论三维游戏建模技术在虚拟场景的运用

张志远 陈欢

摘要：目前随着我国新兴产业的发展。游戏产业也随之发展迅速，游戏玩家的人数逐年增多。如今，三维技术在游戏领域中被广泛应用。而3D游戏已经成为了，当代游戏玩家最忠实的游戏类型。3D游戏就是三维游戏，三维技术在游戏中所创造的效果能够达到无法表现的、充满画面感、富有想象力的视觉感受，能使玩家更加真实的体会游戏，仿佛置身与游戏当中，享受着游戏的乐趣。场景建模，是3D游戏中置为重要的组成部分。优秀的场景建模可以提升3D游戏的美感，强化其渲染的主题，使3D游戏的效果更加的充足。我的毕业设计是，以南京建筑为例，建模一个其中的建筑场景。所以选了南京代表性的建筑，总统府为例，并结合实地考察，制作了一个较完整的总统府场景建模。对主要建筑的构造以及建模，有了一定的细致研究。本文以此为据，举例分析了总统府内标志性传统建筑的结构以及其功能性，并结合了场景模型制作设计过程中需要用到的建模软件3ds Max，论述了3d游戏建模技术在传统建筑模型中的运用。以及对场景建模中所遇到的一些问题的解决办法。

关键词：场景建模;三维技术;传统建筑

绪论

现如今，三维建模对各个领域都有联系，已经成为当今不可缺少的软件。游戏领域更是依靠三维技術。游戏场景建模是游戏场景构成的极为重要的组成部分，游戏场景是游戏除了角色塑造之外，其他的部分都包含在其中。通过渲染加强游戏的主题，成功的场景建模可以提高动画的档次，可以使渲染建模时更加的丰富。场景建模的适当增强对三维游戏的附加值，会直接影响整个游戏的风格和艺术水平。

本文通过研究三维技术在游戏场景当中的运用，以南京总统府场景建模为例。收集相关资料，来探索场景建模的制作的方法。文章第一部分是对南京总统府的简述，第二部分是结合本人毕业设计对场景建模的制作进行分析，第三部分是场景建模过程中，遇到的问题以及改善的方法。

一、南京总统府模型的制作意义

南京总统府是南京市地标，也是民国时期主要的代表建筑之一，中国近代历史产物的重要标志。其既有属于中国南方特色的江南园林，也有近代西风东渐时期的建筑遗存，直到今天，已经有六百多年的历史。

本着尊重现状、尊重历史的原则，使用3d游戏建模技术进行还原，不仅可以体现总统府建筑群的传统特色，而且提升了画面的美感，丰富了视觉的享受，还可以渲染气氛， 使人身临其境，体验更加饱满真实感。对古建筑研究、文物的保护、景区的规划和管理，以及推动传统建筑文化与艺术的相结合，也具有重要的应用意义。

二、总统府场景的创作过程

（一）场景的设计理念

在实地考察南京总统府之后，得出了一些结论。考虑到南京总统府的场景过于宏大，所以选取了主要的几个建筑进行制作。在分析了南京总统府的地图之后，划分了其主要建筑、次要建筑、以及环境因素等等。一般来讲人最先观察的是主体物，可以使人眼前一亮。反之，次要的建筑简要概括。这样可以有效的控制游戏场景的资源消耗，也可以提高场景建模的制作效率。

然后在制作南京总统府场景的大致形状。在划分完总统府场景的规划区域之后，首先要把场景中的建筑物用简单的几何物体代替，其主要目的是，先把总统府建筑中的高点和低点，与个模型之间的比例大小进行相对匹配。不追求细节，先把总统府场景模型的大体布局先完成。可以更好的掌握物体之间的联系。

通过3d游戏建模技术可以把南京总统府建筑、风景全部还原到游戏中，让它们重新焕发生命力。模型的制作方法就是结合3ds Max软件，先建立出基本形状建造出基本形状之后，再转化为可编辑多边形模式，一步一步的制作，利用不同的视图窗口，例如左视图与顶视图等，可以根据不同的视角，来调整模型的外形以及位置，最后拼接到一起，再贴上相应的贴图，做出成品。为之后的精细加工取得更好的铺垫。

