基本信息
- 項目名稱：
- 三維虛擬校園動畫設(shè)計與實現(xiàn)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 三維虛擬校園的設(shè)計與實現(xiàn)把建筑二維的建筑圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)槿S的建筑實體。包括校園的建模，添加材質(zhì)，燈光設(shè)置以及渲染輸出。 三維動畫技術(shù)還是一個設(shè)計工具，它以視覺形式反映了設(shè)計者的思想。讓學(xué)生可以身臨其境地感受校園的景觀，以交互的方式加快了學(xué)生熟悉校園環(huán)境的速度。同時三維動畫技術(shù)還可以應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)和多媒體中，更方便、快捷的傳播學(xué)校信息。
- 詳細介紹：
- 本項三維虛擬校園動畫的設(shè)計與實現(xiàn)正是把建筑二維的建筑圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)槿S的建筑實體的具體表現(xiàn)。包括校園的建模，添加材質(zhì)，燈光設(shè)置以及渲染輸出。在本設(shè)計中主要運用了3ds max，premiere pro ,AutoCAD及相關(guān)的插件forest。 對整個三維校園在搜集到得資料的基礎(chǔ)上進行設(shè)計，整個校區(qū)分為四個部分，分別為中心湖區(qū)，教學(xué)樓去，生活區(qū)和別墅區(qū)。完全在圖紙的基礎(chǔ)上進行設(shè)計，這也是此次設(shè)計的最大特色。 大概的制作過程如下： 1.主要建筑模型的制作: 建筑動畫要先建立起主體，主體模型的建立要精細，可以分場景制作，最后再合并。 2.次要的建筑群模型可以簡單的制作，模型要盡量精簡面數(shù)。 教學(xué)樓是整個三維虛擬校園的重點，所以在建模時應(yīng)該做成精模。在建模的時候應(yīng)該注意基本的建模規(guī)則，以原點為中心，設(shè)置好單位等等。在制作之前，根據(jù)場景管理的需要設(shè)立目錄。 第一步，對教學(xué)樓的CAD圖形進行細致處理。首先對原始的CAD圖形進行處理。在AutoCAD中，使用層管理器，將用不到的層刪掉，盡量精簡圖形。如圖1-1、1-2所示。 圖1-1 教學(xué)樓原始CAD圖 圖1-2 經(jīng)過處理后的教學(xué)樓CAD圖 第二步，將修改后的CAD圖導(dǎo)入3D。打開3DS MAX,點擊自定義菜單下的“單位設(shè)置”，將系統(tǒng)單位設(shè)置成“米”，在“柵格和捕捉設(shè)置”中，將主柵格的“柵格間距”設(shè)置為1米。如圖1-3所示。 圖1-3 3DS MAX系統(tǒng)單位配置 將CAD圖導(dǎo)入到3DS MAX 中時要注意：使用“導(dǎo)入”命令，選擇文件類型為“AutoCAD圖形（*.dwg,*.dxf）”，選擇處理后的教學(xué)樓CAD圖，在彈出的選項卡中，勾選“重縮放”，并將“傳入的文件單位”設(shè)置為毫米。如圖1-4所示。 圖1-4 導(dǎo)入CAD圖過程 在制作教學(xué)樓墻體時多種建模的方式，下面介紹兩種方式建模。 （1）可以運用“畫線—附加—擠出”的操作方法制作出墻體。需要注意的是，在建模時，要把具有相同材質(zhì)的模型統(tǒng)一為相同的顏色，以便在場景較大時，用相同顏色的選擇方式為有相同材質(zhì)的模型賦材質(zhì)。這種建模的優(yōu)點是面數(shù)較少有利于后期的渲染。如圖1-5所示. 圖1-5 墻體的制作 （2）將二維圖像轉(zhuǎn)化為可以符合要求的三維圖形，為其添加自動焊接和基礎(chǔ)命令。