【導讀】虛擬現(xiàn)實，或虛擬實境，簡稱VR技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境，的模擬，讓使用者如同身歷其境一般，可以及時、沒有限制地觀察三度空間內(nèi)的事物。該技術(shù)集成了計算機圖形技術(shù)、計算機仿真技術(shù)、人工智能、傳感技術(shù)、顯。隨著現(xiàn)代科技與信息的發(fā)展，這項技術(shù)逐漸成為人們關(guān)注的熱點之一。及VRP軟件，建立了其校園虛擬現(xiàn)實平臺，完成了校園的可視、漫游等功能的實現(xiàn)。維互動這個課題，講述了三維建模技術(shù)、渲染技術(shù)、烘培技術(shù)和人機交互技術(shù)。中所涉及的相關(guān)軟件，以及其中所涉及到的技術(shù)。對于課題的完成過程作了比較詳盡的描。述，包括其中注意的細節(jié)，遇到的困難以及解決方法。造建立出了一個較為生動的三維校園。人們可以通過方向鍵盤在運行界面中進行校園漫。游，展示了南京郵電大學的校園風貌，讓更多的人了解南京郵電大學。這是地理信息系統(tǒng)。術(shù)的現(xiàn)實應(yīng)用等，結(jié)合本專業(yè)的知識論述了此項技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　

【正文】 導入簡化后的 CAD 文件。保存文件后，選擇菜單欄中的【文件】 |【導入】命令，彈出【選擇要導入的文件】對話框，在文件類型下拉列表中選擇文件類型為 AutoCAD Drawing(*.DWG、 *.DXF)，選擇制作好的 CAD 文件。 參數(shù)設(shè)置。為了保證導入圖形的質(zhì)量，在導入時彈出的【導入選項】對話框中，勾 選 “ 焊接 ” ， “ 焊接閾值 ” 設(shè) 置為一個合理的值，本課題的場景 范圍 較大 ，選擇一個較大的數(shù)值沒有太大的影響，在這里設(shè)置為 20。之后點擊確 定 鍵。導入便完成。如下圖所示（圖 ）： 南京郵電大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 圖 導入選項設(shè)置 Fig Import option 3Ds Max 建模 在這個步驟中，我采取了兩種房屋模型建立的方式 ， 在此分別介紹： 多邊形細致建模 三維空間中的物體是以面片構(gòu)成的，而這些面片都是附著在網(wǎng)格線上的，網(wǎng)格線的兩端又分別連接在節(jié)點上，這些節(jié)點、網(wǎng)格線、面片都是該物體的植物體，如果要針對這些子物體層級進行編輯，就必須為原物體添加編輯修改命令，比如【編輯網(wǎng)格】、【編輯多邊形】等，造型功能最強的是【編輯多邊形】修改命令。 此種方法，是根據(jù) 3Ds Max 建模的各種工具條細致的在幾何體本身中表現(xiàn)出建 筑物的形狀和部分紋理。方法步驟如下： 根據(jù) CAD 底圖，定位教學樓的位置，根據(jù)前視圖建立一個長方體 。在右端編輯框中，將寬度分段設(shè)置為 2。選中物體，單擊右鍵，選擇 “轉(zhuǎn)換為可編輯多邊形 ”。進 入 修改命令面板，按 快捷鍵 “4” ，選擇 “面級別 ”，選擇一側(cè)的方體的所有面，按【 Delete】鍵將其刪除。單擊【修改器列表】右側(cè)的下拉按鈕，在彈出的下拉列表中選擇 “對稱 ”修改器，設(shè)置為 y 軸對稱。再單擊 使其變成 ，對模型進行編輯。 按快捷鍵 “2” ，進入 “邊級別 ”編輯，選擇一圈邊，單擊【連接】右側(cè)的按鈕，設(shè)置風險段數(shù)。同理， 可以將樓體分層，形成網(wǎng)格狀，便于進行擠出操作。建造出大致樓體形狀（圖 ）。 南京郵電大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 圖 樓體的大體形狀和分層 Fig The general body shape and stratification of the building 樓體整體的材質(zhì)賦予。