之后在精细调节总统府建筑的细节，当整个场景模型的布局和比例关系确立以后，就需要对总统府的各个建筑进行细节的制作，最终达到建模的最佳效果。所有建筑在细分时，应该注意细节特点与整体之间的联系，不能盲目的细抠一个面，要整体来看。并且分为三个步骤，先把基本形状确立，然后在整理其细节和整体的关系，最后在精细加工其突出的结构，达到最终的效果。

（二）总统府的建模流程

1.门楼

总统府门楼，是近代中西文化的结合体。着眼望去，最先看到的便是总统府的门楼，此建筑和里面的传统建筑不同，材料多偏向砖块，而传统建筑更偏向木材。因此在建模时，首先要考虑，其特征是建立在实体建模的基础上的。利用3ds Max提供的基础模型，建造出基本形状，调好长宽高基本比例。这样做的目的是，让其保留可塑造的基础上，再进行转化成可编辑多边形模式对其进行处理，从而改变它们的大小形状。

在加入总统府的三个文字的时候，因为文字很是工整，采用多边形构造的话容易乱而且不规整。直接采用，可编辑样条线的线面打字工具，打出“总统府”的三个字，再采用线面挤出的方法，尚可完成。

建造门楼中三个门洞的时候，用布尔运算制作总统府大门的门洞，这样可以仍然保持着它本身的修改器堆栈，方便编辑。在门楼中的雕刻的花纹，采取可编辑样条线的方法，照着实体照片的状况，进行勾画出来。这样门楼的建模基本完成。

2.政务局

政物局大楼是负责重要文稿供写的，属于仿欧式两层建筑。整栋楼建筑以正大门入口的小楼为基础，由两层紧密相连，结构严谨，造型设计的很对称。对此建模的时候，没有门楼的繁杂。但是难点在于政物局的门窗。

用3DsMAX里的标准基本体进行大致的结构划分。基本形状确立好后，再者考虑的就是窗户。由于窗户的护栏数很多，建好大致形状后，用长方体，随着窗户的比例确定下来，需要构建一个即可，其他均可采取复制的方法。用可编辑样条线的方法，勾勒出窗户的基本形状，用这样的方法在随后的修改当中，方便调整。随后采用复制的方法，将其他的窗户复制出来。门的制作的时候，注重其和窗户之间比例的关系。随后采取多边形建模进行制作。门的把手用可编辑样条线，勾勒出形状，随之挤出。

3.办公处

孙中山临时大总统办公处，坐北朝南，面包含七间，是单层建筑。在构建好具体的形状后，屋顶的斜面采取线合并的方法，使其成为一个三角体屋顶，这样做也可以让其对称。前方支撑的棱柱部分，建造一个后，平移復制，分成多个在一面，然后都选中，采取镜像的方法，直接复制到后方。这样做既可以省时间，也可以准确的放置棱柱的位置。

办公处的难点在门的制作。它的门是门窗一体的，建模的时候，还要考虑到后期的贴图。得把窗户和门区分出来。所以，先用可编辑多边形确立好门的形状之后，从门的三分之一处切割一条边，使它分成两个图形。然后，由于窗户部分的栏杆较细。

所以采取可编辑样条线的方法，把门框和门边沿着门的外沿建立好，然后再采用挤出的方法，这样最终的建模就完成了。

4.大堂

总统府大堂，是太平天国时期的建筑，这个和前者略有不同，属于中国古代建筑，建筑特色是，硬山顶单层双榐，与二堂以穿相连。正前方有四根红木柱子所支撑。在建造的过程中，难点在于，总统府大堂中的浮雕窗户等物体，这些构造非常的复杂，造型也比较小，厚度薄，要是通过实体建模来建造的话，不仅工作强度会加大，而且模型数量也会随着增大，导致系统软件无法的进行驱动。

