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如何运用虚拟现实技术，达到古建筑，3D建模复原?
发布时间：2024-01-02 14:59:08 浏览量：131次
一、虚拟现实技术概述
虚拟现实技术，简称VR技术，又被称为灵境技术，利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉，听觉，触觉等感官的模拟，让使用者如同身临其境一般，可以随时观察空间里的事物。
虚拟现实技术主要包括模拟环境，感知，自然技能和模拟设备等方面，融合了数字图像处理，计算机图形学，以及并行处理等多个领域。随着制造技术的发展与计算技术的提高，虚拟现实技术现在已经远远超出了其最初在军事上的应用，被广泛应用于医学，城市规划，娱乐艺术、旅游以及传媒等行业。
首先，虚拟现实技术对古建筑复原动画的指导意义在于能以最简单且相对经济的形式还原古建筑，同时能进行广泛传播，让更多的人享受古物的美。
虚拟现实技术的本质目的是想要在最节省资源的基础上，创造一种既能以某种些其他比较容易得到的的物体代替目标情境中的物体，又能让参与者拥有与真实情况相差无几体验与感觉的方式。这与我们古建筑复原动画的理念相合。
其次，虚拟现实技术与古建筑复原动画的共通之处在于能完善地展示古建筑各个角度的美。一方面即使能亲临景区，也不能面面俱到地观赏到古建筑各个角的美，而在虚拟世界中你就能自由地安排自己的位置，通过随心所欲地控制摄像机从各个角度甚至飞起来看目标景物。另一方面，文物古迹的展示和保护有时是矛盾的。
不开放景区、不展示于人就会失去其现实意义，但过多展示又可能会造成无法修复的破坏。因此，基于虚拟现实技术复原古建筑并选择合适的视角，设计制作成相应的动画，展示古建筑的全貌与细节，具有较强的现实意义和价值。
二、岳阳楼古建复原思路
岳阳楼地处湖南岳阳，是我们熟知的三大名楼之一。初建于公元220年前后，相传其前身为三国时期东吴将军鲁肃的”阅军楼”。作为三大名楼中唯一保持原貌的古建筑，无论是建筑学上还是美学上都有着其独特的价值。除此之外，岳阳楼有着深厚的历史积淀，是楚越文化的交汇点，是湖湘文化的摇篮。是湖南极具代表性的古建筑遗迹。
“迁客骚人，多会于此”，岳阳楼吸引了很多的文人墨客前来游览，并留下了大量脍炙人口的名句名篇，其中尤以范仲淹的《岳阳楼记》而著称于世。
因此我们决定以岳阳楼记的诗句为线索，从“滕子京谪守巴陵郡”的背景到“岸芷汀兰，郁郁青青”再到最后对滕子京的规劝“不以物喜，不以己悲”等，重现当年范仲淹写诗的情景，把景与情结合起来，并配上婉转的音乐，制作出一部完整的具有建筑和文学两方面美感的古建筑复原动画。
对古建筑的复原首先应当是建立在利用建模技术高度还原其建筑外观的基础上。一般认为建模技术是整个虚拟现实系统的根基，在3D动画影视制作中也是如此，因此采用精准的建模是复原建筑的基础。
3dsMax与Maya都是被应用很广泛的建模软件，且两者的模型可以导出为obj格式以互相编辑，一般认为3dsMax主要擅长于建筑的制作，因此常被用来做产品设计和室内设计。Maya则擅长于人物的制作和动画的渲染，常被用来制作人物和动画。
因此对于岳阳楼的古建筑复原动画，采用的是3dsMax制作岳阳楼主楼及其周边建筑模型，Maya则用来制作范仲淹的人物模型。然后渲染出相应的镜头用后期软件pr和AE编辑成成品动画。
三、复原动画实现过程
经过查阅资料与实地考察，总结出的关于岳阳楼的基本情况如下：岳阳楼位于今岳阳市的古城西门城墙之上，因其在古代被用作阅兵楼，位于高处，可清楚地看到洞庭湖上过往的船只，有俯瞰天下的气势。主楼坐西朝东，前面是直通点将台的楼梯，两侧有三醉亭和仙梅亭构成堆成品字形相得益彰，构造古朴独特。
主楼楼高为19.42米，在建筑风格上，前人将其归纳为木制、三层、四柱、飞檐、斗拱、盔顶。主楼中四根楼柱为楠木制作，一直贯通到楼顶，周围又绕以精美的木制廊、枋、椽、檩互相榫合，结为整体。
