虚拟校园整体景观的实现与互动摘 要：虚拟现实技术在数字校园中的应用就是要将校园进行3D建模、制作材质贴图、烘焙带有灯光信息的贴图并结合VR软件实现桌面虚拟现实系统。实现校园宏观建筑，景观，植被，道路及各种设施的数字化。主要反映的是学校建筑物、道路、环境、部门及各区域的外部特征，实现西南林学院宏观的总体景观。选择西南林学院进行外观动态建模，是实现西南林学院数字化校园的一个重要组成部分，能在计算机上动态地浏览西南林学院的宏观外景，反映学校建筑物、道路、环境、部门及各区域的外部 特征，动态实现西南林学院宏观的总体景观。这对于宣传和扩大西南林学院的影响，将会取到很好的视觉效果。是数字化校园外观数字化的一个重要组成部分。
关键词：虚拟现实，3D建模，材质贴图，烘焙。 SWFC Virtual Reality Schollyard Macrocosm Sight Realize Abstract: The virtual reality technology is must carry on in the digital campus application the campus the 3D modelling, the manufacture material quality pastes the chart, cures has the light information to paste the chart and unifies the VR software realization tabletop virtual reality system. Realizes the campus macroscopic construction, the landscape, the vegetation, the path and each kind of facility digitization. The main reflection is the school building, the path, the environment, the department and various regions exterior characteristic, southwest the realization SWFC the macroscopic overall landscape. Southwest the choice SWFC carries on the outward appearance dynamic modelling, is southwest the realization SWFC a digitization campus important constituent southwest, can dynamic glance over SWFC the macroscopic outdoor scene on the computer, the main reflection is the school building, the path, the environment, the department and various regions exterior characteristic, southwest dynamic realization SWFC macroscopic overall landscape. This regarding southwest the propaganda and the expansion SWFC the influence, will be able to take to the very good visual effect. Is a digitized campus outward appearance digitization important constituent.
Key words: VirtualReality , 3D Model , Material , Bake. 目 录1 前言 12 虚拟现实技术的现状和发展趋势 32.1 虚拟现实技术的应用现状 32.2 虚拟现实的发展趋势 43 理论依据和实现方法 53.1 理论依据 53.2 实现方法 64 系统的设计 74.1 建模 74.2 制作贴图 74.3 实现互动 75 实现的关键技术 85.1 Editablepoly 3D建模 85.2 模型优化 85.3 无缝贴图制作 85.4 烘焙 85.5 碰撞检测 85.6 触发器 86 系统的实现 106.1 前期的资料收集 106.2 对校园进行3D建模 106.3 对3D模型进行优化 146.4 制作材质和贴图 161． 实现场景的互动 227 总结 29参考文献 31指导教师简介 32致 谢 33附 录 446
