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标题 基于Unity3D的钟山小区虚拟漫游设计与开发
范文

    程彬

    摘要:Unity3D小区漫游设计利用虚拟技术将现实建筑经行三维仿真效果处理。在最近几年中,三维虚拟漫游技术在国内外早已有了日益增多的应用,其技术前所未有的交互性、真实建筑空间感、三维地形仿真等效果,都是传统方式所无法比较的。在小区漫游中,人们在一个虚拟的小区环境中,用交互的方式对小区环境,建筑等进行全方位的观察,人们可以在场景中进行任意角度,距离,精度的全面审视。该文将基于3Dmax,Unity3D等制作软件,从模型制作,材质绘制,后期渲染,漫游效果制作等方面讲解如何制作小区虚拟漫游设计。

    关键词:三维虚拟漫游技术;Unity3D;3Dmax;小区漫游

    中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2017)28-0097-04

    1 绪论

    三维虚拟漫游技术是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界所谓虚拟就是指这些场景是完全不存在的完全,提供使用者视觉、听觉、触觉等感官的模拟效果,让使用者有身历其境的感觉,可以及时、没有限制地观察三维空间内的所有事情。三维虚拟漫游技术是多种技术的综合,包括三维计算机图形处理技术,广角立体显示技术,对观察者的头部、眼部和手部的跟踪技术,以及触觉反馈、立体声音、网络传输、语音输入输出技术等[1]。

    从整体意义上说,三维虚拟漫游技术是以新型人机对话为基础的交互性的艺术形式,其最大优势在于建构作品与参与者的对话,通过对话揭示意义生成的过程。而在我们日常生活中,这项技术也逐渐起着至关重要的作用,其发展前景潜力无穷[2]。

    产品演示动画通过三维数字技术的运用,省去了传统的产品设计过程需要做出实体模型进行推敲,而通过三维模型的构建和相关动画的演示,更加节省了模型制作以及模型材料的浪费,很大程度上减少了资源浪费[3]。

    2 三维虚拟漫游相关技术

    三维虚拟技术在中国起步在20世纪90年代,发展了几年之后到1998年之后进入了一个较大的扩张时期,经过几个时期的发展扩张,整个行业在中国市场已经初具雏形。

    近几年来,市场对于建筑设计水平和行业服务质量的要求越来越高,以前简单的二维平面效果图已经渐渐不能满足市场的需要。因此,从业人员和各个企业公司也从以前的单一二维效果图向三维模型,虚拟漫游的空间展示上转变思路,已求更高层次的发展。在设备应用上,也不断引进国外先进技术来支撑日益增多的用户需求。三维虚拟技术随着数字设备的不断升级通入实际应用,数字技术的不断更新完善,三维虚拟技术从三维信息获取,建模方式,以及技术应用都有了飞速发展。

    2.1 3Dmax建模软件

    3D Studio Max,常简称为3ds Max或MAX,是Discreet公司开发的(后被Autodesk公司合并)基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。自从1996年由Kinetix推出3ds Max1.0版本,3ds Max的前进步伐就一直都没有停止过,并在随后的2.5和3.0版本中3ds Max的模型功能等被慢慢完善起来,并将当时主流的技术也包含了进去,比如增加了被称为工业标准的NURBS模型方式。[4]其中的3ds Max3.1版是一个非常优秀的版本,其卓越的稳定性和稳定的功能性致使现在还有一部分人还在使用此版本。

    2.2 Unity3D虚拟开发软件

    Unity3D是一款强大的跨平臺的综合3D游戏制作引擎,可以使人们轻松地制作和发布在Windows、Mac、Wii、iPhone、Windows phone 8和Android等多平台的强大跨平台性的功能。Unity3D可以实现三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容。

    2.3 Vray灯光软件

    VRay是由Chaosgroup和Asgvis公司出品的一款专业的图片和动画渲染软件,也是世界目前最流行的一款渲染软件,除了对各种三维模型进行高品质的渲染效果以外,VRay也同样可以提供独立的渲染程序,也方便了人们的各种图片影像的渲染要求[5]。

