全息3D投影技术三维素材制作方法创新研究

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摘 要：本文提出“未来教室”是“智慧校园”中关键的组成部分，而裸眼全息3d投影技术将成为“未来教室”智慧学习环境的有力教学工具，可是素材的不足制约它的普及与推广，作者运用当下最流行的三维软件创新全息3D投影技术三维素材制作，从模型的创建、材质贴图的制作、模型烘焙三个方面进行创新研究。

关键词：全息3D投影、 三维素材、建模、材质贴图、灯光烘焙

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.11.153

1 前言

随着AR、VR技术的快速发展，物联网、智能仿真、大数据和云计算技术的迅速普及，让我们深刻感受到科技进步时刻在影响我们的生活与学习，同时教育信息化需求的不断增加，在此基础上提出了建设“智慧校园”的设想。《湖南高等职业教育创新发展行动计划（2016-2018年）实施方案》明确提出全面推进职业院校智慧校园标准化建设。 “未来教室”是“智慧校园”中关键的组成部分，它是学校教学活动的主要场所。全息3D投影技术它将取代传统的投影仪，因为它可以为学习者提供360度无死角观看，还能让学生成为虚拟环境中的角色，操作各种虚拟对象，在虚拟环境中进行实时交互，从而获得直观准确的认知。

裸眼全息3D投影技术在硬件上已经日趋成熟，但在素材制作上却没跟上步伐，反而制约着它的普及。以往的素材制作一方面不是真正的三维素材，并且还存在制作时间长、成本高的问题。如果想要全息3D投影取代传统的投影仪则必须降低素材的制作难度和周期，所以笔者选择如今最流行的三维制作软件3DSMAX、Unity3D等软件设计制作符合全息3D投影技术要求的三维素材，寻求解决上述问题。

2 裸眼全息3D投影技术三维素材实际制作

2.1 三维模型制作

首先在3ds max 中没有特殊要求的情况下，单位为米（Meters），创建模型我们一般有多边形建模型和网格建模两种常用方法。笔者认为前者更适合全息3D投影技术三维素材的制作，因为网格模型创建后是以三边面为基本面，相当于一个四边面中要连接一个对角线，而现在的全息3D投影的硬件对于过多三角面的显示容易出现混乱。在搭建模型时，要将看不见的面要删除，还要注意面的法线的方向。边形建模，在制作过程中使用“插入”多边形、“挤出”等操作，这种建模方式制作的模型在布线上干净、利落，不会出现不规则的图形，使之在全息3D投影显示时不会有乱线的现象和重叠交叉。

2.2 材质贴图制作

Unity3D软件作为最常用的仿真开发平台，当我们将3ds max中制作好的模型和设计的材质导入到Unity3D时同，并不是3ds max中所有的材质在Unity3D中通用的。但3ds max中的标准材质几乎被当前所有的引擎所支持。在调节标准材质的参数时，我们一般在漫反射贴图通道上使用贴图或调节颜色。制作贴图时，最好在PS中将贴图制作成无缝贴图，同时贴图的大小不能过大同，贴图大小必须是2的N次方，视模型在整个画面的比例，主要模型的贴图我们一般也不能超过1024×1024。如果需要带通道的贴图，则将贴图的格式改为带通道的为32位TGA。另外贴图光感要鲜艳统一，同时贴图中的颜色不能过于丰富，目前从硬件上来说要考虑成本。如果是给模型上单色，那么颜色一定要是亮色调，这样在是日常环境下，观众才能360度无障碍观看。

当模型本身需要多种材质才能体现时，则可以选用多维/子物体材质。它作为一种复合材质可以根据不同的材质ID号赋予不同的材质，但我们要注意，它的子材质也必须是标准材质，否则不能被其它平台支持。另外，我们还可以在自发光贴图通道中使用贴图或可将自发光的参数调大，特别要提出的是模型UV在折分时要展平，各部分的UV大小要合理。在研究过程中发现不透明贴图通道在烘焙LightingMap（光电图）（光电图）后，需要将此贴图通道额channel设置为烘焙后的新channel，同时将生成的LightingMap（光电图）（光电图）指向到自发光通道。

3 模型烘焙

为了实现真实的光影效果，同时考虑到目前的全息3D投影技术的现状，采用烘焙灯光的技术，使用烘焙贴图来减少渲染时间，实现即时显示。我们可以采用LightingMap（光电图）烘焙贴图方式来显示整个场景或画面的阴影细节，增强三维立体效果。这种贴图只含有阴影数据（也就是只有黑、灰、白三种颜色），不包含基本纹理。它的不足是只支持标准材质民，不带有高光信息，并且光感较弱，优点是模型纹理相对清晰，而且可以重复使用纹理贴图，节约贴图资源，同时烘焙后的模型可以直接导出，不用重新进行贴图。最终把模型的原始纹理贴图和LightingMap（光电图）（光电图）阴影贴图两者进行叠加实现理想效果。

也还可以使用CompleteMap（完全贴图）烘焙方式。它不仅包含阴影数据同时带有原始纹理数据。但缺点是有细节表现受贴图大小影响，当贴图比较小时纹理会比较模糊。CompleteMap（完全贴图）在进行烘焙参数设置时，应将贴图通道和模型UV坐标通道设置为1。而在进行LightingMap烘焙r，材质中的贴图通道和模型物体的UV坐标通道设为3。烘焙时灯光的阴影类型设为光线跟踪阴影。用LightingMap（光电图）烘焙时，背景色要改为白色，可避免有黑边的情况；而用CompleteMap烘培时，背景色要改为与贴图近似的颜色。在使用LightingMap（光电图）烘焙后，需要将材质改回标准材质，然后将新生成的贴图复制到标准材质的自发光通道内，并设置正确的贴图通道。比较而言，前者更适合全息3D投影技术三维素材的制作。

4 总结

全息3D投影技术三维素材制作过程中一定要注意模型制作的段数、比例、布线、UV的拆分、材质与贴图的制作、模型的导出符合硬件的要求和观众的视觉习惯，才可能将视觉效果和立体显示完美结合。