時(shí)要注意貼圖坐標(biāo)的問題，一般是從轉(zhuǎn)角開始，在不重要的地方結(jié)束，當(dāng)一個(gè)單元面積有些大時(shí)，需嚴(yán)格按實(shí)際尺寸處理，大塊砌塊也是如此，還要注意勾縫

55、的寬度。由于磚面存在一些小的凹凸，則需使用較小值的Mix混合較小值的Noise和磚縫貼圖作為Bump貼圖。</p><p>　　水泥：水泥是路面常見的材質(zhì)。其表面有較多細(xì)小顆粒，造成光線在其平面上的漫反射效果。物體的表面比較粗糙，但是顏色比較單一，高光值極小，不會(huì)在物體表面形成高亮點(diǎn)，但是表面可能有凹凸感。在材質(zhì)編輯器中注意SHADER【明暗方式】：BLINN方式 （如果選用PHONG方式不容易突出表面的粗糙感）

56、。</p><p>　　大理石和花崗石、巖石：如同沒有兩片樹葉是完全一樣的，每片石材表面是否相同的，最好的辦法是使用大尺寸石材圖像，再添加合適的勾縫。由于石材表被拋光，存在一定的鏡面放射，且多于高光反射，這是需要注意的地方。同時(shí)，3Ds Max也可以加載一些相關(guān)的石塊編輯器，巖石生成器是一個(gè)小巧簡(jiǎn)單的工具，能夠幫助用戶在很短時(shí)間內(nèi)創(chuàng)建出一塊巖石，并且該巖石自動(dòng)被賦予了材質(zhì)。Vue 5 Esprit自動(dòng)隨機(jī)生成各種

57、不同形態(tài)的巖石，在創(chuàng)建好巖石之后還可以使用材質(zhì)面板對(duì)巖石的材質(zhì)進(jìn)行任意的修改。</p><p>　　金屬：金屬的具體情況有些復(fù)雜，在渲染時(shí)可以分為拋光的和亞光的。根據(jù)不同的渲染方式，有不同的貼圖方法</p><p>　　玻璃：玻璃的表現(xiàn)有一些類似金屬?，F(xiàn)實(shí)中的金屬?zèng)]有顏色，渲染的玻璃卻要根據(jù)場(chǎng)景上色，簡(jiǎn)單的辦法是用Raytracer貼圖。建筑中存在有大量的鍍膜玻璃，基本特點(diǎn)是當(dāng)室外光線亮?xí)r

58、，玻璃表面基本是反射表面環(huán)境，這是作鏡面玻璃處理即可，當(dāng)室內(nèi)光線亮?xí)r，這時(shí)玻璃的透明度變高，一般是在夜景中，玻璃幕墻中存在各種框架支撐，讓玻璃的存在更具真實(shí)性，但注意調(diào)節(jié)透明度時(shí)考慮與支撐框架的整體效果。在使用燈光時(shí)要注意Ray Trace光源和影子。</p><p>　　木材：木材表面的顏色和花紋一樣沒有重復(fù)的，對(duì)木材處理不一樣，表面效果也不一樣，這也會(huì)因?yàn)槟静姆N類不一效果不一，大概有疏松密實(shí)之分；處理有拋光，

59、上清漆等。疏松未上漆的木材表面基本不存在高光，而上清漆可以使表面出現(xiàn)模糊的鏡面反射。木材的紋理就像磚墻的勾縫一樣，應(yīng)該注意，特別是在能同時(shí)看到大角度的兩個(gè)面時(shí)，這種情況可以考慮使用3D自帶的三維木紋貼圖，由于只存在兩種顏色過渡。最好是再在子貼圖使用其他形式貼圖，以豐富其變化。在近距離觀察時(shí)，可以適當(dāng)?shù)陌凑漳炯y做一些凹凸效果，軟化其給人硬硬的感覺。</p><p><b>　　2.2.2渲染技術(shù)</

60、b></p><p>　　隨著光能傳遞渲染技術(shù)的不斷進(jìn)步，越來越多的光能傳遞渲染技術(shù)被應(yīng)用到商業(yè)效果圖的制作中。以前最大的瓶頸就是渲染計(jì)算速度，但隨著時(shí)間的推移，一方面計(jì)算機(jī)硬件運(yùn)算速度在不斷提升，另一方面，相關(guān)的軟件開發(fā)也在不斷優(yōu)化。針對(duì)3Ds Max軟件，已經(jīng)涌現(xiàn)出一大批優(yōu)秀的光能傳遞渲染插件，包括V-Ray、Brazil、finalRender等最為著名。按照渲染手段可以分為三類：一類為MAX自帶Sc