    3 三维虚拟技术流程设计

    3.1 三维虚拟技术项目流程

    三维虚拟漫游的技术流程和制作思路对于整个三维虚拟漫游作品来说都是至关重要的,只有在选择好制作思路和流程的条件下才可以顺利地进行整个作品的制作。目前,三维虚拟漫游的制作思路大概分为手动自主漫游类型和采用摄像机的自动漫游两种形式的制作思路。手动漫游形式的优点是可以根据不同市场和人群的需求自行调节所需要展现的效果。而自动漫游形式则是可以精准简洁的展示出整个场景的环境,大小,亮点和制作思路等信息。方便人们更快的了解到大致的漫游作品的信息。本次虚拟漫游的制作主要是针对制作摄像机自主漫游的效果与实现[6]。

    3.2 三维虚拟技术的设计思路

    三维虚拟技术在设计之初就要考虑到现实中的场景和虚拟技术如何结合的问题,在虚拟制作过程中,首先要对整个场景有个大致的轮廓了解,例如:整个场景建筑的大小,布局,比例;整个场景的灯光设置以及,材质的制作;具体的建模思路是整个三维虚拟技术的关键所在。因为在制作过程中整个系统要同时计算建筑模型的面数,复杂灯光的效果,以及庞大的材质贴图。所以在制作过程中要尽量使得整个场景得到最大的优化,例如:合理利用纹理效果;最大化的精简模型面数;将一些场景内的模型用简单的几何模型替代。做好整体的优化才能保证整个设计的顺利流畅显示和完整的展现设计作品。其大致制作流程如图1所示。

    3.3 三维虚拟技术建模思路

    在了解完整的三维虚拟技术的设计思路之后就可以开始建模的工作了。我们要将我们准备好的场景素材或是小区图纸进行场景建模,建模的总思路就是要将整个场景尽量完整有效的展现出来。所以在制作场景模型是需要注意以下的制作方法:

    1) 建模时候尽量要压缩面数,如果制作方法不当导致面数很庞大,对计算机CUP的运算压力很大,导致整个场景运行缓慢

    2) 因为Unity3D软件的特性,在建模时尽量使用三边面,如果过多的四边面会导致导入Unity3D时导致软件对于面的读取出错,模糊,锯齿等不良效果

    3) 在制作时场景建筑个数不能过多,数量过多同样也会使计算机承载巨大的运算压力整个场景运行,加载,下载等功能不能良好实现。

    4) 三维场景的建筑密度同样也要处理的均匀。如果建筑模型密度不均匀也会造成整个场景运行速度过慢[7]。

    3.4 三维虚拟技术灯光设置

    三维虚拟技术的灯光对于整个设计作品来说也是至关重要的,一个好的灯光效果可以使整个设计作品的真实感和视觉效果得到巨大的提升。不过良好的灯光材质效果的制作是个复杂的工作,需要用到各种不同的材质球和贴图。不同的材质球的参数和设置都是不同的,所以对于材质球的整理命名是相当重要的。同时考虑到场景的优化尽量使用JPG、TGA等格式的图片贴图。在灯光调整时也需要掌握好场景跟灯光的搭配,使场景更加真实自然[8]。

    4 三维虚拟漫游的实现过程

    4.1 三维建筑场景模型制作

    三维虚拟漫游的前期制作的第一步就是三维建筑模型的制作,也是整个设计的最基础的部分,建筑模型的品质好坏也直接影响了漫游的效果。本次课题的小区漫游作品的建筑模型制作软件是3Dmax。首先是进入3Dmax软件调整部分参数,目的就是为了调整软件最开始所有物体的单位为毫米。这个基本的参数调整之后就可以开始进行模型的制作了。在制作小区漫游时,建模首先要了解建筑的比例大小,建筑构造等参数,以便更好的建造出真实的建筑模型。我们在找好参照的建筑模型的图纸,图像素材资料可以是场景的顶面图片和图纸或者将整个场景导入CAD中讲整个场景的分布用二维图片的形式显示并且导入到3dmax中,以便之后的场景制作更加规范真实。之后打开软件,就可以对真实的建筑进行整体创建和三维建模[9]。整个场景除了主楼还有一些附属的楼群,在制作时与主楼制作方法一样。