如圖1-6所示。 圖1-6 擠出命令的應(yīng)用 本作品設(shè)計使用的是第二種方法，基礎(chǔ)的墻體如圖1-7所示。 圖1-7 教學(xué)樓墻體 從圖1-7可以看出，通過二維的平面圖擠出的三維樓體是沒有門洞和窗洞的，因此要繼續(xù)對其進行修改。 首先，選中三維模型，將其轉(zhuǎn)化為可編輯多邊形，在可編輯多邊形的模式下，對于一個物體在3DS MAX中有五種編輯級別，分別是：點、邊、邊界、面、元素。這里用到的有點、邊和面。對于這個樓體多邊形，首先在邊的級別下，選擇用來做窗洞的對應(yīng)的四條邊，然后單擊右鍵，在右鍵快捷菜單里選擇連接命令。將這四條邊對應(yīng)的兩個面拆分成四個面。如圖1-8所示： 圖1-8連接命令的使用 然后將這四條邊的兩條連接線的位置根據(jù)窗戶的高度調(diào)整到合適的位置，將其設(shè)為1.8米。在面的級別下，選擇下面的兩個的面，在右側(cè)修改器面板中選擇橋命令，將這兩個面連接起來，這樣窗洞就出來了。用同樣的方法將樓體模型的所用窗洞、門洞、陽臺做出來。 眾所周知，在現(xiàn)實世界中一座樓是有外墻和內(nèi)墻之分的，并且他們的顏色不一樣，所以在3DS MAX中將墻做好之后一定要考慮墻以后的顏色是什么樣的。8#學(xué)生宿舍樓是一座帶有陽臺的學(xué)生公寓，它有兩種材質(zhì)，所以要對樓體模型賦予不同的材質(zhì)，也就是要使用多維材質(zhì)。 在制作好第一層后，再采用復(fù)制的方法就可以得到教學(xué)樓的整體模型。如圖1-9所示。 圖1-9教學(xué)樓模型 接下來要給這座樓根據(jù)實際情況加入玻璃、窗戶、門等。最終的模型如圖1-10所示。 圖1-10 教學(xué)樓整體模型 其他建筑模型及環(huán)境的制作 1 .宿舍樓的制作 由于宿舍樓同樣是三維虛擬校園重要的表現(xiàn)對象所以采取了和教學(xué)樓一樣的建模方法。宿舍樓的最終模型如圖1-11所示。 圖1-11 宿舍樓的模型 其他的建筑模型如圖1-12所示 燈光球場 學(xué)校大門 足球場 別墅 2 .環(huán)境的制作 （1）小山的制作 小山是最能烘托環(huán)境的，在制作上當然也是最有難度的。在制作小山時有多種方法，既可以對面在點的級別下編輯多邊形，然后使用軟選擇工具；也可以使用黑白位圖運用置換命令，白的地方凸起，黑的地方凹陷。 第一種方法是最簡單也是最為快捷的，首先在要創(chuàng)建湖的地方創(chuàng)建一個平面，然后將分段值提高，這一點是很重要的，如果給的分段值過低，對其施加網(wǎng)格平滑命令后會不平滑。然后將這個平面轉(zhuǎn)化為可編輯的多邊形，在點的級別下用多邊形選擇工具選擇要凸起為山坡的點，打開軟選擇開關(guān)，拉出小山的高度。如圖1-13所示： 圖1-13 制作的小山 （2）樹木的制作 在做大型的三維游歷動畫時，經(jīng)常用Speed Tree、Tree Strom、Forest Pro等插件來制作環(huán)境中的樹木。Speed Tree、Tree Strom可以用來做真實的三維立體的樹，要對一個樹進行特別表現(xiàn)時就要用這兩個插件來做。Forest Pro主要用來制作大面積的深林。另外，前兩種插件做的樹還可以施加風(fēng)動力，創(chuàng)建出樹葉隨風(fēng)飄動的動畫。 對于三維虛擬校園的樹木包括兩個大的方面。第一種是道路兩旁的樹，第二種是小山上的樹和河邊的樹。本設(shè)計主要采用的是Forest Pro。下面介紹Forest Pro插件。 Forest Pro插件的使用 作為建筑動畫的場景模型，配景模型也是非常重要的，而植物模型在配鏡中具有舉足輕重的地位，一個缺少植物的場景，會明顯讓人感覺缺少生氣，沒有活力。