三维模型设计与制作（共12篇）
三维模型设计与制作 篇1
1. 课题立意
笔者在2011年立项了这个教学研究项目, 当时的构思就是: 合理配置已有的资源, 利用高校平台, 以“零”成本制作完成校园三维模型, 强化教学互动性, 改变传统的教学模式, 提升教学水平。
1. 1 实体沙盘模型与数字化三维模型的制作成本的对比
校区如果制作传统的实体沙盘模型, 除开人工成本, 只计算材料成本, 至少需要3万元。需要购买有机玻璃板、ABS双色板、胶水、EPS板等等各种材料。而使用计算机辅助技术制作三维数字化模型, 并不需要这些。实体沙盘制作完成后, 存放还需要一个极大的陈列空间, 按照1: 100的比例制作, 基座尺寸是3. 6×4. 0米。板材之间采用人工粘合, 经过一个时间段后, 需要补胶来维护, 否则沙盘会出现开裂、变形甚至垮塌等问题。
1. 2 数字化模型的优势与可扩展性
数字化模型完成后, 存放与维护都不是问题, 其最大的优势是可扩展性。不是沙盘, 胜似沙盘———沙盘可供人参观, 但是参观者必须去陈列室; 而利用数字化技术, 不光可以浏览三维的虚拟校区, 更强大的是可以在远程进行操作。利用Web技术的扩展, 网络访问者在学院的网站上就可以参观三维的“校舍”, 即将入学的新生可以利用互联网, 点鼠标, 轻松了解学生的学习区、生活区、活动区等等。利用Google Earth ( 谷歌地球) 技术的扩展, 可以将整体模型上传, 得到学院真实的坐标系统。利用三维渲染器, 可以得到任意角度的鸟瞰图、彩色总平面图等。
2. 制作的过程
制作Sketch Up模型并不是这个教学研究项目的最终目的, 如何将科研渗透到课堂教学、实践教学中, 打造应用技术型人才的培养, 是此次工作需要探讨的。
2. 1 尽量利用现有的资源
这个教研项目的优势就是人力资源———可以将项目渗透到教学之中, 发挥每一位同学的能动性, 让“学”与“研”结合起来。
笔者利用《工程测量》课, 让同学用全站仪、经纬仪将校区的地形图测好, 并使用CASS成图, 生成Auto CAD可以编辑的DWG文件。在城乡规划专业的《计算机辅助设计》的课程中, 每位同学分配一栋建筑物或构筑物, 使用Sketch Up将其三维模型建好, 统一材质统一格式, 方便以后整合。
2. 2 Sketch Up 的特点
Sketch Up界面简洁, 易学易用, 能快速上手。这也是软件为什么能迅速在三维领域普及的重要原因之一。对于师生, 特别是对计算机还不是很熟悉的新生来讲, 就具有很大的优势。
2. 3 建模与合成
由于建筑物所有的面都是由线构成的, 建模过程中, 需在Auto CAD底图上根据建筑物轮廓描出闭合线段, 使其生成面, 用“推拉工具”拉至所要高度, 建出该建筑物的大致轮廓。为了达到精确的效果, 确定建筑物长宽高的尺寸, 以按照底图比例建模, 所以严格参照华夏学院校园地形图DWG文件的平面数据, 再次测量每栋建筑物、构筑物的高度, 在此二维数字化成图基础上完成Sketch Up的三维建模。
完成单栋的建筑模型并不难。但合成工作遇到了巨大的麻烦。由于每位同学建模精细度不一致, 导致有些SKP文件过于粗糙, 但有些SKP文件却太精细———面太多。面过多以后, 计算机的显示资源消耗过大, 卡顿、死机、蓝屏时有发生。最后只有将精细的模型重建, 规定每一个模型的上限面数, 不得突破。
3. 最终的成果
建模的初衷是美好的, 但是现实是残酷的。Sketch Up的模型上了百万之后, 只有依靠图形工作站, 面数超过二百万, 就是图形工作站也很困难了。在2011年, Sketch Up还只有32位的版本, 最多支持4G的内存, 而且不支 持多CPU。2014年底推出 的Sketch-Up2015才有专门的64位操作系统版, 支持大内存、支持多CPU。在经过这几年的等待后, 才最终完成了一定的成果。
3. 1 已经利用的成果
使用其他软件, 对已经完成的Sketch Up模型进行扩展, 得到了以下几个成果, 并已经在校园中运用了。1使用Artlantis渲染的全院鸟瞰图; 2使用Photoshop填色的全院总平面彩图 ( 地图) ; 3使用Lumion制作的虚拟现实校区的EXE文件, 启动这个文件之后, 可以像打游戏一样, 用鼠标与键盘操作, 进入到数字化的校区中游历、参观。
3. 2 存在的问题
1Sketch Up模型面太 多, 很难编辑。这 个问题等 到Sketch-Up2015的64位版本推出后才慢慢解决。2整体模型无法上传到Google Earth ( 谷歌地球) 上。在Sketch Up推出64位版本的同时, 软件也由Google公司转卖给Trimble公司, Google Earth也相应停止了Sketch Up模型的上传, 这个扩展功能因此无法实现。3没有应用到Web网站上。由Lumion制作的虚拟现实校区的文件非常大, 超过1G, 而且启动这个文件对显卡还有一定要求, 依靠目前的网络技术无法实现Web浏览, 只好暂时搁置等待新技术的诞生。
4. 结语
回顾课题整个研究过程, 遇到了各种各样的困难, 但只要精诚合作, 都是可以解决的, 而且在解决问题的过程中会迸发新的思维, 新的视界, 培养严谨的科学研究思维。同时笔者深深感到, 应用技术型人才培养途径的探索充满挑战, 其长期性、反复性与紧迫性促使老师队伍积极进取、不断创新, 在努力提高教学素养与执教能力的同时, 积极探索使学生综合发展的教学方法, 以最优模式进行工作。打破现有的中国圈养教育模式, 把学生带出心灵禁锢, 多向培养学生的能力, 让他们在激情和享受中学习, 拓展素质, 积极开发自身潜在能力, 真正做到学以致用。
参考文献
[1]卫涛, 建筑草图大师Sketch Up效果图设计流程详解[M], 北京:清华大学出版社, 2006。
[2]卫涛, Sketch Up建筑设计[M], 北京:中国电力出版社, 2007。
[3]廖小烽, 刘洪峰, Sketch Up在建筑制图教学中的应用[J], 重庆科技学院学报 (社会科学版) , 2008 (6) 。
三维模型设计与制作 篇2
1.模型
组成三维模型的基本单位是空间的顶点（vertices），点点连接形成边，边与边围成封闭的多边形形成面。利用三维软件建模需要很好的考虑模型各部分的拓扑结构，还有拓扑线的连续性。这样做的好处是，后期为模型贴纹理以及做动画的时候会减少很多错误的发生。模型的拓扑结构包括组成模型各个部分的父子关系，层级关系，尽量保持模型的完成性和连续性，减少不必要的模型拆分。建模时要求单个多边形的顶点数不得超过4个，以4边形为主，偶尔可以使用三角形。合理的细节也很重要，尽可能减少顶点的个数有利于模型的后期修改，还可以大幅减轻三维引擎渲染模型的系统负荷。
2.材质
考虑到Unity3D等三维引擎不支持复杂的材质（如shell materal等），在三维软件中设定的材质应使用标准材质（standard），如果必须使用一些特效，将它们烘培（bake）成纹理贴图。此外，更多特效在三维引擎中可以借助shader来实现。
3.纹理贴图
三维模型设计与制作 篇3
摘要:游戏动画中三维人物模型的构建是人体动画研究领域中的热点亦是难点。要制作真实感强的人体动画,必须具备的要素有:逼真的人体造型和灵活的运动控制方法。本文利用已有的技术和手段,提出一种基于poser的快速构建三维人物模型、实现控制手语动作的方法,并通过实例验证了方法的可行性。
关键词:三维人物建模 poser 手和手臂 手语
0 引言
动画这门视觉艺术从诞生至今已经有了近100年的历史。20世纪80年代,伴随着人体动画的出现,游戏动画进入了全新的3D时代,其主流创作开始以3D动画为主。为解决游戏动画中人物运动相关性和肌肉效果的模拟,人体动画提出了直接对皮肤和骨骼进行造型的方法。人体动画作为计算机动画研究中最具挑战性和困难性的对象,吸引了大批研究者投入到相关的研究工作中。
1 研究现状
目前,国内外关于人体动画的研究主要集中在两个方面:人体的运动控制技术和人体造型与皮肤变形技术。20世纪70年代, “体元”在人体建模和变形中的应用宣告了人体造型和皮肤技术的研究正式拉开序幕。无论是在学术界还是工业界,这个领域都处于非常活跃的地位。每年都能看到大量涉及该领域的学术论文得以发表,此外,与此相关的人体建模软件或插件也层出不穷。虽然如此,人体造型和皮肤变形技术任然面临重大的挑战,主要原因有以下几点:第一,人体具有200个以上的自由度和非常复杂的运动;第二,人的形状不规则,人的肌肉随着人体的运动而变形。第三,人类对计算机动画中人体的皮肤变形和运动状态非常熟悉和敏感,人类通过直觉很容易就可以捕捉到虚拟人物和真实人物的区别。所以,人物建模技术的探究和皮肤变形技术的研究虽然经历了相当长的一段时间了,但至今任然任然存在很大困难。
2 方法的提出
随着科学技术的迅猛发展和网络游戏的兴盛,三维游戏动画中场景的制作技术已基本趋于成熟和稳定,但游戏动画中人物模型的制作技术还不是很成熟,仍处于一个研发试验阶段。
在三维游戏动画中,人物模型的优劣对整个游戏动画的价值起着举足轻重的作用。从三维游戏动画的角度上说,国内外目前都以3D MAX为主,因为游戏角色的设计主要是多边形建模,而这正是3D MAX的强项。但是也存在一个问题,用3D MAX软件绘制人物模型是一个比较费时费力的复杂过程。而如果采用其他方法,例如:利用openGL软件,直接在openGL中给出点的坐标,再由这些坐标点组成若干个三角面,拼接成人物的三维模型,这种方法虽然比较快捷,但是得到的三维人物模型不够细腻和真实。因此,本文提出一种基于poser的快速建模方法,该方法通过从已有的模型中提取数据信息,从而实现快速建模,并利用两个模型的结合实现手语动作的控制。
3 方法的验证
3.1 建立骨骼和皮肤模型:Poser作为一款专门用于制作人体造型的软件,本身的模型库中提供丰富的人体模型、人物姿态及相应动作,可以实现快速人体造型建模。
以建立手和手臂模型并实现手语动作控制为例。整个实验过程流程图如图一所示:
首先从poser软件自带的模型库中挑选出适合的人体模型,截取所选人体模型的一支手和手臂模型,将截取好的模型保存为3DS格式,输出。采用这种方法获得模型省去了在3DS MAX中一步步绘制的过程,大大的减少了建模的时间,提高了效率。但是有一个问题,利用poser软件输出的人体模型缺乏关节点的数据。如何解决这一问题呢?