61、anline線性渲染器，它是目前市場(chǎng)上應(yīng)用最為廣泛的渲染器。其優(yōu)勢(shì)計(jì)算速度快，缺點(diǎn)是沒有物理光照，渲染質(zhì)量也一般，如果想出效果需用系統(tǒng)模擬光能傳遞方法。二類是第三方開發(fā)的渲染器：Insight、Brazil、Vray、Finalrender和MentalRay。它們是屬于全局光渲染。優(yōu)點(diǎn)是傳遞模擬簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)為速度慢。三類使用物理傳遞技術(shù)，如LightScape。優(yōu)點(diǎn)渲染品質(zhì)真實(shí)，可以達(dá)到照片級(jí)水平，缺點(diǎn)為速度慢。</p>

62、<p>　　渲染插件的好與壞是相對(duì)的，需要看哪種最適合工作需求。現(xiàn)在很火的渲染器VRay使用率比較高，而有些公司則使用MAX自帶的MR渲染器。有的插件上手程度有局限，不是一個(gè)初次接觸3Ds Max可以完成的了的。所以在渲染插件的選擇中，需要適度的考慮。</p><p>　　本次校園模型場(chǎng)景使用了3Ds Max自帶的默認(rèn)渲染器Scanline渲染。在這里，值得提一點(diǎn)，只有渲染出質(zhì)量良好的效果圖，才能烘培出

63、好的貼圖，最終做出好的作品。由于模型建的比較簡(jiǎn)單，并且紋理都是貼圖，所以此場(chǎng)景渲染的主要工作是給場(chǎng)景打上燈光，顯示出真實(shí)的效果。</p><p>　　2.2.2.1燈光設(shè)置</p><p>　　在3Ds Max中，燈光的設(shè)置可以說是至關(guān)重要，它直接關(guān)系到最后作品的效果，同時(shí)也是一個(gè)難點(diǎn)。主燈光可以放置在場(chǎng)景中的任何地方，但實(shí)際應(yīng)用中有幾個(gè)經(jīng)常放置主燈光的位置，而且每個(gè)位置都有其渲染物體的獨(dú)

64、特方式，下面來分別介紹：</p><p>　　1、 FRONT（前向）照明：</p><p>　　在攝象機(jī)旁邊設(shè)置主燈光會(huì)得到前向照明，實(shí)際的燈光位置可能比攝象機(jī)的位置要高一些并且偏向一些。前向照明產(chǎn)生的是平面型圖象和扁平的陰影，由于燈光均勻照射在物體上并且離攝象機(jī)很近，所以得到的是一個(gè)二維圖形，前向照明會(huì)最小化對(duì)象的紋理和體積，使用前向照明不需要進(jìn)行燈光建模。</p>&l

65、t;p>　　2、 BACK（后向）照明：</p><p>　　將主燈光放置在對(duì)象的后上方或正上方，強(qiáng)烈的高亮?xí)蠢粘鰧?duì)象的輪廓，BACK照明產(chǎn)生的對(duì)比度能創(chuàng)建出體積和深度，在視覺上將前景從背景中分離出來。同時(shí)經(jīng)過背后照明的對(duì)象有一個(gè)大的、黑色的陰影區(qū)域，區(qū)域中又有一個(gè)小的、強(qiáng)烈的高亮，強(qiáng)烈的背光有時(shí)用于產(chǎn)生精神上的表現(xiàn)效果，隨著發(fā)生過濾和漫射網(wǎng)的使用，物體周圍的明亮效果更強(qiáng)了，這種技術(shù)因?yàn)槠鋵?duì)形態(tài)的提取而常

66、用來產(chǎn)生神秘和戲劇性的效果。</p><p>　　3、 SIDE（側(cè)向）照明：</p><p>　　側(cè)向照明是將主燈光沿對(duì)象側(cè)面成90度放置，包括左側(cè)放置和右側(cè)放置，側(cè)向照明強(qiáng)調(diào)的是對(duì)象的紋理和對(duì)象的形態(tài)，在側(cè)向照明中，對(duì)象的某一側(cè)被完全照射，而另一側(cè)處于黑暗中。側(cè)向照明屬于高對(duì)比度的硬照明，最適合于寬臉或圓臉，因?yàn)楣饩€使臉的寬度變小并不顯示臉的圓形輪廓，主要用于產(chǎn)生內(nèi)心的表現(xiàn)和影響，側(cè)向