虚拟校园整体景观的实现与互动1 前言虚拟现实技术在数字校园中的应用就是要将校园进行3D建模并结合VR软件实现桌面虚拟现实系统。实现校园宏观建筑，景观，植被，道路及各种设施的数字化。主要反映的是学校建筑物、道路、环境、部门及各区域的外部特征，实现西南林学院宏观的总体景观。重点解决问题是西南林学院各建筑物，宏观景观，植被，道路及各种设施的3D模型，完成校园的外观动态虚拟环境。如果能完成这个系统，将对于宣传和扩大西南林学院的影响，将会取到很好的视觉效果。成为数字化校园外观数字化的一个重要组成部分。使用3DS MAX来对校园中建筑，道路，景观，植被及各种设施进行3D建模。对校园的3D建模是实现虚拟校园的基础，有了准确的校园场景模型才能正确的表现校园里各个建筑和校园的特征。因此对校园的3D建模是前期重要的工作 。值得深入研究的问题是建模的时候尽量用少的面来表现建筑特征，因为三维物体的面数决定我们使用的计算机资源，物体面数越多，所占用的计算机资源就越大，仅仅只考虑建模的真实和建模过程的方便是根本不行的。虚拟场景在运行的时候和游戏运行是一样的，所有模型和贴图都是实时进行渲染的，这对显卡、CPU、内存有一定要求，面数越多实时渲染的负担就越重，就需要更高的硬件配置，过度的追求细节会使面数过多从而制作出的模型在现有的绝大多数电脑上无法使用 。所以大型虚拟场景制作的难度要高于小型场景，要考虑如何在资源与效果之间找到平衡点，进行合理整合。故每一个模型在建模时首选产生面数最少方法实现，例如尽量不使用布尔运算来实现建模，另外建模完成后都要对模型进行尽可能的优化，减少模型面数。减少面数的方法有很多，其中最简单直观的方法就是把场景中看不见的面全部删除，把产生大量面的模型进行替换，还可以在建模过程中尽量减少划分面的线数也就是物体的分段的数量。建好了模型后，就应该对各模型赋予相应材质。一个虚拟环境的实现，材质的仿真度很大程度上决定了环境的感官真实度。要实现较为逼真的材质，必须使用表面贴图方式。贴图分为二个过程进行，第一，制作贴图，表面贴图的制作主要作用是用来表现细节和增加真实感，比如水泥就需要使用水泥的纹理贴图来表现粗糙的感觉，木头就需要木材的纹理贴图，建筑外墙的瓷砖就要用瓷砖的贴图来实现，还有窗子的窗框也需要用贴图来实现。贴图的制作采用实物照片与素材结合，辅以平面图像处理的方法，得到适用的贴图。第二，把制作好的贴图用材质贴图的方式赋予所建模型上，并进行模型贴图坐标的调整与修改，使贴图与物体完美结合。最后，需要将制作完成的三维场景再制作成可以互动的虚拟场景。本文使用了QUEST3D这个软件来实现互动功能。首先要把MAX制作的3D场景输出成.X文件，然后导入QUEST3D进行各种场景设置，例如：碰撞、地心引力、行走速度、灯光效果、材质贴图以及运行分辨率等。对每项参数的设置都要进行细心调试，将这些参数设置调试好后就可以通过QUEST3D打包生成.EXE文件，可以在任何计算机上运行。虚拟现实可以应用在各个领域，不仅仅是用来宣传学校。还可以应用在科学计算可视化、设计与规划、教育与训练、遥作与遥现、医学、艺术与娱乐等多个方面。在电子商务方面应用更为广泛，可以制作产品的虚拟演示，让人们在互联网上就全方位了解产品的完整外观与内部结构。在房地产方面可以制作虚拟沙盘，让人们不用去现场就能感受楼盘的仿真环境。还可以将历史文物作成虚拟场景供人们参观，既节省了门票支出，又最大限度的保护了文物。在军事方面甚至可以制作三维虚拟作战指挥系统，节约了军事演练的成本，又方便指挥与协调。虚拟现实技术目前只是刚刚开始发展的技术，受各种硬件环境和条件的限制，绝大多数还只停留在桌面虚拟系统的开发与研制阶段，随着计算机技术和传感技术的不断发展，虚拟现实技术必将会有更广扩的应用前景。 2 虚拟现实技术的现状和发展趋势虚拟现实技术与多媒体、网络技术并称为三大前景最好的计算机技术。自1962年，美国青年（MORTON HEILIG）,发明了实感全景仿真机开始。虚拟现实技术越来越受到大众的关注。以三个I，即IMMERSION沉浸感，INTERACTION交互性，IMAGINATION思维构想性，作为虚拟现实技术最本质的特点，并融合了其它先进技术。在国际互联网发展迅猛的今天，具有广泛的应用前景。
