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如何運用虛擬現(xiàn)實技術,達到古建筑,3D建模復原?

發(fā)布時間:2024-01-02 14:59:08 瀏覽量:142次

一、虛擬現(xiàn)實技術概述

虛擬現(xiàn)實技術,簡稱VR技術,又被稱為靈境技術,利用電腦模擬產生一個三維空間的虛擬世界,提供使用者關于視覺,聽覺,觸覺等感官的模擬,讓使用者如同身臨其境一般,可以隨時觀察空間里的事物。

虛擬現(xiàn)實技術主要包括模擬環(huán)境,感知,自然技能和模擬設備等方面,融合了數(shù)字圖像處理,計算機圖形學,以及并行處理等多個領域。隨著制造技術的發(fā)展與計算技術的提高,虛擬現(xiàn)實技術現(xiàn)在已經(jīng)遠遠超出了其最初在軍事上的應用,被廣泛應用于醫(yī)學,城市規(guī)劃,娛樂藝術、旅游以及傳媒等行業(yè)。

首先,虛擬現(xiàn)實技術對古建筑復原動畫的指導意義在于能以最簡單且相對經(jīng)濟的形式還原古建筑,同時能進行廣泛傳播,讓更多的人享受古物的美。

虛擬現(xiàn)實技術的本質目的是想要在最節(jié)省資源的基礎上,創(chuàng)造一種既能以某種些其他比較容易得到的的物體代替目標情境中的物體,又能讓參與者擁有與真實情況相差無幾體驗與感覺的方式。這與我們古建筑復原動畫的理念相合。

其次,虛擬現(xiàn)實技術與古建筑復原動畫的共通之處在于能完善地展示古建筑各個角度的美。一方面即使能親臨景區(qū),也不能面面俱到地觀賞到古建筑各個角的美,而在虛擬世界中你就能自由地安排自己的位置,通過隨心所欲地控制攝像機從各個角度甚至飛起來看目標景物。另一方面,文物古跡的展示和保護有時是矛盾的。

不開放景區(qū)、不展示于人就會失去其現(xiàn)實意義,但過多展示又可能會造成無法修復的破壞。因此,基于虛擬現(xiàn)實技術復原古建筑并選擇合適的視角,設計制作成相應的動畫,展示古建筑的全貌與細節(jié),具有較強的現(xiàn)實意義和價值。

二、岳陽樓古建復原思路

岳陽樓地處湖南岳陽,是我們熟知的三大名樓之一。初建于公元220年前后,相傳其前身為三國時期東吳將軍魯肅的”閱軍樓”。作為三大名樓中唯一保持原貌的古建筑,無論是建筑學上還是美學上都有著其獨特的價值。除此之外,岳陽樓有著深厚的歷史積淀,是楚越文化的交匯點,是湖湘文化的搖籃。是湖南極具代表性的古建筑遺跡。

“遷客騷人,多會于此”,岳陽樓吸引了很多的文人墨客前來游覽,并留下了大量膾炙人口的名句名篇,其中尤以范仲淹的《岳陽樓記》而著稱于世。

因此我們決定以岳陽樓記的詩句為線索,從“滕子京謫守巴陵郡”的背景到“岸芷汀蘭,郁郁青青”再到最后對滕子京的規(guī)勸“不以物喜,不以己悲”等,重現(xiàn)當年范仲淹寫詩的情景,把景與情結合起來,并配上婉轉的音樂,制作出一部完整的具有建筑和文學兩方面美感的古建筑復原動畫。

對古建筑的復原首先應當是建立在利用建模技術高度還原其建筑外觀的基礎上。一般認為建模技術是整個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的根基,在3D動畫影視制作中也是如此,因此采用精準的建模是復原建筑的基礎。

3dsMax與Maya都是被應用很廣泛的建模軟件,且兩者的模型可以導出為obj格式以互相編輯,一般認為3dsMax主要擅長于建筑的制作,因此常被用來做產品設計和室內設計。Maya則擅長于人物的制作和動畫的渲染,常被用來制作人物和動畫。

因此對于岳陽樓的古建筑復原動畫,采用的是3dsMax制作岳陽樓主樓及其周邊建筑模型,Maya則用來制作范仲淹的人物模型。然后渲染出相應的鏡頭用后期軟件pr和AE編輯成成品動畫。

三、復原動畫實現(xiàn)過程

經(jīng)過查閱資料與實地考察,總結出的關于岳陽樓的基本情況如下:岳陽樓位于今岳陽市的古城西門城墻之上,因其在古代被用作閱兵樓,位于高處,可清楚地看到洞庭湖上過往的船只,有俯瞰天下的氣勢。主樓坐西朝東,前面是直通點將臺的樓梯,兩側有三醉亭和仙梅亭構成堆成品字形相得益彰,構造古樸獨特。

主樓樓高為19.42米,在建筑風格上,前人將其歸納為木制、三層、四柱、飛檐、斗拱、盔頂。主樓中四根樓柱為楠木制作,一直貫通到樓頂,周圍又繞以精美的木制廊、枋、椽、檁互相榫合,結為整體。