67、照明也會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)變形，因?yàn)槟槻坎皇菄?yán)格對(duì)稱的。</p><p>　　4、 REMBRANDT照明：</p><p>　　REMBRANDT照明是將主燈光放置在攝象機(jī)的側(cè)面，讓主燈光照射物體，也叫3/4照明、1/4照明或 45度照明。在REMBRANDT照明中，主燈光的位置通常位于人物的側(cè)上方45度的位置，并按一定的角度對(duì)著物體，因此又叫高側(cè)位照明，當(dāng)主燈光位于側(cè)上方時(shí)，REMBRANDT照

68、明模擬的是早上或下午后期的太陽(yáng)位置，主燈光在這種位置是繪畫和攝影中常用的典型位置，被照射后的物體呈三維形狀并可以完全顯現(xiàn)輪廓。</p><p>　　5、 BROAD（加寬）照明：</p><p>　　加寬照明是REMBRANDT照明的變體，起變化包括位置的變化和照射出比3/4臉部更寬的區(qū)域，主燈光以和攝象機(jī)同樣的方向照射物體，加寬照明通常用于窄臉形拉長(zhǎng)和加寬，加寬照明不適合于圓臉和寬臉，因

69、為燈光位置使臉部擴(kuò)大。</p><p>　　6、 SHORT（短縮）照明：</p><p>　　短縮照明是與BROAD 照明相對(duì)的照明方法，在這種照明中主燈光的位置是從較遠(yuǎn)處照射3/4臉部區(qū)域的側(cè)面，因?yàn)檎丈涞氖悄槻康囊粋€(gè)狹窄的區(qū)域，所以叫SHORT照明，因?yàn)槎炭s照明通過寬的側(cè)面添加陰影，使臉部看起來尖瘦，所以短縮照明最適合于圓臉或?qū)捘樞汀?lt;/p><p>　　7、

70、 TOP（頂部）照明：</p><p>　　在頂部照明中，主燈光位于對(duì)象的上方，也可以放置在側(cè)上方，但是光的方向要通過頂部。頂部照明類似于中午的太陽(yáng)，頂部照明會(huì)在對(duì)象上形成深度陰影，同時(shí)被照射的側(cè)面很光滑，他不能用于圓臉對(duì)象，因?yàn)轫敳空彰鲿?huì)使對(duì)象的臉部加寬。</p><p>　　8、 UNDER或DOWN（下部）照明：</p><p>　　是將主燈光放置在對(duì)象的下方

71、，下部照明一般向上指向物體以照明物體的下部區(qū)域，產(chǎn)生一種奇異的神秘的隱惡的感覺。</p><p>　　9、 KICKER照明：</p><p>　　KICKER照明有兩種主燈光放置位置，一種位于物體的上方，一種位于物體的后面，當(dāng)這兩個(gè)主燈光照到物體的側(cè)面時(shí)，物體的臉部處于陰影之中，然后該陰影區(qū)域在被反射光照亮，KICKER照明用于創(chuàng)建物體的高度輪廓。</p><p>

72、;　　10、 RIM照明：</p><p>　　RIM照明設(shè)置主燈光于物體的后面并稍稍偏離物體一段距離以創(chuàng)建一種光線輕拂物體表面的特殊效果，主燈光來自物體的后面，創(chuàng)建的是一個(gè)顯示物體輪廓的亮邊，同時(shí)相對(duì)的處于陰影之中，RIM照明通常將燈光放置在和物體相同的高度，并且設(shè)置其具有更強(qiáng)的亮度，RIM照明用于強(qiáng)調(diào)對(duì)象的形狀和輪廓的場(chǎng)合。</p><p>　　在3Ds Max的創(chuàng)建工具欄中可以選擇的

73、標(biāo)準(zhǔn)燈光種類有：目標(biāo)聚光燈、自由聚光燈、目標(biāo)平行光、自由平行光、泛光燈、天光、mr區(qū)域泛光燈、mr區(qū)域聚光燈。標(biāo)準(zhǔn)燈光屬于傳統(tǒng)的模擬類燈光，標(biāo)準(zhǔn)燈光共有5種類型，分別是泛光燈、聚光燈、平行光燈、天光燈和MR燈光：</p><p><b>　　1、泛光燈</b></p><p>　　泛光燈可以從一個(gè)無限小的點(diǎn)均勻地向所有方向發(fā)射光，就像是一個(gè)裸露的燈泡所放出的光線。泛光