由于3DS Max軟件本身的局限性，如果單純使用3DS Max的植物模型，會讓整個工作非常繁瑣和復(fù)雜，同時也會有相當大的模型量。 在整個場景中，大部分的數(shù)是通過Forest Pro插件來完成的，它通過貼圖來表現(xiàn)植物，具有以下特點： （1）模型由交叉的面片組成，模型量小。 （2）比較適合做遠景大面積的植被。 （3）可以同時設(shè)置各參數(shù)，有效的控制植物高低起伏及疏密關(guān)系。 使用Forest Pro在草地上創(chuàng)建出樹木群的的制作過程： （1） 將所有出現(xiàn)草地的地方畫線，并且結(jié)合成可編輯樣條線，創(chuàng)建出線框物體，這是創(chuàng)建樹林的區(qū)域。 （2） 單擊創(chuàng)建面板，在基本幾何體下拉框中選擇Itoo Software，選擇Forest Pro，在頂視圖中的區(qū)域內(nèi)單擊，創(chuàng)建一個F字樣的線框標記。 （3） 在F字樣保持選中的前提下，單擊修改面板，選擇area卷展欄，單擊pick，并拾取樣條線，在線框內(nèi)會自動生成面片群。 （4） 打開Distribution Map卷展欄，選擇grid分布方式。看到面片群規(guī)律排列。設(shè)置size選項組內(nèi)x值的大小，調(diào)節(jié)樹木的疏密程度。 （5） 打開Tree Properties卷展欄，調(diào)節(jié)Width值和Height值來控制樹木的寬度和高度。 （6） 給樹木設(shè)置材質(zhì)。按鍵盤上的M鍵，打開材質(zhì)編輯器。設(shè)置一個多維材質(zhì)。 （7） 將多維材質(zhì)指定給面片模型，打開Material卷展欄，調(diào)節(jié)多維材質(zhì)分別在面片模型群中所占的比例。這樣可以得到樹種豐富、效果逼真的樹林。如圖3-15. 圖1-14 樹木群效果 3 .材質(zhì)的制作 (1) 別墅材質(zhì)的制作 教學(xué)樓的材質(zhì)是紅色磚墻材質(zhì)，建議盡量使用3D中自帶的材質(zhì)，用貼圖不好控制，也容易出現(xiàn)貼圖間的連接痕跡。教學(xué)樓的紅磚墻材質(zhì)在3D的材質(zhì)編輯器中能直接調(diào)出來。在漫反射貼圖通道中使用平鋪（Tiles）材質(zhì)，在標準控制中，將預(yù)設(shè)類型改為連續(xù)砌合；在高級控制中，調(diào)出和實際相符合的顏色；在凹凸貼圖通道也使用相同的材質(zhì)，使磚墻看起來有凹凸感。 (2) 窗戶材質(zhì)的制作 對窗戶的制作，除了用窗框和面制作比較真實的窗戶外，還可以一個窗戶用一個面代替，并給這個面特殊的材質(zhì)。這里主要說用面制作窗戶的材質(zhì)的做法。材質(zhì)用混合（blend）材質(zhì)，材質(zhì)1使用窗框的材質(zhì)，材質(zhì)2使用玻璃的材質(zhì)，遮罩中使用窗戶的黑白貼圖。 (3) 教學(xué)樓材質(zhì)的制作 在此設(shè)計中，教學(xué)樓是主體建筑，所以在材質(zhì)上要下功夫。主要是根據(jù)本學(xué)校建筑的實體模型來進行的材質(zhì)的設(shè)置。用數(shù)碼相機拍攝合適的墻體圖片。再在Photoshop中對圖片進行處理。在側(cè)墻材質(zhì)的反射通道中給原始圖片，在透明通道和凹凸通道中都給成黑白圖，并將凹凸數(shù)量設(shè)置為負值，這樣會使窗戶看起來有凹進去的感覺，比較真實。關(guān)于貼圖大小、位置的調(diào)整可以調(diào)整其UV平鋪和偏移數(shù)值。