3D虚拟技术中建筑漫游动画的实践

梁蕾

摘要随着计算机技术和多媒体技术发展，3D虚拟技术也日益发展与成熟。它创造了一个虚拟现实环境下的三维图形世界，在视、听、触摸等方面可以逼真体验。目前，3D虚拟技术也运用到了建筑行业，因此，建筑漫游动画实践将变得越来越重要。

关键词虚拟技术；建筑；漫游；动画；实践

随着计算机硬件技术和多媒体技术发展，建筑漫游动画随着虚拟现实技术发展也成为了建筑行业一个新领域。近几年，建筑漫游动画将3D虚拟技术应用到城市规划、建筑设计等，其前所未有的人机交互性、真实建筑空间感、能模拟真实的漫游穿越等特性，都是传统方式所无法比拟的。

13D虚拟技术

目前，3D虚拟技术已成为一种全景图像展现更独特的新兴技术。它把计算机技术和图形图像结合起来，在表现上借助了图形图像技术、人工智能技术、互联网技术、多媒体等多种综合技术运用，模拟出真实或虚拟的视觉，实现了从二维图形到三维空间的转变，创造了一个实时反映事物变化与相互作用的三维世界。

2建筑漫游动画

建筑漫游动画运用三维设计软件，以现实中的建筑为依据，在技术中采用动画虚拟数码技术结合电影的表现手法，根据建筑、园林、室内等设计图纸，将要表现的各个部件提前演绎展示。建筑动画镜头无限自由，可以全景方式给人展示整个建筑设计的三维空间效果。

3 3D虚拟技术运用在建筑漫游动画的优势

近几年，3D虚拟技术引入到了建筑漫游动画中表现出了它极大的优势。首先3D虚拟技术代替了传统的建筑图纸设计、建筑沙盘模型和静止三维建筑效果图，能有效地改善传统建筑设计展示形式的缺陷。其次，3D虚拟技术可以构建出外景与内景，向客户展示整个建筑的结构布局。最后3D虚拟技术和多媒体技术综合运用，在建筑漫游动画设计中加入动画、图像、文字、声音等，并模拟室内光照效果与自然天气，可以实现多种环境效果实时切换。

4建筑漫游动画的实践

建筑漫游动画工作流程可分为3个阶段：前期、中期、后期。

1）建筑漫游动画前期。建筑动画的前期准备决定了整个工作的成败。根据CAD图纸等相关资料进行整体效果、主场景表现、镜头运动轨迹等方面进行总体规划，制定出建筑的风格、漫游动画的定位、分镜、镜头运动设计、视觉美感效果、音乐效应和镜头画面的切换结合等，提出每一项工作的解决方法。

2）建筑漫游动画中期。（1）模型制作。做好前期准备工作后，就可以进行建筑模型制作了。根据前期工作规划将建筑平面资料或城市规划图纸以三维模型展现出来。建模的原则要表现出必要细节，反映出整体项目的确定点和优势点，顾及到外景（天空、远景、树木、人物、喷泉）与内景（建筑）相互衬托。（2）材质制作。建筑模型完成后，根据建筑模型设计风格制作贴图材质。材质是建筑漫游动画中不可缺少的技术之一。设置了模型材质后，使对象表面更加逼真，模拟了真实世界的自然物质，反映了建筑模型的特性，烘托了整个建筑真实感和表面的视觉冲击力。（3）灯光的运用。灯光的特效性质，会对场景产生很强烈的影响，是烘托建筑效果的重要方式。在设置灯光中，主要运用Vray灯光来实现。Vray在3D虚拟世界中模拟阳光照明具有自己独特的优势，仿佛真实世界的太阳光一样。在材质与灯光的关系中，不同属性的光源照射到物体上会产生不同的变化，如灯光的颜色、灯光的强度、灯光的照射角度、灯光的距离等。在打灯光时，要考虑场景的材质与天气变换、时间变换等因素对照明的影响，最终的效果是让虚拟中景物贴近现实生活。（4）漫游动画实现。将摄影机的动画按照脚本的设计和表现方向调整好，根据整个建筑的走向来设置漫游动画。建筑漫游动画最常用的动画分为两种：一种是通常所说的建筑漫游，即整个场景都是静止的，只是镜头在这个场景中运动，但这类的场景变化来说也是比较复杂的，需要加入人物，动物，植物，水面动车等角色动画，能制作很真实的动画效果；另一个就是角色动画，如人物、汽车、火车、飞机等运动动画，把场景中需要编辑成动画，将相机动画渲染制作成动画预览，接着剪辑、合成、制作成模拟动画。通过摄影机的镜头来确定最终角色的运动路线、运动速度和故事情节的连接。

