建筑營造的3D虛擬體驗分析

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摘要：3D虛擬技術建筑豐富了視聽體驗。利用三維數字技術建筑漫游動畫的制作流程，建筑營造出創意性的沉浸式體驗。

關鍵詞：3d技術；建筑營造；動畫設計

在新媒體環境下隨著信息技術的不斷發展，近些年，三維建筑漫游動畫已突破傳統二維的平面化布局設計，不僅在新媒體融合的多元化、元宇宙時代扮演著至關重要的角色，還在多方面得到了廣泛的應用。目前建筑行業發展勢頭迅猛，為了滿足日益增長的建筑需求，在此技術方面進行大量數字化技術研究，建筑漫游動畫就是其中的重要表現。目前以3D虛擬技術為主要支撐，并且被廣泛應用到城市規劃、建筑設計和會展展示等領域。建筑漫游動畫主要是通過三維數字建模、動畫設計制作以及后期渲染合成等技術來實現。

一、3D建模方案設計

1.使用平面軟件（Photoshop、Sai）設計并繪制角色平面圖。2.根據已有的平面設計，使用AutodeskMaya軟件，進行建模。3.拆解模型uv并導出貼圖后，導入3Dpainttool進行貼圖繪制。4.進入AutodeskMaya軟件后進行燈光布置，Arnold渲染器進行渲染。5.將最終確認的模型導入到三維打印軟件中（不同機器有相應不同的軟件）進行模型封口處理，并對模型做最后檢查。6.打印出模。筆者參與和制作的項目作品，如圖1。3D虛擬技術是結合各種高新的技術，例如圖形圖像技術、人工智能技術，并利用和模擬出自然環境及物質條件下關于視覺、觸覺和聽覺等技術，從而構建出非常逼真的三維虛擬世界的技術。該技術目前在多個領域得到應用，它最初起源于美國，主要在具體的城市規劃中應用，隨著技術的不斷發展，其應用范圍已經擴大至建筑、影視、廣告、動畫等多個領域，為人們的工作和生活提供了極大的便利，交互帶來的沉浸感是虛擬技術本質的特征[1]。