效果參看圖1-10. (4 )玻璃幕材質(zhì)的制作 玻璃幕材質(zhì)的制作，基本參數(shù)設(shè)置：高光級別設(shè)置值為149，光澤度為27，漫反射貼圖通道里使用平鋪（Tiles）材質(zhì)，在反射通道里添加貼圖，反射通道不使用光線跟蹤而使用貼圖可以節(jié)省大量的渲染時間。反射數(shù)量要降低，在此設(shè)置為24.如圖1-15. 圖1-15別墅最終效果 4 .燈光的創(chuàng)建 在這個建筑場景中的燈光大致可以分為主光和環(huán)境光，環(huán)境光可以分為順光和背光。順光和背光的主要區(qū)別是順光的顏色要偏暖，背光的顏色要偏冷。順光燈制作時使用目標聚光燈，陰影使用陰影貼圖，陰影貼圖參數(shù)偏移設(shè)置為0，采樣范圍50左右，旋轉(zhuǎn)并實例復(fù)制一圈，制作出順光組。需要注意的是復(fù)制時使用拾取坐標系統(tǒng)，在聚光燈的目標點建立一個虛擬物體，拾取虛擬物體，并將坐標中心切換到使用變換坐標中心，就可以以目標點為中心旋轉(zhuǎn)復(fù)制。背光組制作過程和順光組一樣，只是把顏色調(diào)冷一點。環(huán)境光都要根據(jù)實際的光線需要調(diào)整光的倍增值。主光也可以使用目標聚光燈打，顏色根據(jù)早中晚調(diào)整，陰影貼圖參數(shù)設(shè)置上，與環(huán)境光不同，偏移值為0，貼圖大小的值越大，投影越精確，采樣范圍值越高，陰影邊緣越模糊，所以，根據(jù)不同的情況調(diào)出不同的燈光，模擬太陽光一天中的變化。 如果場景中個別部分太亮，除了使用燈光列表改變燈光的倍增值以外，還可以對個別照的很亮的模型另外再加一個泛光燈，使用“包含”，將照的特別亮的模型包含進來，倍增值設(shè)為負值，就變成了“吸光燈”。 如果場景太暗，也可以通過使用泛光燈陣列為整個場景補光。 5 .渲染 (1)渲染參數(shù)設(shè)置 渲染時需要對渲染的參數(shù)進行設(shè)置，可以添加特殊的效果，如鏡頭效果，景深，色彩平衡，模糊等如圖1-16所示。 圖1-16渲染效果參數(shù) 還可以對渲染場景進行更細致的設(shè)置，快捷鍵為F10或者打開渲染菜單下的渲染。如圖1-18所示。 圖3-18 渲染場景參數(shù) (2)最終效果圖 部分場景的最終渲染圖如下所示. 全局 全局 教學(xué)樓區(qū) 中心湖區(qū) 《三維虛擬校園動畫設(shè)計與實現(xiàn)》主要運用3ds max進行場景建模。通過這個設(shè)計掌握了建筑動畫制作的一般流程，對建筑建模以及整個流程有了更深刻的認識。三維動畫以真實的三維模型、逼真的材質(zhì)效果、高精度和多種輸出產(chǎn)品，可應(yīng)用于建筑設(shè)計中各種業(yè)務(wù)．它以圖、文、聲、像一體化的形式表達建筑設(shè)計并深刻地改變著建筑師的設(shè)計觀念，使人們深深地感受到數(shù)字化的威力與迷人之處．建筑設(shè)計工作者應(yīng)洞悉不斷發(fā)展的科技前沿，提高建筑設(shè)計的表現(xiàn)手法，使用網(wǎng)絡(luò)計算機及其相關(guān)的三維設(shè)備，讓我們的工作、生活、娛樂更加富有情趣．建筑動畫的未來發(fā)展前景是無限的。
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的：以三維動畫來全方位的展示校園建筑和環(huán)境，突出三維動畫在表現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)方面的特殊優(yōu)勢；希望本作品可以給廣大的三維設(shè)計愛好者提供某些方面的參考和借鑒。 基本思路：借用3D技術(shù)，及其它相關(guān)的軟硬件設(shè)備，將二維的建筑圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)槿S的建筑實體。