这就需要对所保存的3Ds文件的结构进行深入的分析,可以借助C++的文件读取技术,对该文件进行读取,通过把原有的3dS文件转换为语言代码,从而得到所需的数据信息。经过转换后的每一个三维模型的数据结构中都包括顶点,法向量,材质,纹理坐标等信息。一个完整的模型文件数据包括以下几方面内容:①定义物体的材质:物体材质信息主要描述物体的环境光、漫反射光、镜面光、辐射光的光照情况,物体的透明度信息、发散系数和表面贴图;②物体的材质数据:记录转换后每个三维模型的三维模型材质信息;③点检索面数据:通过检索顶点数据信息建立模型的几何面;④顶点数据:记录设备模型的顶点坐标信息;⑤法线数据:记录设备模型表面的法线信息。
3.2 两个模型的结合 根据从3DS文件中读取的顶点和面的相关信息,可以方便的构建手和手臂的皮肤模型,然后再将皮肤模型关节处一周的点打上标记,求出这一周的点的重心坐标(求出重心的方法:对由n个点构成的多边形进行三角剖分,将每个三角形的重心乘以该三角形的面积的加权平均值即是)作为骨骼模型的关节点,将相邻关节点利用有向拓扑结构连接起来,组成骨骼模型。从而构建出一支完整的手和手臂的模型。
4 手语动作的实现(以肘关节为例)
接下来要考虑的问题就是如何实现手语动作的控制。在实现手语过程中,两个模型的关系可以理解为:骨骼模型控制运动,皮肤模型表现运动。
首先实现骨骼模型控制运动。大家都知道肘关节有两个自由度,肘关节的弯曲由两种绕轴旋转运动符合而成:第一种以大臂为轴的旋转运动;第二种在一个平面上,以过肘关节点并垂直该平面的直线为轴的旋转运动。其中旋转轴的计算又有两种方式:①以大臂为轴 ②以肩关节、肘关节和腕关节三点组成的平面来求过肘关节点垂直于该平面的直线作为旋转轴。
皮肤模型表现运动。整个皮肤模型分为两部分:可变部分和不可变部分。可变部分指皮肤模型在关节处的部分,其余部分为不变部分。
组成皮肤模型的小三角面的点分为三类:
第一类点:皮肤模型在大臂外面组成三角面的点;
第二类点:皮肤模型在手及小臂外面组成三角面的点;
第三类点:皮肤模型在关节处外面组成三角面的点(如图二所示)
5 课题中的进展及改进
5.1 提出双重模型:骨骼模型控制运动,决定运动姿态及运动约束;皮肤模型表现运动,表现真实感。
5.2 骨骼模型用“有向拓扑结构”来描述,与传统拓扑结构一样,有向拓扑也是由节点和路径组成,不同的是,每一个路径带有指向和空间可以转动的位相。
5.3 皮肤模型分为可变与不变两部分,利用拓扑不变性保持运动后皮肤模型的完整性。
6 结束语
三维人物建模作为一门新兴的学科,涉及到动画、计算机图形学、生理学、心理学、生物力学、机器人学和人工智能等多个研究领域,游戏中三维人物模型的研究是一个具有理论意义和实用价值的基础课题,本文介绍了一种基于Poser模型的人体建模方法并实现了手语动作的控制。而随着科技的不断发展,还会不断有高水平高层次的建模方式融入到人体动画建模技术中,这将是游戏中三维人物建模技术发展的一个长远目标,它需要众多相关学科领域的深入发展与交叉才能最终实现。
参考文献:
[1]吴小耗等.计算机动画中人体建模与皮肤变形技术的研究现状与展望中国图像图形学报.2007年4月.
[2]李艳,王兆其,毛天露.三维虚拟人皮肤变形技术分类及方法研究计算机研究与发展.2005 888~896.
[3]张昭华,徐军.三维人体建模方法研究.陕西纺织.2004.1.
[4](美)Michele Bousquet著.路朝龙译.3ds max角色动画制作典型实例.北京:电力出版社.2006.
三维模型设计与制作 篇4
1 MAYA软件
MAYA是由AUTODESK公司推出的三维动画软件,是目前全世界公认的最具专业的三维动画软件,他集中了模型、骨骼、动画、粒子、动力学等一系列应用于一身,使得动画制作越来越方便。
MAYA也是各大院校动画专业学生所必学的软件之一,也受到很多爱好动画的人士追捧,MAYA的出现,他使得我们做动画更加全面,风格更加多样化。
2 剧本创作与分镜脚本设计
剧本创作是动画前期策划的主要部分,剧本的良莠直接决定了动画的成功与否。《The earthquake》是一部叙述灾难来临时,人和人之间的友谊和情感方面的短片,故事的创作源自于汶川地震一个真实的故事:一块巨大的废墟,房屋倒塌,烟尘四飞。一个小女孩在废墟中奔跑,她似乎在寻找些什么东西。突然间她看到一块手表,瞬间心中百感交集,她蹲下身捡起了那块手表。原来这块手表是女孩的老师的手表,那一天的地震,带走了老师和几个要好的同学。想到这里,女孩的眼中含满了泪水。
女孩开始回忆那一天的情景:那是一个晴朗的早上,她与室友正在寝室里看书,突然外面一声喊声“星月!”她俩一齐回头看向窗外,疑惑过后了然地对视一笑,女孩的室友拉起女孩的手跑出了寝室。
星月模型贴图
小丽模型贴图
寝室外是一个空旷的操场,操场空无一人,操场后群山连绵。女孩和室友来到了教室前,教室里读书声朗朗,室友伸手推开了教室门,看到教室里老师对他们招招手示意她们赶紧进教室坐好,同学们也微笑着看着她们。女孩转头看到自己的座位上摆着一本书,窗外的风吹了进来,吹得书页翻动了几页。她拉开椅子坐了下来,像往常一样开始上课。
“叮铃铃”下课铃声响了,小女孩和室友回到了寝室,她们开心地聊天,拿着课本讨论上课老师说的内容。突然间地面剧烈地震动,女孩和室友一开始不知道发生了什么,突然意识到是地震了,女孩和室友惊慌失措地向寝室门口跑去……
回忆结束,女孩抬头望向天空,眼泪夺眶而出。
《The earthquake》整个故事分为五场,其分镜如下:
第一场:开场小女孩星月奔跑,发现废墟堆中的手表,以手表为线索展开故事。
第二场:寝室镜头,星月和小丽在寝室里看书。听到外面有人喊,两人一起出门。
第三场:教室镜头,陈老师在教书,教室里传出读书声,女主人公进入教室,坐在位置上。
第四场:下课铃响,星月和小丽回到寝室。忽然房屋抖动,发生地震,星月回过神来,连忙逃出寝室,镜头变暗。
第五场:镜头切回开场时的画面,特写镜头,星月捧着手表和脸部表情,点题。
3 角色设计
在《The earthquake》这个动画片中的主要人物是女主人公“星月”、“陈老师”、“小丽”还有其他人物教室里的同学等。“星月”和“小丽”是同一寝室的,在设计时考虑到学生的年龄段,家庭情况等,设计为正常角色比例。
该剧本中角色和场景都需要建模、展UV、画贴图、绑定骨骼。然后根据剧本分镜调节动画动作,打好摄像机,再调制好灯光渲染输出,最后再后期合成。在整部短片的制作过程中,前期尤为重要,好的剧本和角色是故事的灵魂;中期过程主要是动画的动作调节和镜头灯光摆设,在这一环节中需要占用大量时间,因为三维动画需要在软件中调节动作,一个镜头往往需要几秒钟,二几秒钟的时间换在动画中就是几十帧几百帧,都需要手动调节。所以这个过程是一个考验动画运动规律学习好坏的过程,运动规律学的好,动作就有节奏感,动画就活起来了,调节每一个动作需要的时间就节省了;在后期中主要是做动画调整、渲染、后期配乐、剪辑合成输出短片。这个时候动画基本已经成型,每一个镜头都已经渲染出来,要做的就是把一个个镜头按照分镜头在后期软件中连接起来,加入音乐和音效,再做一些特效和字幕,最后输出短片为可播放的视频格式,这样一部动画短片就完成了。
在建模的过程中,主角“星月”的模型是根据现实生活中小女孩的形体来制作根据环境生活在汶川地区,经济比较落后,人的穿着打扮也相对比较朴实,小姑娘“星月”扎个马尾辫,穿长裙,塑料鞋,一个十分朴实善良的农村小姑娘;小丽也是差不多的穿着打扮;陈老师是做了一头乌黑的长发,皮肤有点黑,穿着简单,大方得体。在画贴图的时候都是考虑到农村的人穿什么样子的比较合适,在网上搜索了很多资料,咨询了很多人,并且去了农村考察。
4 场景设计
场景的制作也是根据山村的布局制作,主要的场景是校舍,因为在农村,所以做得比较简陋,寝室的格局、寝室里面的物品、操场、教室的课桌凳子、讲台等,都显示出该地区的落后。
在场景的制作过程中,主要是对场景比例的把握,首先要在三维软件MAYA中把模型建出来,包括生活道具,再根据布局摆放好,细节很重要,特别是寝室里的物品,因为动画有几个镜头是在寝室里发生的,镜头都是近景,所以在制作的时候就要最大程度的还原实物,比如饭盒、铅笔盒、书本的制作,都要注意了解是什么样子,这样观众看了才会觉得你是真的认真去观察了的。在画贴图的时候也是考虑到什么样的书本、铅笔盒才是符合当地实际情况的,贴图不能是新的,要做旧,而且是那种看起来被人用了很多次的。做动画最重要的是细心,是考验我们平时观察生活的能力。
角色和场景道具模型做好了之后,还要展UV,所谓展UV就是把模型的面按照最合适的方式展开在一张平面上,再在MAYA软件中把展好的UV导出JPEG或者TGA格式,再导入到PHOTOSHOP或PAINT中绘制模型的贴图。在绘制场景贴图的时候也是借鉴了真实地震时的情境,颜色绘制的灰暗一点,最后的效果也是比较满意的。
5 表情制作、骨骼设置和绑定
三维动画的角色表情需要先设置好,在对模型进行骨骼的设置和绑定过程中,运用了新型骨骼插件。