    小区内还附属有游乐设施,对于整个小区的规划和建设以及亮点的效果都是举足轻重的。

    同样的方法将整个楼层镜像复制并对照参考图片的位置将楼层摆放到相应位置,将所有建筑赋予相应的材质球之后整个小区大概就能呈现出来了[10]。

    4.2 场景材质制作

    首先在设置整个场景的材质参数时,与专门的室内设计方法不同,室外小区建筑的材质的设置不用将参数设置很高,这样既有整个小区的真实感也不会因为设置参数过多过大影响整个场景的渲染运行速度。

    在整个场景中主要使用的是Vray渲染器,操作方法就是为不同的建筑场景赋予不同的材质效果即可,而主要的工作就是制作和编辑材质。

    在整个场景的材质制作过程中,需要将所选图片在photo shop软件中经行处理制作。场景所需要的大致贴图部分大概有墙体,道路,绿化等地方[11]。

    之后可以选定该材质效果点击“确定”就可以为效果赋予材质效果,同理可以为整个场景的地面和其他建筑物体赋予材质。不同的场景物体需要制作和赋予不同的材质效果以及设置不同的材质参数来达到表现不同的想效果。[12]比如在制作砖墙时我们需要制作所需要的贴图,为场景建筑赋予材质效果。

    同样,在制作墙面贴图时同样需要在PS中制作相应的贴图赋予物体。 地面的制作需要注意赋予上相应的地面材质球,场景的整体建筑群和地面效果制作如效果图4地面效果。

    4.3 场景灯光制作

    對于整个场景的灯光制作,3dmax里可以制作包括灯光、聚光灯效果、mental ray、天光与物理灯光、太阳光和日光等灯光效果。它们在设置时都可以共享不同效果的参数。在本设计项目里主要采用标准的灯光效果[13]。

    在三维虚拟漫游的制作过程中灯光的设置同样很重要,设置灯光时使用白天的效果,在实现过程中灯光需要有三个基本光源才可以达到白天的效果,即主光源,补光源和辅助光源三种类型[16]。表现建筑效果的灯光效果有Target Spot(目标聚光灯),Free Spot(自由聚光灯),Target Direct(自由平行光),Omin(泛光灯)等。在本次场景制作可以利用Unity3D中的灯光设置对场景进行灯光的设置。因为灯光的设置是参照现实灯光效果设置的,所以对于整个场景的灯光效果来说更具有真实性。整个设计的理念是要体现小区的朝气健康等理念的就需要设置成阳光明媚的效果,并且设置成相应的天空球和灯光效果。为了体现古代著名景观景区内场景这时的灯光设置就需要设置成相对偏冷的色调和天空球来体现景区的不同环境效果。如果需要体现房地产楼盘的整体效果,就需要加入一些特效效果来表现建成效果。由于本次课题设计的是小区漫游效果是普通的展示效果,所以场景的灯光不需要设置特别的灯光效果这也保证了场景的运行速度[14]。设置效灯光果如图5灯光设置所示。

    5 三维漫游的实现

    5.1 进入Unity3D创建漫游

    将做好的3dmax模型文件导出为FBX格式的文件,FBX的文件是3dmax和Unity3D相互转换的一种文件格式[15]。导出的文件如图6 FBX文件。

    在Unity3D中新建一个工程文件命名为“New Unity Project”主场景命名为“zhuchangjin”,新建另一个GUI界面,命名为“zhuyemian”。

    5.2 GUI界面设置

    首先,在PS软件中制作一张1024*768的主页面背景图片,图片格式为JPG,命名为“beijing”,并保存在工程目录下。在Unity3D的界面中新建一个场景为GUI界面的场景命名为“zhuyemian”,之后打开已经建好的场景,为其添加GUIButton.js脚本语言,为三维漫游创建GUI界面并将其拖入到已经建好的场景“zhuyemian”中。 之后制作场景GUI界面的退出按钮,同样的方法,为场景添加GUIButton.js脚本语言,之后将JS代码拖动到场景中。这个代码可以实现由场景漫游到退出的跳转功能[16]。

    5.3 自动虚拟漫游实现

    自动虚拟漫游的实现过程:

    在Unity3D中要实现自主漫游的功能,可以下载Unity3D动画制作插件iTween。iTween是一款基于Unity3D中的动画数据库,iTween插件可以实现动画,旋转,移动,褪色,上色,控制音频等等效果。

    在导入iTween插件之后,可以在Unity3D中菜单栏里的Component中找到iTween插件,并且在Component→Scripts中可以查看到iTween插件的三个属性选择。

    为场景制作路径动画,在Unity3D中的“zhuchangjing”FBX文件中,利用iTween插件制作路径。

    在选中建好的“zhuchangjing”文件中选择Component下的Scripts命令,之后执行ITweenPath命令。添加完成之后就可以在Inspector视图中查看到ITweenPath属性。并且命名为“zhichangjing path”。PathColor为路径线的颜色,在面板里添加红色,以便更好的观看制作效果[17]。

    NodeCount为路径的关键点数量可以设置一到十各个不同的数量,之后选择Node命令为每个关键点坐标。这个路径就是自动漫游的摄像机移动的路径。之后界面内将NodeCount的值改为10,这个数值的是设置摄像机的移动速度。最后设置关键点的坐标。在Scene视图中直接拖动每个点的坐标显示调整路径的线路[18]。其效果如图8路径效果。

    在绘制好路径之后,需要建立一个CUBE作为要运动的物体命名为player。选择我们新建的player然后点击菜单栏的Component→iTween→iTweenEvent。

    选择Path-〉firstpath,在往下勾选Time,时间设置为30;勾选easetype设置为linear设置为匀速。设置好之后摄像机就可以按照绘制好的路径开始移动了。其设置页面如图9路径界面。

    6 三维漫游展示

    整个漫游场景进入的功能分布为两个个部分,分别为“进入漫游”, “退出”,两个页面组成。其效果如图10漫游界面。

    点击“进入漫游”按钮就可以按照场景制作时的预定漫游的摄像机路径,进入小区进行漫游浏览。进入之后可以看到场景内所有的楼房,道路,儿童游乐设施等元素。整个小区效果可以全部显示在计算机上。对整个小区的结构,环境以及整体效果有一个整体的了解。漫游场景会自主浏览直到整个场景漫游结束。最后点击“退出”按钮可以退出漫游展示。

    参考文献:

    [1] 刘民娟,何世文.基于3D虚拟技术的建筑漫游的设计与实现[J].电子测试,2013(24):1-3.

    [2] 杨宝民,朱一宁.分布式虚拟现实技术及其应[M].北京:科学出版社,2000.

    [3] 胡小强.虚拟现实技术[M].北京:北京邮电大学出版社,2005.

    [4] 韩静华,黄心渊.三维景观漫游系统的设计研究与实践[J].安徽农业科学,2009(37).

    [5] 于思亮.三维场景漫游系统的研究与实现[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2011.

    [6] 张祖勋,张剑清.城市建模的途径与关键技术[J].世界科技研究与发展,2003,25(3):23-29.

    [7] 党保生.虚拟现实及其发展趋势[J].中国现代教育装备, 2007.

    [8] 柏松.中文版3ds MAX从入门到精通[M].北京:人民邮电出版社,2010:74-98.

    [9] 李斌.3ds MAX/VRay印象室內家装效果图表现技法[M].北京:人民邮电出版社,2012.

    [10] 赵鹏.大师之路:Photoshop中文版完全解析[M].北京:人民邮电出版社,2009.

    [11] 张鹏.3ds MAX 2009实训标准课程[M].北京:人民邮电出版社,2009.

    [12] 柏松.中文版3ds MAX从入门到精通[M].成都:电子科技大学出版社,2010.

    [13] 刘涛.中文版3ds MAX标准教程[M].北京:电子工业出版社,2010.

    [14] 朱光瑾.住宅建筑设计原理[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.

    [15] 黄光宇.居住区规划与设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.

    [16] 城市规划资料集中.城市居住区规划设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.

    [17] 订思,史天赫.水晶石技法Maya2008灯光与材质[M].北京:人民邮电出版社2009.

    [18] 孙成忠,刘召芹,陈福旭.3维城市模型纹理库建设技术研究[J].测绘通报,2004,7(6):22-25.

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更新时间:2025/1/3 10:59:19