對岳陽樓進行復原主要包括四部分,一是對岳陽樓主樓及其兩邊亭臺樓閣的復原,二是對岳陽樓周邊生態(tài)環(huán)境包括洞庭湖在內的自然景觀的復原,三是對與詩句相符的氣候環(huán)境的復原,四是添加了范仲淹撰寫《岳陽樓記》的情境。

在3dsMax中,首先創(chuàng)建平面作為與洞庭湖相接的水平面,再往上疊加出岳陽樓的地勢,按比例計算后利用擠出創(chuàng)建出岳陽樓的樓臺,對于樓體,因為是大部分是對稱結構,所以大量利用陣列和堆成制作,值得注意的是對岳陽樓主樓,要仔細復原好其獨特的盔頂結構和樓檐,燦爛的琉璃瓦,以及周邊精美的廊、枋、椽、檁等。

同樣地,對于兩旁的三醉亭和仙梅亭也按照相同原理進行制作,注意點就是要按照實際距離按比例還原這些附屬建筑與岳陽樓主樓的相對位置。模型制作好后利用相應材質的高清圖在3dsMax內進行了UV展開的相應部分進行相應的貼圖。初步制作出的效果圖如圖1所示。岳陽樓周邊的動植物以及點將臺下的洞庭湖的復原,主要難點在于水的復原以及動態(tài)渲染。

首先,對于種植植物,使用了3dsMax中的一個forest插件,這個插件可以給被選中的面或線種上各種植物,我們利用它給原本空曠的草坪種上茂盛的樹木,實際上不僅是植物,還能給平面鋪上落葉,這使得復原的岳陽樓模型周圍有了豐富的植物景觀。

其次是一些詩句對應的船只,飛鳥,游魚的制作,都通過細致的建模還原出來。最后就是對洞庭湖水系的創(chuàng)建,水的創(chuàng)建主要還是通過創(chuàng)建平面然后通過調節(jié)3dsMax的一系列參數(shù)比如透明度、反射率、折射率等,再加上自帶的噪波效果,通過對參數(shù)的細致調節(jié),就可以渲染出波光粼粼,清澈靈動的水面了。部分鏡頭水面渲染效果圖2所示。

《岳陽樓記中》中還包括了對朝夕,晴雨等各種時間天氣下的景物描寫,為了表現(xiàn)出各種天氣環(huán)境下的岳陽樓,對天氣也進行了相應的還原,采取的制作方式包括在3dsMax中直接渲染和在后期軟件AE中渲染。

為了盡可能地還原《岳陽樓記中》中范仲淹的寫作場景,利用Maya軟件制作范仲淹的人物模型和相應的簡潔創(chuàng)作一個書房的場景,書房場景的桌椅可以直接使用材質球和調節(jié)參數(shù)達到效果,而人物模型則UV展開,得到UV圖,再在Photoshop中畫出貼圖,最后再轉入Maya中進行渲染。人物創(chuàng)作場景部分鏡頭渲染如圖3所示。

燈光對于模型材質的表現(xiàn)和天氣的展現(xiàn)都有著十分重要的作用,打好燈光是渲染出好鏡頭的必要要素。通過調節(jié)燈光強度,顏色,高光,陰影參數(shù)等數(shù)據(jù)能夠很好的展現(xiàn)出不同的天氣和時間,3dsMax中的燈光主要包括標準燈光,光度學燈光和vary燈光等。

每類燈光又包括許多的燈光種類,不同燈光的配合能夠展現(xiàn)更真實豐富的模型效果。比如說有太陽的天氣,太陽就可以由多個平行光源模擬,需要設置除亮度等基本參數(shù)外,還需要設置光線衰減,外界光線反射等,讓光線看起來自然。

攝影機的運動則是展現(xiàn)體現(xiàn)鏡頭美感的重要途徑。通過設置攝像機運動軌跡可以表現(xiàn)出不同的推拉搖移等鏡頭語言。將攝影機動畫設置好后就可以分開進行單個鏡頭的渲染,值得一提的是由于渲染條件的限制渲染時間可能很長,此時我們采用了分層渲染的方式,只需要在物體上右鍵,選擇vr屬性,再選擇v-rayproperties設置相關屬性即可。

在建模軟件中渲染出模型后,后期將鏡頭處理加工并剪切拼接起來的工作就主要由AE,pr這兩個軟件來完成。AE是主流的特效制作軟件,主要用來制作一些在3dsMax中渲染起來比較耗費時間的云霧動態(tài)效果和下雨效果以及片頭片尾的制作等。

而pr則主要用來編輯渲染好的鏡頭和挑選好的音樂,編輯好后添加動效字幕,就可以得到成品動畫了。

總結

在互聯(lián)網(wǎng)技術飛速發(fā)展的今天,人們已經(jīng)不滿足于不出家門而知天下事,更希望不出家門而賞天下景,因此古建筑復原動畫一類的項目不僅對對古建筑和傳統(tǒng)文化的保護有所裨益,而且對滿足游客與時俱進的觀賞需求也具有非常重要的現(xiàn)實意義。

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