二、建筑漫游動畫實踐

建筑漫游動畫，是一種新興的計算機應用技術，以真實的建筑為原型，使用三維軟件創建出和現實世界一樣的虛擬空間。在虛擬的世界里，根據目標對象的實際大小和形狀創建場景模型，模型無誤后，為模型添加材質貼圖，下一步設定場景的動畫并進行調試，最后進行渲染和后期合成等。使用建筑漫游動畫可以自由地向受眾展示建筑設計的全景和細節，可以給大眾帶來強烈且真實的視聽沖擊，讓人仿佛沉浸其中。隨著我國信息技術的快速發展與新媒體革命的不斷翻新，各種視聽交互信息不斷沖擊著大眾的感官。在建筑漫游發展歷程中，三維的建筑漫游動畫是作為一種新興的藝術產業，這種數字技術的出現，在建筑行業的藝術中占有很重要的分量，也成為了在新媒體時代廣告制作的萌芽[2]，三維建筑漫游動畫能夠達到模擬真實環境且仿真的效果。1.建筑漫游動畫前期制作建筑漫游動畫需要很大的工作量，其工作流程主要可以分為前期、中期和后期三個模塊。下面先闡述前期工作。對于建筑動畫漫游來說，前期的準備工作非常重要，首先確定好影片的主題和分鏡頭的腳本。前期在設計分鏡頭腳本時，就要設計出動畫的運動軌跡、內容、畫面和時長等，并決定哪個部分用哪些軟件來制作效果。例如：建模就用Maya或3DMax制作設計模型，后期特效剪輯就用AE軟件來實現。2.建筑漫游動畫中期首先，建立模型是建筑動畫制作的先決條件，在建筑漫游動畫中所有出現的物體都需要建模，在制作時主要注意盡量精簡面數和物體的個數，從而減輕機器設備和軟件的負載，否則在后期渲染階段非常容易出現卡頓現象導致耽誤工期。完成前期工作準備之后，接下來就是建筑模型。一般是在3DMaya或3DMax里建模，根據圖紙或不同的拍攝角度的照片進行建模設計。創建模型時重點要精細的制作，細節會決定整個場景的效果。其次，設置貼圖材質燈光。建模后要給模型添加貼圖和材質，因為后期在模型制作完成后，還要貼上材質。材質是物體表面的紋理和屬性，例如，利用材質編輯器為模型添加建筑、雙面等材質，利用貼圖通道添加位圖、漫反射顏色、噪波等貼圖，制作出玻璃幕墻、金屬等效果。設置好貼圖材質后，要創建燈光和環境，其中包括主光源、環境光照和天空背景等等。在設計制作中材質和燈光是客戶直觀的第一印象，這里不僅要體現場景的美觀，更要突出其質感，是尤為重要的環節。最后，設計制作動畫。依據設計好的分鏡頭，借助三維軟件來制作動畫，其中包含室內建筑和室外建筑、粒子動畫和建筑生長動畫等。制作攝像機動畫時，動畫自然流暢，效果才會更真實美觀。3.建筑漫游動畫后期在歷經建模、材質和燈光制作后，需要渲染各個鏡頭的動畫。基于V-RayCollection、阿諾德和Blender等渲染器渲染場景對其中的模型和材質要求都較高，若想保證正常的工期進度，就需要嚴格規范其制作場景。最快速的渲染方式就是通過互聯網連接多個計算機來進行渲染任務，渲染數量通常都是及其龐大的數百幀或數千幀。服務器渲染的原理就是將相關的所有終端節點同時進行工作，每個終端節點的計算機渲染一幀的圖片，渲染完成后再將空閑的計算機自動去尋找尚未完成的需要渲染的圖片進行渲染。因此，本來在渲染中需要花費多個小時渲染序列幀的計算量，被平均分配到多臺終端計算機中[3]。動畫渲染階段對計算機的配置要求極高，因此最好采用配置高的計算機來完成渲染階段的任務。最后在建筑漫游動畫渲染輸出后，可以用專業的軟件，在AfterEffects中進行特效制作，例如后期的視頻剪輯、音頻、字幕等創作，最終合成。這樣就完成了建筑漫游動畫。

三、建筑漫游動畫中虛擬現實技術的特征

首先是想象性。3D虛擬技術所展現的建筑漫游動畫其中一大特征在于想象性，虛擬現實中的動畫代表的是比現實場景更真實的環境模擬，這就需要制作人員在設計制作的過程中運用想象力。比如，現實中并不存在的或是想象的未來場景，都可以在動畫中逐一實現，基于3D虛擬技術中搭建出具有地域風格的建筑景觀動畫設計，目的在于給觀眾更佳的體驗感，突破了傳統的思想限制，在模擬現實的基礎上實現藝術的創造。其次是交互性。交互性是指用戶在虛擬空間內，對物體的可操作程度以及在得到反饋的自然性[4]。3D虛擬技術中的交互性十分明顯，可以在虛擬的環境中直接調整建筑模型、燈光、音效和材質貼圖等，使其交互的效果更加直觀。在體驗3D虛擬技術時，需要借助相關的設備和平臺為用戶提供互動的基礎，這也是該技術能夠迅速在現實中得到推廣的原因。再者是沉浸性。沉浸性是指用戶作為主角在于虛擬環境中感受到的真實程度[5]。沉浸性為用戶的體驗效果提供了良好的基礎，因此在三維建筑漫游中虛擬現實是最基礎的特征。虛擬現實技術的特點就是人們通過主體的投影，對于虛擬現實環境進行觀察，沉浸其中，用戶在體驗的過程中能夠得到視覺聽覺的沉浸感，從而達到真正感受建筑漫游動畫的沉浸效果。最后是真實性。真實性是指用戶觀看周圍環境的真實程度。當用戶處在多維信息的虛擬環境時，需要完全依靠自己的感知能力，充分發揮自身的主觀能動性，全方位的獲取和感受各種信息，來尋求解答與體驗。采用虛擬現實的技術，我們能夠很真實的看到現實中的世界，每一處的細節，都可以模擬出非常逼真的環境。在看到建筑漫游動畫時仿佛身臨其境，可以對全景一目了然，以此便可以使非建筑專業人員也能有更直觀的理解，給用戶帶來極其強烈仿真的視聽沉浸體驗。筆者參與和制作的項目作品見圖2所示。

