虚拟现实古建筑场景的研究

　　黄琳娜邢苒苒辛孟伟王聪聪
　　基金项目：通化师范学院大学生创新创业训练项目：虚拟现实古建筑场景的研究（项目编号：201910202038）指导教师：齐颖
　　摘要：三维动画作为二维动画的后起之秀在21世纪取得了飞速发展，目前被广泛应用于游戏场景或动画场景以及多媒体领域中，只有优秀的模型，才能完成一部优秀作品，完美的场景模型以及适当的场景搭配可以给人们以视觉的冲击，激发爱好者的兴趣，适当的布局可以烘托出一定的氛围。近些年来随着我国高新近技术的不断发展，古建筑非物质文化遗产保护模式发生了一系列的改革变化。虚拟现实高新技术在文物保护方面产生了全新的进展，如通过三维方式对古建筑场景建立网络上的数字化展示。能够在保护文物的同时，对参观者提供更全面的古建筑场景的展现。虚拟现实的古建筑场景可以使我们的情境感知更为突出，更为鲜明。
　　关键词：虚拟现实；古建筑场景；场景模型
　　一、虚拟现实古建筑场景模型制作的课题任务
　　庭院场景模型的创建；
　　庭院场景模型uv的展开；
　　庭院场景模型材质的制作；
　　庭院场景模型的整体结合。
　　二、项目研究内容、意义
　　虚拟现实古建筑场景模型的制作主要应用Maya多边形建模的功能建立场景中的古建筑模型，主要包括房屋、树、亭子、假山、石头、院墙、地砖、大门等；模型由近及远，从局部到整体制作，最后做古建筑场景的整合，应用Maya中uv和贴图技术把模型合成一个整体，实现一个虚拟现实的古建筑场景模型。项目关键问题主要有古建筑场景模型和材质的制作；古建筑场景模型的渲染；古建筑场景模型的整合。当人们在观看动画片或者玩游戏的时候，只要场景一出现，我们就会被场景所吸引，游戏的第一印象就取决于场景，好的场景可以使带入感更为突出，场景的布局适当、节奏就更加流畅，更加具有美感，因此，一个高品质虚拟现实古建筑场景在空间和时间方面的资料保存可以发挥重大的作用。
　　三、虚拟现实古建筑场景制作的需求分析
　　（一）虚拟现实古建筑场景模型制作的可行性需求分析
　　1。技术可行性
　　场景制作是以Maya软件为主，同时结合Photoshop软件实现的，Maya技术非常强大，国内外有很多游戏制作公司用Maya软件进行游戏场景的制作，所以应用Maya技术实现庭院场景模型的制作是在本人的技术范围之内。
　　2。经济可行性
　　庭院场景的制作只需要一台电脑，安装几款软件，参照相应的书籍，再加上自己的创新思想便可以自己独立完成设计和制作，完全可行。
　　3。操作可行性
　　庭院场景的设计是：整体构思局部构成总体归纳。也就是先有一个整体的思路，再进行每个局部的制作，然后再进行总体的归纳整理，具体的做法就是要从基础小模型着手到整体场景，充分考虑场面的整体结构。
　　4。创新性
　　庭院的设计有巧妙的构思，无论从整体到个体，由近及远，都给人以完美的视觉感。
　　（二）庭院场景模型的制作流程
　　1。根据构思简略的刻画出模型的大致样式。
　　2、将场景模型根据材质分成多个模块，房屋、树木、地面、墙、柱子等不同材质不同制作。
　　3。将房屋等元素制作好后要保持整体的比例平衡，保持场景的各个部位大小平衡。
　　4。以树和房屋作为参照物确定其他模型的大小，这样可以便于整体的结构把握。
　　5。树的元素制作好后制作地面，视觉从整体到局部，制作从布局到整体。
　　6。模型制作完成后，要为材质的制作做准备，即将模型的uv展平。
　　7。模型制作好后为模型赋予材质和贴图。
　　8。调整模型的整体结构后导出视频。
　　四、古建筑庭院场景模型制作的准备工作和注意事项
　　1。在场景模型制作前首先在F盘设置一个项目文件夹，用来保存MAYA文件。以后的所有关于此项目的文件包括贴图都保持于此文件夹中，并且此文件夹以后不能移动，否则会使材质找不到贴图路径。
　　2。在场景模型的布线上要尽量避免三角面的出现，如果有三角面将不便于以后输出动画的调节，且如果三角面在UV的边界上不便于UV的划分。
　　3。在模型的布线上要尽量符合模型的结构，这样便于模型UV的调节。
　　4。在模型的制作上要惜线如金，要每一条线都有其存在的意义。不要有废点废面的存在，要在可以达到所需效果的前提下尽可能减少模型的面数。
　　5。在相同结构的模型制作上，要将第一个模型做得精确以便复制后节约面数。
　　6。在模型制作的结尾，要对模型的布线进行调节，要对不合理及多余的线进行整理或删除。
　　五、古建筑庭院场景中房屋制作
　　（一）古建筑房屋
