建筑营造的3D虚拟体验分析

摘要：3D虚拟技术建筑丰富了视听体验。利用三维数字技术建筑漫游动画的制作流程，建筑营造出创意性的沉浸式体验。

关键词：3D技术；建筑营造；动画设计

在新媒体环境下随着信息技术的不断发展，近些年，三维建筑漫游动画已突破传统二维的平面化布局设计，不仅在新媒体融合的多元化、元宇宙时代扮演着至关重要的角色，还在多方面得到了广泛的应用。目前建筑行业发展势头迅猛，为了满足日益增长的建筑需求，在此技术方面进行大量数字化技术研究，建筑漫游动画就是其中的重要表现。目前以3D虚拟技术为主要支撑，并且被广泛应用到城市规划、建筑设计和会展展示等领域。建筑漫游动画主要是通过三维数字建模、动画设计制作以及后期渲染合成等技术来实现。

一、3D建模方案设计

1.使用平面软件（Photoshop、Sai）设计并绘制角色平面图。2.根据已有的平面设计，使用AutodeskMaya软件，进行建模。3.拆解模型uv并导出贴图后，导入3Dpainttool进行贴图绘制。4.进入AutodeskMaya软件后进行灯光布置，Arnold渲染器进行渲染。5.将最终确认的模型导入到三维打印软件中（不同机器有相应不同的软件）进行模型封口处理，并对模型做最后检查。6.打印出模。笔者参与和制作的项目作品，如图1。3D虚拟技术是结合各种高新的技术，例如图形图像技术、人工智能技术，并利用和模拟出自然环境及物质条件下关于视觉、触觉和听觉等技术，从而构建出非常逼真的三维虚拟世界的技术。该技术目前在多个领域得到应用，它最初起源于美国，主要在具体的城市规划中应用，随着技术的不断发展，其应用范围已经扩大至建筑、影视、广告、动画等多个领域，为人们的工作和生活提供了极大的便利，交互带来的沉浸感是虚拟技术本质的特征[1]。