本故事中主角“星月”差不多有6—10个表情,考虑到表情不能后期再加,所以表情尽量考虑周到,尽量要多做几个表情,运用MAYA软件的动画版块把表情一个个刷好,再赋予给主要模型;而用骨骼插件进行骨骼绑定相对自己设置来说,又方便又好用,一般正常的模型用插件来绑定比自己设置要好很多,因为设计的是正常的角色,所以后期做动画没有问题。
6 动画制作
动画制作在整个流程占有较大的比重,好的动画片往往在动画制作中比较体现在动画的节奏方面,所以在做动画的时候有些动画调不来,需要自己示范一下,或者用机器拍摄下来,再根据拍摄的动作来调节动画,这样调节动画就比较符合规律,我们走路跑步哭泣大笑眨眼等都是有规律的。
该片主要有25个镜头组成,每个镜头差不多2——5秒钟,主要的镜头是主角“星月”奔跑、捡手表、哭泣、学习等动作,在做的时候脑海里要有这些动作,用相机拍摄下真实的奔跑等动作,再根据这些正常动作,算好时间和帧数,再在MAYA软件中调制。奔跑的动作调节了很多遍才满意。
7 灯光渲染后期合成
三维动画需要对镜头设置好灯光,灯光的需要根据镜头里面的真实情况设置参数,地震的镜头灯光需要设置的昏暗一点,才能体现出地震时尘埃和空气混浊。接下来就是渲染动画,所有镜头只有在渲染之后才可以在后期软件中合成,渲染可以用多台电脑一起渲染,最后渲染好的镜头放到后期软件PREMIERE中剪辑合成,动画的镜头切换和电影一样,一般只要淡入淡出就可以;加入先前找好的音乐,再把题目放到片子开头,运用淡入淡出方式,片尾加入字幕包括制作人音乐出处等就可以了,最后片子就可以输出AVI格式。
动画短片从创作之初到最后完成,总共历时10个月,包括前期剧本创作、中期动画制作、后期剪辑合成。
8 结束语
本文以短片《The earthquake》为例,介绍了三维动画的制作过程,应用MAYA等软件制作了动画中的人物、场景、动画和后期。把MAYA技术与三维动画的制作完美的结合在一起,使三维动画的制作变得简单易学。
废墟场景模型贴图
寝室场景模型贴图
参考文献
[1]房晓溪.动画角色设计教程.中国水电出版社,2010,10.
[2]韩笑.影视动画场景设计.海洋出版社.2010,3.
建筑模型制作与设计装饰 篇5
刘永宝
课题分析：
建筑模型拼插深受广大学生喜爱，是将庞大的建筑用吹塑板材料按照正确的比例尺寸设计、加工，浓缩成小的建筑展开图。
建筑模型立体拼插突破传统平面拼法，创新立体拼构，构思巧妙，易提高学生的动脑、动手、设计、装饰，美化家居环境意识。教学目标：
通过学习实践，使学生了解建筑模型的各种造型，掌握模型组合的过程，充分发挥空间想象力、审美能力，领会集体创作成就感。教学重点、难点：模型拼插、环境造型美观
教学方法：讲解、示范、操作（在实物投影机下示范）
1、通过建筑模型展示，使学生了解建筑物造型，引起学生们制作建筑模型兴趣
2、运用多媒体进行辅助教学
3、学生制作，教师巡视个别辅导，展示学生作品，作品交流，肯定成绩，提出不足
4、学生在制作过程中要注意安全、卫生，爱护公物 工具：小剪刀、尺子、笔
材料：建筑模型展开图、硬纸板、双面胶、橡皮泥、装饰材料等
教学过程：
一、欣赏建筑模型
二、引入课题
三、建筑模型拼插过程
1、打开包装袋
2、轻轻揭去多余边、槽口
3、手折整形，注意正折与反折的方向关系，轻重适宜
4、根据展开图拼插成立体建筑物
四、组合、创作
1、把拼插建筑物3—4人一组将建筑模型粘贴在纸板上
2、美化设计、装饰环境，写出建筑模型名称（有专人负责）
五、学生制作、教师巡回辅导
六、反馈
1、学生作品的展示，作品交流（各组选送一名代表发言）
2、表扬优秀作品，指出改进之处
三维模型设计与制作 篇6
关键词：无人机；操作训练；虚拟仿真；Pro/E；3DS MAX；Cult 3D
中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1674-098X(2011)03(a)-0000-00
长期以来，无人机装备的操作训练一般依赖于实装开展，受到场地、人员、装备维护保养的限制，具有效率低、代价高、训练内容片面的弊端。利用虚拟仿真训练系统进行无人机操作训练，能够有效克服实装训练中存在的问题，且经济、智能、可重用，具有广阔的应用前景。
无人机虚拟仿真三维交互模型作为用户训练中的直接操作对象，对整个虚拟仿真训练系统起着至关重要的作用，必须具备逼真的外观形象和强大的交互功能，其设计实现涉及到计算机仿真与虚拟现实的相关技术和结合机制问题。采用Pro/E、3DS MAX及Cult 3D软件相结合的形式，利用三者之间的兼容性进行优势互补，是解决上述问题的有效途径[1-4]。在分别运用Pro/E和3DS MAX对无人机实现精确建模和动画模拟的基础上，借助Cult 3D进一步实现模型的交互功能，能够有效确保无人机虚拟仿真三维交互模型的逼真度、沉浸感和可控性，对提高无人机虚拟仿真训练系统的训练实效具有重要意义。
1 无人机三维实体模型的建立
由于Cult 3D本身没有仿真建模功能，3DS MAX难以实现精确三维建模，故无人机三维实体仿真模型需借助Pro/E软件来建立[5]。Pro/E是美国PIE公司推出的一款CAD/CAM/CAE集成解决方案，是目前应用最为广泛的工业仿真设计软件之一。它采用设置特征参数的建模方式，使用参数来描述零部件的形状、尺寸和属性，所建三维模型的精度较高。图1所示为基于Pro/E软件建立的无人机某零件三维模型。
考虑到在无人机操作训练中，涉及大量的零部件的拆卸组装以及配合运动过程，无人机三维实体模型的建立采用拼接法，即先建立各个零部件的独立模型，再组装成整体，具体过程为：首先，对无人机所含零部件进行数量统计和尺寸测量，并予以标识；其次，根据统计数据和测量参数，使用Pro/MOLDESIGN模块创建各个零部件的三维模型，并予以修改和完善。所建立的单个零件模型要进行规范的命名编号，以方便后期的合成组装；再利用Pro/ASSEMBLY模块将所有零部件进行组装，形成无人机整体模型；最后将Pro/E生成的*.prt文件导出为*.stl格式文件。
图1 基于Pro/E软件建立的无人机某零件三维模型
2 无人机模型的渲染和动画设计
3DS MAX是Autodesk公司推出的一款三维动态仿真软件[6]，具有强大的材质编辑功能，能细腻模拟实物的质地和纹理，在合理的灯光效果下可以渲染出逼真的视觉效果，给用户带来强烈的沉浸感。3DS MAX的动画设计通过设置关键帧参数实现，操作方便简洁，且几乎任何参数都可作为关键帧参数，能够生成多种复杂动画[7]。3DS MAX与Pro/E相兼容，能够对其生成的无人机三维模型进行渲染加工和动画设计，从而弥补Pro/E软件的不足。图2所示为基于3DS MAX软件制作的无人机装配三维动态模型。
（a）无人机装配图1
（b）无人机装配图2
图2 基于3DS MAX建立的无人机装配三维动态模型
利用3DS MAX对无人机三维模型进行渲染和动画设计的具体步骤为：首先，将 Pro/E导出的*.stl文件导入3DS MAX，对各个无人机零部件模型进行材质编辑、灯光效果设置。零部件模型使用实物照片进行贴图，并采用Ommi和Sky灯光作为背景灯光，力求渲染效果的逼真自然；其次，按照操作训练需求制作无人机模型动画。按照具体操作步骤将动画分解成若干阶段，在每个阶段规划零部件的运行时间和顺序，确保运动的同步性和协调性。
3无人机模型交互控制的设计
Cult 3D是由瑞典Cycore公司设计制作的一款三维虚拟仿真控制软件，其基于“事件规划窗口”的流程设计方式和图形化编程模式，使得对三维模型复杂运动的交互设计变得十分简单[8]。此外，Cult 3D还提供了Java API接口，用户可以通过JAVA编程实现更强大、更复杂的控制功能。Cult 3D与3DS MAX相兼容，能够对其生成的无人机三维动态模型进行交互功能设置，生成无人机虚拟仿真三维交互控制模型。
借助Cult 3D Export插件，在3DS MAX环境下将无人机三维动画模型导出为*.c3d文件，再将*.c3d文件导入Cult 3D Designer中，即可进行模型交互功能的设计制作，具体步骤为：首先，将所需的模型对象从“场景图表”（参见图3）中的拖入“事件规划窗口”，并在“演示窗口”中设置好用户视角；
图3 Cult 3D的“场景图表”
其次，将“世界启动”和“计时器”图标拖入“事件规划窗口”，并通过 “计时器时间线编辑窗口”设置模型动画的运行时序。设置模型运动时序是极为重要的步骤，要与3DS MAX中设置的动画时间相兼容，否则将出现模型运动的错乱。制作过程中，用户可通过“演示窗口”对所设计的虚拟交互模型进行预览，查找错误并修正；然后，再将“点击鼠标左键”图标拖入“事件规划窗口”，对模型对象运动的交互触发进行设置，直至训练操作运行完毕。最后，利用“文件发布对话框”将制作好的方案导出为*.co文件，作为虚拟仿真系统开发的无人机虚拟仿真三维交互控制模型素材。
4 结语
利用Pro/E、3DS MAX及Cult 3D软件对无人机分别进行三维实体建模、动画设计、交互控制设计，最后生成了逼真的、可控的无人机虚拟仿真三维交互控制模型，能够实现对无人机的三维运动仿真，操作训练模拟，大大提高了无人机虚拟仿真训练的可行性和实际效用。
参考文献
[1] 申蔚,夏立文.虚拟现实技术[M].北京:北京希望电子出版社,2002.