南京郵電大學的教學樓整體以白色方格磚鋪成。在樓體近處拍攝墻面的照片，在 3Ds Max 中輸入快捷鍵 “M”彈出【材質(zhì)編輯器】對話框， 選擇【貼圖】 |【漫反射貼圖】，點擊 將材質(zhì)賦予幾何體。 在某些墻壁的鏤空處，選中一圈邊，設(shè)置分為 3 段，制造 9*9 的方格，全部選中，點擊【編輯邊界】 |【切角】，調(diào)節(jié)數(shù)值達到需要的效果。按快捷鍵 “4”，選擇 “面級別 ”，選中方格中間的面片，按刪除按鈕，則可以達到鏤空的效果 （圖 ） 。 圖 墻壁的鏤空效果 Fig Hollow wall effect 樓體頂端的藍色柱狀欄桿造型，實際上只需要對于同等大小的 長方體進行編輯即可：將長方體切分為兩層兩列，選擇線條，點擊【編輯邊界】 |【切角】，調(diào)節(jié)數(shù)值達到需要的效果，將對于面片刪除，即可。 效果如圖所示 （圖 ） 。 南京郵電大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 圖 欄桿的鏤空效果 Fig The hollow effect of railings 在窗戶部分可以對于窗戶所在的那個平面進行材質(zhì)的賦予。輸入快捷鍵 “ M” 彈出【材質(zhì)編輯器】對話框 ，【 Blinn 基本參數(shù)】中的不透明度調(diào)節(jié)為 50，制造暗色玻璃的半透明效果。點擊 ，將材質(zhì)賦予平面 （圖 ） 。 圖 玻璃材質(zhì)編輯界面 Fig Glass material editing interface 南京郵電大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 窗框的建立。窗框選擇長方體，利用克隆的功能，制造 9 條長方體，搭建成窗框模樣，賦予藍色金屬材質(zhì)，貼合于窗戶的位置即 可。 臺階的建立。臺階的建立在 3Ds Max 的創(chuàng)建菜單里可以直接找到，僅需要在創(chuàng)建好的樓梯參數(shù)中設(shè)置合適的層高層數(shù)等參數(shù)即可。 于是，一個教學樓的模型便建立而成。由于院校的教學樓大都采用鏡像對齊的方式建造，所以僅需將所建的樓體和窗框、樓體等幾何體 “ 成組 ” ，然后克隆復制，翻轉(zhuǎn)移動到相應(yīng)位置，教學區(qū)的大體建筑群便形成，效果如圖所示。 圖 教學樓群的 效果 Fig The effect of all teaching buildings 同理可以應(yīng)用于圖書館和宿舍樓、南二食堂的建筑模型構(gòu) 建。 一些效果圖： 圖 圖書館模型 Fig Library model 南京郵電大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 這樣，一個非常形象化的校園建筑群已經(jīng)可以展現(xiàn)在我們眼前，可以清晰的看出房屋的構(gòu)造，墻體的紋理等一些細節(jié)并且貼合實際的部分。 但是，這樣的一種模型建筑也有其非常大的劣勢。每一個細小的幾何體都由多個面、線、點組成。這樣復雜的樓體，在為了表現(xiàn)更多的細節(jié)的基礎(chǔ)上，增添了大量的數(shù)據(jù)面，造成了之后渲染時間的無限延長。并且，在最后一步的漫游實現(xiàn)中，由于軟件版本的限制，不支持如此大量的數(shù)據(jù)（上限 8 萬個平面，細致建筑的面達到 83 萬之多），在這種情況下，為了實現(xiàn)課題的要求，必須尋找其他的方式對于模型的構(gòu)建進行簡化。 紋理貼圖建模 此 方式建 模的步驟變得簡化很多?；臼菢?gòu)建簡單建筑物輪廓，然后采用拍照的方式采取建筑物紋理，利用材質(zhì)編輯器進行紋理的賦予。具體步驟如下： 導入建筑圖層的 CAD 文件，打開 “ 頂視圖 ” ，在新建幾何體中選擇 “ 線 ” 。 打開捕捉工具，選擇 “節(jié)點 ”捕捉。