4 总结

本文基于 GoogleSketchUp创建了昌吉学院北校区虚拟景观，介绍了虚拟校园景观制作的一般流程和具体技术，最终以数字视频的方式和通过GoogleEarth的客户端实现三维再现，并探讨了两种三维可视化方式的具体实现过程。本实验研究只是对校园三维可视化技术和方法进行研究，这只实现了三维虚拟校园系统第一步，后续工作将对虚拟现实技术进行研究，开发虚拟校园的三维漫游、查询等功能，提高交互性和动态性。使其真正成为学校对外宣传、提高教学质量、科研水平和管理水平的有利工具。

三维虚拟校园是把传统校园运用数字化的方式进行展现的一种形式，是利用计算机多媒体技术、网络技术等，将学校的建筑景观、自然景观和人文景观等要素进行数字化，以三维模型或视频的形式进行展现。通过建立视觉效果逼真的三维虚拟校园，可以将真实的校园景观全方位、立体化地展现在用户面前。用户可以利用计算机网络进行远程访问，并可通过计算机在虚拟校园中漫游［1］。因此虚拟校园已成为各高校对外招生宣传、校园导航、信息化管理主要形式。本文以昌吉学院北校区为例，探讨了基于三维建模软件 SketchUp来实现虚拟校园的一般方法和制作过程。1 三维建模软件比较与介绍1.1 常用三维建模软件比较目前，国内外常见的主流三维建模软件有：SketchUp、3DSMAX、MAYA、XSI等。对比这几种常用三维建模软件的性能，见表1［2］。表1 常用建模软件关键因素比较软件名称 SketchUp 3DSMAX MAYA XSI软件功能 简单 一般 强大 非常强大模型精细度 较差 较好 较好 很好建模周期 短 中等 中等 长模型大小 较小 一般 较大 庞大渲染效果 差 好 一般 非常好通用性 好 较好 一般 较差操作性 简单 较复杂 复杂 非常复杂软件功能强项 快速大批量精细建模渲染效果物体建模三维动画人物场景建模电影特效游戏建模等通过表1从软件功能、模型精细度、建模周期、模型大小、渲染效果、通用性、操作性、软件功能强项等方面的对比可以看出：各建模软件各有所长，各有优缺。在实际建模工作中，可以根据具体情况和业务的需求?SketchUp软件介绍SketchUp是Google旗下的一款免费软件，在SketchUp中建立三维模型就像使用铅笔作图一样，SketchUp本身能自动识别这些线条，并加以自动捕捉。它的建模流程简单明了，即：画线成面，然后挤压成型，这也是建筑建模中最常用的拉伸建模法。SketchUp是一款非常适合设计者使用的软件，因为它的操作不会成为设计的障碍。设计者只需要专注于设计本身，作为一套直接面向设计方案创作过程的设计工具，其创作过程不仅能够充分表达设计者的思想，而且完全满足与客户即时交流的需要，它使得设计者可以直接在电脑上进行十分直观的构思，是三维建筑设计方案创作的优秀工具。结合校园景观三维建模需要，笔者对SketchUp的优越之处总结为以下几点。（1）界面独特、简洁，可以让学习者或设计者短期内掌握。（2）与 AutoCAD、Revit、3DMAX、PIRANESI等软件结合使用，快速导入和导出DWG、DXF、JPG、3DS格式文件，实现方案构思、效果图与施工图绘制的完美结合。（3）能够支持AutoCAD等平面设计软件的二维图的导入，通过推拉快速实现三维建模，提出了一种新的简洁的三维建模方式。（4）可直接为三维模型表面赋予材质、贴图，使其能够较为真实再现现实情景；可以建立非常逼真的三维模型，而且可以节省大量时间，尤其在大场景建模中，它的优越性表现的更加突出［3］。（5）自带大量门、窗、柱、家具等组件库和建筑肌理边线需要的材质库，为建筑类建模快速实现提供良好的支撑。（6）准确定位阴影和日照，设计者可以根据建筑物所在地区和时间实时进行阴影和日照分析，使设计更为真实的模拟现实。（7）支持动画导出功能，轻松方便的把设计方案通过视频的方式呈现出来，全方位表达设计者的创作思路。