【正文】 貼圖烘焙后的效果如圖 56所示。并且所烘焙出的大貼圖攜帶全部 的光影信息如亮部、暗部、陰影以及光能傳遞計算出的溢出色彩等。 第三步 ： 選擇單個或多個模型，對其進(jìn)行貼圖烘焙。比如項目要求表現(xiàn)夜景，那就要多設(shè)置一些有色彩感的 Omni light使其有夜景人工燈照射的感覺。 下面主要介紹貼圖烘 焙的步驟： 第一步 ： 對整個場景設(shè)置 target direct light（模擬太陽）燈光和 skylight（模擬自然光）燈光來模擬實際的場景光線。這種技術(shù) 可以 實現(xiàn)把費時的光能傳遞計算應(yīng)用到動畫中去的實用性，而且也能省去討厭的光能傳遞時動畫抖動的麻煩。 3ds max 中的“渲染到紋理”工具可以將各種場景元素渲染或“烘焙”到紋理中，包括照明和陰影。 將物體的 光照信息變成貼圖，不需要 CPU 再去費時的計算而只 算普通的貼圖 ， 這就 加快了 CPU 的運算速度 。 (a)基元紋理 31 (b)紋理拼接 圖 55 紋理的拼接 貼圖烘焙 簡單地說 ， 貼圖烘焙技術(shù)就是一種把 max 光照信息渲染成貼圖 后再 把這個烘焙后的貼圖再貼回到場景中去的技術(shù)。如圖 55(a)為基元紋理， 55(b)為基元紋理拼接出草坪的表面紋理。紋理的拼接技術(shù)在虛擬現(xiàn)實的建模中有著很廣泛的應(yīng)用。 (b)渲染前 (b)渲染后 圖 54 交叉面技術(shù) 在現(xiàn)實世界中，面積極大的馬路路面的紋理都是一樣的，同樣的現(xiàn)象還存在于諸如天 空、水池、草地、廣場地面、建筑的墻面等。30 相對于前一種方法，它雖然省去 制作 上的麻煩，但是也增加了不少圖形繪制的負(fù)擔(dān) 。例如作一個二叉面，則就必須繪制 2 個面。 (a) 渲染前 (b)渲染后 圖 53 公告牌 (BillBoard)技術(shù) 另一種技術(shù)是作兩 個或多個互相垂直的交叉面技術(shù) （如圖 54所示） 。它的優(yōu)點是速度快，在平地觀測視覺效果好。這樣，在植物生長場景中進(jìn)行虛擬 漫游時，所有的 BillBoard 都朝向視點位置 （如圖 53所示） [11]。 BillBoard 可向任意方向轉(zhuǎn)動。 公告牌 是增加圖形真實感的一種常用手段。對于這類物體的處理比較麻煩，下面以樹木的透明紋理為例，介紹兩種解決方法。透明紋理的應(yīng)用，大致可以歸納為兩類。 圖 52 不透明紋理映射技術(shù) 透明紋理是通過紋理技術(shù)和融合技術(shù)共同實現(xiàn)的。一般情況下，建筑物都使用的是不透明紋理技術(shù)，只要將從對象采集來的照片進(jìn)行處理，使之成為正射圖片 后反貼回三維模型上面 。 不透明紋理在制作、紋理映射等方面都比透明紋理來得簡單，在虛擬現(xiàn)實場景中應(yīng)用的最多。因此 ，每一幅參與映射的紋理都有自己的一個映射的坐標(biāo)地址，并用文件的形式保存起來。 紋理映射也有好幾種不同的技術(shù)。因此，紋理映射技術(shù)的使用將極大降低場景的復(fù)雜性，實現(xiàn)逼真度和運行速度的平衡。另外，采用紋理映射技術(shù)還可以使遠(yuǎn)方的周圍環(huán)境 (如高山、大海、森林等景物 )簡化為一幅紋理圖像。對于這些 只是用于 環(huán)境裝飾 的物體 ，并不是 要重點展示的 ，如果都用實體表示，所帶來的資源耗費將是無法接受的。利用紋理映射，可以 用 很低的代價來生成復(fù)雜的視覺效果。因而，實例技術(shù)在大規(guī)模場景的建造中有著十分廣泛的應(yīng)用。采用內(nèi)存實例的主要目標(biāo)是節(jié)省內(nèi)存，從這個意義上來講，內(nèi)存占用少，顯示速度會加快，但同時由于物體的幾何位置要通過幾何變換得到，又會影響速度。如果把這些完全一樣的模型都調(diào)入內(nèi)存，勢必造成極大的浪費。