查雁南

摘要：21世紀(jì)發(fā)展最快的莫過于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在如今家家戶戶都有電腦和手機(jī)的情況下，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在游戲、教育、體育、醫(yī)學(xué)、服務(wù)業(yè)等等領(lǐng)域都有非常廣泛的運(yùn)用。而以三維技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬仿真技術(shù)是其中技術(shù)含量最高也是表現(xiàn)形式最好的。而要實(shí)現(xiàn)帶有逼真光影的三維效果就離不開貼圖烘焙技術(shù)。

關(guān)鍵詞：仿真；烘焙技術(shù)；三維

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）07-0233-02

貼圖烘焙技術(shù)簡單的來說就是將場景中的燈光的信息烘焙到物體上去，當(dāng)移除場景中燈光的時(shí)候，把帶有燈光信息的烘焙貼圖貼到物體上效果就和場景中有燈光效果一樣。這個(gè)是傳統(tǒng)游戲場景貼圖的制作方法，而在新一代的虛擬現(xiàn)實(shí)引擎或游戲引擎中。我們已經(jīng)可以使用其自帶的烘焙系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)我們一般叫它離線烘焙系統(tǒng)。離線烘焙一般只針對場景中靜止的物體，因?yàn)楹姹哼^的物體移動(dòng)的話就會(huì)發(fā)生燈光信息不匹配等等問題。這就是為什么我們在unity3D里面要烘焙物體的時(shí)候只能烘焙靜止物體的原因了。而與靜止物體相對應(yīng)的動(dòng)態(tài)物體又是什么呢，比如我們在三維場景里面操縱的人物。以及隨風(fēng)而動(dòng)的樹木，他們的陰影是會(huì)根據(jù)自身的變化而變化。要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的陰影的話，我們就只能使用引擎里面的動(dòng)態(tài)光照了。這里肯定會(huì)有人問了，既然引擎有實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)光照的話，那我們直接用它就可以了，為什么還需要使用離線烘焙呢。那么這里我就不得不提到三維虛擬仿真軟件圖形處理的優(yōu)化問題了。

以虛擬仿真引擎unity3D為例子，對于一個(gè)三維虛擬場景的渲染必須CPU和GPU同時(shí)進(jìn)行工作。CPU一般被所需要渲染物體的個(gè)數(shù)限制，CPU給GPU發(fā)送渲染物體命令叫做DrawCalls。一般來說DrawCalls數(shù)量是需要控制的。PC平臺上應(yīng)在DrawCalls幾千個(gè)之內(nèi)，而移動(dòng)平臺上DrawCalls則在幾百個(gè)之內(nèi)。當(dāng)然DrawCalls越少性能肯定越好，所以作為優(yōu)化圖形處理的優(yōu)先選擇是盡可能的減少DrawCalls，而我們上所提到的如果一個(gè)場景要使用實(shí)時(shí)光照的話，DrawCalls的數(shù)量可能會(huì)成倍數(shù)增加。并且會(huì)增加更多的三角面，對于CPU和GPU來說負(fù)擔(dān)會(huì)加重很多，特別是在移動(dòng)終端的CPU和GPU的處理數(shù)據(jù)性能更加低下的情況下，移動(dòng)平臺上面的三維應(yīng)用基本上是不使用實(shí)時(shí)光照的。

隨著虛擬仿真軟件行業(yè)的發(fā)展，越來越多的虛擬仿真設(shè)計(jì)軟件被開發(fā)出來運(yùn)用在面向高職教育的設(shè)計(jì)專業(yè)和服務(wù)終端的客戶的領(lǐng)域內(nèi)。在設(shè)計(jì)專業(yè)的入門級課程里面，由于學(xué)生們還沒有學(xué)習(xí)到高級的設(shè)計(jì)知識和軟件的運(yùn)用，并不能自己設(shè)計(jì)制作出自己想要設(shè)計(jì)的成品出來，但是他們可以根據(jù)自己的藝術(shù)素養(yǎng)在有素材的提供情況下搭配出具有個(gè)人風(fēng)格的設(shè)計(jì)作品出來，這個(gè)在各大高職院校就有提供各種設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)室。我們根據(jù)實(shí)訓(xùn)室的內(nèi)的實(shí)訓(xùn)流程制作出來能模擬現(xiàn)實(shí)中利用有限的資源來組合設(shè)計(jì)出各種風(fēng)格的室內(nèi)、室外、餐飲、展廳設(shè)計(jì)的仿真設(shè)計(jì)軟件，而由于存于庫中的各種設(shè)計(jì)組件是可以無限更新和替換的。所以我們的仿真設(shè)計(jì)軟件也可以說是給了學(xué)生無限組合的可能。正是由于虛擬仿真軟件在空間上和資源上的無限擴(kuò)充的模式，完美解決了現(xiàn)實(shí)中授課的資源限制，也大大提升了老師教學(xué)的效率。而對于服務(wù)終端的客戶也是一樣，有了仿真設(shè)計(jì)軟件他們也可以根據(jù)自己的需要自己去組合自己想要的家裝組合。大大減少了家裝公司在前期的設(shè)計(jì)成本和時(shí)間。根據(jù)客戶的大概的設(shè)計(jì)想法，就可以給出更好的設(shè)計(jì)風(fēng)格推薦等等。接下來我要說說虛擬仿真設(shè)計(jì)軟件和傳統(tǒng)意義上的虛擬仿真軟件的特點(diǎn)和區(qū)別。

