李满 游泽峰
摘 要：文章主要对虚拟校园制作过程中校园写实类绿化景观模型进行建模。利用3ds Max对低面数模型进行细节的优化和模型的调整，对植被和公园装饰进行实例化;利用灯光工具设置灯光的位置并调节光照强度;利用Photoshop制作相应物体的贴图和调色;利用Forest Pack散布工具对植被和花园装饰进行散布;最后通过调整相关的渲染参数进行渲染测试，完成公园等写实类绿化景观模型的建模。
关键词：写实类建筑模型;三维建模;虚拟校园
中图分类号：TU17 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）15-0111-04
Abstract：In this paper，the virtual campus production process of campus realistic green landscape model modeling. Using 3ds Max to optimize the details of the low facet model and adjust the model，instantiate the vegetation and park decoration;use the lighting tools to set the position of the light and adjust the light intensity;use Photoshop to make the mapping and color matching of the corresponding objects;use the Forest Pack scatter tool to scatter the vegetation and garden decoration;finally，adjust the relevant rendering parameters to render test，complete the park and other realistic green landscape model modeling.
Keywords：realistic architectural model;3D modeling;virtual campus
0 引 言
虚拟校园就是利用相关技术制作产生一个逼真的三维虚拟校园，使体验者佩戴上有关的设备就犹如“置身”于学校的真实环境中。广州工商学院虚拟校园项目主要是把美丽的校园景观、建筑物、学习生活场景制作出来，生成逼真的三维虚拟校园。
在虚拟校园建设中，首先需要把现实校园中的各项场景进行建模。建模工作相当于建造楼房中的地基与基础施工、主体结构施工，因此建模是虚拟校园建设中非常重要的一个环节。
1 关键技术
本课题主要研究校园写实类绿化景观模型的建设[1]。其关键技术包括三维建模技术、场景优化技术、漫游技术等[2]。
（1）三维建模技术。三维建模技术目前主要有三类：基于几何模型的建模技术、基于图像的建模和绘制技术以及几何模型和图像混合建模技术[3]。
（2）场景优化技术。场景优化技术是为了确保虚拟场景漫游时的实时渲染速度，对三维场景模型进行优化处理。
（3）漫游技术。漫游技术是为了实现虚拟校园的漫游效果的一种技术，是通过不断改变视点的位置，系统在获得新的位置数据后修改相应的参数，以重绘三维场景来达到的一种三维动画的效果。
2 设计思路
整个流程如图1所示，其中具体建模流程如图2所示。
首先对学院桃李园、公园等绿化景观进行实地考察测量，使用手机拍摄场景。参照拍摄的场景，根据绿化建设图纸上的数据绘制轮廓草图，并标识建模工作涉及的相关位置;然后利用3ds Max进行建模，使用Photoshop进行贴图工作，通过前期拍摄的照片，应用Forest Pack插件适当给模型添加小绿植物，并进行模型优化;最后调整相关参数进行渲染。
3 写实类模型设计
3.1 基础数据采集
首先对学校绿化景观——桃李园进行观察并进行拍摄，通过步数测量得到大致数据记录下来;再根据学校的绿化建设图纸和坐标，计算出大致数据与步数测量方法得到的数据进行对比，取两者的中间值作为建模的数据。
3.2 基础建模
3.2.1 低面数建模
制作地基模型。写实类建筑模型中，地基起着十分重要的作用，地基相关数据与现实场景参数大致相同的时候，后面所制作的模型才能和地基成比例[4]。观察照片，通过编辑长方体制作地基模型，如图3所示。然后对地基模型进行往下凹陷的操作做出细节，如图4所示。
利用创建中线命令，画道路大概轮廓，适当地调整道路的位置;通过挤出命令把模型制作出来并编辑调整模型的形状，如图5所示。由于场景中分布有圆形圆台和方形站台，所以在场景中分别先摆放好方形站台和圆形站台，创建一个圆柱，调整好高度和分段数，然后通过编辑命令对圆台进行挤出，再给圆台添加插入命令，调整插入参数，再做出缝隙细节[5]。如图6所示。
制作亭子和桥的模型。对照拍摄的照片和图纸，制作公园中的亭子，如图7所示。从图片中观察桃李园中的桥的形状，发现桥型具有点古代建筑的风格，桥的栏杆有12根石墩柱子和带装饰的围栏，围栏的侧面有两个相交的菱形图案。通过多个图形进行超级布尔运算制作出桥模型，如图8所示。
3.2.2 增加面数，细化模型细节