例如 ，在馬路上、廣場上、大量存在著幾何形狀完全一樣的各種路燈，同種燈之間的差別僅在于所處的位置、方向、大小不一樣 （如圖 51 所示） 。 27 實例 (Instance)技術(shù) 實例技術(shù)在 三維 場景 模型的建造 中是十分重要的。 所以 在繪制時，如果一個物體離視點比較遠(yuǎn)，或者 該 物體比較小，就可以用較粗 略 的 LOD 模型 來 繪制。另外，當(dāng)物體投影在屏幕上所覆蓋的區(qū)域比較小的時候，沒有必要用該物體細(xì)節(jié)描述非常復(fù)雜的模型去描述它。 LOD 方法的基本思想是：對場景中的不同物體或物體的不同部分，采用不同的細(xì)節(jié)描述方法。 多細(xì)節(jié)層次 (Levels Of Detail)技術(shù) 多細(xì)節(jié)層次 (LODs)技術(shù) 為 控制 三維場景 模型場景復(fù)雜度 提供一個十分有效的方法。所以要對 模型數(shù)據(jù) 進(jìn)行檢索 ，當(dāng) 檢索出一部分 時 ，該部分經(jīng)過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和透視投影產(chǎn)生屏幕上可 顯示的 圖像 。 由于視線的方向性、視角的局限性以及物體相互遮擋，人 的肉 眼所看到的往往只是場景 中 的一部分。下面就常用的幾種場景生成與顯示的優(yōu)化 策略和相關(guān)技術(shù)作一介紹和分析。雖然現(xiàn)在計算機(jī) CPU 與圖形處理器發(fā)展都很快，但是普通 PC 機(jī)還是不能運行太大的三維場景。計算機(jī)在生成三維場景時的計算量很大，三維圖形生成和顯示的實時性就成為產(chǎn)生現(xiàn)實感覺的首要條件。因為校園里的環(huán)境比較素凈典雅，所以一般都是將燈設(shè)置為淡白色 。這種方法好處是路燈立體感強(qiáng)，效果好，但是建立過程比較繁瑣，需要組合很多的小短線和一些類似于球體的小燈，燈的大小，高度都要反復(fù)實踐才可以設(shè)計的美觀。對路燈的建模有兩種。 非常常見的，它的種類有很多。灌木也盡量避免一條線擺放，除非是在大馬路的邊上。讓樹成一條直線的情況除了出現(xiàn)在馬路邊外，在其他情況中是要避免使用的。第三，樹的疏密程度也是有講究的。 第一，樹種要多，不能老是一種樹，免得單調(diào)。另外，場景中還 可 適當(dāng) 地 放 入椅子、路燈等，增加 場景的真實感。在插入的過程中還應(yīng)該注意，要注意樹與樹之間的搭配、樹與灌木之間的搭配、灌木于灌木之間的搭配。然后還要對插入一些其他的植物進(jìn)行點綴，比如樹木、灌木，以及月季花等。 半25 球面 方法 是 用球形工具制作出一個半球，翻轉(zhuǎn) （ Flip） 法線后給其賦予一張?zhí)炜召N圖就可以得到一個效果 很好 的天空盒 ； 天空盒是由六張無逢貼圖實現(xiàn)的一個盒子模型體 ， 它是由六個面構(gòu)成一個天空盒 ， 貼上云彩和山水圖片 ， 就可以實現(xiàn)一個矩形面的天空 。為了美觀起見，在模型中的綠化往往比實際更多、更好。第二類是綠化，包括樹木、灌木、植被、花壇等；第三類是路燈； 第四類是綠化帶，包括噴泉、假山、雕塑。修飾環(huán)境主要分為五類。 眾所周知，建筑物周圍還有很多修飾物，例如花壇、路燈等 ， 這些修飾物能起到襯托建筑物的作用。這一步的主要工作時向馬路添加進(jìn) 路燈 、 垃圾桶、宣傳標(biāo)語 、行人 等物體?；▔慕Y(jié)構(gòu)很簡單，它包含一個花壇的邊框，中間 放上一些小 草 、 樹、灌木和路燈等 。只要先建造一個花壇模型，其余的都可以重復(fù) 該 模型。所以可以 在 拐彎處設(shè)置成一些子面，然后分開 貼圖 ，效果就會好很多，本場景用的就是這種方法。校園道路路面情況都很簡單，所以只要在引入的路面 上 賦予 簡單的紋理。例如，馬路上的花壇長度可能比實際花壇長度長出一些。