[2] 周晓琪.虚拟现实技术[M].北京:电子工业出版社,2003.
三维模型设计与制作 篇7
三维数字技术的发展, 使得越来越多的三维数字影像作品走进了人们的生活。无论在动画、游戏还是一些影视作品中, 那些生动逼真的数字影像给我们带来的是视觉上的震撼和无穷的想象。画面的逼真度, 在一定程度上代表了三维影像发展的特点和方向。如早期的科幻影视作品《星球大战》, 当时的三维数字技术还不成熟, 为了达到逼真写实的场景效果, 工作人员制作了许多场景的实物模型进行拍摄, 虽然在一定程度上模拟了一种逼真光影效果的幻想空间, 但是现在看来, 场景模型的细致程度和自然光影的应用效果还是没有达到一种真实的状态。在如今的科幻电影中, 三维技术的成熟使之产生了革命性的蜕变。在《变形金刚》、《阿凡达》等一系列科幻电影中, 已经达到了幻想与现实的完美结合。
在我们生活的真实环境中, 不难发现, 物体的造型和光影的照射决定了画面真实的程度, 而所有真实的画面都是基于自然环境下的物体的表现。那么三维影像的发展, 简单的说就是模拟自然的一种发展过程。三维影像的制作, 虽然是基于计算机数字技术的应用, 但是在画面的表现上还是根据真实自然状态下的规律, 就是利用物体的造型和光影。
三维影像技术发展至今, 围绕着决定画面真实性的造型和光影两个因素, 已有了很大的突破。极负盛名的Vray和Mental ray渲染器, 就是关于自然真实光影效果的解决方案。对于物体的造型制作来说, 有曲面建模、多边形建模和细分建模等一些建模方式, 来针对不同的物体造型进行制作。对于一个真实的影像画面, 不仅要有一个自然真实的光影体系, 更重要的是具有真实可信的物体造型。只有物体造型准确细致, 才能更好地展现光影带给它的真实性和厚重感, 也才能创造出更可信的画面。
数字雕刻是近几年发展起来的关于制作超写实三维模型的一项技术, 最具代表的就是Zbrush和Mudbox两款雕刻软件。这项技术的诞生, 让超写实三维模型的制作不再是一项庞大的工作。其带给我们的最直观的表现就是在科幻电影中呈现的超写实的数字场景和角色, 还有在次时代游戏中的真实画面。这项技术的原理非常简单, 就是利用现实中雕刻的方式去制作数字化的场景和角色, 省去了传统模型制作中大量顶点的编辑工作, 从而让模型的制作在时效和质量上达到了一个契合点, 在高效率的前提下大大提高了作品的质量。
下面笔者将以写实大象模型的制作过程, 来介绍一下数字雕刻技术在写实模型制作中的应用。
一、了解物体的结构
在模型制作之初, 我们都要先去了解物体的结构, 特别是生物模型。对于物体造型和结构的了解, 可以让我们在后续的制作工作中更好地把握物体造型和结构的准确性, 这也是保证模型最终是否真实的一个决定性因素。
我们可以根据真实的图片或者一些解剖图, 来观察和记录大象的骨骼肌肉结构, 做到心中有数, 并且在后续的制作环节中要不断地进行比对和观察 (如下图) 。
二、构建物体的框架
在进行过对大象结构的了解后, 下面就可以进行第一阶段的制作工作了。
在模型的制作起初, 先要来制作模型结构的大体框架, 方式是很多的。目前业内较流行的制作方式大体有三种:第一是在传统的三维软件中进行第一阶段的大型制作, 然后导入到雕刻软件中进行细节加工;第二是直接在雕刻软件中利用基础物体进行雕刻, 直至制作完成;第三是直接在雕刻软件中利用四足动物的基础模型进行雕刻到最后制作完成。对于以上三种方法, 主要还是根据个人的制作习惯和对造型的把握能力的高低来选择。第一种方法的好处是可以按照物体的结构进行精确的布线, 为后期的雕刻奠定良好的基础, 还可以比较快速精确地把握物体的大体结构。后两种方法的好处是制作环节简单, 但是对于造型能力的把握要求较高, 不利于模型布线, 对以后需要动画的物体模型还要进行重建拓扑的工作。
本例将使用第一种方法, 这样可以更好地体会布线对后期模型细节的雕刻所起的作用。
首先使用三维制作软件进行大体的造型制作。这里用到的是Maya软件。
对比之前观察的样图, 来制作大体造型, 注意各个结构之间的比例 (如下图) 。这里用到的是多边形建模, 其好处在于能够灵活快速地把握物体的形体, 并能为物体的结构建立自由的线框分布。
在制作物体大体结构造型的时候, 要注意布线, 尽量按照布线均匀的原则来制作。
均匀的布线可以为后面的雕刻工作奠定便利的基础。因为在雕刻软件中, 模型的雕刻实质上也是基于顶点移动的原理。那么在光滑增加顶点雕刻细节的时候, 就能够得到平均统一的顶点数量, 以此达到一致的细节表现。
在大体形态结构的制作中, 要做到结构明确、布线合理均匀、比例准确。制作完成的基础造型 (如下图) , 选择物体后输出文件后缀名为ob j的文件格式, 这个格式是三维制作软件的通用格式, 为导入到雕刻软件做准备。
三、深化物体的结构
在物体基础造型完成后, 就要在雕刻软件中进行深入加工了。
把存为obj格式的物体模型文件导入到雕刻软件中, 这里用到的雕刻软件为Zbrush (如下图) 。
在导入到Zbrush后, 可以看到物体呈现为类似于红泥颜色的模型效果。在这里, 我们可以看到模型表面的面片数量和Maya中的一样, 还处于数量极少的模型状态。在此基础上, 雕刻的第一步是继续调整模型的形态和大体结构。在Zbrush中, 利用“移动笔刷” (如下图) , 这可以非常快捷地对物体的形态进行调整。
大体形态调整完成确定后, 下面就是对物体的结构进行深入的雕刻。在雕刻之前, 要对物体模型进行细分的操作, 就是增加物体表面的顶点数量, 模型细分级别增加到三级 (如下图) 。顶点数量越多, 代表着对细节的雕刻能够越深入。但是对于顶点数量的增加, 还是根据制作的进度来增加的, 不能在模型最初的阶段把顶点数增加到最后细节表现的数量上, 这样会为造型结构的把握造成困难。
基础工作准备完毕后, 就可以进行结构的深入雕刻了。在雕刻工具使用中, 运用默认的常用雕刻笔刷就足够了。在这个阶段的雕刻中, 要多观察实物样片中大象的肌肉结构和面部骨骼结构, 准确把握骨骼肌肉分布情况, 这些都是达到最终写实模型的基础 (如下图) 。
四、细节表现
观察并确定第二阶段的模型结构形态的雕刻工作准确无误后, 接下来的工作就是进入到雕刻中最为精彩的部分了——细节的表现。
在此例中, 大象的结构造型制作完成后, 骨骼肌肉的表达已赋予了模型在力量上的表现力, 但是与写实还有一定的距离, 这就表现在大象皮肤的质感上。观察样片知道, 大象的皮肤是一种非常粗糙并具有类似菱形状的纹理构造, 那么在细节的雕刻和绘制中就要去模拟这么一种皮肤质感。
在细节绘制之前, 要确定模型有着足够的细分级别。对于皮肤细小的细节处理, 模型的细分级别最少要提高到六级。
在Zbrush中, 对生物皮肤的雕刻处理, 一般会采用Alpha纹理笔刷的方式, 为模型进行皮肤的细节处理。在Alpha纹理中, 可以查找与生物皮肤纹理类似的纹理图像 (如下图) , 以此来进行雕刻处理, 甚至可以把与之相同的皮肤纹理图像贴到模型的表面, 大大提高了制作的效率。
在此, 表皮的制作选用了一种不规则线条状的Alpha纹理, 并选用雕刻笔刷拖拽的雕刻方式进行制作, 利用纹理不同的方向, 叠加出交错的皮肤纹理效果 (如下图) 。
在绘制完纹理的基础上, 利用雕刻工具的膨胀雕刻笔刷, 为纹理表皮营造凹凸的皮肤厚度的质感, 看上去是一层褶皱的皮, 而不应该是平面的 (如下图) 。
在表现细节雕刻的制作中, 要保持十分的耐心和信心。把握住实物样片中所传达出的细节特征, 在不断地对比和参考中进行雕刻制作, 相信要达到最后的成功也只是时间的问题了 (以下是最终的模型完成图) 。
数字雕刻技术的应用, 让数字化超写实作品不再是遥不可及的。当然, 对于这种高精度的模型, 我们可以在此基础上刻画很多以往模型中达不到的细节, 但是对动画来说, 顶点数量的过高无疑是模型动画过重的负担。如何做到平衡, 如今已经有了比较成熟的解决方案。比如大家熟悉的次时代游戏, 从中可以看到三维场景和角色都有非常细致的模型表现, 但是在游戏中又不会感觉到由于大量的顶点计算而产生的画面拖延或停顿的现象。因为在制作中, 制作者利用高精度模型可以制作法线贴图和AO贴图等, 然后把制作出来的这些高精度贴图贴到低精度的模型上去, 以低顶点的数量而达到高精度的效果。当然这种模拟的结果不可能和高精度模型的表现一模一样, 但已经是相当接近可观的效果了。