对岳阳楼进行复原主要包括四部分，一是对岳阳楼主楼及其两边亭台楼阁的复原，二是对岳阳楼周边生态环境包括洞庭湖在内的自然景观的复原，三是对与诗句相符的气候环境的复原，四是添加了范仲淹撰写《岳阳楼记》的情境。
在3dsMax中，首先创建平面作为与洞庭湖相接的水平面，再往上叠加出岳阳楼的地势，按比例计算后利用挤出创建出岳阳楼的楼台，对于楼体，因为是大部分是对称结构，所以大量利用阵列和堆成制作，值得注意的是对岳阳楼主楼，要仔细复原好其独特的盔顶结构和楼檐，灿烂的琉璃瓦，以及周边精美的廊、枋、椽、檩等。
同样地，对于两旁的三醉亭和仙梅亭也按照相同原理进行制作，注意点就是要按照实际距离按比例还原这些附属建筑与岳阳楼主楼的相对位置。模型制作好后利用相应材质的高清图在3dsMax内进行了UV展开的相应部分进行相应的贴图。初步制作出的效果图如图1所示。岳阳楼周边的动植物以及点将台下的洞庭湖的复原，主要难点在于水的复原以及动态渲染。
首先，对于种植植物，使用了3dsMax中的一个forest插件，这个插件可以给被选中的面或线种上各种植物，我们利用它给原本空旷的草坪种上茂盛的树木，实际上不仅是植物，还能给平面铺上落叶，这使得复原的岳阳楼模型周围有了丰富的植物景观。
其次是一些诗句对应的船只，飞鸟，游鱼的制作，都通过细致的建模还原出来。最后就是对洞庭湖水系的创建，水的创建主要还是通过创建平面然后通过调节3dsMax的一系列参数比如透明度、反射率、折射率等，再加上自带的噪波效果，通过对参数的细致调节，就可以渲染出波光粼粼，清澈灵动的水面了。部分镜头水面渲染效果图2所示。
《岳阳楼记中》中还包括了对朝夕，晴雨等各种时间天气下的景物描写，为了表现出各种天气环境下的岳阳楼，对天气也进行了相应的还原，采取的制作方式包括在3dsMax中直接渲染和在后期软件AE中渲染。
为了尽可能地还原《岳阳楼记中》中范仲淹的写作场景，利用Maya软件制作范仲淹的人物模型和相应的简洁创作一个书房的场景，书房场景的桌椅可以直接使用材质球和调节参数达到效果，而人物模型则UV展开，得到UV图，再在Photoshop中画出贴图，最后再转入Maya中进行渲染。人物创作场景部分镜头渲染如图3所示。
灯光对于模型材质的表现和天气的展现都有着十分重要的作用，打好灯光是渲染出好镜头的必要要素。通过调节灯光强度，颜色，高光，阴影参数等数据能够很好的展现出不同的天气和时间，3dsMax中的灯光主要包括标准灯光，光度学灯光和vary灯光等。
每类灯光又包括许多的灯光种类，不同灯光的配合能够展现更真实丰富的模型效果。比如说有太阳的天气，太阳就可以由多个平行光源模拟，需要设置除亮度等基本参数外，还需要设置光线衰减，外界光线反射等，让光线看起来自然。
摄影机的运动则是展现体现镜头美感的重要途径。通过设置摄像机运动轨迹可以表现出不同的推拉摇移等镜头语言。将摄影机动画设置好后就可以分开进行单个镜头的渲染，值得一提的是由于渲染条件的限制渲染时间可能很长，此时我们采用了分层渲染的方式，只需要在物体上右键，选择vr属性，再选择v-rayproperties设置相关属性即可。
在建模软件中渲染出模型后，后期将镜头处理加工并剪切拼接起来的工作就主要由AE，pr这两个软件来完成。AE是主流的特效制作软件，主要用来制作一些在3dsMax中渲染起来比较耗费时间的云雾动态效果和下雨效果以及片头片尾的制作等。
而pr则主要用来编辑渲染好的镜头和挑选好的音乐，编辑好后添加动效字幕，就可以得到成品动画了。
总结
在互联网技术飞速发展的今天，人们已经不满足于不出家门而知天下事，更希望不出家门而赏天下景，因此古建筑复原动画一类的项目不仅对对古建筑和传统文化的保护有所裨益，而且对满足游客与时俱进的观赏需求也具有非常重要的现实意义。
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