二、建筑漫游动画实践

建筑漫游动画，是一种新兴的计算机应用技术，以真实的建筑为原型，使用三维软件创建出和现实世界一样的虚拟空间。在虚拟的世界里，根据目标对象的实际大小和形状创建场景模型，模型无误后，为模型添加材质贴图，下一步设定场景的动画并进行调试，最后进行渲染和后期合成等。使用建筑漫游动画可以自由地向受众展示建筑设计的全景和细节，可以给大众带来强烈且真实的视听冲击，让人仿佛沉浸其中。随着我国信息技术的快速发展与新媒体革命的不断翻新，各种视听交互信息不断冲击着大众的感官。在建筑漫游发展历程中，三维的建筑漫游动画是作为一种新兴的艺术产业，这种数字技术的出现，在建筑行业的艺术中占有很重要的分量，也成为了在新媒体时代广告制作的萌芽[2]，三维建筑漫游动画能够达到模拟真实环境且仿真的效果。1.建筑漫游动画前期制作建筑漫游动画需要很大的工作量，其工作流程主要可以分为前期、中期和后期三个模块。下面先阐述前期工作。对于建筑动画漫游来说，前期的准备工作非常重要，首先确定好影片的主题和分镜头的脚本。前期在设计分镜头脚本时，就要设计出动画的运动轨迹、内容、画面和时长等，并决定哪个部分用哪些软件来制作效果。例如：建模就用Maya或3DMax制作设计模型，后期特效剪辑就用AE软件来实现。2.建筑漫游动画中期首先，建立模型是建筑动画制作的先决条件，在建筑漫游动画中所有出现的物体都需要建模，在制作时主要注意尽量精简面数和物体的个数，从而减轻机器设备和软件的负载，否则在后期渲染阶段非常容易出现卡顿现象导致耽误工期。完成前期工作准备之后，接下来就是建筑模型。一般是在3DMaya或3DMax里建模，根据图纸或不同的拍摄角度的照片进行建模设计。创建模型时重点要精细的制作，细节会决定整个场景的效果。其次，设置贴图材质灯光。建模后要给模型添加贴图和材质，因为后期在模型制作完成后，还要贴上材质。材质是物体表面的纹理和属性，例如，利用材质编辑器为模型添加建筑、双面等材质，利用贴图通道添加位图、漫反射颜色、噪波等贴图，制作出玻璃幕墙、金属等效果。设置好贴图材质后，要创建灯光和环境，其中包括主光源、环境光照和天空背景等等。在设计制作中材质和灯光是客户直观的第一印象，这里不仅要体现场景的美观，更要突出其质感，是尤为重要的环节。最后，设计制作动画。依据设计好的分镜头，借助三维软件来制作动画，其中包含室内建筑和室外建筑、粒子动画和建筑生长动画等。制作摄像机动画时，动画自然流畅，效果才会更真实美观。3.建筑漫游动画后期在历经建模、材质和灯光制作后，需要渲染各个镜头的动画。基于V-RayCollection、阿诺德和Blender等渲染器渲染场景对其中的模型和材质要求都较高，若想保证正常的工期进度，就需要严格规范其制作场景。最快速的渲染方式就是通过互联网连接多个计算机来进行渲染任务，渲染数量通常都是及其庞大的数百帧或数千帧。服务器渲染的原理就是将相关的所有终端节点同时进行工作，每个终端节点的计算机渲染一帧的图片，渲染完成后再将空闲的计算机自动去寻找尚未完成的需要渲染的图片进行渲染。因此，本来在渲染中需要花费多个小时渲染序列帧的计算量，被平均分配到多台终端计算机中[3]。动画渲染阶段对计算机的配置要求极高，因此最好采用配置高的计算机来完成渲染阶段的任务。最后在建筑漫游动画渲染输出后，可以用专业的软件，在AfterEffects中进行特效制作，例如后期的视频剪辑、音频、字幕等创作，最终合成。这样就完成了建筑漫游动画。

三、建筑漫游动画中虚拟现实技术的特征

首先是想象性。3D虚拟技术所展现的建筑漫游动画其中一大特征在于想象性，虚拟现实中的动画代表的是比现实场景更真实的环境模拟，这就需要制作人员在设计制作的过程中运用想象力。比如，现实中并不存在的或是想象的未来场景，都可以在动画中逐一实现，基于3D虚拟技术中搭建出具有地域风格的建筑景观动画设计，目的在于给观众更佳的体验感，突破了传统的思想限制，在模拟现实的基础上实现艺术的创造。其次是交互性。交互性是指用户在虚拟空间内，对物体的可操作程度以及在得到反馈的自然性[4]。3D虚拟技术中的交互性十分明显，可以在虚拟的环境中直接调整建筑模型、灯光、音效和材质贴图等，使其交互的效果更加直观。在体验3D虚拟技术时，需要借助相关的设备和平台为用户提供互动的基础，这也是该技术能够迅速在现实中得到推广的原因。再者是沉浸性。沉浸性是指用户作为主角在于虚拟环境中感受到的真实程度[5]。沉浸性为用户的体验效果提供了良好的基础，因此在三维建筑漫游中虚拟现实是最基础的特征。虚拟现实技术的特点就是人们通过主体的投影，对于虚拟现实环境进行观察，沉浸其中，用户在体验的过程中能够得到视觉听觉的沉浸感，从而达到真正感受建筑漫游动画的沉浸效果。最后是真实性。真实性是指用户观看周围环境的真实程度。当用户处在多维信息的虚拟环境时，需要完全依靠自己的感知能力，充分发挥自身的主观能动性，全方位的获取和感受各种信息，来寻求解答与体验。采用虚拟现实的技术，我们能够很真实的看到现实中的世界，每一处的细节，都可以模拟出非常逼真的环境。在看到建筑漫游动画时仿佛身临其境，可以对全景一目了然，以此便可以使非建筑专业人员也能有更直观的理解，给用户带来极其强烈仿真的视听沉浸体验。笔者参与和制作的项目作品见图2所示。