傳統(tǒng)的虛擬仿真軟件場景里面大部分的物體是靜止不動(dòng)的，只有少數(shù)的東西可以移動(dòng)比如里面的人物或者一些機(jī)械。而虛擬仿真設(shè)計(jì)軟件里面除了地面是不動(dòng)的之外所有其他的東西都應(yīng)該是可以移動(dòng)的并且可以隨機(jī)組合。那么這里就出現(xiàn)了一個(gè)問題如果他們都是需要移動(dòng)的，那他們的陰影我們又要怎么處理呢。我們知道在傳統(tǒng)的仿真軟件里面靜止的物體是可以由離線烘焙技術(shù)烘焙出陰影來優(yōu)化，對于那些少量的動(dòng)態(tài)物體我們一般給打上一個(gè)實(shí)時(shí)光陰影，或者干脆不打陰影，對于軟件的運(yùn)行和美觀都不會(huì)產(chǎn)生很大的影響。那對于仿真設(shè)計(jì)軟件呢，我們開啟實(shí)時(shí)光肯定是不現(xiàn)實(shí)的，這樣對于系統(tǒng)的負(fù)荷太大，軟件運(yùn)行起來會(huì)非常緩慢。而設(shè)計(jì)類的軟件對于美觀是有一定要求標(biāo)準(zhǔn)，沒有陰影肯定非常的不美觀，達(dá)不到我們所需要的設(shè)計(jì)要求。所以在這里考慮到軟件的運(yùn)用需求和優(yōu)化需要我找到了一個(gè)能解決這個(gè)問題的方法，那就是模塊式烘焙技術(shù)。

模塊式烘焙顧名思義就是我們將仿真設(shè)計(jì)軟件里面每個(gè)素材所產(chǎn)生的單個(gè)陰影都烘焙出來搭配到和他們相對應(yīng)的物體上。這樣我們隨機(jī)組合這些素材的時(shí)候由于陰影是匹配到每個(gè)素材上面的，所以陰影是跟著物體運(yùn)動(dòng)的，這樣我們即使不使用實(shí)時(shí)光也達(dá)到了我們讓物體帶上陰影并可以一起移動(dòng)的效果，下面我來說說制作技術(shù)要領(lǐng)。主要分為2個(gè)步驟：

第一個(gè)步驟是在三維軟件里面制作出來每個(gè)模塊的陰影，這里我以3DMAX軟件為例，并使用Vray渲染器進(jìn)行制作。首先在大自然里面我們要產(chǎn)生一個(gè)陰影必須有2個(gè)必備條件，第一個(gè)就是需要有燈光或太陽，第二個(gè)就必須有接受陰影的物體。所以3DMAX里面我們制作每個(gè)物體的陰影的時(shí)候就必須用到一個(gè)平面來烘焙模擬出每一個(gè)物體的陰影。下面我們來進(jìn)行陰影的制作。首先，我們創(chuàng)建一個(gè)場景。其中有我們要用的物體（場景里面的計(jì)算機(jī)），以及打好的燈光。先創(chuàng)建一個(gè)較大的平面放在物體的底部，然后進(jìn)行測試渲染，查看陰影的大小。下面我們重新創(chuàng)建一個(gè)平面讓它恰好比物體的陰影略大并覆蓋住陰影（圖1）。確定了這個(gè)陰影承載平面的大小之后，我們右鍵點(diǎn)擊它，在彈出來的右鍵菜單中找到Vray properties選項(xiàng)并打開，設(shè)置成圖2，紅色線框的部分為修改部分。修改完之后我們按快捷鍵0直接開打烘焙面板，然后設(shè)置烘焙輸出Vray CompleteMap就行了，烘焙渲染之后我們要一定要輸出成帶有Alpha通道的貼圖格式常用的有TGA、PNG等3D陰影制作就完成了。要注意的是用Vray渲染器烘焙輸出的貼圖一定得帶有Vray前綴。大部分的漢化Vray渲染器烘焙都會(huì)出錯(cuò)，所以一般使用英文版的Vray。

下面我們就要將在3DMAX里面制作好的素材和陰影一起導(dǎo)入到unity3D里面了，其他的素材和我們平時(shí)基本導(dǎo)入一樣。而陰影部分只需要將其材質(zhì)更換成透明材質(zhì)就行了。

通過這樣模塊式的烘焙陰影的方法，我們就可以在虛擬仿真設(shè)計(jì)軟件里面實(shí)現(xiàn)不打燈光就可以隨機(jī)的將我們設(shè)計(jì)元素放在不同的地方并且不影響設(shè)計(jì)效果。并且沒有多少性能的損耗，大大提升了軟件的使用性能和美觀，使得仿真設(shè)計(jì)軟件在空間上的無限性得以體現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 尹仲祺.淺談3D模型真實(shí)感的設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2001（6）.

[2] 況揚(yáng)，江婕.虛擬三維場景中貼圖問題探索[J].福建電腦，2011（11）.

[3] 鄢小清，王振國，胡小平.如何在三維動(dòng)畫中使用動(dòng)態(tài)貼圖[J].微型機(jī)與應(yīng)用，1995（9）.

[4] 李自力.虛擬現(xiàn)實(shí)中基于圖形與圖象的混合建模技術(shù)[J].中國圖象圖形學(xué)報(bào)，2001（1）.

[5] 宋小冬.計(jì)算機(jī)景觀仿真技術(shù)的實(shí)用性、可推廣性[J].城市規(guī)劃，2003（8）.

[6] 何曉田.基于3D MAX實(shí)現(xiàn)虛擬校園場景建模[J].電腦知識與技術(shù)，2011（22）.

[7] 秦臻楠.基于VRP的虛擬校園的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)[J].科技信息，2011（11）.

[8] 吳伯英，吳瓊.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技成果縱橫，2007（2）.

[9] 劉林森.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)前景無限[J].發(fā)明與創(chuàng)新，2003（10）.