2.1 虚拟现实技术的应用现状虚拟现实技术出现于20世纪80年代末，已在娱乐、医疗、工程和建筑、教育和培训、军事模拟、科学和金融可视化等方面获得了应用。杭州大学开发了虚拟故官游玩系统。只要你戴上特制的头盔，骑上不动的自行车，你从头盔显示器里就看见了形象逼真的天安门城楼。你登上自行车的脚踏板，你就会感到自己骑车来到了午门前的大道上，飞快地穿过午门，越过金水桥、越过太和门，来到太和殿广场。由于你的自行车太快，一下子破墙而入，到了太和殿。金銮殿内盘龙的柱子，庄严的殿堂和真实的景像完全一样，你又骑车来到了御花园、绿树、红亭、碧池令你陶醉，好像身临其境。但是，当你摘下头盔时，仍然是骑在自行车上，一步也没有动。借助虚拟现实技术建立的三维汽车模型，可显示汽车的悬挂、底盘、内饰直至每一个焊接点，设计者可确定每个部件的质量，了解各个部件的运行性能。这种三维模型准确性很高，汽车制造商可按得到的计算机数据直接进行大规模生产。在通用公司的技术中心，当工作人员进入正在进行虚拟现实工作的工作室时，戴上立体滤色眼镜或头盔式显示器、数据手套等显示设备，在大屏幕上就可以看到和真实的汽车一样大小的三维立体图像，它具有完全真实的立体空间，人们可以围绕汽车来回走动观察，提出各个部位的改进设想，也可以在另一个设计室中，坐在汽车的座椅上，让各种各样的仪表板、变速杆及各种附属装置都显示在他们的眼前，还可以和坐在驾驶室另一侧的工程师一起，对汽车的内装置进行评价、改进。这种活生生呈现在你眼前的虚拟现实的情景，使你感到完全是身临其境，在用自己的想象创造一辆汽车。在马自达汽车公司的汽车虚拟演示室，为了让顾客购买到理想型号的汽车，配有特制的头盔和手套。顾客可以通过头盔和手套，来改变汽车的颜色和构造。其实桌面虚拟现实在我们身边最好的例子就是电脑游戏，随着技术的发展游戏的场景越来越逼真。精确的3D模型、细致的纹理贴图、各种实时演算的光影效果、大气效果、水的实时交散、物体之间的碰撞以及各种真实的物理特性都使游戏越来越真实。游戏开发商所创造的游戏世界就是一个很好的桌面虚拟现实系统。里面有各种环境的模拟：蓝天、白云、高山、海洋、平原、沙漠、丛林、城镇、日夜交替、四季变化，这些元素构成了一个真实的虚拟世界。只要发挥想象力没有什么不能在电脑中实现。2.2 虚拟现实的发展趋势虚拟现实是发展到一定水平上的计算机技术与思维科学相结合的产物，它的出现为人类认识世界开辟了一条新途径。虚拟现实的最大特点是：用户可以用自然方式与虚拟环境进行交互操作，改变了过去人类除了亲身经历，就只能间接了解环境的模式，从而有效的扩展了自己的认知手段和领域。另外，虚拟现实不仅仅是一个演示媒体，而且还是一个设计工具，它以视觉形式产生一个适人化的多维信息空间，为我们体验暂时不能达到的各种环境提供了良好的虚拟平台。由于虚拟现实技术的实时三维空间表现能力、人机交互式的操作环境以及给人带来的身临其境的感受，它在军事和航天领域的模拟和训练中起到了举足轻重的作用。近年来，随着计算机硬件软件技术的发展以及人们越来越认识到它的重要作用，虚拟技术在各行各业都得到了不同程度的发展，并且越来越显示出广阔的应用前景。虚拟战场、虚拟城市、甚至“数字地球”;无一不是虚拟现实技术的应用。虚拟现实技术将使众多传统行业和产业发生革命性的改变。
虚拟校园整体景观的实现与互动3 理论依据和实现方法3.1 理论依据在建模方面可以选用的软件有：3DS MAX , MAYA , RHINOCEROS等软件。在实现VR互动方面可以选用的软件有：CULT3D , VRPLATFORM , VIRTOOLS , QUEST3D等软件。其他辅助软件：PHOTOSHOP ，AUTOCAD。在建模方面本文选用的是3DS MAX。在这些建模软件中MAYA的强项在于制作角色动画和影视动画，它的建模方式不适合用来制作建筑建模。RHINOCEROS这个软件虽然建模功能强大，但是主要应用方面是工业建模，制作各种工业产品是它的强项，而且使用RHINOCEROS来做建筑建模有点小题大做。