利用捕捉到的點細致的描繪出建筑物的底部輪廓。一圈之后再彈出的對話框中確定線條的封閉。 在 主菜單欄中選擇【修改器】 |【網(wǎng)格編輯】，單擊【擠出】。 在 【 數(shù)量】 中輸入擠出 的數(shù)量，在此我們根據(jù)不同的樓體輸入相對的數(shù)值即可，按下確認鍵。樓體的大體形狀即被構(gòu)成。（圖 ） 圖 教學區(qū)建筑 Fig Teaching building areas 選中樓體，打開【材質(zhì)編輯器】，賦予建筑的照片紋理，點擊確認。 點擊右邊的【修改器列表】 |【 UVW 貼圖】，在參數(shù)中可以選擇多種貼圖方式，如平面、柱形、球形、收縮包裹、長方體、面和 XYZ到 UVW，在此，我們教學樓采用 “ 長方體貼圖 ” ，而圓樓則采用 “ 柱形貼圖 ” 。貼圖效果（圖 ）。 南京郵電大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 圖 教學區(qū)建筑 （貼賦紋理） Fig Teaching building areas (Textured) 可見屋頂?shù)牟糠忠脖毁N上紋理，感覺非常的不真實。這里可以采用一個小的操作，即在此畫線，擠出很少的數(shù)量，制造一個 “ 屋頂 ” ，賦予屋頂?shù)募y理。需要注意的是，這里的樣條線創(chuàng)建時候需要勾選【自動柵格】，為了使擠出的平面貼合在房屋模型的頂端。（圖） 圖 教學區(qū)建筑（完成） Fig Teaching building areas (Finished) 在這樣的建筑中 ，南一食堂（即上圖中右上角的復雜建筑）的構(gòu)造既包含了圓柱體，外圍也由長方體圍繞，結(jié)構(gòu)較為復雜。僅采用簡單的樣條線拉升可能不能達到理想的南京郵電大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 效果。于是，在這里采用了 CAD 建筑原圖的線條。在 CAD 中將建筑層的線條刪除至只剩下南一食堂的部分，在 3Ds Max 軟件中選擇并擠出。 再合并入原來的建筑群。 這樣，基本的樓體都可以采用這種方式去構(gòu)建。無論是面數(shù)上的減少還是渲染時間的加快，都有很大的幫助。 地面的建造 地面由草地 、道路、普通地面構(gòu)成。在樣條線創(chuàng)建中，沿著大體輪廓構(gòu)建封閉樣條線。在編輯中選擇【線段】 |【拆 分】 ,輸入拆分數(shù)量，之后再在【頂點】中選擇【移動】按鈕，將樣條線更好的貼合原圖紙種的道路形狀（圖 ） 。封閉后的圖線可以擠出，賦予紋理。合并至建筑群中效果（圖 ）。 圖 路線的編輯 Fig Line editor 圖 教學區(qū)建筑（ 加上地面 ） Fig Teaching building areas (With road) 南京郵電大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 校園環(huán)境 校園中的樹木可以提升校園整體綠化感。樹木的建造可以采用軟件中的直接創(chuàng)建（圖），不過由于樹木的復雜，以至于一般 的臺式電腦內(nèi)存不能達到渲染所需要的數(shù)值。 圖 一些自帶的植物的面數(shù)均上萬值 Fig Some native plants have thousands faces 因此，有這樣一種解決的方式 ， 采用貼圖的方式。對于場景中的特殊物 “ 樹 ” 的 建模，使用兩個長方形面片和紋理映射技術(shù) ，使得 瀏覽者不論從哪個角度觀察都將看到一棵完整的樹。此法既減小了文件又不影響真實效果，可以用于樹木、旗桿、路燈等比較對稱的對象。 圖 樹木紋理貼圖 Fig Tree texture 南京郵電大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 第四章 校園場景 的 渲染 烘焙 渲染場景是指 3Ds Max 根據(jù)場景中幾何體的形態(tài)以及其所應(yīng)用的材質(zhì)、燈光、動畫、環(huán)境效果及其他設(shè)置為場景進行著色及輸出。 