3）建筑动画后期。3D建筑漫游动画的镜头运动效果是按照分镜效果来设定的，通过摄影机运动轨迹来实现的。将摄影机绑定到事先设计好的运动路径上，设置关键帧，路径动画就设置成功了。再通过渲染每一个镜头动画并转化为视频或图像，将视频或.TGA动画序列导入视频合成软件中，加入过场特效、字幕、动画配音等。再经过后期剪辑合成，一部完整的建筑漫游动画将呈现出来。

5建筑漫游动画核心技术实践

建筑漫游动画表现的核心是建筑主体，同时要把建筑、环境、人结合起来形成一个和谐共處的空间。高品质、环保的生活环境也是必须要考虑。如建筑周边绿化环境：花草树木、天空、水面、绿山；还需要表现动态场景：人物、车辆、动物。以上场景建设在建筑漫游动画表现尤为复杂，这也是建筑漫游动画实现的核心技术。

5.1建筑建模技术

建筑动画建模中，常采用多边形建模的方法。多边形建模是把要建的模型转化为一个可编辑的多边形对象，然后对子对像点线面进行编辑和修改。可编辑多边形对象包含Vertex（节点）、Edge（边界）、Border（边界环）、Polygon（多边形面）、Element（元素）5种子对象模式。多边形建模在创建复杂表面时，细节部分可以任意加线，在结构穿插关系很复杂的模型中优势明显；而另一种是曲面建模方法，创建的物体表面由直线组成，在建筑方面用得也较多。

5.2用贴图技术呈现树木

模型是建筑的骨架，贴图就是建筑的衣装，贴图可以为建筑模型造型添彩润色。目前这种效果的实现将通过植物贴图贴在平面物体进行3D技术处理，模拟树木或其它植物。为了更好地体现出植物的真实性，在3D虚拟技术中须完成植物贴图制作流程：

1）首先要有相应的植物贴图，如有特殊需要的植物贴图可通过PS软件对真实植物照片处理得到。在制作中，每张植物贴图都应该附有一张黑白通道贴图。

2）在3D制作软件中，打开Material Editor（材质编辑器），为其Diffuse（漫反射材质）通道贴入植物贴图，在Opacity（透明度）通道贴入黑白贴图，将物体Self ilhmination（自发光）改为100；在明暗器基本参数中，要勾选材质的双面显示，这样在摄影机的状态下才能显示。

3）场景中的植物是有多样性的，一般建筑动画远景镜头都会准备3种以上颜色的植物，不同的颜色能较好模拟远景植物的效果。在3D制作时，使用Edit Mesh命令，再对polygon级别设置材质的id号，对多面材质（Multi/sub-Ob ject）选植物不同的面进行不同的材质编辑。在贴图方面：以树为主要，使用十字交叉平面完成树木，然后把透明通道打开，让越黑色部分显得越透明，这样渲染出来才有树的立体效果；另外一种制作方法也可以使用SpeedTree插件制作植物。

5.3建筑漫游动画中解决人物显示

1）用贴图完成人物。使用貼图完成人物通过创建单个平面物体后，将人物的彩色和黑白图片分别贴入Diffuse（漫反射材质）通道和Opacity（透明度）通道。但是不要用十字交叉平面贴入角色贴图，否则侧面观察会失真。用平面贴图渲染速度快，贴图为真实照片，人物真实，适合大面积推拉镜头使用。

2）用RPC插件完成人物显示。RPC是建筑动画不可缺少的制作利器，它可以轻松地为三维场景加入人物，动物或植物等有生命的配景，以及车辆、动态喷泉和各种生活中常用的设施，并能在灯光下产生真实投影和反射效果。

3）导入3Ds max或Maya软件制作好人物模型。人物也可以在3Ds max或Maya软件制作好人物模型再合并到建筑动画场景。但需要在Customize（自用户定义）菜单中选择Configure User Paths（用户路径设置）命令，单击Add按钮，添加贴图路径，将其路径指向配套贴图所有的文件夹，否则可能会出现贴图丢失。

5.4建筑动画中特效实践

建筑动画片是建筑艺术片，是建筑空间的表现与视听艺术的完美结合。因此除了实现完美建筑之外，还需加入视觉效果，比如：喷泉、水帘、水面镜头，云、下雨、下雪等，增加了动画的感染力。在3D软件中，可以使用粒子系统和动态贴图两种方法实现；另一种方法可用RPC插件实现以上特效。

随着3D虚拟技术越来越成熟，建筑漫游动画也推动了数字城市的发展，极致地发挥了它的应用价值，得到了设计者和需求者的青睐。