最后来看看3DS MAX，3DS MAX这个软件在全世界用户最多，在室外建筑建模和室内建模方面得到广泛的应用，它的建模方式有很多，其中有很多方式适合做建筑建模（在后面的章节将详细的讲明如何建模），选择3DS MAX还有一个重要原因就是我对这个软件非常熟悉。在实现VR互动方面本文选用的是QUEST3D。在同类软件中CULT3D是一个比较老的软件，主要用来制作网页中的虚拟现实，它的设置比较直观简单，但是生成文件是 .CO文件，需要安装特殊的插件才能运行，而且它在材质，贴图，灯光方面的功能比较弱，效果一般。VRPLATFORM是一个国产软件，主要应用来制作建筑虚拟漫游，它采用全中文界面，设置很简单，灯光贴图方面功能不错，效果出众，生成的文件是.EXE文件可以在任何机器上运行不需要安装插件。但是这个软件目前这个软件只提供共享版和收费版本，收费版本很贵，共享版有水印而且功能不全。VIRTOOLS是一个出现不久的软件，主要用来制作游戏和各种虚拟场景，全英文界面，由于能够制作游戏，所以各种互动功能比较强大，材质灯光效果很出众，可以生成.EXE文件，相比较前面两种软件而言，VIRTOOLS上手比较困难（有中文教材）。最后是QUEST3D，QUEST3D这个软件可以用来制作游戏，虚拟场景，3D网页，功能十分强大。在灯光材质方面效果非常好，甚至可以实现实时的焦散效果（水的反射和折射）。生成的是.EXE文件，但是上手非常困难（没有任何中文教材，纯英文界面对各种参数设置与调试极为不便）。
3.2 实现方法在实现西南林学院的数字化这个项目中有５个步骤。1．前期的资料收集：前期需要对西南林学院整体进行拍照，需要把校园内的各个建筑的特点和地形结构都照下来，用相对比例的方法进行尺寸设定，这在以后建模过程中是很重要的。2．对校园进行3D建模：使用3DS MAX，分别对校园中建筑，道路，景观，植物及各种设施进行3D建模。3．对3D模型进行优化和合并：因为需要做能够互动的虚拟场景，就需要能够在一般配置的机器上做演示，所以合并调整整个场景后，还需进行优化，尽可能在不影响视觉前提下，减少模型面数，提高运行效率。4．制作材质和贴图：有了模型还需要对模型进行贴图，这样才能更好的反映模型的属性，表现一些模型无法表现的细节，增加真实感。5．实现场景的互动：使用VR软件将3D模型的场景制作成互动漫游场景。
4 系统的设计4.1 建模首先使用3DS MAX来对校园中建筑，道路，景观，植物及各种设施进行3D建模。模型需要按照一定的比例和尺寸建立，这样才会有真实的效果。4.2 制作贴图还需要制作模型表面的贴图，需要制作能够无缝连接的贴图，这样效果比较逼真。而且贴图分辨率不能太大。4.3 实现互动最后需要使用虚拟场景制作软件制作互动场景，需要有漫游功能。有灯光、太阳光晕、真实的纹理贴图等效果。最理想的情况是烘焙出完美的贴图来表现高级灯光的效果，会使场景非常真实（高级灯光可以实现现实中的真实的光影效果）。如果触发器的问题能解决就可以实现场景切换，比如走到一栋楼前面点一下门就可以进去，在教室里点一下投影仪就可以播放动画。还有可以切换黑夜和白天，可以切换天气效果比如刮风，下雨，晴天，阴天。可以切换季节一年四季春夏秋冬。如果解决数据库连接问题甚至可以走到教务处办公室查询自己的成绩。当然这需要解决很多技术上的问题，而目前我还没完全解决。 5 实现的关键技术实现这个项目有以下一些关键技术：EDITABLEPOLY3D建模，模型优化，无缝贴图制作，烘焙，碰撞检测，触发器。5.1 Editablepoly 3D建模使用EDITABLEPOLY来建立3D模型，使模型成为一个整体，对使用不同材质的面指定不同的ID号。5.2 模型优化使用EDITABLEPOLY来优化模型，尽量减少模型面数提高运行速度。5.3 无缝贴图制作制作连续的无缝贴图，用来表现模型表面属性（瓷砖，水泥，玻璃，木材等）。5.4 烘焙用烘焙的方法来实现光影效果，可以使用光线跟踪的方式烘焙贴图，这样效果非常真实，能很好的表现物体的明暗关系和阴影。5.5 碰撞检测碰撞检测是虚拟场景关键技术，就是说摄像机走到墙边的时候就检测到那是墙壁不能穿透，还有地面的碰撞检测也很重要，要对摄像机设置地心引力就必须要进行碰撞检测，不然就会由于引力作用穿透地面而掉到下面去。5.6 触发器触发器是虚拟场景中另一个关键技术，用来实现鼠标点击事件触发或者键盘事件触发。例如场景切换，黑夜和白天的切换，灯光开启和关闭，天气切换，季节切换等效