烘焙就是將渲染出來的效果采用材質(zhì)賦予的形式給予物體，在漫游場景中可以表現(xiàn)出來。 在此，校園場景的渲染會增加用戶在進行虛擬漫游時候的 “ 身臨其境 ” 的感覺。進一步提升作品的質(zhì)量與效果。 燈光處理 在校園中，燈光是場景中必不可少的重要元素。白天的校園，可以通過燈光模擬出太陽光照亮的場景，也可以表現(xiàn)出建筑物數(shù)目等的陰影效果。夜晚的校園，可以通過路燈的光照效果來對于 場景進行進一步的模擬。本課題中，我們通過燈光實現(xiàn)白天校園的日光照射效果。我在這個場景中按照從基本到特殊的燈光效果進行了嘗試。 定向投射類 燈光 標準燈光提供的是一個簡單的光源發(fā)射點，投射方向可以分為定向投射與全向散射。定向投射類燈光都具有一個目標點，需要光源點與目標點的配合，才能決定燈光的投射方向，常用于定向投射布光時候使用。 具體的操作步驟如下： 以單獨的教學樓建筑體為例。建立一個平面物體，作為地面。單擊【燈光】 |【目標聚光燈】，在前視圖中創(chuàng)建一個目標聚光燈，作為主光源。進入修改面板，在【強度 /顏色 /衰減】面板中將燈光紅色色調(diào)為【紅】： “248”、【綠】： “233”、【藍】： “192”的黃色。其他面板中的參數(shù)設(shè)置如圖 所示。 圖 聚光燈 參數(shù)設(shè)置 Fig Spotlight Preferences 渲染效果如下圖所示（圖 ）。 南京郵電大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 圖 渲染 前后 效果 Fig The effect of before and after rendering 在左視圖中創(chuàng)建一盞泛光燈，作為主光源的 補 光，照亮建筑的正面 ，編輯成白色 。在前視圖建筑物的左側(cè) 再創(chuàng)建一 盞泛光燈，作為側(cè)面補光。進入修改面板，在【強度 /顏色/衰減】面板中將燈光紅色色調(diào)為【紅】： “159”、【綠】： “209”、【藍】： “210”的藍色。渲染效果（圖 ）。 圖 補光及渲染效果 Fig Supplemental lighting and rendering 由于主光源模擬的是陽光，因此需要用暖色，而補光模擬的是天空光，所以用偏藍的冷色，這樣可以增強色彩對比，使畫面更加生動真實。 日光投射 3Ds Max 提供了一個由目標平行光燈、天光以及指南針輔助物體共同構(gòu)成的 日光模擬系統(tǒng)。 天光類似于太陽光，能夠模擬白天的效果，通常結(jié)合【光跟蹤器】或【光能傳遞】南京郵電大學 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 可以創(chuàng)造出非常逼真的效果。 將其應(yīng)用于校園場景中，步驟如下： 點擊創(chuàng)建【天光】，在前視圖中選擇一個合適的位置，點擊鼠標左鍵。 設(shè)置參數(shù)【天空顏色】，選擇很淺的藍色， 使 的天光染色感覺較為自然。 注意【投影陰影】：使天光投射陰影。只有在不用【光跟蹤器】或【光能傳遞】 時才能投射陰影；【每采樣光線數(shù)】用于計算落在場景中制定上天光的 光線數(shù)。增加管線 數(shù)可提高圖像的質(zhì)量 天光的效果較為自然，即便是投影渲染之后，效果仍舊不及聚光 燈的明顯（圖 ）。 圖 天光及渲染效果 Fig Daylight and rendering 環(huán)境效果 選擇菜單欄中的【渲染】 |【環(huán)境】 ，彈出【環(huán)境和效果】對話框。 找到【大氣】卷展欄，單擊【增加】按鈕，在彈出的【添加大氣效果】對話框中單擊【體積光】，然后點擊確認。體積光效果必須使用在燈光上，才能體現(xiàn)效果，一般結(jié)合聚光燈使用選擇【拾取燈光】選擇燈光，參數(shù)控制中將【最大亮度 %】調(diào)制 20。渲染效果可見物體有種光線圍繞的