（8）SketchUp可与GoogleEarth完美结合，免费利用Google-Earth的地形和影像数据，轻松把虚拟校园景观发布到GoogleEarth上，实现在互联网上自由观看。通过以上比较和对SketchUp软件的介绍，对于三维校园景观制作方面，SketchUp有着其它软件不可取代的优越性。2 三维虚拟校园景观制作的一般过程校园景观一般包括建筑物、运动场、道路、绿化带等基本组成部分，其中建筑物是景观中的主体，一般又包括各个学科的教学楼、图书馆、男女学生宿舍楼、餐厅、后勤大楼、教职工公寓等。从建模对象的种类和数量上来看，三维虚拟校园景观的制作是一个复杂工程，为了能够很好地完成制作，前期的规划必不可少，笔者对这一过程总结为：三个阶段，五个步骤，如图1：图1 三维虚拟校园景观制作一般过程第一个阶段为前期资料收集准备阶段，本阶段主要是要明确具体都有哪些校园景观，通过俯视图来看各个景观的位置关系及各自的形状与尺寸、外观纹理、材质特征等。具体的尺寸及外部几何特征是进行建模的基础，外观纹理及材质特征是后期进行贴图的主要数据来源。前期资料收集完备后进入第二阶段，三维建模，按照上一阶段确定的景观，分模块进行建模，依次完成后按照平面图各景观的位置关系进行整合，组成虚拟校园的整体三维效果。整个校园的景观都已建模整合完毕，检查没有问题，就该第三阶段了。三维可视化有两种方法，一种通过动画导出的方式生成3D动画，然后再调入premier进行剪辑、配字幕、解说、背景音乐，再通过Aftereffects进行特效处理，以动画视频的方式进行展示。另一种借助SketchUp与GoogleEarth的完美结合，通过利用 GoogleEarth这一广泛使用的平台，可以顺利地实现三维景观与互联网的对接，进而实现三维虚拟校园的展现。以上3个阶段在制作过程中是循序渐进的，但是在实际制作中，有时也会反复，如：在建模整合阶段，有时会发现前期收集的数据有问题或已有的贴图赋予建筑表面时效果不佳，这时还需返回上一步，重新核实数据和重新拍摄贴图等。在三维可视化阶段也一样会有工作上的反复。3 昌吉学院三维虚拟校园景观的设计3.1 三维虚拟校园景观设计软、硬件要求三维虚拟校园景观的制作过程中主要用到了SketchUp三维?硬件要求（1）数码相机（2）一台配置好的电脑（2+GHz处理器 ，2+GBRAM，1GB的可用硬盘空间，内存为512+MB或更大容量的3D类视频卡，三键滚轮鼠标等）3.1.2 系统系统（1）应用平台：WinVista或WinXP（2）绘制软件：（3）视频剪辑与合成软件：PremiereProCS3、3.2 昌吉学院三维虚拟校园景观设计3.2.1 确定景观昌吉学院坐落在天山北坡经济带中心：美丽的昌吉市，距首府乌鲁木齐38km，有乌奎高速、机场高速和乌昌高等级公路与之相连。其前身是成立于1959年的昌吉师范学校，1985年升格为昌吉师范专科学校，2001年5月经国家教育部和自治区人民政府批准升格为普通本科院校昌吉学院。昌吉学院现有南、北两个校区，本文是以昌吉学院北校区为设计对象进行虚拟校园景观的制作。北校区景观主要包括建筑物、运动场、道路、绿化带等。建筑物是校园景观的主体，主要包括综合教学楼、物理实验楼、化学实验楼、艺术楼、初等教育学院、培训大楼、图书馆、男女生宿舍楼、教职工公寓、餐厅、后勤大楼等共十几个建筑；除了建建筑物之外还有道路、绿化带、运动场、校门、题碑、围栏、电话亭、路灯等；这些也是校园景观的重要组成部分，有了这些才使的虚拟校园变得美丽，景物更具有强烈的层次感和真实感。具体景观如图2所示。图2 昌吉学院北校区景观3.2.2 资料收集资料收集主要是指对各建筑物、运动场、道路以及校园景观的辅助设施形状、尺寸及外观图像等信息的收集与整理。学院的平面图及各个景观的具体尺寸图纸通过去相关管理部门和校史馆进行查阅，然后接着谷歌地图等工具搜索到昌吉学院北校区，以一定的比例获得平面图，把从各个方面获得的数据进行对比分析最终找到最为可靠的信息。