虚拟校园整体景观的实现与互动6 系统的实现制作西南林学院的虚拟场景需要５个步骤：前期的资料收集，对校园进行3D建模，对3D模型进行优化，制作材质和贴图，实现场景的互动。6.1 前期的资料收集前期需要对西南林学院进行拍照，需要把校园内的各个建筑的特点和地形结构都照下来。在以后建模过程中需要用这些照片来做参考。照照片的时候需要将建筑的每个面都拍摄到，还可以拍摄一些没有影子的窗户和墙面，可以在后面用来制作贴图（没有影子很关键，有影子的话将很难处理和场景的融合问题）。6.2 对校园进行3D建模使用3DS MAX来对校园中建筑，道路，景观，植物及各种设施进行3D建模。对校园的3D建模是实现虚拟校园的基础 , 有了准确的校园场景模型才能正确的表现校园里各个建筑和校园的特征。因此对校园的3D建模是前期重要的工作 。对模型的准确把握是3D建模的关键, 要对模型准确把握就需要大量的图片资料, 最好有施工图. 然后根据图片对建筑进行建模。建模主要使用的软件是3DS MAX , 建模时要注意模型的尺寸和比例问题 , 以免影面的虚拟漫游场景的制作 , 建模前必须进行单位的统一 ，这样就避免后修改模型尺寸。 还要注意的是建模的时候尽量用少的面来表现建筑特征 ， 因为面数就是我们使用的计算机资源 。虚拟场景在运行的时候和游戏运行是一样的，所有模型和贴图都是实时进行渲染的，这对显卡、CPU、内存有一定要求，面数越多实时渲染的负担就越重，就需要更高的硬件配置，过度的追求细节会使面数过多从而制作出的模型在现有大多数电脑上无法使用 。所以大型虚拟场景制作的难度要高于小型场景，要考虑如何在资源于效果之间找到平衡点，在后面还会提到一些优化模型节约面数的方法。首先对建筑进行建模，可以利用BOX拼接的方法建模，也可以使用“编辑多边形”（EDITABLEPOLY）建模。用BOX拼接的方法就是用BOX来构造墙体，在有窗户的位置留出一定位置就可以表示窗户，对楼梯的做法也是用BOX堆在一起实现的，建筑的外观特征都可以使用BOX堆积而成，这种方法简单直观，就和建筑工人盖房子差不多，一砖一瓦的堆积起来就可以了。这种方法网格清晰，便于修改。但是这种方法比较浪费面数，而且浪费贴图。另一种方法就是用EDITABLEPOLY的方法建模，建模方法就是把BOX塌陷成一个EDITABLEPOLY，然后使用EDITABLEPOLY工具进行修改。多边形编辑器有4个修改层级，分别是：点，线，面，体。对这4个层的修改是建模的主要方法。对点和面的编辑尤其重要，调节接点的位置可以很方便的做出建筑的外部特征，对面的编辑可以做出建筑的窗户和门，并且可以增加建筑的外部细节，对面进行挤压可以做出建筑外部的沿深部分，然后可以利用切割命令增加模型的可编辑接点和面来进行进一步操作。这种建模方法要求有空间感比较好，这样才能把握好对接点的操作。多边形建模优点在于模型网格结构清晰，模型整体性好，最后的模型往往只有几个个体，细节丰富，容易处理材质，还有非常节约面数。控制好的话像A栋那样的建筑可以把面数缩减到1万个面左右，非常节约系统资源。 图 6 1 优化前的主楼这是A栋的3D模型 ，这时候模型的细节表现的是最完美的 ， 但是面数已经超过30万。主要用了BOX拼凑的方法建模，窗户和玻璃都是真正的实体模型，虽然效果很好但是面数太多，无法放进场景中进行互动，这种建模方法适合用来制作效果图，不适合用来做动画或者VR场景。 图 6 2 优化后的主楼这是使用EDITABLEPOLY完成的模型，效果和刚才差不多，但是模型面数还不到1万（进行模型优化后）。没优化前大概在3万面左右，窗户全部用贴图来实现，整个A栋分为6个大的部分，网格结构很清晰，调整也很方便。材质部分使用多维材质来实现（如何使用材质会在后面提到）。建模的时候还要注意一个重要的问题，就是尽量不要使用布尔运算，因为布尔运算所产生的面网格结构不连续，会使整个模型网格混乱，增加数不清的面，一旦使用了布尔运算模型就无法再进行修改，这个模型基本就不能用了，切记不要使用布尔运算。 图 6 3 主楼模型 图 6 4 图书馆模型 图 6 5 电教楼模型 图 6 6 校园整体模型
