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虛擬現實(shí)技術(shù)在建筑場(chǎng)景制作教學(xué)中的應用
1虛擬現實(shí)技術(shù)的起源與發(fā)展
虛擬現實(shí)(Virtual Reality，簡(jiǎn)稱(chēng)VR)的概念由關(guān)國RPL研究公司的創(chuàng )始人杰倫拉尼爾于20世紀60年代提出。早在1992年，在關(guān)國的東卡羅琳那大學(xué)成立了虛擬現實(shí)技術(shù)與教育實(shí)驗室。英國在紐卡斯爾中學(xué)建立了以國際維度技術(shù)為基礎的虛擬現實(shí)軟件包，探索用虛擬現實(shí)進(jìn)行外語(yǔ)和工業(yè)安全培訓的方法。目前國內的很多高校和企業(yè)也都開(kāi)展了有關(guān)虛擬現實(shí)的課題研究，如北京航空航天大學(xué)將虛擬現實(shí)技術(shù)應用于分布式飛機模擬等方面;浙江大學(xué)將其應用于在建筑虛擬規劃和虛擬設計等方面。
2虛擬現實(shí)技術(shù)在建筑場(chǎng)景制作教學(xué)中的應用
在傳統的建筑設計過(guò)程中，建筑設計過(guò)程往往需要花費很長(cháng)的時(shí)間，付出很大的代價(jià)。在建筑設計的過(guò)程中，我們往往只能通過(guò)建筑圖紙來(lái)了解建筑效果和建筑設計方案，這些方法使受眾很難全面、直觀(guān)、準確地了解建筑的設計意圖。而虛擬現實(shí)技術(shù)利用計算機圖形技術(shù)制作出三維建筑模型，再應用人機交互技術(shù)、人工智能等手段使觀(guān)者能從各個(gè)角度全方位的感受建筑空間，這樣也更能方便地對建筑設計方案進(jìn)行修改。接下來(lái)我們以某商品房小區為例研究虛擬現實(shí)在建筑場(chǎng)景制作中的應用以及生成虛擬現實(shí)場(chǎng)景的方法。
(1)繪制故事板。故事板最初起源于動(dòng)畫(huà)行業(yè)，在短片還沒(méi)有正式制作前，導演應用故事板來(lái)記錄一些重要的鏡頭。故事版通常是以黑白草圖的形式來(lái)簡(jiǎn)要說(shuō)明場(chǎng)景中的主要鏡頭，它反映了導演在動(dòng)畫(huà)開(kāi)始制作前的基本構思和想法。因此，故事板策劃的好壞將直接影響到整個(gè)故事的成敗。用于建筑場(chǎng)景制作的故事板通常包括如下幾個(gè)方面的內容:攝像機的起始位置;關(guān)鍵鏡頭的畫(huà)而構圖;鏡頭語(yǔ)言及鏡頭過(guò)渡、主光及輔光的擺放位置及材質(zhì)貼圖方式等。
(2)建模。制作建筑場(chǎng)景，首先要做的就是三維場(chǎng)景建模。三維建模是場(chǎng)景和虛擬現實(shí)的基礎。建筑場(chǎng)景通常都比較龐大，模型的而數也比較多。為了使建筑場(chǎng)景能流暢的播放和運行，我們在建模的過(guò)程中不僅要使模型盡量的逼真，而且要想辦法盡量減少模型的而段數。1)建筑場(chǎng)景的特點(diǎn)。建筑場(chǎng)景是人們將居住空間和自然環(huán)境有機結合的產(chǎn)物，它是人類(lèi)文明發(fā)展的產(chǎn)物，反映了人們對關(guān)的認知和追求，是人與自然和諧相處的體現。在建筑場(chǎng)景中，模型的形式有多種多樣，如樓房、地形、路燈、庭院、店鋪、水景等。由于模型的類(lèi)型多種多樣，所以建模的手法也會(huì )有所不同。尤其是庭院、路燈、水景等，它們造型風(fēng)格各異且大多為曲線(xiàn)造型，再加上它們往往和自然景觀(guān)融合在一起，因此更增加了建模的難度。2)建筑場(chǎng)景模型制作。在3dsmax中，常用的建模方法有多邊形建模、面片建模、NURBS建模等。我們在制作建筑場(chǎng)景模型的時(shí)候通常采用多邊形建模的方法，因為多邊形建模是基于三角形面和四邊形面的拼接，且操作較為簡(jiǎn)便容易掌握，比較適合于建筑建模。由于建筑場(chǎng)景往往比較龐大，所以我們在進(jìn)行多邊形建模的時(shí)候要盡量減少而段數，那些看不見(jiàn)的或不會(huì )被渲染到的而最好刪掉。還可以通過(guò)透明貼圖等方法來(lái)制作樹(shù)木、鏤空物體等模型，這種方法雖然可以減少模型的而段數，由于是通過(guò)貼圖方式來(lái)制作模型，座椅容易產(chǎn)生立體感不強，模型不夠精細等缺點(diǎn)。此外還可以通過(guò)speed tree ,tree storme等插件或利用代理模型來(lái)制作樹(shù)木模型�？傊�，在滿(mǎn)足渲染效果及品質(zhì)不受影響的前提下，文件越小越好，這更有利于后期的制作和渲染。