對路的建模也是分成三步來建的。經(jīng)過對校園道路的仔細(xì)觀測研究 ， 發(fā)現(xiàn)這條路大體有三部分組成。道路是很重要的建筑之一 ， 校園道路路面寬度 6米，路的旁邊是人行道，綠地等，連接著建筑。所以，建造道路的時候，一般是先 建出一段有代表性的道路，然后不斷復(fù)制這段路。而道路建造則是具體把諸如馬路、人行道等各種道路修建好。因為他的高度較高 ， 是一個很醒目的建筑，所以建模過程一定要細(xì)致。 在實際建模之前，要先收集對象的各種數(shù)據(jù)，并到實地去勘測，確認(rèn)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確可靠。這樣，模型所包含的信息量大、三維立體感強(qiáng)，體現(xiàn)豐富的細(xì)節(jié)。對標(biāo)志性建筑的建模過程中，幾何模型建得盡量詳細(xì)，所用的面片數(shù)是最多的。一般還必須到建筑物的現(xiàn)場區(qū)勘測實際建筑的尺寸，確認(rèn) CAD 圖紙是否是最新的，并實地測量一些感興趣的數(shù)據(jù)。建筑模型的精確性主要從 建筑物設(shè)計的 CAD 圖紙來體現(xiàn)。一般來說，對于越重要的建筑，模型就建得越詳細(xì)，面片數(shù)也越多；對于越不重要得建筑，模型就建得越簡單，面片數(shù)也就越少 。 建筑物模型的建造根據(jù)前面對建筑物建模的需求分析，不同的建筑物有著不同的重要性，同時當(dāng)前的建造進(jìn)度 (已建好、未建好 )不同的建筑物也有著不同的建模要求。制作柱子及其他裝飾物后，就可以得到最后的體育館模型，如圖 48所示。 圖 46 體育館外圍主體模型 接下來制作體育館的樓頂，用線條工具（ Line）在前視圖畫出一條直線，切換到頂點層級，講所有頂點轉(zhuǎn)換為 Bezier 角點，拖動控制手柄得到如圖 47 的曲線。得到的模型如圖 45所示?；氐綐訔l線層級，對外輪廓進(jìn)行復(fù)制分離操作，孤立出另外的一條樣條線。 (a) (b) (c) 圖 44 可編輯樣條線對象屬性 步驟二，轉(zhuǎn)到樣條線層級，選擇外圍主體的樣條線，對其進(jìn)行輪廓操作，這樣可以得到一對樣條線。導(dǎo)入的 CAD 底圖為 *.dwg 格式，在 3D max 中的可以看到是由帶有可編輯樣條線修改器（ Spline Editing）的樣條21 線組成的。利用 3D max 的各種建模工具和修改器可以很方便的將模型建造出來。 第三步，建造模型。上面的三層到六層是一個整體，外觀基本相同，每一層得高度大約為 4米。 第二步，查看樓房設(shè)計的 CAD 圖，知道樓房的尺寸， 例如樓房長方體的長、寬、高。 第一步，先進(jìn)行實地考察，也可參照效果圖，觀察樓房的結(jié)構(gòu)。接下來就可以進(jìn)行 實體三維模型的 建模。這可以通過觀察建筑物的效果圖和到現(xiàn)場觀察來達(dá)到。在校園立體模型中 ， 最重要的應(yīng)該是建筑物，其次是校園道路 、 綠地 、 等等。這樣在編輯的過程中也可以只打開要編輯的層，避免由于各種地物雜亂的放置在相同的層里面。如果將一種相同的地物放在同一個層里，還可以在操作的過程中實現(xiàn)統(tǒng)改屬性的方法，避免一些公共屬性重復(fù)修改造成的時間、資源的浪費。 另外，從 CAD 數(shù)據(jù)下直接導(dǎo)入的地形圖由于應(yīng)用的目的不同，要進(jìn)行圖層的整理：添加新的圖層、合并一些圖層、或是細(xì)化一些對象。通過圖紙上的文字標(biāo)注或符號來判斷出東、西、南、北方向，并且還需要明確 CAD 圖紙中的每一部分屬于那個建筑或者景觀。所以需要對得到的 CAD 圖紙進(jìn)行整理。對于地形，要求與實際要準(zhǔn)確符合，嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙和地圖的比例來做，同時要做到美觀、逼真。