虚拟校园整体景观的实现与互动6.3 对3D模型进行优化现在建模的工作完成了，但是这时候的模型还不能使用，因为没经过优化的模型面数太多会造成计算机无法运行。现在要做的就是优化模型，减少模型面数。对模型的优化是建立在对面的处理上的，我们所要做的就是减少面数。减少面数的方法有很多，最简单的就是把看不见的面全部删除，把产生大量面的模型替换（很可能要对模型做重大修改 ），还有就是尽量减少划分面的线的数量。第一种方法很简单，就是将模型背面下面和里面的面直接删除，这些面在外面是根本看不到的。这样做估计可以减少一半的面数。第二种方法就是将耗费面数最多的模型用简单的模型替换掉。举个简单的例子，窗户使用实体模型会产生很多的面，所以窗户就是替换的对象。本来窗户是由窗框和玻璃组成的，窗框做成模型的话非常浪费面，所以干脆就把窗框删除，只剩下玻璃部分，然后在PHOTOSHOP中画一张窗框的贴图贴在玻璃上，这样在远处看到的窗户还是有窗框的，但实际上只是一个面，非常节约资源。第三种方法比较难，搞不好就会是模型的网格结构混乱，使模型无法继续使用。一个BOX的本来8个点就可以表示，但是为了在上面增加细节必须要在上面切割出一些面来，用来制作窗户或者别的特征，但是这样就会产生一些多余的接点和边，这样就会产生多余的面，有一些面是可以通过除去边来减少的，剩下的问题就是要除去那些边，有一些边是不能祛除的比如BOX的12条楞，这12条边是不能祛除的，祛除的话BOX的网格结构就会被破坏使模型无法使用。但是如果BOX被分成3*3段的话，中间的那些边是可以祛除的。祛除这些边可以减少模型面数，达到优化的目的。 图 6 9 优化前 图 6 10 优化后大家注意窗户的部分，没优化前一个窗户要160多个面，而改用贴图来表现就只需要1个面。替换100个窗户就可以节约15900个面，而这栋楼的窗户超过500。这样就节约了大量资源，而效果只是稍微打了点折扣。窗户优化完后就是对墙体的优化 ，简单的说就是把看不到的面删除。可以删除的面包括内墙、内部屋顶 、内部地板等看不见的面。这样即节约了面数又可以减少后期制作贴图产生的图片。
图 6 11 主楼这是最后优化完成后的A栋模型 ，现在的面数为7099。 图 6 12 整个场景模型 图 6 13 面数统计最终整个场景的模型面数为31804个面，58649个顶点（包括绿化）。
6.4 制作材质和贴图1．贴图的作用有了模型还需要对模型进行贴图，这样才能更好的反映模型的属性，表现一些模型无法表现的细节，增加真实感。表面贴图和材质是表现建筑特征的又一个重要因素 , 建筑的外墙纹理 , 窗户 , 光照效果 , 阴影都要通过贴图来表现 表面贴图的制作主要作用是用来表现细节和物体的属性，比如水泥就需要使用水泥的纹理贴图来表现粗糙的感觉，木头就需要木材的纹理贴图，建筑外墙的瓷砖就要用瓷砖的贴图来实现，还有窗户的窗框也需要用贴图来实现。这些细节都必须使用贴图来做，如果使用模型来制作一块一块的瓷砖，模型面数将是无法想象的。制作贴图也要考虑到系统资源的问题，因为贴图的大小也将影响系统运行速度的快慢。2．贴图的类型下面来说说贴图的格式，一般我们使用的贴图格式有JPG，BMP，TGA等。在这些格式中：JPG是最小的，也是最节约资源的，但是JPG的图片质量不高，容易产生黑斑，BMP的图象质量不错，但是图片大小是个问题，BMP格式的图片很大消耗系统资源比较多，TGA格式界与2者之间，图象质量还可以，没有黑斑，而且不是很大。这3种格式的贴图在VR场景中都要使用，只是使用的场合不同。建筑外墙窗户一般使用JPG格式，植物一般使用TGA格式，一些需要精确显示特殊图案可以使用BMP格式。3．贴图的无缝连接贴图一般在模型表面贴的次数不是一次，根据贴图大小可以是1-50次之间，因此贴图之间的无缝连接是一个重要问题，如果贴图之间的缝隙很明显就会是贴图质量下降达不到预期的效果，因此如何制作无缝贴图是个问题。制作无缝贴图就是要使贴图和贴图之间连接没有明显的缝隙，就是说贴图左面要和右面贴图上面和下面连接在一起，中间没有缝隙．这就需要在制作贴图的时候注意使贴图的四个边能吻合。4．烘焙这里还要引入一个烘焙的概念，简单的说就是把建筑的外观贴图像拨皮一样整个拨下来，生成一张建筑的完整贴图，然后在按UV坐标反贴回去。这张贴图包含了这个建筑外观的所有信息，包括颜色、纹理、明暗、阴影等特征。是模型真实程度的反