其中包括腳本創(chuàng)作，校園的建模，添加材質(zhì)，燈光設(shè)置，渲染輸出以及后期剪輯等。 按照建筑動畫設(shè)計與制作的基本流程，利用3DS MAX、Photoshop、Premiere Pro、after effect等軟件，包括校園的建模，添加材質(zhì)，燈光設(shè)置以及渲染輸出，將一大學(xué)校區(qū)以三維動畫的形式展現(xiàn)在出來。 三維虛擬校園的設(shè)計與實現(xiàn)把建筑二維的建筑圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)槿S的建筑實體。包括校園的建模，添加材質(zhì)，燈光設(shè)置以及渲染輸出。在本設(shè)計中主要運用了3ds max，AutoCAD及相關(guān)的插件forest。 三維動畫技術(shù)還是一個設(shè)計工具，它以視覺形式反映了設(shè)計者的思想。運用三維動畫技術(shù),設(shè)計者可以完全按照自己的構(gòu)思去構(gòu)建裝飾“虛擬”的房間，并可以任意改變自己在房間中的位置，觀察設(shè)計的效果，直到滿意為止。既節(jié)約了大量的時間，又節(jié)省了做模型的費用。 三維動畫技術(shù)讓學(xué)生可以身臨其境地感受校園的景觀，以交互的方式加快了學(xué)生熟悉校園環(huán)境的速度。應(yīng)用三維動畫技術(shù)，給人們帶來難以比擬的真實感與現(xiàn)場感。同時三維動畫技術(shù)還可以應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)和多媒體中，更方便、快捷的傳播學(xué)校信息。
科學(xué)性、先進性
- 本作品主要技術(shù)支持：1.運用3ds max進行場景建模。2.利用3ds max系統(tǒng)內(nèi)部自帶的目標攝像機和自由攝像機，來真實的模擬現(xiàn)實攝像機的功能。3.運用photo shop制作材質(zhì)貼圖。4. 利用AutoCAD來對平面CAD圖進行簡化處理，從而更精確的控制尺寸和比例。5.使用premiere pro、after effect等對作品進行后期處理與編輯。這些強大的技術(shù)支持使得它具有一定的科學(xué)性。 本作品在建筑動畫領(lǐng)域里屬于說明類動畫，即通常所說的瀏覽類動畫。作品以建筑的三維模型為基礎(chǔ)，采用逼真的材質(zhì)效果，生動形象而又流暢地展示了一些建筑群的結(jié)構(gòu)及其周圍環(huán)境。此種技術(shù)可應(yīng)用于大型建設(shè)項目的招商展示、工程運作演示、大型城市建設(shè)規(guī)劃、房地產(chǎn)銷售廣告等各種業(yè)務(wù)中。而這一切，又是目前新技術(shù)新運用。 據(jù)此估計，三維虛擬建筑動畫有著一個極為廣闊的前景！
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 圖片、模型、錄像
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 本作品主要技術(shù)支持：1.運用3ds max進行場景建模。2.利用3ds max系統(tǒng)內(nèi)部自帶的目標攝像機和自由攝像機，來真實的模擬現(xiàn)實攝像機的功能。3.運用photo shop制作材質(zhì)貼圖。4. 利用AutoCAD來對平面CAD圖進行簡化處理，從而更精確的控制尺寸和比例。5.使用premiere pro、after effect等對作品進行后期處理與編輯。這些強大的技術(shù)支持使得它具有一定的科學(xué)性。 本作品在建筑動畫領(lǐng)域里屬于說明類動畫，即通常所說的瀏覽類動畫。作品以建筑的三維模型為基礎(chǔ)，采用逼真的材質(zhì)效果，生動形象而又流暢地展示了一些建筑群的結(jié)構(gòu)及其周圍環(huán)境。此種技術(shù)可應(yīng)用于大型建設(shè)項目的招商展示、工程運作演示、大型城市建設(shè)規(guī)劃、房地產(chǎn)銷售廣告等各種業(yè)務(wù)中。而這一切，又是目前新技術(shù)新運用。 據(jù)此估計，三維虛擬建筑動畫有著一個極為廣闊的前景！
