建筑仿真与虚拟现实技术
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【摘要】本文主要介绍建筑仿真的特征,利用虚拟现实技术创建逼真的建筑景观的方法、特点,以及建筑仿真技术基于自身的特点在众多领域中的应用。
【关键词】建筑仿真;虚拟现实技术;三维图形
随着计算机技术和信息技术等高新技术的快速发展,仿真技术也得到迅速的推动,并在高技术的发展中越显其重要作用,能够应用在各个领域。近三十年来视景仿真环境与技术发展历程展望了视景仿真环境与技术进一步发展的趋势。
虚拟现实(Virtual Reality,简称 VR)是指为用户提供一种模拟现实的操作环境,利用计算机生成逼真的三维视觉、听觉、触觉的感观世界,使人们对所研究的对象和环境获得身临其境的感受,从而提高人类认知的广度和深度,拓宽人类认识客观世界的“认识空间”和“方法空间”,最终达到更本质地反映客观世界的实质。视景仿真是仿真动画的高级阶段,也是虚拟现实技术的最重要的表现形式,它是使用户产生身临其境感觉的交互式仿真环境,实现了用户与该环境直接进行自然交互。其中,作为表现三维视觉仿真中的建筑技术就显得非常重要了。
一、建筑仿真有三个非常鲜明的特征
1、运动是实时的,计算机呈现给人们的图形图像所表现的场景运动是与人们在现实生活中所见的一样,运动节奏光滑平稳;
2、建筑是三维的。能够允许观察者从不同的角度来浏览建筑特征,细节丰富、逼真,满足人们的视觉感受,使人们产生身临其境的感觉;
3、它是可交互的。允许通过键盘、鼠标或其它计算机输入设备、计算机程序对建筑浏览过程进行实时控制,对其中的物体进行规划和操作。
二、建筑仿真与虚拟现实技术的应用范围
建筑仿真与虚拟现实技术可以表现大型工程漫游,展示各种拟建设的工程项目,为国际和国内工程设遨游计投标建立多种层次、细节丰富的虚拟模型,真实再现工程竣工后的情况。用户可选择不同路径进入
该项工程的任意部分;也可为已建设或正在建设的各种工程项目展示其周边环境、内部、固定设施的配套情况。又可以应用于名胜古迹的仿真旅游,展现名胜古迹的景点,可以任意选择路径装修各景点,乐趣无穷。
三、制作逼真的建筑模型的实现方法
三维计算机表现是采用计算机模拟现实中的三维空间物体。在计算机中构造三维的几何造型,并赋予表面材料、颜色、纹理等特性,然后,设计造型的运动、变形,灯光的种类、位置、强度及摄像机的位置,焦距,移动路径等,最终生成图象,并可以将制作的动画输出到其他硬件录制设备,三维计算机动画不仅可以模拟真实的三维空间,而且还可以产生现实世界不存在的特殊效果。建筑仿真可以使用3DMAX软件制作。3DS MAX是美国著名软件开发公司 AUTODESK 继 AUTOCAD 后推出的又一力作。该系统软件在三维造型、场景模拟、视觉效果、动画制作等各方面具有强大的功能。
一、通过几何体和二维图形利用编辑命令完成模型的建立,创建出形象比例精确的建筑模型。3D Studio MAX还可制作出山、水、波纹、波浪、颗粒及非规则形体,如:人体、植物等。利用3D Studio MAX 中丰富的材质和质感,可以对整个实体或部分实体进行颜色、明暗、色裹、反射,凹凸和透明度等进行编辑,再通过设定物体、相机、光源和路径来制作动画。物体可进行变位、旋转、缩放、伸压等变形,光源可为环境光、泛光灯、聚光灯,并可设置任意多个相机的位置,方向和角度,方便进行灵活调整,在动画实时预演功能中,及时观察物体效果。另外,还可以利用3D Studio MAX 中淡入淡出,模糊,光晕,星光闪烁,雾雨,声等,很多特殊效果,制造特技处理,可产生超乎现实生产的变幻莫测的神奇效果。
二、使用“纹理贴图”图片,用来替代详细的模型。3DMAX软件中丰富的材质贴图技术用纹理、不透明、法线凹凸贴图、光照等技术而不是增加几何造型复杂度来提高逼真度。用来创建低多边形数的模型来简化和减少实时应用的程序要求。在对应位置的多边形表面上这样处理可以减少模型的多边形数目和复杂程度,提高图像绘制输出时的显示速度。达到使用较少的多边形创建更现实的细节的能力。只要视点不过于靠近实体,纹理贴图并不会降低场景的逼真程度。比如制作天安门城楼,用相机对五个方向(上、、左、右、前、后) 共拍摄五张照片,通过“展平的UVW贴图”命令处理成大图像。计算机可以从这些图像里产生任意方向的图像,从而使用户有身临其境之感。
三、利用“全景导出器”进行360 度球形全景的渲染。这样渲染出来的建筑模型,可以从任意的方向观看建筑。其视点和视角是任意可变的,视点可推进,也可拉远,可上升,也可降低,视角和转动的速度完全由用户自己控制,这跟用户观察实景的过程是完全一致的。给人以身临其境的视觉满足感。
【参考文献】
[1]王行仁,建筑与仿真的回顾与展望,系统仿真学报,1999(5)
[2]徐素宁,等.虚拟现实技术在虚拟旅游中的应用,中国图像图形学报,,2003
[3]杨键,耿卫东,等. 基于图像的虚拟景观漫游. 计算机辅助设计与图形学学报,2001 , (3)
作者简介:
吴波(1969--),男,黑龙江省齐齐哈尔人,齐齐哈尔大学美术与艺术设计学院副教授,主要从事艺术设计教学及多媒体应用技术研究
本文为黑龙江省教育厅人文社会科学项目,《黑龙江古文化遗产虚拟再现研究》,科研编号:11532191