虚拟校园整体景观的实现与互动这就是烘焙出的贴图效果，请大家注意建筑的正门。这里有光的明暗效果，是使用光线跟踪的效果，而这张图渲染的时候并没有开启光线跟踪，只是用MAX的默认灯光渲染的。出现这样的效果完全是烘焙产生的。在虚拟现实场景制作软件中是没有高级灯光的(光线跟踪，光能传递)。只有一般的灯光(泛光灯，射灯，平行光)。因此烘焙是表现高级灯光效果的唯一方法。烘焙的时候可以烘焙COMPLETE MAP也可以烘焙LIGHT MAP。COMPLETE MAP烘焙出来的就是所有通道的贴图其中包括LIGHT MAP。它记录了所有的信息，包括纹理，光影，颜色等信息。而LIGHT MAP只记录了光影信息。初学者使用COMPLETE MAP比较容易。 图 6 16COMPLETE MAP烘焙了所有通道，可以直接输出成JPG格式，这样就使整个场景的贴图量大大减少，连以前的表面纹理贴图都可以省去了，而且烘焙时产生的UV坐标可以直接使用在模型上，就是说整个场景可以只使用一张贴图和一个UV 坐标就够了，这样操作起来十分方便。但是由于COMPLETE MAP烘焙质量的问题使得贴图效果比较差，近处完全看不清细节。使用LIGHT MAP比较麻烦，LIGHT MAP就是只烘焙光影信息，产生的贴图没有纹理只有光影，纹理还是要靠以前的纹理贴图来实现。LIGHT MAP使用的时候需要有2个UV坐标，一个是纹理坐标，一个是光影坐标。不是每个VR软件都支持双UV通道如果不支持双UV通道就只能使用COMPLETE MAP。LIGHT MAP的好处就是纹理非常清晰，效果很好，不会出现由于贴图分辨率问题而看不清细节，而且烘焙的贴图可以分辨率很低，大大缩短了烘焙时间。5．A贴图的制作如果场景里有植物的话就需要使用到A贴图，A贴图实际上是一个遮罩，它可以将不想显示的部分用贴图遮掉。制作植物一般使用这种方法，因为植物模型如果一片一片叶子做的话非常耗费时间，而且就算做出来也无法使用，因为面数过多。以制作树为例我来进行演示 图 6 17 原图 图 6 18 a贴图我们先制作A贴图，这是一个树的照片，将树选出来，然后将树以外的放涂黑树本身涂白。之后将原图和制作出来的A贴图分别存成２个文件，然后再在MAX中进行使用。 图 6 19在MAX中建立一个平面，然后将这个平面复制并旋转９０度 图 6 20
然后使用刚才制作的贴图， 图 6 21 通道设置 图 6 22 树的模型在设置材质通道里选用这２个通道，DIFFUSE通道使用原图，OPACITY通道使用A贴图。然后将这个材质付给刚才制作的２个面。这样一个树就做好了，注意要使用双面材质。这样不管从什么角度看都是一个立体的树。这种做法是游戏中常用的方法，这种十字交叉法做出来的树简单，但细节不够丰富，用来制作大面积的树林比较好，但是做一个单独的有特点的树就不适合了，还有很多做树的技巧都在游戏中可以看到，很多经典的做树和做植物方法在游戏《魔兽世界》中都有例子，有兴趣可以进去看看暴雪设计师那充满想象力的方法。1． 实现场景的互动使用VR软件将3D模型的场景制作成互动漫游场景。我使用的VR软件是Q3D，下面就我就对设置过程做一些说明。先将模型和贴图导入到Q3D中。然后对场景进行设置。
虚拟校园整体景观的实现与互动这个就是虚拟场景的设置界面，这里可以调节模型，灯光，摄像机的位置。可以移动，旋转，缩放模型，并且可以调整模型的位置。还可以设置摄像机高度，灯光强度。 图 6 24从这张截图中可以看见摄像机的摆放位置。 图 6 25这里是调节模型贴图和属性的界面，在这里调节各个模型的贴图，可以调整贴图和贴图属性。还可以在这里使用烘焙贴图。 图 6 26 设置摄像机碰撞这里是设置碰撞的界面，可以设置碰撞物体和碰撞半径。 图 6 27 设置碰撞球半径在这里是把人做为一个球体来计算碰撞的，碰撞半径相当于人的外轮廓，一旦检测到模型的面与碰撞球相切就停止移动，防止碰撞球穿过物体。 图 6 28 设置行走速度这里是对行走速度进行设置，这里的值将决定行走的速度。设置好了这些行走相机的属性后。还要设置灯光属性，包括衰减，亮度，位置，灯光类型等。灯光设置完后还要设置贴图坐标，贴图坐标是使贴图能正确贴在物体表面的关键，一般我们使用BOX的坐标方式来进行贴图，如果有植物的话还要设置A通道的贴图，A通道的贴图坐标必须要和表面色贴图的坐标保持一致。进行了上述一些设置后就可以进行简单的漫游了。这些设置只能进行漫游不包含触发器。下面的是VR漫游场景的截图（游览路线是从大门进入后左拐，然后绕校园一圈）： 图 6 29 从大门进入到主楼 图 6 30 行走到图书馆侧面 图 6 31 行走至标本楼后 图 6 32 行走至B楼侧面 图 6 33 行走至学生宿舍 图 6 34 行走至学生食堂 图 6 35 回头看标本楼和学生食堂 图 6 36 在图书馆二楼远眺 图 6 37 在图书馆二楼看主楼 图 6 38 行走到图书馆附近 图 6 39 行走到电教楼台阶处