四、3D虚拟技术运用于建筑漫游动画优势

1.建筑漫游动画发展趋势伴随着用户的需求越来越高，建筑漫游动画迎来了发展的高峰期，我国建筑三维以前应用的领域比较单一，只限于少数的建筑动画，到现在逐步发展到多个领域，建筑漫游动画表现的形式种类很多，例如卡通和写实版本，尤其是动画中丰富的内容伴随着音效旋律，使人仿佛能够亲身感受未来之城的幻想之美。建筑漫游动画的优势在于，短时间内可以有层次地、完整地表达出动画的主体思想，使观众可以产生情感等多方面的共鸣，通过虚拟摄像头带给用户极佳的视听感受，再加上后期的特效处理，可以使观众仿佛身临其境。传统的建筑表现形式，弊端很多，无论是沙盘的仿真还是静帧效果的展示，都只停留在静止的视觉展示上，三维建筑漫游动画则可以呈现出全方位的建筑空间形态，可以观看到建筑设计、室内设计上面的拟真细节。2.3D虚拟技术运用于建筑漫游动画优势随着三维技术的不断创新，建筑漫游动画由传统二维效果为基础的摄像机运动，发展到现在拥有丰富的实景效果，向用户展现项目的同时也表现出三维空间的艺术价值。三维建筑漫游动画技术可以让人直观地了解建筑内外部景观环境和内饰设计细节，以及周围配套设施等，可以让用户身临其境。借助3D建筑漫游动画，不仅能方便观看建筑整体和细节之处，还可以在其中沉浸式体验，如现实生活中的行走、奔跑等仿真设计都可以在动画中实现。在三维建筑漫游动画中还可以将光照、周围环境、天气等效果通过虚拟技术生动形象的展示出来，观看效果更真实更沉浸，用户也更愿意进一步的了解和体验。笔者参与和制作的项目作品，如图3和图4，充分展现了3D虚拟技术运用于建筑漫游动画优势。图33D虚拟技术建筑漫游动画示例图43D虚拟技术建筑漫游动画整体示例从1998年到现在，我国建筑漫游已经发展相对成熟，三维技术提供给用户最直观的感受，让用户可以沉浸式地感受到城市的整体景观。在使用三维技术展示项目成果时，可全方位的展示其空间和性能。新媒体时代的到来，拓宽了三维建筑漫游技术的应用领域，这也必将引领全新数字时代的潮流。技术在不断的发展，在三维的建筑漫游中，通过虚拟现实技术充分利用交互功能等，可以设计出建筑内外部景观的细微和宏观之处，来实现动画整体质量的提升。作为建筑领域的动画艺术，巧妙结合了建筑空间和视听艺术，3D虚拟技术能够虚拟构造多方位信息空间，给用户带来强烈的真实体验感，其应用领域也在不断的延展和拓宽。有了3D虚拟技术，建筑漫游动画的展示变得更为美观、仿真、细致，可以极大地满足用户的视听感受，在建筑行业也有着较大的研究价值与应用价值。

参考文献

[1]张洁.三维虚拟技术在中学化学《物质结构与性质》教学中的应用研究[D].西北大学,2016

[2]张志腾.浅析当前建筑漫游动画的优势与发展前景[J].丝绸之路,2009,18(18):79-80

[3]刘娟.大型场景建筑漫游动画制作的探索与研究[J].艺术科技,2015,8(8):61-61

[4]于子洋.虚拟现实技术及其应用探究[J].数字通信世界,2017,11:216-217

[5]廖斯羽.虚拟现实技术的特点及应用[J].科技传播,2018,10(21):127-128+135

作者：顾煜新 韩晶