三维模型设计与制作 篇8
1) 独特的建模方式
ZSphere (Z球) 建模是ZBrush及其便捷的建模工具, 它能快速创建一种骨骼链结构, 最后对创建的ZSphere (Z球) 使用蒙皮包裹, 得到多边形网格。在模型制作中可以使用快捷键随时切换到多边形网格状态预览, 通过修改器来调整部多边形网格的生成状态、密度, 设置局部细分及方向等。实现高效互动的建模操作。
2) 数字雕刻笔刷
ZBrush软件中默认提供了三十余种笔刷作为主要的雕塑工具, 用户可以很方便的选择它们来制作各种模型, 除此之外, ZBrush还提供了强大的自定义笔刷功能, 只要用户愿意, 完全可以制作出适合自己的各种独特笔刷。借助高质量三维笔刷的出色控制能力能让你快速把几何模型雕刻成你所要表达的任何形态。从而简化了传统模型制作中繁琐的工作方式, 提高了三维数字艺术者的创作速度。
3) 模型的拓扑和法线贴图
在ZBrush雕刻高模之后, 由于面数太多不能使用。这时需要有一个合理而简洁的模型布线, 就要对模型拓扑。用程序在高模表面画点, 直接在原模型表面做一个新的低模, 这里不需要考虑模型的起伏, 只要考虑拓扑的结构。然后将拓扑完成的低面数模型和高面数模型放一起进行烘焙, 这样就有了法线贴图, 把法线贴图贴到低模上面, 就会有近似高模的效果。
法线贴图可以创建出比真正的模型更多几何体面数的假像, 法线贴图并不能真的影响低模几何体。法线贴图多用游戏的制作上, 将高细节的模型通过法线贴图贴在低端模型的法线贴图通道上, 使其表面拥有细腻的光影效果, 大大降低了模型的面数, 从而减轻了计算机的工作负担, 达到优化动画和游戏的目的。
4) 数据交互
ZBrush能够与Maya和3ds Max以及其它的三维软件协同工作, obj格式的文件是三维软件通用的一种格式, 它可以在3DMax、Maya、ZBrush、Unfold3D平台上实现相互转换。ZBrush的每个核心功能都旨在使艺术家拥有完全的自由与扩展, 并为其提供一个施展创造力的环境。没有了技术的障碍——就是使得在ZBrush中的操作就像现实世界的雕塑与绘画一样产生如此众多的开创性作品的原因。
Decimation Master (抽取大师) 是一个ZBrush的免费插件, 使用它用户可以大幅度的降低模型的多边形数量, 同时又能保留高精度的细节。抽取大师简单易用而且执行速度也很快。用户可以交互式地设置不同区域网格 (模型上) 的优化百分比。该插件提供了高级别的操控能力, 使用户在降低多边形数量的同时尽量保留模型的细节。如果用户模型是由多个不同的零件 (Subtools) 组成, 那么用户可以选择批量处理 (抽取) 所有部件, 或是单独处理每一个部件。之前, 艺术家从来没有想过能够将模型的多边形进行如此高精度的优化之后却几乎没有细节损失。
1 数字雕刻制作流程
目前主流的以雕塑模型为主要功能的数字雕刻软件有ZBrush、Mudbox等, 这些软件的核心技术大同小异。ZBrush是由Pixologic公司在1999年开发推出的一款跨时代的软件, 到今天已经有了十多年的历史, 它是第一个让艺术家可以自由创作的设计工具。它的出现开创了数字雕塑软件的第一个先河。Mudbox最初是由新西兰Skymatter公司开发的一款独立运行且易于使用的数字雕刻软件, 在2006年8月被美国Autodesk公司收购, 成为了Autodesk公司的产品。现就以ZBrush软件来了解三维模型创作流程如下:
1.1 中级模型制作阶段
若要制作一个高精度的模型, 我们首先就需要一个高模。而高模最开始是以中模形式出现的, 以保证模型需要雕刻的部分布线简洁, 方便雕刻。创建一个能够方便在ZBrush中进行雕刻创作的模型, 方式有很多种。一是可以直接在三维软件Maya、Max中, 以点线面的构成方式进行创建, 进行第一次的大形制作, 然后成OBJ格式文件, 导入ZBrush软件进行细化雕刻;二是直接在ZBrush软件中利用ZBrush的Zsphere进行创建。
1.2 高精模制作阶段
将分好UV的低模导出成OBJ格式文件, 然后在导入到ZBrush软件中。比如在次世代游戏制作行业, 使用ZBrush软件制作次世代游戏的高分辨率模型和模型的纹理及法线贴图, 然后将三维模型导入到ZBrush后需要将模型进行逐步的精细雕刻, 在ZBrush中添加细节制作成高模, 然后使用生成法线贴图。
1.3 细节刻画阶段
ZBrush雕刻的细节一般不是拿来当最终模型用的, 模型的几千万面的海量数据一般不具有实用性, 而真正要用的是生成法线或者置换贴图。这时候模型上的细节会以贴图的方式表现出来, 模型当然要退回低细分级别, 然后在低模上生成法线贴图和AO贴图等。再把低模和贴图导出到三维软件里。这种制作流程, 效率很高, 也是最能发挥ZBrush功能强大的地方。
2 结语
数字雕刻技术是艺术和技术的完美组合, 它不仅在电影游戏中广泛应用, 它也被越来越多的设计公司、网络公司、艺术家、插画师、数字艺术爱好者广泛使用, 也可以革新地应用在其他领域, 比如玩具制造、3D打印、医学、工业设计、珠宝设计等方面。
摘要：数字雕刻技术是当今三维制作行业最为流行和实用的一项技术, 它以强大的功能和直观的工作流程彻底改变了整个三维行业。它为当代艺术家提供了一种最为先进的数字创作流程。它激发了艺术家的创作力, 同时在操作时会感到非常的顺畅, 它将软件的操作难度降到最低。数字雕刻软件能够雕刻高达数亿面数的模型, 它充分的发挥了艺术家自身的想象力和创造力。
关键词：数字雕刻技术,ZBrush,次世代游戏
参考文献
[1]张盛《ZBrush3高精度模型制作实战技法》人民邮电出版社, 2008。
[2]凯勒著《ZBrush经典教程》人民邮电出版社, 2009。
[3] (美) , 斯潘塞著《ZBrush数字雕刻:人体结构解析》人民邮电出版社, 2012。
三维模型设计与制作 篇9
1 建立数字化模型库之优势分析
古籍文献资源库建设是古籍保护与利用工作的方向[3]。对古籍进行数字化建模, 通过将大量的图片、文字信息和三维模型 (3D model) 等数字化资料汇集存储, 建立数字模型库, 生成一个文献档案, 既实现了文献资源共享、提高了文献利用率, 又利于文献内容的优化保存。带有三维信息的模型库在一定程度上再现了文物的原貌, 利于启发和扩展学者研究的广度与深度。
1.1 数字模型库利于在互联网时代信息资源共享
建立图书馆古籍文献数字模型库, 将会使文献信息在互联网平台上大大提高利用率, 提高人们对古籍文献的认知程度。以网络技术为平台, 以浏览器-服务器 (B/S) 结构构建系统, 不同的应用系统可以通过接口调用数字模型库中的资源, 如图1所示。结合虚拟现实技术建立三维场景虚拟漫游系统虚拟展馆, 让用户身临其境的再博物馆中欣赏古籍;用网页制作软件及JSP技术制作动态可交互的三维模型网站;通过特定的网络用户界面调用数字模型库中的资源, 可以让进入的用户方便快速的访问到所要展示的三维古籍, 利用鼠标和键盘等简单的设备就可以完成古籍全方位的浏览, 对三维模型的旋转、平移、放大、及缩小等实时交互操作。古籍数字模型库可以广泛长期反复利用, 互联网中已建立的B/S结构的文物遗产系统可以再扩展, 将三维古籍文献添加进来, 用网页链接加载资源包这种简单的方式把图书馆3D文献资源展示出来。数字模型库加大了信息资源的共享程度, 更好的体现了珍稀古代文献的价值。
1.2 数字模型库提高了古籍文献利用率
检索文献显示三维模型提供更多的有效信息, 方便研究者的引用, 三维模型极大地启发和扩展其研究的广度与深度。对甲骨建立三维模型还原原型将弥补拓片不足, 更清晰展现甲骨文信息方便学者研究和临摹书写。用户检索文献后先获取简单的文字信息, 确定使用后, 点击相关链接从数字模型库中调用该文献的虚拟三维仿真页面, 用户可以交互性的360度观看甲骨文文献, 以及放大视角仔细观察, 将长期被束之高阁的珍稀古籍更好的展现, 大大的方便了读者的研究工作, 提高了古籍文献的利用率。