同類課題研究水平概述
- 3D Studio Max ，最開始運用在電腦游戲中的動畫制作，而后更進一步開始參與影視片的特效制作，例如《X戰(zhàn)警II》，《最后的武士》等。目前，在影視界，3DS MAX的應(yīng)用案例更是多的數(shù)不勝數(shù)。 從應(yīng)用范圍來看，3DS MAX也已經(jīng)廣泛應(yīng)用于廣告、影視、工業(yè)設(shè)計、建筑設(shè)計、多媒體制作、游戲、輔助教學(xué)以及工程可視化等領(lǐng)域。深深扎根于玩家心中的勞拉角色形象就是3DS MAX的杰作。同時，3DS MAX在影視特效方面也有一定的應(yīng)用。而在國內(nèi)發(fā)展的相對比較成熟的建筑效果圖和建筑動畫制作中，3DS MAX的使用率更是占據(jù)了絕對的優(yōu)勢。根據(jù)不同行業(yè)的應(yīng)用特點對3DS MAX的掌握程度也有不同的要求，建筑方面的應(yīng)用相對來說要局限性大一些，它只要求單幀的渲染效果和環(huán)境效果，只涉及到比較簡單的動畫；片頭動畫和視頻游戲應(yīng)用中動畫占的比例很大，特別是視頻游戲?qū)巧珓赢嫷囊笠咭恍?；影視特效方面的?yīng)用則把3DS MAX的功能發(fā)揮到了極至。 就目前3DS MAX的發(fā)展形勢而言，它已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到建筑、醫(yī)療、軍事、航空、影視、廣告、娛樂等諸多方面。3DS MAX以虛擬再現(xiàn)現(xiàn)實的的獨特技術(shù)更是諸多科技所無法比擬的。 在國際上，好萊塢曾對3D數(shù)字動畫電影技術(shù)進行過多次實地試驗。如2005年出品的《四眼天雞》以及后來的《閃電狗》等,但是這些影片票房并不盡如人意。從電影技術(shù)上來看,真正沖破技術(shù)藩籬的是《阿凡達》。在動畫電影領(lǐng)域,則是以上映的《飛屋環(huán)游記》為代表,而派拉蒙3D動畫《馴龍高手》也為3D動畫的發(fā)展增添了一份傳奇。類似的3D電影,其意義不僅在于其表面的東西,更在于它所引領(lǐng)的動畫電影的未來發(fā)展趨勢。 而在我國，3D技術(shù)的應(yīng)用就更為普遍。目前，我們提的做多的三網(wǎng)合一，從某種程度上來講，也加快了3D技術(shù)的發(fā)展。比如：正在更新的3D電視。當出現(xiàn)了一定硬件的支持以后，對我們3D制作的要求也變得越來越高。 總之就我國動畫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀看，可以說態(tài)勢良好鼓舞人心，同時我們也應(yīng)該看到我國動畫產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與美日韓等動畫發(fā)達國家相比存在不小的差距，還有很多問題等待我們?nèi)フ{(diào)整解決。我們要不斷面臨駕馭產(chǎn)業(yè)發(fā)展新考驗各國際動畫界的新挑戰(zhàn)，但是我相信我們民族的動畫產(chǎn)業(yè)在大家的共同支持和努力下一定會獲得長足的發(fā)展。讓我們共同期待中國民族動畫產(chǎn)業(yè)新的春天。