实际走过草地会有凹凸不平感觉，制作类似草地的凹凸不平的地形，需要对地基模型进行布线处理，然后进行拉伸。如果是把地面分离出来然后进行连接的话，地形容易出现分布不均匀到会影响后期地形的拉伸。所以选择使用QuadRemesher插件对地面进行布线。
3.2.3 制作相关模型贴图
把从塑胶跑道材质和瓷砖材质分别导入Photoshop中，利用滤镜功能进行调色;再把瓷砖材质素材导入塑胶跑道材质中，摆放在塑胶跑道两侧;在瓷砖和塑胶跑道相交的地方用矩形工具画出并填充为黑色，调整不透明度，做出间隙的效果。再次通过拾取颜色调整塑胶跑道和瓷砖的明暗程度大致相同。把其他材质，通过Photoshop中的Camera Raw调色为明暗大致相同，重新保存JPEG格式和PSD格式分别放置在贴图文件夹中[6]。
3.2.4 贴图的映射
写实类建筑模型用于虚拟现实设备是为了让使用者产生身临其境的真实感觉，所以除了模型逼真，还要让模型上的贴图与现实中一致，才能使整个虚拟景观与实际景观具有一致的观感。选择直接进行UVW贴图，先在Photoshop中准备好学校建筑独有的贴图，并进行调色。再搜集类似模型的贴图，选择适合的贴图导入Photoshop中进行调色，使得搜集到的素材能与自己绘制的贴图素材色调基本一致。先赋予模型材质，然后在创建修改命令中加入UVW贴图，修改方向、大小，效果如图9、10所示。
3.3 草地、树木等装饰的散布
搜集多种草地素材，挑选一些面数少而且美观的草地素材，使用几何模型和图像混合建模技术对现场拍摄的草地场景进行处理使其逼真。由于场景是梯形的，先用Forest Pack工具散布草地然后平铺布满整个地基，再把草地被其他模型覆盖的地方删除，使场景变得更加流畅。桃李园属于室外场景，室外场景的树木、小绿植物占大部分，实际模型面数会很大，用常规方法逐一摆放会浪费很多时间，而且会由于面数过大发生卡死的现象。所以采用Forest Pack散布工具，它能够以代理的形式进行散布树木、花、路灯、石头等元素，减少软件崩溃的概率，保留元素原有的贴图，而且还能调整相关的参数控制元素随机大小、位置与方向，元素颜色渐变等功能。
3.4 湖水的制作
考虑到面数的多少和导入设备时会出现卡顿的情况，选择做静态水的湖面，减少渲染的时间来完善其他的细节。复制前面制作的的湖水区域作为水面并进行位置摆放，删除多余部分。静态湖水的水面上一般会有倒影和噪波，制作需要先考虑湖水的颜色、反射率、漫反射等，后面再给湖水部分区域添加噪波使得场景更加的自然，制作湖水材质，完成后给湖水平面赋予材质，如图11所示。
3.5 天空贴图和灯光的摆放
天空贴图有多种方式，因桃李园是属于室外场景，所以选择了HDRI天空贴图。这种贴图方法不仅能减少面数使渲染时更加流畅，还能让画面更加美观，更加贴合场景。写实类建筑需要对意境有所追求，所以灯光的选择尤为重要。查阅相关类似场景灯光的资料，室外环境存在两种情况，一种是有太阳的情况下，一种是没有太阳的情况下的自然灯光。本景观选择了没有太阳的情况下的自然灯光，更能给人自然的感觉。对自然光进行光照强度、亮度、光照颜色、光照角度范围等进行调节。多次渲染场景观察灯光使灯光达到最佳效果。
4 渲染设置与测试验证
4.1 渲染设置
打开V-Ray渲染器，设置画面大小为4 000×2 000像素的尺寸;打开渐进图像采样器，把噪波阈值调整至0.05;打开全局DMC栏转化为专家模式，调节噪波阈值为0.05;打开颜色映射栏把类型设置为莱因哈德;在GI栏中打开发光贴图转化为专家模式把当前预设设置为中等，把细分调整为80，插值采样调整为50;打开灯光缓存栏把细分调整至1 500。在Render Elements栏中选择VRayDenoiser作为噪波通道。
4.2 最终测试结果
由于面数比较大，渲染期间有可能会发生崩溃的现象，所以采取了部分渲染，观察有没有出现不合理的地方如亭子的柱子不对称等问题。等各个部分渲染完毕后检查没有问题后再进行全部渲染，渲染效果如图12所示。
5 结 论
通过对虚拟校园制作过程中三维写实类建筑模型的探索和应用，了解了大场景模型制作的流程和制作方法、熟悉软件的操作，同时也在设计中锻炼了自己独自思考的能力、设计能力和空间分配能力，也了解了虚拟校园的实现过程。
参考文献：
[1] 秦秀伟，王艳春.虚拟校园建设及其主要应用技术 [J].农业网络信息，2013（6）：102-104.
[2] 李瑛.虚拟校园建设及数字艺术化表现——以河西学院为例 [J].河西学院学报，2019，35（2）：98-100.
[3] 刘安琪，冯瑞，刘哲.基于3D MAX虚拟现实的三维城市建模应用 [J].测绘与空间地理信息，2019，42（9）：136-137.
[4] 徐旭东.三维建模方法解析 [M].北京：电子工业出版社，2017.
[5] 恩维客教育.3dmax建筑建模教程 [EB/OL].（2019-04-15）.http：//www.iqiyi.com/a_19rrhsdgf1.html.
[6] 陈晨.基于3DMAX的虚拟现实三维建筑模型建模技术初探 [J].电子技术与软件工程，2016（2）：94.
作者简介：李满（1966.12—），女，汉族，河南南阳人，副教授，本科，硕士，研究方向：计算机应用;游泽峰（1997.03—），男，汉族，广东广州人，本科，学士学位，研究方向：数字媒体技术。