　　首先制作房屋框架。创建一个四面长方体，将长方体底面删除，因为地面是看不到的，然后将上方的面提取出来使它脱离这个长方体，然后将此面拉伸，向上挤出形成新的长方体作为砖地，将此面插入四条循环边作为贴图的需要，再创建一个矩形只留四个面，然后将每个面都插入循环边，将图形全选后执行挤出拉伸命令，最后做出台阶，将矩形除了底面和侧面都删除，然后拉伸出一个台阶，使用W键insert吸附点的位置执行V键复制，这样房屋底盘就制作完成了。底盘制作完成后，在地面上创建一个圆柱体，然后在属性编辑器中调节圆柱的边数，边数设定为5就可以，因为圆柱不会给特写，制作好一个后执行复制命令复制成多个圆柱，样式为前面四个，后面两个，前面四个中间为门，其余中间为墙，然后制作一个四面体，将四面体放在地面上，然后将四个柱子放在四面体角落，两个放在中间区部位，在柱子上面做一個矩形作为屋顶底盘，这样房屋的中间部位制作完成。
　　（二）制作房屋屋顶
　　创建一个矩形面将此矩形面执行挤出拉伸命令，对其进行向平面中心拉伸，然后删除中心面，将中心面的四条边向上拉起，使其形成屋顶的瓦面，然后建立矩形体，删除上下两个面，在前一个面上加一个长方形作为牌匾，然后再以相同方法在建立一个瓦面，然后将其前后两条边拉起后在合并做成瓦面的顶部，然后在面的边界制作长方体矩形作为棱柱，在面上加入合适的线以便uv能更好的贴图。
　　（三）制作房屋门
　　在底部首先建立长方体作为门的最低面，然后删除底面，因为底面是看不见的，为了省面应该把面数做到最低，然后建立一个立着的长方体，为此长方体添加两条循环边位于两侧，在连接两条循环边，然后删除循环边之间的面，作为过路的门，同理门的两侧也这么做，在顶部做瓦面的时候要两侧对称，因为uv是重叠的，模型基本创建完成后将相应贴图导入到相应材质中。
　　（四）房屋模型UV以及贴图
　　将房屋的底盘侧面导入大理石贴图，然后将5个侧面uv展开，因为几个侧面都是相同材质，所以uv可以重叠这样还能使uv和贴图整齐，利用将选定uv与最大值uv对其工具将uv拉伸；然后对着实物模型调整uv的位置以及长度使物体贴图适中，台阶的uv用自动映射展开，因为台阶是水泥材质，且材质颜色几乎相同，所以将台阶利用选定uv与最大值uv对其工具将展开uv拉伸，台阶上面的侧面利用相同方法对齐后将其平行拉伸，拉到适中位置。侧面矮墙壁我们在展开uv后进行重叠对齐，第三个边对齐到第一个边，第二个边对齐到第四个边，这样反复对齐后所有面就形成一个uv面，参考实物模型确定合适的位置。
　　六、正门的制作
　　大门是一个场景中比较重要的模型，因为在进入一个场景中时，大门都会给特写，在这里我们将大门分成几个部分，分开制作，主要包括台阶的制作，门的制作，墙的制作，以及顶部的制作，相同材质放在一块，这样有助于uv的调节，将大门模型建好后，将uv根据材质分开至不同区域，但不能重叠，在uv纹理编辑器中导出uv快照，然后用PS打开，将相应贴图用PS剪切工具剪开，在PS中将剪裁好的贴图按ctrlA全选然后复制粘贴到uv快照层中，所有贴图都按照此方法导入，然后制作贴图，将贴图导入到一个新材质中后赋予模型，然后将模型结合成一个整体之后添加到一个Maya新层中添加R键，使其不能随意更改，这样大门模型就制作完了。
　　七、庭院场景模型亭子、地面的制作
　　（一）亭子
　　首先，创建亭子的底盘。将柱子模型uv用圆柱形映射展开，把底部用沿选定边分离uv工具分离，将柱子uv拉到红色贴图部位，底部拉到水泥贴图部位，然后用编辑栏中特殊复制工具将柱子复制，瓦面贴图还是先展开一个面的uv然后用自动映射方式展开，将瓦面贴图材质赋予模型，在uv编辑器中拉成上短下长，这样图形就会直观可见了，棱柱因为都是相同材质，所以用自动映射方式将uv缩小放到相同材质贴图中，根据实际模型确定uv大小，这样亭子模型我们就做完了。最后，将亭子改进复制出一个亭子放置于庭院中央，将六根柱子删除两根，四根柱子周围加上围墙贴图，底盘换成正方形，瓦面删除下半部分，在底盘上建立六边棱柱作为桌子，将亭子放置于庭院中央房屋对面处，这样整体感会更强一些。
　　（二）地面
　　建立好树模型后我们为树添加不同的贴图复制不用颜色的树，颜色的不同可以让整体更充实，植物在一个庭院中也占着比较大的分量，可以用不同颜色的植物衬托庭院的美，这样可以使庭院具有亲近自然的功能，在这里我们把绿色的植物放置于地砖通道两侧，在凉亭周围放置鲜艳的植物，各个角落墙体周围都放置五颜六色的植物，树的部分要放置于砖地周围，不能放置于地砖上，根据整体调整每一个树的位置。
　　八、虚拟现实庭院场景模型的渲染
　　渲染，英文为Render，有的把它称为着色，但我更习惯把Shade称为着色，把Render称为渲染。因为Render和Shade值两个词在三维软件中是截然不同的两个概念，虽然它们的功能很相似，但却有不同。最后要对庭院场景进行渲染，要先打好灯光，相机，设置渲染效果和渲染尺寸点击渲染器开始渲染最终效果图。
　　九、输出视频
　　在确定关键帧无误后，打开窗口中播放预览选项菜单，选择时间模块，也就是整个时间段动画的所有帧数，质量调到最高，缩放为1，这样分辨率会高一点，分别选择五个摄像机，然后點击应用选择输出视频保存位置，完成整部虚拟现实古建筑场景的制作。