景观图片主要是运用数码相机对实景进行拍摄，作为后期贴图和建模时的参照图。作为贴图的图片在拍摄时要注意光线要均匀，拍摄角度尽可能与被拍摄面垂直；作为建模参照图，一般要拍摄具体建模对象的全景。对于拍摄得到的图片还需通过photoshop进行必要的处理，如图片光照纠正、图片质量的改善、格式转换、图片大小的调整等，这样才能得到 分模块建模在建模的过程中，可以按照景别的不同分模块进行建模，能够避免由于对象太多导致整个三维系统的运行缓慢乃至崩溃，更有利于提高工作效率。首先把每个建筑物作为一个独立的对象进行建模、贴图并群组。然后在sketchup中调入前期获得的校园平面图，分别绘制出绿化带和道路、操场、空地等并贴图、渲染。最后再依次把绘制好的建筑摆放在各自的位置上进行整合。在分模块建模时，合理使用组件和群组命令可以使工作事半功倍，大幅度提高效率。群组和组件都是把构成某一建模对象的一些点，线，面，体集合在一起，便于操作和统一管理。不同之处是：组件进行复制，然后双击组件进行编辑的话，其它复制的组件也会一起发生变，而群组对象复制后，对群组对象进行同样的操作，其它复制的群组不会改变。在建模过程中，特别是在对楼房进行建模时，按照前期得到的分层数据及各个楼层高度数据，利用推拉工具，无需复杂的绘图操作，就可快速地实现三维建模。把门窗这类形状、结构完全相同的单元变成组件对象，把形状、结构相近的单元变成群组对象，通过拖动复制并进行简单的调整就可以完成这类单元的建模。对于走廊、阳台、护栏、门厅等区域，只要了解一些简单几何知识，再进行一些细致的处理即可，这样就可以得到一栋建筑物的初始模型。昌吉学院北校区的图书馆是学院的标志性建筑，下面以图书馆为例，介绍整个建模过程：（1）绘制图书馆底层。使用矩形、线条、擦出工具及圆弧工具，严格按照前期获得的图书馆地面形状和尺寸信息，将图书馆底面绘制出来。（2）绘制图书馆大体楼层。使用推/拉工具按照图书馆的实际高度将图书馆底面拉伸，再将一条垂直边线拆分成五等分，将楼分为五层；从底向上绘制，用线条工具将等分后的节点自动捕捉，把大楼分层一圈绘制出来，再将绘制出的线条逐个选中，选中移动工具，一端捕捉到节点同时按住ctrl向上移动，捕捉到上一个节点处，释放ctrl键，在右下角输入4X就可将大楼分层复制、粘贴4次，即可将楼大体分为五层。（3）绘制图书馆外表面。图书馆外表面主要是窗户、门框，将窗户在旁边绘制好，建立组件，选中后用移动工具将窗户组件移动到图书馆表面，捕捉到墙体外表面黏贴，调整好窗户大小及位置；然后再选中窗户组件用移动工具，配合ctrl键复制，移动到间距适当时，释放ctrl键，输入4X，在选中底层五个窗户（重复上述复制命令）将各楼层的窗户绘制好。使用相同的做法绘制门及门框。（4）图书馆正面。用推/拉工具将梯形面绘制出，用三维文本书写图书馆。将楼梯建立组合对象，在旁边绘制好梯面，楼梯的扶手先用线条工具绘制出线条，用圆工具在线条顶端垂直面上画一个小圆，然后用跟随路径将小圆跟随线条的路径绘制好扶手。最后用移动工具将楼梯各个部分组合后移至图书馆正门口。（5）整体渲染。图书馆整体建模完成，可以进行渲染，双击进入编辑图书馆组件，进行贴图。贴图可以使软件自带的材质，也可以从网上下载材质图片，但是为了获得较高的逼真效果，笔者通过调用自拍的照片，并用photoshop处理后?景观整合打开绘制好绿化带和道路、操场、空地等景观的建模图，然后依次把建筑物摆放在各自的位置上进行整合。通过整合，把构成校园景观的各个组件进行衔接，从而实现信息系统的资源共享和协同工作，从而实现了昌吉学院的三维虚拟校园?三维可视化的实现三维虚拟校园可视化的实现方法可以有两种方式，其一是基于GoogleEarth实现在线可视化。具体实现过程：点击工具菜单—GoogleEarth—摆放模型，然后打开GoogleEarth搜索昌吉学院北校区，这时在GoogleEarth上可以看到三维虚拟校园景观了。