因此最好的解决办法就是，以透明贴图代替实体建筑模型进行建模。如果采用实体建模进行建模的话，会产生上百个甚至上千个面来，而且到后期删除多余面的时候，也非常的麻烦。所以从对应的线框来看，采用box建模，赋予镂空透明贴图的话，既可以表达丰富的视觉细节，也可以很好的简化模型的数量。

在使用3ds Max软件建模后需要删除不影响场景效果的面。模型底部的面不会影响场景的效果，删除后会降低场景的复杂性，减少模型的面数，并减小文件的大小。如大堂前后的四根木柱。木柱的顶部和底部的面就可以删除，因为顶部与底部的面是看不见的，也不会影响模型的整体效果。台基是搭建在地面平面上，多余的底部的面也是需要删除的。

大堂的屋顶由于是古代建筑，所以存在屋檐。屋檐微微翘起，这称之为飞檐翘角，可以排出屋檐的积水，并且在其中起着装饰作用。建模时，将屋顶转化为可编辑多边形之后，选中屋顶的一条边，用复制的办法，再复制一条边，然后调制其数值，再经过挤出，使其成为立体的结构。这样做的好处就是，顺着边下来，可以更好的对齐。比直接用多边形建模方便，而且还对称，更加的附和。

之后在使用镜像的方法，将剩下的三条屋脊复制出来。

三、建模过程中的问题以及改善的

（一）细节处理的太细致

就模型来说的话，模型的精细程度是影响其真实性的重要条件之一。细节程度的高低，决定着模型效果的水准。但建立模型的原因是，为了给虚拟的场景系统中创作一个虚拟的环境，然后在其中实现游戏活动或者漫游等任务。所以在场景建模的时候还应该考虑到整个系统的综合性能。如果在建立模型的过程当中，过分的追求内部的细节，而且对于所有的结构和表面特征，都采取多边形建模的方法来实现的话，会忽视了整个数据库的结构和优化，不但会使工作强度逐步变大，而且还可能导致整个系统的运行速度有所下降。所以造成其性能变低，严重时还容易使电脑卡顿。所以在场景建模中要有整体的观念，要意识到模型的细节和系统之间的相互制约的联系，不可过度的追求真实的效果，从而无限的精细模型结构。

（二）实体拼接组合的位置关系不明确

许多物体不是用一个简单的几何形状就可以完成的，它们经常是由多个物体组合而成，但是这并没有和搭建积木那样简单，要是在拼接的位置关系不正确的情况下，就会造成模型的局部闪烁，这种现象的产生原因是，多边形的位置重合，引起Z值的争夺。如果两个或者两个以上物体的点在空间位置上具有相同深度的Z值，导致无法判断哪一个多边形的点应该优先显示。于是会出现有的帧显示这个多边形的点，有的帧显示那个的情况，从而会出现屏幕画面闪烁的故障。所以，应该适当的进行裁剪，或者把面数调整一下，就可以避免这种现象的发生。

（三）有多余存在的面

在进行实体模型的建造过程当中，模型会经常的出现多余的面来，而且单独的物体建模时也会发生多余面的出现，因此在建模过程中出现的这些面要立即的删除掉，从而最大程度上，降低了整个系统的复杂程度。

除了以上的三种问题外，在建模的过程中运用技术不合理的话，会产生纹理闪烁、光照和透明效果的失真等问题。如光照失真的问题，一般是使用了较大的多边形产生的。可采取多边形分割的方法，进行解决。

结 语

在如今这个充满着竞争的时代，三维建模技术已经成为了一种重要的创作技术，三维建模技术以独特的优势发展了创作的空间，强化了场景建模的创造力和表现力。利用虚拟三维游戏场景建模，实现古建筑的再现，而模型的逼真程度又是实现虚拟现实技术，成败与否的关键。并且在建模的过程中，我总结出适合中国古建筑最有效的建模途径，并体现出三维建模技术，在古建筑表现与保护中的重要性。真实再现了每个建筑物体，让用户漫游时不会产生过渡的延时现象，可以从各种角度观察到，每个建筑物体的形态和结构，从而达到一种身临其境的真实感觉。

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中国传媒大学南广学院 天津 静海 301607