彭国华

(陕西科技大学艺术与设计学院, 陕西 西安 710021)

0 前 言

建筑漫游动画就是采用动画虚拟数码技术并结合电影的表现手法，根据建筑、园林、室内等规划设计图纸，将楼盘外观、室内结构、物业管理、小区环境、生活配套等未来建成的生活场景进行提前演绎展示，让人们轻松而清晰地了解未来家园的品质生活[1].建筑动画的镜头无限自由，可全面逼真地演绎楼盘整体的未来形象，可以拍到实拍无法表现的镜头，把楼盘设计大师的思想完美无缺地演绎出来，让人们感受未来家园的美好和真实.建筑动画的另一作用是地产项目在开发以前，为了能够更直观的了解和验证其可行性，通常会使用三维图像技术对建筑环境进行模拟，达到提前预知设计效果的目的.

建筑漫游动画表现的核心是建筑，但动画中只有建筑是远远不够的，我们需要在三维虚拟世界中模拟现实生活中建筑周边存在的复杂环境，包括花草树木、人物、车辆、天空、水面等等都可能是我们需要完成的对象，其中树木又会有多种多样，人物、车辆也具有多样性，完成这些建筑周边的辅助物体需要太多的时间与精力，而对于这些建筑动画中辅助存在的物体又是不可或缺的元素，为此我们需要一整套快速而有效的解决方案，以下是笔者做的一些初步探讨.

1 建筑动画中树木植物的解决方案

建筑动画中树木所占的比例是十分巨大的，因为树木植物代表着生命生机.而建筑环境的绿色生态、回归自然是当今社会追求的主题，大家都希望能在绿色森林的环境中享受生活.除了概念艺术风格的建筑动画，其他艺术风格的建筑动画都非常注重树木植物的表现效果，树木植物处理得好坏也是建筑动画是否真实自然的关键.建筑动画中树木可以分为远景树木和近景树木两种，根据对树木刻画的精细程度和摄像机运动方式的不同，需要使用不同的方法来完成树木和其它花草植物的动画设计.

1.1 贴图完成树木制作的方法

贴图完成树木的方法是通过将植物贴图贴在平面物体上，模拟树木或其它植物[2].其优点是使用物体面数最少(一个平面物体方式使用了2个三角面，十字相交平面物体使用了4个面)，适合鸟瞰远景植物表现.缺点是摄像机不能过高观察植物，会出现贴图变形失真.由于是通过平面贴图模拟植物，因此通常使用一个平面物体或十字交叉平面物体，摄像机过高会看到植物物体的侧面.

1.2 Speedtree插件完成植物制作的方法

Digimation SpeedTree是老牌3d做树插件，SpeedTree是由Digimation公司开发的一套用于制作树木植物的3ds Max插件，它除了软件包带有多种树木库外，还有一个独立的树木植物制作软件SpeedTreeCAD，可以在3ds Max之外制作完成树木，是目前最好的造树插件[3].SpeedTree的插件由两个模块构成：安装程序和树库文件.插件安装程序提供与Max软件接口文件，树库中有各种各样类型与精细程度的树木.使用安装好的Speedtree插件创建一棵树，然后载入树库中树木文件是Speedtree大致的工作流程.Speedtree完成植物优缺点分析：其优点是植物细节真实自然，种类繁多，支持风力，且摄像机能各个角度运动拍摄，适合近景、中景植物表现;缺点是面数太多，计算速度较慢，不便于大面积使用，鸟瞰、远景不适合使用.

1.3 Forest森林插件完成植物制作的方法

Forest是3D Studio Max的外挂插件，可用来完成大量树和植物的解决方案[4].虽然Speedtree插件也能创造漂亮的树(Speedtree完成的植物，起码要有数千个面)，但Forest能创造数千棵树的森林而只占用很少一部分资源.Forest的特征归纳如下：

(1)树被创造在可纹理的平面物体上，所以只需少量的资源而渲染速度很快，当然如果你喜欢你也能自定义网格.

(2)Forest使用样条线去定义种植树的区域，你可以使用多重样条线去定义包括或排除的区域.

(3)树的分布可由位图来管理，你可以创造自定义的分布模板位图，从线到有规则的群组或完全无序的表面.这个插件包含了一些样板分布贴图，但也接受用户创造的位图.

(4)Forest能与相机连接，所以所有的树都能面向相机相交.这个方法能解决当相机从它们身上移动过去时因为观察平面物体角度变化而产生的问题，它不会因为相机角度变了而穿帮，因为这些树是建立在平面的物体上，就是正面看到树，反面什么也没有，这个问题可以用强制双面方法来解决，或侧面看到只是一条线.

(5)最小资源的利用.树的分布受到相机观察视野的限制，这使得用户能够创造百万棵树的森林而速度却不同一般的快，在帧外面的树不会浪费场景的资源.

(6)树能自动分布在任何表面上，如不规则地形.

(7)在表面上根据海拨和坡度的范围界定树元素.

(8)材质ID可以固定，也可以根据用户定义的范围随机化，使得单个Forest物体能创造不同类型的植物.

(9)树的位置、大小、旋转随机变化.

Forest森林优缺点分析：其优点是适合大面积鸟瞰或远景使用，对于大面积植物完成速度最快，森林分布随机自然，树木材质、大小容易控制，X阴影类型能比较真实再现植物Opacity透明度贴图阴影，并能快速完成高低不平地面的树木创建.缺点是植物由贴图模拟完成，不适合近景植物表现，不宜使用摄像机过高或从上而下的垂直镜头.树木位置根据分布贴图自动生成，无法进行单棵植物自由移动摆放，有时与Max版本兼容性不好，容易渲染跳出.