74、燈的主要作用是用于模擬燈泡、臺(tái)燈等點(diǎn)光源物體的發(fā)光效果，也常被當(dāng)作輔助光來照明場(chǎng)景。</p><p><b>　　2、聚光燈</b></p><p>　　聚光燈是一種具有方向性和范圍性的燈光，聚光燈可以產(chǎn)生圓錐形和矩形兩種照射區(qū)域，照射區(qū)域以外的范圍不會(huì)受到燈光的影響。聚光燈又分為目標(biāo)聚光燈和自由聚光燈兩種類型。目標(biāo)聚光燈擁有一個(gè)起始點(diǎn)和一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，起始點(diǎn)表明燈光在場(chǎng)

75、景中所處的位置，而且標(biāo)點(diǎn)則指向希望得到照明的物體。</p><p><b>　　3、平行光</b></p><p>　　平行光燈與聚光燈一樣具有方向性和范圍性，不同的是平行光燈會(huì)始終沿著一個(gè)方向投射平行的光線，因此它的照射區(qū)域是呈圓形，而不是錐形。平行光燈的原理就像太陽(yáng)光，會(huì)從相同的角度照射范圍以內(nèi)的所有物體，而不受物體位置的影響。當(dāng)光線投射陰影時(shí)，投影的方向都是相同

76、的，而且都是改物體形狀的正交投影。</p><p><b>　　4、天光</b></p><p>　　天光是一種用于模擬日光照射效果的燈光，它可以從四面八方同時(shí)對(duì)物體投射光線。天光比較適合使用在開放的室外場(chǎng)景照明。因?yàn)樘旃鉀]有基于物理屬性的參數(shù)設(shè)置，所以可以用在所有不基于無理數(shù)值的場(chǎng)景中。需要說明的是，天光燈只有與光能傳遞渲染器配合才能得到理想的照明效果。</p

77、><p><b>　　5、MR燈光</b></p><p>　　MR燈光可以模擬各種面積光源的照明效果，因?yàn)槟J(rèn)渲染器不支持MR燈光的Mental Ray陰影貼圖，而且也無法渲染出面積光的效果。因此，MR燈光需要同Mental Ray渲染器配合使用才能發(fā)揮它的所有功能。MR燈光具有雙重作用，除了照明場(chǎng)景和投射陰影外，它還可以控制全局光和焦散的光子貼圖強(qiáng)度。</p&g

78、t;<p><b>　　2.2.3烘焙技術(shù)</b></p><p>　　烘培技術(shù)，可以把在非實(shí)時(shí)環(huán)境中渲染完成的燈光材質(zhì)等效果轉(zhuǎn)換到實(shí)時(shí)交互的環(huán)境中去。通過烘培，物體導(dǎo)入到驅(qū)動(dòng)平臺(tái)以后就會(huì)產(chǎn)生陰影、明暗的效果，整個(gè)場(chǎng)景看起來會(huì)更加真實(shí)，立體。烘培的過程與計(jì)算機(jī)的性能密切相關(guān)，因此烘培的時(shí)候，應(yīng)該選擇配置較好的計(jì)算機(jī)以提高工作效率。另外烘培的速度與場(chǎng)景的大小也有關(guān)系。所以烘培前需

79、要對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行分塊，然后烘培，這樣會(huì)大大提高烘培的速度。</p><p>　　影響烘培質(zhì)量的有幾個(gè)因素：</p><p>　　其一，物體的UV平鋪。烘培選項(xiàng)Automatic Unwrap MappingUV能自動(dòng)將物體的UV進(jìn)行平鋪。自動(dòng)的成批量的平鋪是它帶給我們最大的好處，但其效果往往不好，多邊形面細(xì)密的物體在被自動(dòng)平鋪時(shí)會(huì)產(chǎn)生很多非常小的簇，渲染時(shí)受精度影響會(huì)忽略掉過小的簇，結(jié)果出現(xiàn)了

80、很多黑斑黑塊。解決它的方法一是適當(dāng)提高Threshold Angle值，可以在一定程度上減少零散的簇，二是使用其它的UV平鋪方法或工具，比如手工對(duì)簇進(jìn)行調(diào)節(jié)，效果也會(huì)好很多。不過手工調(diào)節(jié)確實(shí)是一件耗費(fèi)時(shí)間和精力的事情，對(duì)于速度和質(zhì)量的平衡只有在實(shí)際工作中去把握了。</p><p>　　其二，選擇烘培以后貼圖的模式。經(jīng)常使用的模式分為兩種：Completemap和Lightingmap。其中Lightingmap