虚拟校园整体景观的实现与互动7 总结通过对西南林学院整体宏观景观虚拟环境的建模实现与互动过程的实施，实现了了一个学校整体的、互动的虚拟漫游场景，这使得远程访问和互动展示西南林学院的宏观景观成为可能。 在系统的建模过程中，由于所用计算机都是常用的个人计算机，在处理大的场景或复杂的建筑物时，就需要使用尽量少的资源（面），而又要使得建模效果尽可能逼真，这就要在效果和资源消耗两者之间找到平衡点。从去年开始就投入了大量的时间和精力，采用各种方法进行反复建模制作和实验，A楼和图书馆就重复进行了多次各种方法的建模比较，得出了在建模过程中一些有用的优化模型经验，例如：建模过程中应尽量少用布尔运算进行，因为1、会导致大量面的产生而占用较多资源；2、由此产生的不规则面还会直接影响材质的赋予。另外，在优化过程中，还能把一些物体内部不使用的、背后的不影响外观的面尽可能删除，以达到优化的最佳效果。以A楼为例，常规传统的制作方法会产生30万个面，最后优化结果为1万个面左右。 在进行3D模型的修改时，虽然修改工具很多，但我发现编辑多边形工具（EDITABLEPOLY）非常强大，它不仅能用各种方法编辑和修改物体，而且修改后物体的面不易发生畸变，这给后期的修改和材质的赋予提供了方便。充分利用一个软件的强项也是能成功做出演示DEMO的关键。 在制作材质贴图的过程中遇到贴图无法正常显示的问题，使用了UVW贴图修改器可以解决这个问题，但因为我是把一个建筑当作一个整体所以一个建筑只能有一个UVW贴图修改器，这就要求所有的贴图比例不能相差太大，这样才不会使一部分贴图贴的次数不够而另一部分贴图贴的次数过多。善用UV坐标才能控制好贴图，制造出真实的效果。在实现互动时，虚拟场景漫游过程中的碰撞是一个需要注意的问题，碰撞球的半径相当于一个人的身高，如何把握场景的尺寸比较关键，场景太大碰撞半径太小就会造成身高过矮相当于使用蚂蚁的视角进行漫游，这样造成比例严重失调会是真实感下降很多，所以要注意控制模型比例和碰撞半径的关系。 虚拟现实的运用领域是非常广阔的，发展是诱人的。桌面虚拟校园宏观景观系统的制作成功对我而言只刚刚是一个开始，现在虚拟现实的应用在科学计算可视化、设计与规划、教育与训练、遥作与遥现、医学、艺术与娱乐、在电子商务、房地产、景点虚拟游览、虚拟军事训练等方面都正在迅猛发展，我将在这个领域里不断努力下去，争取在不远的将来，能做出更多更好的作品。最后带来几张虚拟场景较高水平的截图（见附录），以供大家欣赏。 参考文献[1] 林章波. 3DS MAX 6综合入门. 中国铁道出版社[2] 白光宇. 3d max经典案例课堂. 中国青年出版社[3] 王东, 叶宏等. 3d max 工业产品设计教程. 海洋出版社[4] 陈大纲.神工鬼斧. 机械工业出版社[5] 红雨,杨枭齐,孙耕,刘源. 动画之路（一）. 机械工业出版社[6] 红雨,杨枭齐,孙耕,刘源. 动画之路（二）. 机械工业出版社[7] 红雨,杨枭齐,孙耕,刘源. 动画之路（三）. 机械工业出版社[8] 杜振光. 造型艺术家3DS MAX. 北京希望电子出版社[9] 王琦电脑工作室. 3ds max插件风暴III. 北京科海电子出版社[10] 王琦电脑工作室. 3ds max6白金手册. 北京科海电子出版社[11] 刘正旭 ,蒋芳. 渲染传奇. 中国青年电子出版社[12] SCHANK， R C. The Virtual University [J].CYBERPSYCHOLOGY & BEHAVIOR[13] PLEWE B. GIS-Online: Information Retrieval, Mapping, and the Internet [M][14] CAREY R, BELL G. The Annotated VRML 2.0 Reference Manual [M]. Addison-Wesley Developers Press 指导教师简介陈C，女，讲师。X计科系教师，长期担任多门计算机基础课程的教学，专业课方向为计算机平面图像处理、3D图像处理与虚拟现实。 致 谢感谢我的指导老师及计科系全体老师多年对我的培养和帮助，我的成长离不开你们的教导。还要感谢在网络上帮助过我的朋友们。