(3)材質(zhì)和貼圖。模型制作完成后，接下來(lái)要做的是模型的材質(zhì)和貼圖，材質(zhì)可以制作出物體的顏色、光澤、透明等效果。貼圖有多種多樣，如漫反射貼圖、不透明度貼圖、反射貼圖、凹凸貼圖等。通常我們需要給物體指定UVW貼圖修改器，通過(guò)選擇貼圖的類(lèi)型，調整貼圖的長(cháng)寬比，使貼圖到理想效果。通過(guò)給物體指定材質(zhì)和貼圖，再搭配燈光和渲染器，我們就能夠制作出真實(shí)的模型效果。
(4)燈光和攝像機。通過(guò)應用MAX的虛擬攝像機和燈光系統能更好地模擬出場(chǎng)景的真實(shí)效果。1)燈光的設置。如果場(chǎng)景中應用了VRAY渲染器進(jìn)行渲染，通常只需要放置簡(jiǎn)單的主光和輔光，漫反射的燈光效果可以通過(guò)VRAY渲染器中的間接照明功能進(jìn)行計算。如果場(chǎng)景中沒(méi)有使用VRAY渲染器，通常需要用燈光矩陣的辦法來(lái)設置燈光。在渲染建筑的時(shí)候使用燈光矩陣，其主要原因還是渲染速度，大多數情況下而言，燈光矩陣的渲染效率非常高。雖然現在VRAY、全局光渲染器也很快，但是并不意味著(zhù)燈光矩陣就過(guò)時(shí)了，掌握燈光矩陣的原理，在建筑這種大場(chǎng)景渲染中，仍然是必需的。在本建筑場(chǎng)景中，我們選擇了目標平行光作為主光源，陰影類(lèi)型為VRAY陰影。在攝像機不可視的地方，我們設置了燈光排除，在光線(xiàn)不足的地方，我們增加了補光。2)攝像機。攝像機作為用于最終的動(dòng)畫(huà)效果表現，是必不可少的，它包括焦距、位置、角度等幾個(gè)調節項口。在本建筑場(chǎng)景動(dòng)畫(huà)中，攝像機大多是通過(guò)路徑約束動(dòng)畫(huà)的方式來(lái)制作，也可以按照關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)的制作方式手動(dòng)的調整攝像機的位置、角度等，還可以手動(dòng)的調節攝像機的運動(dòng)速度，使有些鏡頭產(chǎn)生緩入緩出的特殊效果。
(5)渲染。當模型、材質(zhì)、燈光等工序完成后，在正式輸出動(dòng)畫(huà)之前，還需要對渲染輸出做很多設置。渲染輸出設置至關(guān)重要，在每次輸出前都要確認一下，主要有制式、格式、文件命名以及與電視相關(guān)等內容。如果應用了VRAY渲染器進(jìn)行渲染，還需要對抗鋸齒參數、間接照明中首次反彈、二次反彈參數等進(jìn)行設置。渲染建筑漫游動(dòng)畫(huà)的時(shí)候，通常需要先渲染動(dòng)畫(huà)光子，再渲染最終動(dòng)畫(huà)。渲染完成后輸出的序列文件可以通過(guò)Premiere , AE , Vegas等軟件進(jìn)行剪輯、合成及配樂(lè )等，如果要實(shí)現動(dòng)畫(huà)的交互功能則需要通過(guò)虛擬現實(shí)開(kāi)發(fā)工具才能實(shí)現。在這篇文章里，我們只研究了虛擬現實(shí)園林建筑的前期建模的優(yōu)化，至于虛擬現實(shí)的交互性，是它的一個(gè)非常重要的特點(diǎn)，也是它最吸引人眼球的地方，有待于我們在今后做更深入的研究。
本文對虛擬現實(shí)建筑場(chǎng)景的制作過(guò)程進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，主要包括:模型的制作方法及要求、材質(zhì)貼圖的制作方法、燈光選擇及布置、后期渲染及合成處理等�？傊�，虛擬現實(shí)技術(shù)在建筑場(chǎng)景制作中具有明顯的優(yōu)勢，是未來(lái)發(fā)展方向，它能讓人們產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)，給人們全新的觀(guān)察視野。
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