2 数字化模型库的实现方法
2.1 三维建模
模型是三维模型库系统的基础, 三维建模是涉及摄影测量与遥感、计算机视觉、计算机图形学和模式识别等领域的一个热点问题[4]。目前三维模型按细度区分有如下方法。
(1) 适于数据分析的高精度模型。通过三维扫描仪来获取物体所有数据信息。测绘遥感技术, 以毫米的精度虚拟在电脑里, 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室李德仁院士在数字敦煌项目中谈到“进入上世纪90年代后, 我们测绘的精度大大提高, 达到毫米级甚至微米级, 这才为数字考古奠定了基础。”为了实现精确目标, 研究人员在前期必须运用大量测绘方法, 如通过控制测量的方法, 提供一个绝对坐标, 将物体放在合适的位置;通过多目立体测量的方法, 用两台以上的相机对实物进行拍摄;通过激光扫描的方法, 采集目标表面的信息等。制作时具体工作分为三步:首先是利用激光扫描技术, 将文物结构的位置数据测定, 然后将数据进行整理组合, 组建成三维模型, 要求精细的测绘技术, 处理海量的数字信息。保存文物原有的各项型式数据和空间关系等重要资源, 实现濒危文物资源的科学、高精度和永久的保存。
(2) 适于艺术赏析的中低精度模型。考虑到计算机系统资源的限制, 为了保持操作的流畅性, 三维场景虚拟漫游系统中三维虚拟场景的模型使用简模或者中模。可以有两种方法, 一种是在文献原型上采集多方位的照片, 建模人员按参照物比例手工建模, 主要是由视觉感官来建立视觉建模的方案。三维模型的制作主要采用三维模型制作软件来完成, 现有的三维设计软件较多, 常用的有Auto CAD、3DSMax、MAYA等。另一种方法是在二维高清图片上进行处理, 将图片生成黑白灰度图片, 通过代码自动生成具有高度差的空间三维雏形, 再经过补充和修改生成目标模型。
2.2 三维模型添加材质和纹理贴图
建立好模型后, 需要实现三维模型 (3D model) 到纹理模型 (Textured model) 的转换工作, 即纹理映射工作, 通过融合技术、纹理拼接、各向同性、纹理捆绑等技术来实现[5]。首先, 在模型表面利用纹理贴图产生图像逼真效果。其次, 通过材质模仿现实中物体表面对光源的反射和传播, 表现出物理材质特性。
材质和纹理贴图结合后可以制作如水面、镜子、玻璃、钢铁等等效果, 结合虚拟现实技术表现出物体的真实性。制作纹理贴图, 应以实际拍摄图片为基础, 纹理贴图通常调整为2的幂次方大小, 该方法运算的过程中计算速度最快, 也就是渲染时最快捷的方式。使用带有通道贴图的格式文件, 可以直接使用alpha透明贴图通道结合Refraction折射效果表现出通过透明或半透明物体所看到的景象, 制作出透明或半透明反光材质。给三维模型添加材质和纹理贴图是表现效果是否逼真的关键步骤。
3 数字模型库系统中虚拟展现采用的关键技术
在数字模型库的基础上, 需要进一步通过图像渲染、碰撞检测等关键技术来实现古籍文献三维数字模型库系统。其中, 虚拟漫游系统使用Web3D实现网络上的虚拟现实展示, 通过GUI界面和鼠标键盘实现参与者与古籍仿真环境相互作用, 借助人本身对所接触事物的感知和认知能力, 帮助启发参与者的思维, 以全方位的获取环境所蕴含的各种空间信息和逻辑信息。一般情况下由以下几个关键技术及模块来实现。
3.1 图像渲染引擎模块
显卡是物理基础, 在显卡之上是各种图形API函数, 主流的是Direct X和Open GL。图像引擎是建立在这种API之上, 控制着实现不同的效果。而在引擎之上, 则是引擎开发商提供给开发者的SDK开发套件, 这样程序员和美工就可以利用SDK建立画面效果。目前主流图像引擎模块都支持凹凸贴图 (Bump mapping) , 反射贴图 (Reflection mapping) , 动态阴影效果, 实时图形化界面, Shader代码的动态合成, 地形系统。当把材质贴图赋予模型完成贴图模型之后, 相当于为骨骼蒙上皮肤, 最后再通过渲染引擎把模型、动画、光影、特效等所有效果实时计算出来并展示在屏幕上。
3.2 碰撞检测模块
碰撞检测是计算机图形学和虚拟现实中最基本且非常重要的组成部分。碰撞检测 (Collision Detection) 返回两个或多个物体是否发生碰撞的布尔判断, 然后找到物体之间的实际相交位置, 针对两个物体之间的碰撞决定采取何种操作, 当发生接触时, 运动可以停止不前或平滑移动到其它位置。主要是应用于检测摄像机或角色人物模型同三维虚拟场景中的其它模型, 如地形、建筑物、绿植等各种物体模型是否接触的情况。在某些应用中, 可能希望检测物体与环境之间的距离来判断做出新的动作指令。
3.3 声音特效控制模块
人能够很好地判定声源的方向。声音到达两只耳朵的时间或距离有所不同, 在水平方向上, 我们靠声音的相位差及强度的差别来确定声音的方向。常见的立体声效果就是靠左右耳听到在不同位置录制的不同声音来实现的, 所以会有一种方向感。声效控制模块主要是来触发三维虚拟场景中是否出现声音和声音的强弱、声道以及远近等, 其作用是来模拟真实自然环境中的声音效果, 如控制摄像机或者角色人物接近虚拟物体时, 会触发控制事件从而声音随着距离的接近声音会逐渐变强, 反之则声音又逐渐减弱, 声效模块同样加强了使用者的沉浸感。配上解说还可以让一些抽象的解说变得浅显易懂。
3.4 物理系统模块
由于物体与物体之间的动力学特性, 物体的运动遵循固定的规律。运动物体具有密度、质量、速度、加速度、旋转角速度、冲量等各种现实的物理动力学属性, 在发生碰撞、摩擦、受力的运动模拟中, 不同的动力学属性能得到不同的运动效果。例如, 当角色跳起的时候, 系统内定的重力值将决定他能跳多高, 以及他下落的速度有多快, 子弹的飞行轨迹、车辆的颠簸方式也都是由物理系统决定的。
3.5 粒子系统模块
粒子系统设计是利用粒子自动机的方法描述粒子的运动, 粒子特效模块主要是在三维虚拟场景中用来模拟和控制各种天气状况, 如雨、雪、雾等。它能够更为真实的反应出场景的环境效果, 使其更加逼真可信。
3.6 动画功能模块
目前所采用的动画系统可以分为两种:一是骨骼动画系统, 一是模型动画系统, 前者用内置的骨骼带动物体产生运动, 比较常见, 后者则是在模型的基础上直接进行变形。例如, 拆卸和组装的动作, 可以用动画帧的方式播放。
3.7 GUI背景与系统控制模块
GUI来制作浏览界面、漫游模式、按钮、滚动条、对话框等对象, 沟通程序的时间回调机制将最终用户在GUI窗口中执行的操作, 比如鼠标按钮触发等送到应用系统中去, 应用系统在得到这些消息和事件后可以根据自己的系统需要做灵活处理。利用GUI控制漫游模式, 实现不同视点和不同的运动方式的切换, 它是整个系统的集成, 用于控制系统功能的主程序。
4 结语
论文将数字技术和文献保护两者结合起来构建三维数字模型库, 该模型库能推动学术研究, 有利于文献遗产的数字化保护, 有利于建设图书馆数字化和知识化服务平台, 对图书馆的资源建设与知识服务有积极的促进作用。随着数字技术的不断发展, 虚拟现实技术也将随着网络时代宽带大规模应用的到来得到更高的突破, 古籍文献三维模型的建立会更快捷和精准, 古籍文献三维数字模型库将得到更广阔的应用。
摘要：利用信息技术进行文献数字化保护是保存与利用民族文献遗产的重要手段。本文以虚拟现实技术为基础, 结合图书馆的古籍文献特点及应用情况, 构建古籍文献三维数字模型库系统, 并对该系统的优势, 及实现该系统所涉及的关键技术作以探讨。该方法为古籍文献保存和利用提供了新的思路。
关键词：古籍文献,三维数字模型库,虚拟现实
参考文献
[1]梁爱民, 陈荔京.古籍数字化与共建共享[J].国家图书馆学刊, 2012, (5) .
[2]李辉熠, 钟山, 张立里.基于用户体验的旅游景点虚拟现实项目设计研究[J].数字技术与应用, 2013, (3) .
[3]石梅, 数字图书馆古籍文献资源库建设的思考[J].数字与缩微影像, 2012, (4) .
[4]王继阳, 李德仁等.建筑物三维重建方法综述[J].遥感技术与应用, 2009. (06) .