1.4 三维植物模型完成植物制作的方法

有些近景的植物我们会通过合并植物模型的方法来解决，其优点是模型细腻真实，摄像机无拍摄角度限制，适合近景植物表现，缺点是面数较多，不适合大面积使用.

2 人物解决方案

建筑、环境、人是一个和谐共处的空间.建筑动画中的人物虽然不是动画表现的主体，但对建筑场景真实再现、建筑功能体现、氛围烘托都有着十分重要的作用.没有人物的建筑动画作品将会缺乏生机，也没有亲和力.建筑动画中的人物一般可通过使用贴图、RPC插件、人物模型等3种方法解决.

2.1 贴图完成人物制作的方法

使用贴图完成人物制作的方法是创建单个平面物体后，将人物的彩色和黑白图片分别贴入Diffuse漫反射通道与Opacity透明度通道，与贴图完成植物不同的是不要使用十字叉平面贴入角色贴图，否则侧面观察会非常失真[5].贴图完成人物制作的优点是可一个平面贴图完成，计算速度快，贴图为真实照片，人物真实，适合大面积推拉镜头使用.缺点是人物为静态图片，不能运动，摄像机旋转到侧面时容易失真，不能垂直或过高角度拍摄.

2.2 RPC插件完成人物制作的方法

RPC全息模型库是建筑动画不可缺少的制作利器，它功能强大，可以轻松地为三维场景加入人物、动物或植物等有生命的配景以及车辆、动态喷泉和各种生活中常用的设施[6].其操作极其简单，用鼠标拖拽即可完成模型的创建工作，并能在灯光下产生真实的投影和反射效果.动态的模型库甚至可以轻而易举地给人物车辆等创建动作，渲染速度非常快，为建筑动画的制作提供了极大的方便.RPC软件适用于3ds Max、3DVIZ、Softimage、Lightwave等三维制作软件.RPC全息模型库完成人物制作的优点是渲染速度快，自动旋转与渲染画面平行，使用动态人物库有原地动画效果，缺点是不能俯视人物，且不能编辑角色的动作.

2.3 三维人物模型完成人物制作的方法

为了能更好的模拟三维场景效果，我们可以将三维人物模型合并到建筑动画场景中来，直接使用或简单编辑后使用.三维模型完成场景人物优缺点分析：优点是三维人物和三维场景浑然天成，真实自然，人物动作形象逼真.由于是三维真实模型，所以不受摄像机角度限制，即使是俯视镜头也能轻松地表现，比较适合近景、中景人物模拟时使用;缺点是相对于平面贴图和RPC人物表现，三维模型完成使用面数最多，不适合大面积使用，且三维人物模型种类相对比较有限，重新创建三维人物比较耗时，骨骼绑定动画完成难度较大.

3 车辆解决方案

车辆在建筑动画中也扮演着十分重要的作用，它不仅能够让动画场面更加真实自然，还是感觉场景空间比例大小、实现镜头自如切换的表现工具与手段.通常我们可以通过两种方式完成场景中的车辆模型制作，即使用RPC全息模型库和使用三维车辆模型.

3.1 RPC插件完成车辆模型制作的方法

使用RPC全息模型完成场景中的车辆制作，其优点是渲染速度快，节省场景多边形数量，车辆真实度较高，适合中远景静止和行驶车辆的制作[7];缺点是车门不能打开、车轮在汽车运动时无法转动，车漆材质不能随意更改，不适合精度要求较高的近景车辆特写镜头使用.

3.2 三维车辆模型完成车辆模型制作的方法

三维汽车模型上每一个细节都由真实模型构成，在动画表现中适合精度要求较高时使用，我们可以使用Merge合并命令将汽车模型合并到三维场景中，同时使用材质编辑器中的吸管工具吸取车身材质，并对其颜色进行修改[8].和RPC汽车模型比较类似，不同之处是不用使用RPC插件程序，直接将建模车合并到场景中就可以使用了，比较方便.三维完成车辆、船只模型制作优缺点分析：优点是车轮能够设置转动动画，车身材质可以更改，适合近景特写动画镜头使用;缺点是三维物体面数较多，计算速度较慢，不适合中远景大量使用.

4 结束语

建筑漫游动画是三维数字技术与电影艺术相结合在动画产业中新兴的一个动画方向，它除了要将建筑表现得真实、自然外，对于建筑动画艺术性的提高还取决于模拟现实生活中建筑周边存在的复杂环境，包括花草树木、人物、车辆、天空、水面等.本文主要研究了建筑动画中涉及的关键因素——树木植物、人物及车辆在提高动画艺术性、真实性方面的解决方案，并分析了多种方法的优缺点，对建筑动画水平的提高具有一定的指导意义.

参考文献

[1] 姚 勇．3ds Max建筑表现实例教程[M]. 北京：中国青年出版社，2006.

[2] 陈 立,王文开，胡 嫣，等.基于3DS MAX的三维虚拟校园动画漫游的实现[J]．中国教育信息化，2010，(05)：81-84.

[3] 廖建民，彭国华．3ds Max全面攻克[M]．哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2008.

[4] 袁永美，季昌武．基于3DS室内模型的虚拟漫游关键技术研究[J]．科学技术与工程，2010，(09)：2 212-2 215.

[5] 彭国华、陈红娟．3ds Max三维动画制作技法(动画篇)[M]．北京：电子工业出版社，2010.

[6] 水晶石数字教育学院．水晶石技法3ds Max建筑动画制作[M]．北京：人民邮电出版社，2009.

[7] 黄文州．基于3ds Max 9插件技术的虚拟自然场景[J]．电脑知识与技术，2009，(27)：7 755-7 757.

[8] 杨兴春．3ds Max/VRay印象超写实建筑动画表现技法[M] ．北京：人民邮电出版社，2010.