梧州學(xué)院位于梧州市市郊的丘陵地帶，地形復(fù)雜且面積 相對 較小。收集 模型 屬性 信息來建造模型信息 庫，支持用戶在三維場景中查詢模型對應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)，并支持模型的 單體 顯示。然后，把各區(qū)域場景與總地形相匹配并集成進(jìn)總地形中 ，并對總集成場景進(jìn)行環(huán)境修飾，例如添加天空、白云、樹木、植被等 。在區(qū)域地形和建筑物都完成以后，要對區(qū)域建筑物與區(qū)域地形進(jìn)行匹配并集成。 建模流程 如圖 42 所示，建造基礎(chǔ)模型場景庫流程是：首先是獲取基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，主要 為CAD 圖 紙 。在城市仿真建模中，這就要求對沒有準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的物體不能杜撰數(shù)據(jù)，而是要通過一些方法估計出大體符合實際的數(shù)據(jù)信息。第二，模型必須與原型具有某種程度的相似性。建模時，收集的數(shù)據(jù)和有關(guān)信息必須準(zhǔn)確可靠，否則必然造成很大偏差。目的和要求不同，模型建造的復(fù)雜度也必然不同。第三步是綜合模型，子模型確立以后，可以根據(jù)系統(tǒng)概略18 模型的結(jié)構(gòu)把子模型綜合為原型的總體精確模型。每個部分可以看 成 是 原型的 一個子模型。原型越復(fù)雜，越需要從整體上 來 把握，概 要 模型 就 越重要。 建模時， 首 先 應(yīng) 考慮模型的簡要性，然后再逐步細(xì)化，構(gòu)造出一個精確 的 模型。第二，模型要有簡要性。模型的精確性是指模型要能精確地反映出原型的基本特征以及準(zhǔn)確位置。在三維 漫游 建模中，對模型主要有下面兩個要求。 對象需要說明的屬性信息不但包括與幾何形狀有關(guān)的信息，例如樓層的高度，還有一些與對象的幾何形狀無關(guān)的如對象的名字、對象的用途等等。坐標(biāo)位置建立場景中各個模型間的拓?fù)潢P(guān)系。 通常情況下，一個大的場景都是由 許多各種不同的對象構(gòu)成的，每個具體對象有自己的坐標(biāo)位置。第一，它提高模型的真實感。使用專門的建模工具就可以對多邊形添加材質(zhì)、光照、顏色、表面紋理等屬性。但由于對計算機(jī)存儲 和計算開銷的綜合考慮，一般都采用點、直線或多邊形圖形表示。 幾何建模是 利用 用計算機(jī) 產(chǎn)生 出許多各式各樣的多邊形 面片 ， 用 這些面片 拼構(gòu)成所 虛構(gòu)的模擬對象的立方體外形， 以 達(dá)到與真實物體在外觀上“形似”。 下面主要進(jìn)行 場景 建建模的介紹 ， 三維 漫游 模型 的 結(jié)構(gòu) 如圖 41 所示。地形建模可以將收集到的 資料 如遙感影像 、航拍照片等 處理成 CAD 圖紙 ，然后可以運用 CAD 圖紙中的 等高線進(jìn)行 Terrain 生成 CV 曲面。 系統(tǒng)總體設(shè)計框架如圖 32所示： 15 圖 32 系統(tǒng)總體設(shè)計框架 三維校園漫游引擎作為該系統(tǒng)的核心部分，它主要實現(xiàn)的目標(biāo)是：實現(xiàn)將 3ds Max 建立的模型導(dǎo)入引擎，把所有模型組合成一個校園整體，導(dǎo)入音樂，加載天空、地形以及環(huán)境小品等對象，構(gòu)建成一個集音樂與用戶交互的三維校園互動系統(tǒng)。向?qū)W院相關(guān)部門索取資料和自己的就地取材后，得到以下材料： CAD 地形圖； ； 、復(fù)雜地形基本幾何數(shù)據(jù)； ； 、植被基本綠化數(shù)據(jù)；