也可以通过3Dwarehouse—共享模型，把校园景观共享到模型库，访问者只需要在3Dwarehouse模型库中搜索昌吉学院北校区就可在互联网上查看。但是这种方法对访问者有一定的要求，对于没有使用过谷歌数字地球和3Dwarehouse的用户，这种方式是不合适的，而且这种方式对网速也有一定的要求，因此目前来说这种方式还不是很好的展现方法。第二种方法就是通过Sketchup软件本身提供的动画输出功能，生成三维动画，以视频的方式通过网络或数字电视进行展示。具体步骤如下：（1）通过查看（View）—动画（Animafion）添加页面（Addscene）可以得到一个当前画面的固定视角，等同于动画制作软件中关键帧。模仿使用者在空间浏览的顺序设置多个关键帧。（2）添加的关键帧依次显示在视窗上方，在第一个关键帧上点击右键选择播放动画（Playanimation），视窗即会按照关键帧设置的顺序连续地将其显示为动画。如果需要调节动画显示的流畅度等细节，可以通过查看（View）—动画（Animation）—设置（Settings）进行简单的参数设置，即可得到更加连贯流畅的播放效果。（3）调整好动画，通过文件菜单中的导出命令，导出avi格式动画文件。重复以上步骤从不同的视角输出多段动画视频，为了能够全面的展现校园整体的景观，还需要把各部分视频进行编辑到一起成为一个完整的数字视频。（4）后期剪辑与合成：后期视频的制作主要应用Premiere和Aftereffects两款视频处理软件。这两款软件都是Adobe公司推出图形视频处理软件，各有优长，相互兼容性也特别好。Premiere是一款优秀的非线性视频编辑软件，具有编辑画面质量高，兼容性较好的优点，主要用于本视频前期剪辑、配音和字幕制作等环节。Aftereffects可以方便的创建各种引人注目动态视频效果和3D视觉特效，主要用在本视频的后期特效制作与合成。通过这两款专业的视频编辑软件最终完成了三维校园的数字视频的制作。在动画生成过程中还应该注意以下事项：①在输出动画时，过程页面不要太多，最好不要超过4个页面，防止页面过多，由于页面之间的问题而影响动画效果。②添加页面的时候要记住刷新，如果不刷新，生成动画时将得不到想要的动画。4 总结本文基于 GoogleSketchUp创建了昌吉学院北校区虚拟景观，介绍了虚拟校园景观制作的一般流程和具体技术，最终以数字视频的方式和通过GoogleEarth的客户端实现三维再现，并探讨了两种三维可视化方式的具体实现过程。本实验研究只是对校园三维可视化技术和方法进行研究，这只实现了三维虚拟校园系统第一步，后续工作将对虚拟现实技术进行研究，开发虚拟校园的三维漫游、查询等功能，提高交互性和动态性。使其真正成为学校对外宣传、提高教学质量、科研水平和管理水平的有利工具。参考文献：［1］ 汪娟娟，康玲.虚拟现实在数字校园中的应用［J］.计算机仿真，2003，20（6）:79～ 80．［2］ 周靖斐，章皖秋，林紫峰，齐超.GIS系统中实现规模化建筑物的三维建模方法［J］.地理空间信息，2011（2）.［3］ 洪德法，杨国东，王志恒.基于ArcScene和SketchUp的虚拟校园的建立［J］.计算机技术与发展，2008，18（12）:41—43．［4］ 张恒国.SketchUp建筑草图设计［M］.北京：人民邮电出版社，2010．［5］ 卫涛，王松，陈励.建筑草图大师Sketchup效果图设计流程详解［M］.北京：清华大学出版社.2006.［6］ 童滋雨.Sketchup建筑建模详解教程［M］.北京：中国建筑工业出版社.2007.［7］ 鲁英灿，康玉芬，刘男.设计大师SketehUP应用教程［M］.北京：清华大学出版社.2008.

文章来源：《昌吉学院学报》 网址: http://www.cjxyxb.cn/qikandaodu/2020/0809/357.html

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