Q3D中貼圖烘焙技術(shù)的研究

Quest3D虛擬現(xiàn)實(shí)中貼圖烘焙技術(shù)的研究楊立新，劉飛鴻，李毅林，劉堯（沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，沈陽(yáng) 110866）摘要：本文介紹了Quest3D中的核心技術(shù)即貼圖烘焙，通過(guò)層次分析法說(shuō)明了貼圖烘焙技術(shù)的重要性，并簡(jiǎn)潔的說(shuō)明了貼圖烘焙技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法。關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；Quest3D；貼圖烘焙技術(shù)；層次分析法The study of map baking technology in Quest3D virtual realityYang Li-xin,Liu Fei-hong（College of Forestry,Shenyang Agriculture University,Shenyang 110866）Abstract: This paper introduces the core technologies of Quest3D named map baking.Through AHP illustrates the importance of texture roasted technique,and concise illustrates the realization method of map baking technology .Keywords: Virtual reality technology；Quest3D；Map baking technology；Analytic hierarchy processQuest3D作為當(dāng)今一種主流的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在園林設(shè)計(jì)中的應(yīng)用具有重要意義，其中實(shí)時(shí)光影渲染是決定其能否實(shí)現(xiàn)園林場(chǎng)景真實(shí)表現(xiàn)的一個(gè)重要方面，而通過(guò)貼圖烘焙技術(shù)則可實(shí)現(xiàn)這種實(shí)時(shí)光影在計(jì)算機(jī)中的流暢表現(xiàn)。1. 貼圖烘焙技術(shù)1.1貼圖烘焙技術(shù)簡(jiǎn)介貼圖烘焙技術(shù)也叫“Render To Textures”，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是一種把光照信息渲染成貼圖的方式，而后把這個(gè)烘焙后的貼圖再貼回到場(chǎng)景中去的技術(shù)。1.2貼圖烘焙技術(shù)發(fā)展3Dmax中貼圖焙技術(shù)最早在3Dmax5中出現(xiàn)，但還有一些不完善和缺陷，但相信在今后的版本中會(huì)慢慢完善的，在人們?cè)絹?lái)越追求真實(shí)光照的效果的情況下這項(xiàng)新的技術(shù)一定前景廣闊。2貼圖烘焙技術(shù)實(shí)現(xiàn)意義貼圖烘焙技術(shù)是Quest3D的核心技術(shù)，是把非實(shí)時(shí)渲染的效果帶到實(shí)時(shí)場(chǎng)景中去。使其后期制作逼真的虛擬現(xiàn)實(shí)效果成為可能，它直接決定了虛擬園林制作的成功于否，是三維模型轉(zhuǎn)換為虛擬漫游場(chǎng)景的連接環(huán)節(jié)。也為我們園林設(shè)計(jì)師在后期方案表現(xiàn)中制作大場(chǎng)景景觀漫游動(dòng)畫(huà)的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。3貼圖烘焙技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法在Quest3D中應(yīng)用分析3.1應(yīng)用層次分析法確立決定虛擬現(xiàn)實(shí)物體真實(shí)度的因素圖1 三維電腦模型中決定物體真實(shí)度的關(guān)鍵因素層次結(jié)構(gòu)Figure 1 Three-dimensional computer model of decision object realistic key factors hierarchy3.1.1研究層次的構(gòu)建根據(jù)對(duì)研究目標(biāo)對(duì)象的分析，將所包含的影響因素劃分為3個(gè)層次，即目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層。具體分析如下：1) 目標(biāo)（O）：建立三維電腦模型中決定物體真實(shí)度因素的綜合評(píng)價(jià)模型（見(jiàn)圖1）2) 準(zhǔn)則（I）：綜合各要素的影響程度，將評(píng)價(jià)準(zhǔn)則確定為：固有因素和外部因素兩種。3) 方案（A）：將影響其真實(shí)度的評(píng)價(jià)因子歸納為7個(gè)，分別為：形體、顏色、材料、紋理貼圖（與材料區(qū)分，這里特指貼圖的品質(zhì)）、燈光（光照）、陰影、攝像機(jī)。3.1.2總排序，進(jìn)行權(quán)重分析 依據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析各個(gè)指標(biāo)的相對(duì)重要程序，根據(jù)層次分析法，分層構(gòu)造判斷矩陣，然后計(jì)算各指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重進(jìn)行排序（如表1）。表1 三維電腦模型中決定物體真實(shí)度的關(guān)鍵因素Table 1 Three-dimensional computer model of decision object realistic key factors因素相對(duì)權(quán)重總排序光照0.49491陰影0.15372紋理貼圖0.11313形體0.07374材料0.06985顏色0.05276攝像機(jī)0.04227根據(jù)表1所示的各指標(biāo)排序結(jié)果，可以看出各因素的相對(duì)重要性。即外部因素下光照與陰影是所占權(quán)重最大的因素。