三维模型设计与制作 篇10
传统的三维模型展示仅仅限于360度动态观察,缺少与用户的交互,而利用VRML技术创建的三维模型的交互设计以其高度的真实感的优势呈现在广大用户面前,同时具有强大的交互功能,使得用户不仅可以从各个不同的角度观察三维模型,还可以对模型进行交互性操作。这样的三维模型展示给予了用户了解模型的更好、更形象的途径。
2. VRML综述
VRML,即虚拟现实建模语言,英文全称为:Virtual Reality Modeling Language,是一种三维造型和渲染的图形描述语言,可用来在网络上创建逼真的三维虚拟场景,它改变了网络上2D画面状态,并能实现3D动画效果,特别是改变当前网络与用户交互的局限性,使得人机交互更加方便、灵活,使虚拟世界的真实性、交互性和动态性得到了更充分的体现。
VRML语言是由节点、事件、场景、原型、脚本及路由等组成。其中节点是VRML文件中最基本的组成要素,一共包含7种类型节点,它们分别是:
Shape模型节点;
纹理影射节点;
群节点;
环境、影音与视点导航效果节点;
规范化接口节点;
动态交互感知节点;
创建新的VRML节点;
而本文则重点利用touchSensor节点和Script节点的功能来实现产品的交互性。
(1)TouchSensor节点,即触摸传感器节点,使浏览者与虚拟对象之间相接触型传感器节点,该节点创建了一个检测用户动作并将其转化后输出,以触发一个动画的检测器。
(2)Script节点,VRML主要通过Script脚本节点和Java语言接口与外部联系,同时也可以利用Script编程来实现一些简单的交互,如小球的滑动,天空飞翔的飞机等。
设计者正是利用了VRML的这些优点,创建逼真的产品三维模型,从而形成一个虚拟环境,并通过VRML中的TouchSensor和Script节点来实现对产品功能的模拟,最后发布到网络上,用户们即可在网上随意观察产品,并试用其基本功能。
3. VRML在三维模型交互设计中的具体应用
3.1 三维模型的创建
VRML中的Shape模型节点包含了三维立体几何节点、绘图节点以及外观节点,利用这些节点可以创建出原始的物体造型,也可以创建出复杂空间物体造型。纹理映射节点还可以赋予造型材质贴图装饰。但是利用VRML建模存在一些缺陷,一方面在VRML创建的模型比较粗燥,不能满足用户对高精度模型的要求;另一方,VRML是一种建模语言,因此必须先便写好程序,运行后才可观看模型,这给同步建模(即在建模过程当中同时观察模型)带来很大的不便。
3D MAX创建的模型精度高,在材质和贴图等方面都远胜VRML,同时3D MAX文件还可以转化成.wrl文件导入VRML当中,因此,可以利用3D MAX建立高精度的模型。如图1所示3D MAX创建的冰箱导入vrml后的模型。在创建过程中,注意到,因模型是在网络上进行浏览操作,会受到宽带和传输速率的制约,因此大量的模型数据不利于网络传输。所以在保证精度的基础上,尽量采用最简单的模型,如采用NURRS建模。由于冰箱的门与灯光在VRML中需要经过编程以便用户对它进行交互操作,所以门模型需要单独建立,最后再与冰箱模型组合。
3.2 VRML与Java Script的交互设计
在三维模型中,利用VRML中的TouchSensor和Script节点来实现用户与模型之间的交互。Script节点是基于事件处理来控制场景中的动作的。由VRML提供三维产品造型,并利用TouchSensor触摸传感器节点来产生触发事件,导入到Script节点的入事件接口(EventIn),而Script节点有着相应的接口变量,经过编程对VRML创建的模型对象进行读写操作或从EventOut(出事件)发送事件,再通过路由控制模型对象的节点,从而达到交互的效果。三维模型交互的工作原理如图2所示。
本例的冰箱模型,设计的交互动画主要体现在控制开门与箱内灯光,而开门的交互实现,即箱门绕着某一轴旋转90度,这可通过TouchSensor节点来控制箱门的旋转角度。在创建冰箱模型时,箱门分为上箱门和下箱门,每个箱门都由一个门,一个门把以及内架组成,可以把这三部分模型组合起来,分别命名为:upgate和downgate,以便于整体进行旋转移动。
在上箱门交互设计过程中,给上箱门upgate创建建立TouchSensor传感器,产生触发事件,并且对应着一个Script脚本中的一个旋转移动函数scr1,用以实现触发事件后的效果。对于冰箱开门交互,当点击上箱门时开门,再次点击时关门,因此,需要在此函数scr1中设置触发事件的判断布尔变量enable,并且赋予初始值为FALSE。当开门时,判断enable为非真,然后改变其变量值为TRUE。此时主要是实现改变上箱门upgate绕Y轴旋转的角度,因此,需要设置上箱门旋转后的角度,用向量组rotate1表示,并且把它设置成出事件,它指定了一个旋转轴和旋转角度,即x1,y1,z1,o1,其中x1、y1、z1代表X轴、Y轴、Z轴方向,o1代表旋转角度。而本系统的冰箱门是绕Y轴旋转90度,因此,分别赋予它们的初始值为:x1=0;y1=1;z1=0;o1=1.571,最后把x1、y1、z1、o1的值赋给向量组rotate1组即可。当关门时,判断enable为真,然后改变其变量值为FALSE。此时主要是实现改变上箱门upgate绕Y轴旋转0度,因此,旋转轴与旋转角度的值为:x1=0;y1=1;z1=0;o1=0,最后把x1、y1、z1、o1的值赋给向量组rotate1组即可。接着设置旋转后的坐标位移向量组mov1,并且把它设置成出事件,它指定了父坐标系的原点与新坐标系的原点之间X、Y、Z方向上的距离。上箱门旋转后需要移动的位移只在X轴和Z轴发生了变化,在X轴上的位移等于上箱门模型的长的一半,在Z轴上的位移等于上箱门模型长的一半,而Y轴上的位移不变。赋予x1、y1、z1的初始值为:
然后把x1、y1、z1的值赋给向量组mov1组即可。当关门时,上箱门回到原来的位置,x1、y1、z1的值并不发生变化,其值为:
最后,通过路径,把Touch Sensor触摸传感器节点的触发时间变量touch Time传给函数scr1的入事件touch1,再把函数scr1的出事件rotate1和mov1传给上箱门模型upgate,就可实现开门的交互。
同理,冰箱下箱门的开门动画亦可使用同样的方法实现其交互设计。最后的效果如图3所示。
对于箱内灯光,在箱体内创建一个泛光灯Omni01,并设置它的变量on值为FALSE,用以表示灯光为关闭状态,如果该值TRUE,则表示灯光为打开状态。另外,在冰箱侧面上创建一个开关按钮kai,并为它创建一个TouchSensor传感器,产生触发事件,并且对应着一个Script脚本中的一个开关函数scr3,用以控制泛灯光Omni01的变量on的值,以实现灯光的开关。对于冰箱灯光交互,当点击开关按钮时灯光开,再次点击时灯光关,因此,需要在此函数scr3中设置触发事件的判断布尔变量enable,并且赋予初始值为FALSE。当开灯时,判断enable为非真,然后改变其变量值为TRUE。此时,同样设置一个布尔变量open,并设置为出事件,其值为TRUE,用来赋给泛灯关的变量on,表示灯光打开,当关灯时,判断enable为真,然后改变其变量值为FALSE,此时,open的值为FALSE,表示灯光关闭。最后,通过路径,把TouchSensor触摸传感器节点的触发时间变量TouchTime传给函数scr3的入事件touch3,再把函数scr2的出事件open传给泛灯光的变量on,即可实现灯光的交互,其效果如图4所示。
4. 结束语
利用vrml中的动态触摸传感器节点与场景中的模型进行交互,再通过Script脚本产生触发事件,从而达到对模型的交互设计,这给三维模型展示带来一个全新概念,可以在网络上给用户创造一个更逼真、更人性化的环境,使得它们有着身临其境的感觉。由于模型是单个展示,若把模型放到一个特定场景中,对于只操作模型而不操作场景的方法仍有待研究。
摘要：介绍了VRML技术在三维模型交互设计的应用,分析了VRML与JavaScript相结合的可控性效果,从而使三维模型可进行动态观察,并与用户产生交互。以一品牌冰箱为例,利用3dmax创建模型,结合vrml中的TouchSens节点和JavaScript脚本来实现对冰箱模型的交互。
关键词：VRML,JavaScript,交互设计,三维模型
参考文献
[1]张金钊,张金镝,张金锐.拟现实三维立体网络程序设计语言VRML—第二代网络程序设计语言[M].北京:清华大学出版社,2004.
[2]郑凯文.3DS MAX NURBS曲面建模使用详解与创作实例[M].北京:人民邮电出版社,1999.
[3]Kris Jamsa,PH.D.,Phil Schmauder,Nelson Yee.VRML程序员实用例库[M].电子工业出版社.2000.
三维模型设计与制作 篇11
关键词：数字控制；模型制作；雕刻
1 数字控制技术概述
数字控制技术也叫计算机数控技术，是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。它已发展成为对制造技术发展有着深远影响的共性工程技术。随着计算机技术、信息技术、自动化技术在模型设计与制作行业的应用，极大推动了模型设计与制作行业的发展。在模型设计与制作过程中，CNC技术主要承担了雕刻工作，在雕刻过程中需要计算机辅助设计技术（CAD技术），计算机辅助制造技术（CAD技术），数控技术（NC技术）精密制造于一体。
2 模型制作方法
模型制作广泛应用在产品展示、产品生产中。实物模型制作有多种方法，有油泥模型、快速成型模型、仿实物模型等。其中油泥模型精度不高，强度亦不高。快速成型技术制造的模型需要有专门的实验室环境，设备成本高维护费用昂贵，模型强度低，易断裂，可加工性差，具有局限性；并且不能制作出复杂的装配关系。仿实物模型造价昂贵。而数控加工制作的实物模型避免了上述缺点，具有精度高、强度大、装配精确等优点。
3 模型材料的选择
采用不同的材料制作模型，其加工工艺各不相同。建筑模型采用材料种类繁多，主要有粘土、石膏、木材、纸质、ABS板材、PVC等复合材料等。选择怎样的材料主要取决于用模型的类型和表现的风格，不同的材料其加工工艺也各不相同，当然表现效果也各有千秋。选择材料时要考虑材料的厚度、色彩、表面质地、肌理和加工工序和方法等。应通过材料的特点来彰显模型的艺术魅力。
粘土、石膏、锯末、草粉等材料主要用于曲面造型。比如家具、地形、车辆、树木等模型的制作。粘土和石膏也常用于概念性模型。
木材易于加工、便于造型、细节肌理细腻、适合深度加工、表现细节。可以作为建筑的骨架、基础地形，也可作为园林小品、建筑装饰配件等，还可以作为规划模型中的整个建筑实体。
用数控技术加工产品模型時，可以根据模型的加工难易程度、结构强度及外观展示效果等进行材料的选择，选用金属或塑料等材料。对于只为了展示效果或检验安装关系的模型一般选用工程塑料。
ABS工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、染色性，成型加工和机械加工较好，并且具有很好的粘结性能和塑催田。并且有多种厚度和宽度规格的成型板材。对于只以展示造型效果为目的的模型，无受力导致变形的问题，可采用常用ABS工程塑料。对于要达到透明效果的零件，需采用PMMA（亚克力）材料。
4 模型制作中的拆分与安装
在模型制作中，由于模型尺寸较大，结构复杂等原因难以加工时，需要对模型的进行拆分处理，在拆分与拼接的过程中，基本按以下原则进行：1）保证拆分与拼装后的强度符合要求；2）拆分后方便加工与拼接的原则；3）节省材料，减少切削时间原则；4）便于拼接时定位准确，操作方便的原则。
5 模型设计与制作流程
由于现代模型制作工作量大，要求高，现在CNC技术将计算机自动雕刻取代了手工雕刻。CNC技术是集计算机辅助设计技术（CAD技术）、计算机辅助制造技术（CAM技术）、数控技术（NC技术）、精密制造技术于一体。其制作流程如下：
（1）根据模型的外形，复杂程度，对模型进行分析，制定加工方案，根据图纸和具体加工要求，确定加工尺寸、加工深度、加工图形形状。形成设计草稿。
（2）从设计到加工的环节，必须用准确的三维数字模型进行传递，只有设计师自己提供或认可的计算机三维造型模型，才能准确使设计草图真正得以实现。绘制、编辑加工数据图形及数据转换处理。CNC雕刻机是由计算机控制实现的，如何将设计思路，按加工要求，绘制出准确的尺寸、形状、位置关系的数据图形，从而生成雕刻机的工作控制指令比如精雕机就需要操作人员能熟练掌握JDPaint中的各种命令，根据设计思路，绘制出加工图形数据，并由雕刻机生成刀具路径，刀具路径的计算是由雕刻软件完成的，刀具路径的计算依据是加工图形数据和操作员的工艺规划共同决定的，雕刻软件按操作员规划的工艺和雕刻设计图进行刀具路径计算的。因此，要准确完成加工，需要操作员不仅要熟练掌握绘图命令还要能理解CNC加工工艺方法。
（3）数控加工：采用CNC技术加工是自动化的，只需要开始前，正确选择好刀具、装卸刀具、对加工材料进行合适的装卡，设定切削参数，可由雕刻机自动完成雕刻工作。
（4）表面处理与粘帖：为了使表面光滑平整，需要进行打磨处理，先用较粗砂纸打磨，而后用较细砂纸打磨。对有较高要求的可进行喷灰处理，用来检查打磨后表面光洁程度。最后用胶水进行粘帖、拼接，胶水分为快干、慢干两种。快干可以在3内进行快速粘帖，慢干可以使工件有充分的时间进行调整。牙粉和胶水混合可以填补拼接的缝隙，使表面平整，为了使慢干胶水迅速固化可采用丙酮。
6 结语
利用CNC技术进行雕刻拼接制作模型是目前先进的模型设计与制作技术，它不仅需要设计人员、操作员，能利用合适的材料进行创意设计、更需要能熟练掌握专业的三维工业设计软件进行绘图并了解其工艺，正确绘制图形，合理规划工艺，制作出符合设计师设计理念的模型产品。
参考文献：
[1] 郎世奇.建筑模型设计与制作[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.