81、支持雙層貼圖，除了原圖形以外還有一層專門保存光照效果的圖層。Completemap只用一層貼圖的保存圖片和光照效果。對(duì)于沒有使用貼圖的物體，最好不要使用Lightingmap貼圖。</p><p>　　其三，紋理的大小。Render to texture默認(rèn)的紋理大小是256×256，但它并不完全適用于場(chǎng)景中所有的物體，最簡(jiǎn)單的解決辦法就是選擇Use AutoMatic Map Size。</p&

82、gt;<p><b>　　2.2.4漫游技術(shù)</b></p><p>　　虛擬漫游技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)的重要分支，在建筑、旅游、游戲、航空航天、醫(yī)學(xué)等多種行業(yè)發(fā)展很快。由于有可貴的3I特性——沉浸感、交互性和構(gòu)想性，使得沿用固定漫游路徑等手段的其他漫游技術(shù)和系統(tǒng)無法與之相比。虛擬漫游系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)、房地產(chǎn)開發(fā)工程、結(jié)構(gòu)和工業(yè)設(shè)計(jì)市場(chǎng)的應(yīng)用,它的開發(fā)和應(yīng)用前景

83、非常好。虛擬現(xiàn)實(shí)漫游系統(tǒng)不儀儀提供了實(shí)時(shí)、交互性的三維場(chǎng)景,還提供了傳統(tǒng)表現(xiàn)方式無法比擬的、嶄新的信息交流界面。</p><p>　　本文中采用的是真實(shí)建筑場(chǎng)景的虛擬漫游，這種虛擬漫游的最大特點(diǎn)是：被漫游的對(duì)象是已客觀真實(shí)存在著的，只不過漫游形式是異地虛擬的而已，同時(shí)，漫游對(duì)象制作是基于對(duì)象的真實(shí)數(shù)據(jù)。在校園漫游過程中，可以通過鼠標(biāo)和鍵盤操作來實(shí)時(shí)更改視點(diǎn)位置和觀察方向以實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景環(huán)境漫游的交互控制，也可以預(yù)先設(shè)

84、定好漫游路徑，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)路徑漫游。</p><p>　　2.2.4.1虛擬漫游技術(shù)軟件平臺(tái)</p><p>　　VR-Platform是由中視典數(shù)字科技獨(dú)立開發(fā)的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一款三維虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)軟件，可廣泛的應(yīng)用于城市規(guī)劃、室內(nèi)設(shè)計(jì)、工業(yè)仿真、古跡復(fù)原、橋梁道路設(shè)計(jì)、軍事模擬等行業(yè)。</p><p>　　這一款國(guó)產(chǎn)的三維互動(dòng)平臺(tái)。雖然現(xiàn)在還不是很完善，但它有

85、很多自己的優(yōu)點(diǎn)，操作簡(jiǎn)單，功能相對(duì)強(qiáng)大。不需要任何編程操作。并且可以與Max無縫集成。VRP不具有建模能力，Max是VRP的建模工具，VRP是Max功能的延伸，是Max的展示平臺(tái)。VRP的Max插件導(dǎo)出模塊支持Max的各種渲染器，包括ScanLine、Radiosity、LightTracer、以及第三方的FinalRender、VRay。只要是按一定規(guī)范制作的Max場(chǎng)景，都能導(dǎo)出至VRP中去。導(dǎo)出方便快捷，只需要按一下按鈕，即可導(dǎo)出場(chǎng)

86、景并預(yù)覽。導(dǎo)出時(shí)自動(dòng)處理各種網(wǎng)格和材質(zhì)，如不支持則給出提示。支持max的骨骼動(dòng)畫和攝像機(jī)動(dòng)畫。對(duì)建模沒有過多的限制，沒有如物體重名、名稱過長(zhǎng)、中文字符等問題。支持Max中的所有單位格式。</p><p>　　VRP-產(chǎn)品體系有一個(gè)表狀的簡(jiǎn)介如下（圖2.1）：</p><p>　　圖2.1 VRP-產(chǎn)品體系</p><p>　　Fig 2.1 VRP-product

87、system</p><p>　　其中可以看出，在不同需求和產(chǎn)品平臺(tái)的情況下，該系列軟件均有不同的分工作業(yè)，以滿足用戶的需求。實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)效果。</p><p>　　第三章 校園模型的建立</p><p><b>　　3.1前期處理</b></p><p>　　3.1.1 前期處理的原因</p><