由此可以看出解決光影關(guān)系是保證虛擬現(xiàn)實(shí)物體真實(shí)度的關(guān)鍵因素，而貼圖烘焙技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效手段。3.2 Quest3D與3Dmax中貼圖烘焙比較、分析在Quest3D與3Dmax中實(shí)現(xiàn)貼圖烘焙有兩種方式：一 直接在Quest3D中運(yùn)用其自身程序?qū)ξ矬w進(jìn)行貼圖烘焙。二 在3Dmax中通過(guò)“Render to tecture”命令進(jìn)行貼圖烘焙，完成后導(dǎo)入Quest3D中，實(shí)現(xiàn)貼圖烘焙。通過(guò)對(duì)同一場(chǎng)景進(jìn)行烘焙渲染，二者渲染結(jié)果如下圖（圖2、圖3）所示：圖3 通過(guò)Max中進(jìn)行渲染烘焙Figure 3 through Max in rendering圖2 通過(guò)Quest3D中進(jìn)行渲染烘焙Figure 2 through Quest3D in rendering baking圖2 Quest3D中直接渲染烘焙Figure2 通過(guò)上圖比較顯示：Quest3D直接進(jìn)行貼圖烘焙效果不佳，由于其自身燈光系統(tǒng)不完善導(dǎo)致光影關(guān)系較弱，得不到最佳效果。而通過(guò)3Dmax中烘焙后導(dǎo)入Quest3D則完美的解決這一問(wèn)題。3.3決定貼圖烘焙技術(shù)的關(guān)鍵因素1.物體貼圖坐標(biāo)物體坐標(biāo)的正確與否直接影響到后期的烘焙最佳效果，下面以立方體、圓柱體、球體為例進(jìn)行比較說(shuō)明，詳細(xì)見(jiàn)表2表2 3DMax中立方體、圓柱體、球體貼圖坐標(biāo)參數(shù)調(diào)整Table 2 3DMax of cubes, cylinder, the sphere texture coordinate parameters adjustment基本幾何體 坐標(biāo)參數(shù)實(shí)物樣式調(diào)整前 調(diào)整后調(diào)整前 調(diào)整后立方體 U=1.0，V=1.0 U=1.0，V=1.0圓柱體 U=1.0，V=1.0 U=5.0，V=3.0球體 U=1.0，V=1.0 U=5.0，V=3.0如上表2所示：只有合適的貼圖坐標(biāo)才能滿(mǎn)足物體的正確紋理顯示，為后期烘焙做好準(zhǔn)備。2.貼圖坐標(biāo)的制作與烘焙設(shè)置要想得到正確的烘焙貼圖需要對(duì)其進(jìn)行貼圖坐標(biāo)的制作，并存儲(chǔ)為獨(dú)立的通道，通過(guò)“Render To Texture”命令設(shè)置烘焙參數(shù)，詳見(jiàn)表3。表3 3DMax中立方體、圓柱體、球體貼圖烘焙參數(shù)調(diào)整Table 3 3DMax of cubes, cylinder, the sphere map baking parameters adjustment烘焙對(duì)象對(duì)象坐標(biāo)紋理貼圖坐標(biāo)（使用現(xiàn)有通道）輸出貼圖大小烘焙圖示Box通道=2LightingMap10241024Cone通道=2LightingMap10241024Sphere通道=2LightingMap10241024綜上所述將烘焙出來(lái)的LightingMap貼圖加載進(jìn)Quest3D后即可實(shí)現(xiàn)貼圖烘焙。4.結(jié)論與討論4.1結(jié)論根據(jù)上述分析表明：貼圖烘焙技術(shù)為Quest3D中核心技術(shù)，通過(guò)貼圖烘焙技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)原始場(chǎng)景中光照信息的轉(zhuǎn)換，將原始場(chǎng)景中的真實(shí)光照陰影模擬以貼圖的形式進(jìn)行存儲(chǔ)。4.2討論1.通過(guò)以上分析，說(shuō)明貼圖烘焙技術(shù)可將模擬真實(shí)的自然光照投影信息轉(zhuǎn)換為貼圖形式實(shí)現(xiàn)Quest3D所要滿(mǎn)足的真實(shí)模擬的效果。2.由于Quest3D自身軟件的特點(diǎn)，其單純依靠貼圖烘焙技術(shù)并不能完全模擬所有特效，比如水的波動(dòng)等，需加載其他模塊進(jìn)行模擬。參考文獻(xiàn)1王棟.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展演變及應(yīng)用J.山東大學(xué)學(xué)報(bào)（理學(xué)版）,2006年7月,第41卷,第52期；58-59.2楊立新.園林設(shè)計(jì)演示動(dòng)畫(huà)技術(shù)的研究D.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文：沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006年6月10日.3李聰.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在園林中的應(yīng)用D.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文：沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007年5月8日.4蘇同向.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在風(fēng)景園林設(shè)計(jì)中的應(yīng)用D.南京林業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文：南京林業(yè)大學(xué)，2006年6月.5李國(guó)松，楊柳青論虛擬現(xiàn)實(shí)和園林藝術(shù)J中南林學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，(2)：87896最好的虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)工具EBOLhttp：blogcsdnnetzhuzhaoarchive200804022245501aspx20080402200810一147周慎.基于虛擬現(xiàn)實(shí)的汽車(chē)駕駛模擬器建模技術(shù)研究D.武漢：武漢理工大