[2] 陈胜，章海，李静敏.雕刻机在CAM实验教学中的应用[J].实验室研究与探索，2009，28（04）：6567.
三维模型设计与制作 篇12
关键词：三位一体,三维动画教学,人才培养
一、“三位一体”教学模式的设计背景
三维动画作为一种新兴的动画形式, 近几年发展非常迅速, 并以多种形式呈现在日常生活中。我们所熟知的动画影片、广告动画、网络动画、游戏动画、建筑漫游动画等都出现了三维动画的身影。根据发展需要, 许多高职院校无论是艺术类、技术类、理工类甚至商业经济类的院系都陆续开设了针对三维动画教育的专业, 但其培养目标、就业定位能否为市场动画产业提供适合的、多样化的人力资源?能否根据市场需求培养出不同岗位的多层次人才?答案好像并不乐观。
通过对三维动画方向毕业生就业情况的市场调研, 我们发现大部分高职院校人才培养定位与学生就业市场需求存在一定程度的错位。多数应用型本科院校开设动画专业都是定位于传统的动画教学, 这类院校的培养方案所培养的人才多是从事动画编剧、动画设计、建模师、灯光师、动画师等工作。但目前市场上需求量最多的却是一些跟动画专业相关的就业方向, 如电视栏目包装、游戏模型设定、影视广告等职位。这就造成了动画就业市场与动画人才培养的错位。再者, 各高校为及时抓住动画发展形势, 虽纷纷开设了动画专业, 但是师资水平参差不齐, 开设的课程也是五花八门。更有甚者, 可能根据现有师资水平来决定课程开设, 无视市场需求, 闭门造车。
笔者在动画专业教学一线、企业工作的实践中, 一直致力于三维动画教学理论研究与效果实践活动。通过对三维动画教学模式的研究与总结, 本着以高职教育理念为指导, 以市场需求为导向的理念, 提出以三维动画专业基础课、实践项目课和原创设计课“三位一体”的递进式分层次教学模式。抛砖引玉, 希望对三维动画教学实践及人才培养起到一定的作用。
二、“三位一体”教学模式的特点
三维动画“三位一体”教学模式的各个阶段都以技能人才培养为目标, 又各有侧重, 环环相扣, 层层深化, 螺旋上升, 使学生的各种能力得到全面的发展。根据研究和实践, 笔者总结出“三位一体”的三维动画教学模式有如下特点。
(一) 针对性
1. 培养目标具有针对性
“三位一体”三维动画教学模式改变了传统的“学软件”的教学方式。传统的三维动画教学往往是教师教授一种制作三维动画的软件技术, 并以教授这种软件操作主宰课堂, 其培养目标模糊, 知识结构混乱。而三维动画“三位一体”教学模式则是根据三维动画人才培养目标制定出相应的专业课程。例如, 三维动画第一阶段是专业基础课, 课程教学目标培养的是三维动画基础操作人才;第二阶段为项目实践课, 培养目标为三维动画操作技能熟练人才;第三阶段为三维动画的原创设计课, 培养目标为三维动画精英原创设计人才。
2. 教学内容具有针对性
三维动画“三位一体”教学模式以学生为中心, 根据学生掌握知识的情况, 把教学内容分为大内容、小内容和拓展内容。大内容是指课程的基本内容, 要求百分之一百的学生掌握。小内容是课程的难点内容, 要求百分之四十左右的学生在掌握大内容的基础上进行掌握。拓展内容是培养创造性和研究性思维的内容, 要求百分之二十的学生在掌握大内容和小内容的基础上进行掌握。三维动画“三位一体”教学模式根据学生接收知识的能力, 把教学内容设置为三个等级, 对学生因材施教、分类指导。
(二) 实用性
三维动画“三位一体”教学模式以市场需求为导向, 以实现人才培养与就业岗位零距离、专业设置与市场需求零距离为目标, 进行递进式、分层次教学, 使学生毕业后能够真正做到学以致用, 成为市场需求的实用人才。
在执行三维动画“三位一体”教学模式的过程中, 教师把市场当下岗位任务带入课堂教学, 真正做到教师教授的知识点与市场需求的职业能力实时更新与同步。
(三) 趣味性
三维动画“三位一体”教学模式以职业岗位环境与任务模拟为教学手段, 课程教学以岗位职业能力培养为目标。社会职业岗位环境与任务模拟能够很好地提高该阶段学生对课程教学内容的学习兴趣, 激发学生对课程内容的求知欲, 调动学生对学习任务内容的关注度。整个教学过程, 以任务驱动教学方法来引起学生的学习兴趣。
三、“三位一体”教学模式的内容
所谓教学模式, 是在一定的教育思想、教学理论、学习理论的指导下, 在一定环境中展开的教学活动进程的稳定结构形式。
“三位一体”三维动画教学模式是把三维动画专业基础课、三维动画实践项目课和三维动画原创设计课组建为一体, 并在三维动画教学的过程中构建起一种金字塔递进式、分层次人才培养结构 (见图) 。图的左侧为课程设置, 右侧为课程相对应的培养目标。为更好地适应市场需求, 三维动画“三位一体”教学模式对三维动画人才进行因材施教、分类指导, 培养三维动画软件基础操作人才、技能熟练人才、技术与艺术真正结合的复合型精英人才。
三维动画专业基础课由视听语言与剧作结构课程、脚本设计课程、场景及角色造型课程、运动规律课程、动画软件基础 (Photoshop、Maya) 课程组成。人才培养目标为三维动画基础操作人才, 所具备的职业能力如表1所示。
三维动画项目实践课程, 是教师把企业实践的项目带进课堂, 根据市场对项目提出的具体要求指导学生完成。人才培养目标为三维动画技能熟练人才, 所具备的职业能力如表2所示。
三维动画原创设计课程由思维课程、原创动画短片制作课程组成。人才培养目标为三维动画原创专业人才, 所具备的职业能力为如表3所示。
四、“三位一体”教学模式应注意的问题
首先, 要求专业教师拥有企业一线的工作经验, 能够实时更新自己的理论知识与实践经验。三维动画“三位一体”教学模式的课堂教学是以公司职业岗位环境与任务模拟为手段, 教师把市场当下的岗位任务带入课堂教学, 做到教师教授的知识点与市场需求的职业能力实时更新与同步。所以, 专业教师一定要具备实时的企业实践经验, 并能够将其成功应用于课堂教学。
第二, 注意教师角色的转变, 三维动画教学模式要求教师由教学者转为助学者。在三维动画的教学过程中, 学生组合成项目创作团队, 并且分别扮演导演、场景设计师、角色设计师、渲染师等角色来完成三维动画短片的学习与制作工作。在设计与制作过程执行导演负责制, 由学生来领导和管理学生, 教师辅助团队负责人进行整组的指导与管理工作。
第三, 制定适合三维动画“三位一体”教学模式的课堂管理条例。三维动画“三位一体”教学模式的课堂与传统课堂教学的最大区别就是灵活度。课堂不仅仅指的是教室, 还包括根据剧本需要进行素材采集的外景、摄影棚等, 或根据不同需要进行学习研究的图书馆、实验室等。教师在不同的课堂对学生进行学习内容、进度、效果的整体观察与掌控, 并对其适时反馈与管理。这就需要灵活和多样的课堂管理条例, 在整个教学过程中, 能够给三维动画教学环境一个有力的保障。
五、结论
综上所述, 基于“三位一体”的三维动画教学模式不仅是课程设置、教学手段的转变, 更是一种教学理念的转变。它打破了传统的三维动画教学格局, 突破了传统三维动画课堂教学的局限。其培养目标明确, 教学手段灵活, 为三维动画多层次人才的培养提供了有效的教育途径, 有效地实现了课堂教学与工作岗位职业能力的紧密衔接。
参考文献
[1][美]布鲁纳.教育过程[M].邵瑞珍译.北京:人民教育出版社, 1989.
[2]赵艳.高职院校《maya动画设计与制作》课程改革初探[J].电脑知识与技术, 2010 (21) .