88、p>　　建筑的建模過程大都以CAD圖形為基礎(chǔ)進(jìn)行定位。CAD圖形應(yīng)該在保證清晰的前提下盡量簡(jiǎn)潔，以減少導(dǎo)入3Ds Max的過程中不必要的時(shí)間浪費(fèi)。因而在導(dǎo)入DWG文件前需要在AutoCAD將圖形文件進(jìn)行“簡(jiǎn)化”。</p><p>　　對(duì)于一張?jiān)嫉哪暇┼]電大學(xué)早期設(shè)計(jì)圖，有許多需要處理的地方。于是在模型建立工作之前，需在在AutoCAD軟件中進(jìn)行一些圖樣編輯之類的前期處理工作。由于是早期的設(shè)計(jì)圖紙（圖3.1

89、），所以可見圖紙中的房屋建筑與實(shí)際建筑有一定的差異，并且基于本課題的要求，無需如此多的建筑群體。同時(shí)部分的道路，例如在教學(xué)區(qū)和生活區(qū)的連接之處的幾條小道并沒有顯示在底圖上，這是需要我們進(jìn)行處理的。</p><p>　　圖3.1 校園CAD圖</p><p>　　Fig 3.1 CAD drawings of campus</p><p>　　另外，為了便于之后的建模

90、操作，以及控制模型數(shù)據(jù)的大小和其運(yùn)行時(shí)間，可以考慮將各個(gè)圖層分離開來進(jìn)行編輯。例如，分為道路圖層，教學(xué)建筑層，還有復(fù)雜的樓體編輯（例如南一食堂，既有圓形也有長(zhǎng)方形的建筑體），之后將整理好的平面圖分別保存為單獨(dú)的文件。</p><p>　　3.1.2 CAD圖樣編輯</p><p>　　首先，可見早期設(shè)計(jì)圖中所示的房屋建筑與實(shí)際建筑有一定的差異，并且基于本課題的要求，無需如此多的建筑群體。在

91、CAD軟件中選中那些多余的白色建筑層線條，按“Delete”鍵進(jìn)行刪除。</p><p>　　其次，可以根據(jù)需求進(jìn)行圖層的分離，并且保存。我在此保存了道路，教學(xué)樓區(qū)，南一食堂三個(gè)建筑圖層（圖3.2）。在道路圖層需要注意的是，由于教學(xué)區(qū)至南一食堂區(qū)域的幾條道路均沒有畫出，所以需要重新繪制。開啟視圖窗口下側(cè)的捕捉工具，點(diǎn)擊右鍵進(jìn)行對(duì)象捕捉設(shè)置，設(shè)置捕捉對(duì)象為“端點(diǎn)”和“交點(diǎn)”，點(diǎn)擊左側(cè)工具欄的“多段線”將路段匯出，注

92、意線條封閉。</p><p>　　圖3.2 CAD中的建筑圖層</p><p>　　Fig 3.2 Building layer in CAD</p><p>　　關(guān)于道路，還有一個(gè)需要編輯的地方，道路的封閉。原始圖中可以明顯看出不少道路的末端均為敞開式，不適合進(jìn)行擠出操作。為了作圖的美觀，盡量保持原來的模樣，末端的圓角處可以采用CAD軟件左側(cè)工具條中的“圓弧”創(chuàng)建

93、，注意需要打開捕捉開關(guān)，以便于保證線條的封閉。會(huì)遇到線條的多余，在此可以采用軟件右側(cè)的“修剪”按鈕，將多余的邊消除。但是有的線條是一個(gè)完整的圖形，直接的刪除可能會(huì)造成線條的缺失，因此，也可以采用軟件右側(cè)的“打斷于點(diǎn)”按鈕，將其在交點(diǎn)處拆分為2條線段。之后選中多余線條，直接選擇刪除即可。修剪好的道路圖層如圖所示（圖3.3）。</p><p>　　圖3.3 編輯過的CAD道路圖層</p><p&g

94、t;　　Fig 3.3 Edited road layer CAD</p><p>　　同樣類似的操作也可用于建筑體的圖層修改中。</p><p>　　3.2將CAD導(dǎo)入3Ds Max</p><p>　　下面我們將在3Ds Max中導(dǎo)入簡(jiǎn)化后的CAD文件。操作步驟如下：</p><p>　　1、設(shè)置系統(tǒng)單位。啟動(dòng)軟件3Ds Max軟件，新建