四、3D虛擬技術運用于建筑漫游動畫優勢

1.建筑漫游動畫發展趨勢伴隨著用戶的需求越來越高，建筑漫游動畫迎來了發展的高峰期，我國建筑三維以前應用的領域比較單一，只限于少數的建筑動畫，到現在逐步發展到多個領域，建筑漫游動畫表現的形式種類很多，例如卡通和寫實版本，尤其是動畫中豐富的內容伴隨著音效旋律，使人仿佛能夠親身感受未來之城的幻想之美。建筑漫游動畫的優勢在于，短時間內可以有層次地、完整地表達出動畫的主體思想，使觀眾可以產生情感等多方面的共鳴，通過虛擬攝像頭帶給用戶極佳的視聽感受，再加上后期的特效處理，可以使觀眾仿佛身臨其境。傳統的建筑表現形式，弊端很多，無論是沙盤的仿真還是靜幀效果的展示，都只停留在靜止的視覺展示上，三維建筑漫游動畫則可以呈現出全方位的建筑空間形態，可以觀看到建筑設計、室內設計上面的擬真細節。2.3D虛擬技術運用于建筑漫游動畫優勢隨著三維技術的不斷創新，建筑漫游動畫由傳統二維效果為基礎的攝像機運動，發展到現在擁有豐富的實景效果，向用戶展現項目的同時也表現出三維空間的藝術價值。三維建筑漫游動畫技術可以讓人直觀地了解建筑內外部景觀環境和內飾設計細節，以及周圍配套設施等，可以讓用戶身臨其境。借助3D建筑漫游動畫，不僅能方便觀看建筑整體和細節之處，還可以在其中沉浸式體驗，如現實生活中的行走、奔跑等仿真設計都可以在動畫中實現。在三維建筑漫游動畫中還可以將光照、周圍環境、天氣等效果通過虛擬技術生動形象的展示出來，觀看效果更真實更沉浸，用戶也更愿意進一步的了解和體驗。筆者參與和制作的項目作品，如圖3和圖4，充分展現了3D虛擬技術運用于建筑漫游動畫優勢。圖33D虛擬技術建筑漫游動畫示例圖43D虛擬技術建筑漫游動畫整體示例從1998年到現在，我國建筑漫游已經發展相對成熟，三維技術提供給用戶最直觀的感受，讓用戶可以沉浸式地感受到城市的整體景觀。在使用三維技術展示項目成果時，可全方位的展示其空間和性能。新媒體時代的到來，拓寬了三維建筑漫游技術的應用領域，這也必將引領全新數字時代的潮流。技術在不斷的發展，在三維的建筑漫游中，通過虛擬現實技術充分利用交互功能等，可以設計出建筑內外部景觀的細微和宏觀之處，來實現動畫整體質量的提升。作為建筑領域的動畫藝術，巧妙結合了建筑空間和視聽藝術，3D虛擬技術能夠虛擬構造多方位信息空間，給用戶帶來強烈的真實體驗感，其應用領域也在不斷的延展和拓寬。有了3D虛擬技術，建筑漫游動畫的展示變得更為美觀、仿真、細致，可以極大地滿足用戶的視聽感受，在建筑行業也有著較大的研究價值與應用價值。

參考文獻

[1]張潔.三維虛擬技術在中學化學《物質結構與性質》教學中的應用研究[D].西北大學,2016

[2]張志騰.淺析當前建筑漫游動畫的優勢與發展前景[J].絲綢之路,2009,18(18):79-80

[3]劉娟.大型場景建筑漫游動畫制作的探索與研究[J].藝術科技,2015,8(8):61-61

[4]于子洋.虛擬現實技術及其應用探究[J].數字通信世界,2017,11:216-217

[5]廖斯羽.虛擬現實技術的特點及應用[J].科技傳播,2018,10(21):127-128+135

作者：顧煜新 韓晶