95、一個(gè)場(chǎng)景文件。選擇菜單欄中的【自定義】|【單位設(shè)置】對(duì)話框，將“顯示單位比例”設(shè)置為“通用單位”。然后單擊【系統(tǒng)單位設(shè)置】按鈕，在彈出的【系統(tǒng)單位設(shè)置】對(duì)話框中，將“系統(tǒng)單位比例”設(shè)置為“毫米”如圖（圖3.4）所示。</p><p>　　圖3.4 設(shè)置系統(tǒng)單位</p><p>　　Fig 3.4 Set the system unit</p><p>　　2、導(dǎo)入簡(jiǎn)

96、化后的CAD文件。保存文件后，選擇菜單欄中的【文件】|【導(dǎo)入】命令，彈出【選擇要導(dǎo)入的文件】對(duì)話框，在文件類型下拉列表中選擇文件類型為AutoCAD Drawing(*.DWG、*.DXF)，選擇制作好的CAD文件。</p><p>　　3、參數(shù)設(shè)置。為了保證導(dǎo)入圖形的質(zhì)量，在導(dǎo)入時(shí)彈出的【導(dǎo)入選項(xiàng)】對(duì)話框中，勾選“焊接”，“焊接閾值”設(shè)置為一個(gè)合理的值，本課題的場(chǎng)景范圍較大，選擇一個(gè)較大的數(shù)值沒有太大的影響，在

97、這里設(shè)置為20。之后點(diǎn)擊確定鍵。導(dǎo)入便完成。如下圖所示（圖3.5）：</p><p>　　圖3.5 導(dǎo)入選項(xiàng)設(shè)置</p><p>　　Fig 3.5 Import option</p><p>　　3.3 3Ds Max建模</p><p>　　在這個(gè)步驟中，我采取了兩種房屋模型建立的方式，在此分別介紹：</p><p&g

98、t;　　3.3.1 多邊形細(xì)致建模</p><p>　　三維空間中的物體是以面片構(gòu)成的，而這些面片都是附著在網(wǎng)格線上的，網(wǎng)格線的兩端又分別連接在節(jié)點(diǎn)上，這些節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)格線、面片都是該物體的植物體，如果要針對(duì)這些子物體層級(jí)進(jìn)行編輯，就必須為原物體添加編輯修改命令，比如【編輯網(wǎng)格】、【編輯多邊形】等，造型功能最強(qiáng)的是【編輯多邊形】修改命令。此種方法，是根據(jù)3Ds Max建模的各種工具條細(xì)致的在幾何體本身中表現(xiàn)出建筑物的

99、形狀和部分紋理。方法步驟如下：</p><p>　　1、根據(jù)CAD底圖，定位教學(xué)樓的位置，根據(jù)前視圖建立一個(gè)長(zhǎng)方體。在右端編輯框中，將寬度分段設(shè)置為2。選中物體，單擊右鍵，選擇“轉(zhuǎn)換為可編輯多邊形”。進(jìn)入修改命令面板，按快捷鍵“4”，選擇“面級(jí)別”，選擇一側(cè)的方體的所有面，按【Delete】鍵將其刪除。單擊【修改器列表】右側(cè)的下拉按鈕，在彈出的下拉列表中選擇“對(duì)稱”修改器，設(shè)置為y軸對(duì)稱。再單擊使其變成，對(duì)模型進(jìn)

100、行編輯。</p><p>　　2、按快捷鍵“2”，進(jìn)入“邊級(jí)別”編輯，選擇一圈邊，單擊【連接】右側(cè)的按鈕，設(shè)置風(fēng)險(xiǎn)段數(shù)。同理，可以將樓體分層，形成網(wǎng)格狀，便于進(jìn)行擠出操作。建造出大致樓體形狀（圖3.6）。</p><p>　　圖3.6 樓體的大體形狀和分層</p><p>　　Fig 3.6 The general body shape and stratifica

101、tion of the building</p><p>　　3、樓體整體的材質(zhì)賦予。南京郵電大學(xué)的教學(xué)樓整體以白色方格磚鋪成。在樓體近處拍攝墻面的照片，在3Ds Max中輸入快捷鍵“M”彈出【材質(zhì)編輯器】對(duì)話框，選擇【貼圖】|【漫反射貼圖】，點(diǎn)擊將材質(zhì)賦予幾何體。</p><p>　　4、在某些墻壁的鏤空處，選中一圈邊，設(shè)置分為3段，制造9*9的方格，全部選中，點(diǎn)擊【編輯邊界】|【切角】

102、，調(diào)節(jié)數(shù)值達(dá)到需要的效果。按快捷鍵“4”，選擇“面級(jí)別”，選中方格中間的面片，按刪除按鈕，則可以達(dá)到鏤空的效果（圖3.7）。</p><p>　　圖3.7 墻壁的鏤空效果</p><p>　　Fig 3.7 Hollow wall effect</p><p>　　5、樓體頂端的藍(lán)色柱狀欄桿造型，實(shí)際上只需要對(duì)于同等大小的長(zhǎng)方體進(jìn)行編輯即可：將長(zhǎng)方體切分為兩層兩列，

103、選擇線條，點(diǎn)擊【編輯邊界】|【切角】，調(diào)節(jié)數(shù)值達(dá)到需要的效果，將對(duì)于面片刪除，即可。效果如圖所示（圖3.8）。</p><p>　　圖3.8 欄桿的鏤空效果</p><p>　　Fig 3.8 The hollow effect of railings</p><p>　　6、在窗戶部分可以對(duì)于窗戶所在的那個(gè)平面進(jìn)行材質(zhì)的賦予。輸入快捷鍵“M”彈出【材質(zhì)編輯器】對(duì)話

104、框，【Blinn基本參數(shù)】中的不透明度調(diào)節(jié)為50，制造暗色玻璃的半透明效果。點(diǎn)擊，將材質(zhì)賦予平面（圖3.9）。</p><p>　　圖3.9 玻璃材質(zhì)編輯界面</p><p>　　Fig 3.9 Glass material editing interface</p><p>　　7、窗框的建立。窗框選擇長(zhǎng)方體，利用克隆的功能，制造9條長(zhǎng)方體，搭建成窗框模樣，賦予藍(lán)

105、色金屬材質(zhì)，貼合于窗戶的位置即可。</p><p>　　8、臺(tái)階的建立。臺(tái)階的建立在3Ds Max的創(chuàng)建菜單里可以直接找到，僅需要在創(chuàng)建好的樓梯參數(shù)中設(shè)置合適的層高層數(shù)等參數(shù)即可。</p><p>　　于是，一個(gè)教學(xué)樓的模型便建立而成。由于院校的教學(xué)樓大都采用鏡像對(duì)齊的方式建造，所以僅需將所建的樓體和窗框、樓體等幾何體“成組”，然后克隆復(fù)制，翻轉(zhuǎn)移動(dòng)到相應(yīng)位置，教學(xué)區(qū)的大體建筑群便形成，效

106、果如圖所示。</p><p>　　圖3.10 教學(xué)樓群的效果</p><p>　　Fig 3.10 The effect of all teaching buildings</p><p>　　同理可以應(yīng)用于圖書館和宿舍樓、南二食堂的建筑模型構(gòu)建。一些效果圖：</p><p>　　圖3.11 圖書館模型</p><p>

107、;　　Fig 3.11 Library model</p><p>　　這樣，一個(gè)非常形象化的校園建筑群已經(jīng)可以展現(xiàn)在我們眼前，可以清晰的看出房屋的構(gòu)造，墻體的紋理等一些細(xì)節(jié)并且貼合實(shí)際的部分。</p><p>　　但是，這樣的一種模型建筑也有其非常大的劣勢(shì)。每一個(gè)細(xì)小的幾何體都由多個(gè)面、線、點(diǎn)組成。這樣復(fù)雜的樓體，在為了表現(xiàn)更多的細(xì)節(jié)的基礎(chǔ)上，增添了大量的數(shù)據(jù)面，造成了之后渲染時(shí)間的無限

108、延長(zhǎng)。并且，在最后一步的漫游實(shí)現(xiàn)中，由于軟件版本的限制，不支持如此大量的數(shù)據(jù)（上限8萬個(gè)平面，細(xì)致建筑的面達(dá)到83萬之多），在這種情況下，為了實(shí)現(xiàn)課題的要求，必須尋找其他的方式對(duì)于模型的構(gòu)建進(jìn)行簡(jiǎn)化。</p><p>　　3.3.2 紋理貼圖建模</p><p>　　此方式建模的步驟變得簡(jiǎn)化很多?；臼菢?gòu)建簡(jiǎn)單建筑物輪廓，然后采用拍照的方式采取建筑物紋理，利用材質(zhì)編輯器進(jìn)行紋理的賦予。具體