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云顶天宫3D场景漫游的设计与实现.rar

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    编号:20180913212856221    类型:共享资源    大小:210.96MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-13
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    云顶 天宫 场景 漫游 设计 实现
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    成都学院学士学位论文(设计)云顶天宫 3D 场景漫游的设计与实现专 业:数字媒体技术 学 号:201010421223学 生:黄彩娟 指导老师:邵泽辉摘要:本文设计并实现了一个 3D 场景漫游。简要叙述了虚拟漫游技术与该设计的背景以及意义。详细讲述了游戏场景及前景应用,游戏建模的相关基础知识。对游戏场景制作流程和实现设计的相关软件做了简单介绍,且描述了整个设计思路、问题的优化方案和云顶天宫 3D 场景漫游的设计与实现的过程。本设计应用 Maya 软件进行场景建模与动画实现,通过 Photoshop 软件来设计与处理图像,使用 After Effects 软件为动画添加特效与后期合成。整个漫游,3D 场景效果好,动画过渡自然,不仅可以作为游戏场景、影视场景,同时为中国古建筑复原提供了参考意义。关键词:游戏场景;建筑动画;三维建模;Autodesk Maya成都学院学士学位论文(设计)Design and Implementation of the Genting Palace 3D Scene RoamingSpecialty: Digital Media Technology Student Number: 201010421223Student: Huang Caijuan Supervisor: Shao ZehuiAbstract: This thesis designs and implements a 3D scene roaming. The background and significance of the design and virtual roaming technology are introduced briefly, while the game scenes and prospects applications, the basic knowledge of game modeling are specifically demonstrated. The game scene production process and software about the design and implementation are introduced. Optimization of problems solutions and the Genting Palace 3D scene roaming design and implementation process are described.In the design, scene modeling and animation are achieved by Maya software; Photoshop software is used to design and to process images; After Effects software is used to add special effects and post-synthesis for animation. Finally, the 3D scene roaming effect is well and the transition animation is natural when the entire scene roaming completed. It can not only be used as a game scene or a movie scene, but also provide a reference value for the restoration of ancient Chinese architecture.Key words: Game Scene; Architectural Roaming; 3D Modeling; Autodesk Maya成都学院学士学位论文(设计)I目 录绪 论 .........................................................................................................................................11 3D 游戏场景的概述 ............................................................................................................31.1 游戏场景的分类 ..........................................................................................................31.1.1 按项目种类划分 ...................................................................................................31.1.2 按形式题材划分 ...................................................................................................41.2 3D 场景模型的优势与前景 .........................................................................................41.3 游戏场景制作流程 ......................................................................................................52 游戏场景制作的相关软件的应用 ......................................................................................72.1 Autodesk Maya 三维软件 ............................................................................................72.2 After Effects 后期制作软件 .........................................................................................72.3 Photoshop 图片处理软件 .............................................................................................83 云顶天宫的介绍 ..................................................................................................................93.1 云顶天宫 ......................................................................................................................93.2 云顶天宫的布局及总设计 ...........................................................................................94 云顶天宫 3D 场景漫游的制作流程 .................................................................................124.1 总策划阶段 ................................................................................................................124.1.1 技术难度分析 .....................................................................................................124.1.2 收集建筑物件参考 .............................................................................................124.1.3 绘制设计稿 .........................................................................................................134.1.4 贴图材质搜集 .....................................................................................................134.2 建模阶段 ....................................................................................................................154.3 灯光材质阶段 ............................................................................................................174.3.1 基本材质 .............................................................................................................174.3.2 绘制的材质 .........................................................................................................194.3.3 灯光 .....................................................................................................................224.4 动画阶段 ....................................................................................................................244.4.1 构思分镜头 .........................................................................................................244.4.2 漫游动画 .............................................................................................................26成都学院学士学位论文(设计)II4.5 渲染阶段 ....................................................................................................................295 云顶天宫后期制作 ............................................................................................................315.1 制作片头 ....................................................................................................................315.2 剪辑阶段 ....................................................................................................................315.3 后期处理 ....................................................................................................................315.3.1 添加音频 .............................................................................................................315.3.2 添加字幕 .............................................................................................................325.3.3 添加特效 .............................................................................................................325.4 最后渲染 ....................................................................................................................33结 论 .......................................................................................................................................35参考文献 .................................................................................................................................36致 谢 .......................................................................................................................................37成都学院学士学位论文(设计)1绪 论虚拟漫游技术 [1]是虚拟现实(VR)技术的重要分支,在建筑、旅游、游戏、航空航天、医学等多种行业发展很快。由于有可贵的3I特性——沉浸感、交互性和构想性,使得沿用固定漫游路径等手段的其他漫游技术和系统无法与之相比。虚拟建筑场景漫游是虚拟漫游的一个代表性方面,是虚拟建筑场景建立技术和虚拟漫游技术的结合 [2]。这项技术中会出现三个问题:一是对场景进行构建时,几何图形多,工作量大,需花费大量的人力;二是当场景模型复杂时,实时显示的计算量较大,实时交互与高质量图形环境有时结合困难,场景难以达到完全逼真的要求;三是场景实时渲染绘制对计算机软硬件的条件要求较高。如果计算机的速度较慢、内存不够大的话,是无法及时地显示出逼真的三维场景的 [3]。场景设计是游戏设计一个重要的模块,也直接关乎到玩家的第一体验。将游戏场景设计与虚拟现实技术相结合,得以实现游戏场景的再现。本设计最主要是在完成设计的基础上和现有的技术路线、方法上研究,找出前两点问题的优化或解决办法。云顶天宫是小说《盗墓笔记》中的一个墓穴。其庞大的构想,神秘的构造,极具中国建筑的特色与精华。云顶天宫场景设计主要是表现基于 Maya、After Effects 等软件制作虚拟 3D 场景动画的技术方法。利用三维建模软件对初稿进行建模。然后通过数字特效技术,做出 3D 数字场景漫游,为玩家还原出一个真实的云顶天宫场景,跟随摄像机视角,将全场景尽收眼底。这不仅增加了用户体验值,为考古建筑的虚拟还原也提供了参考价值。(1)国内现状现在阶段在中国,3D 技术在建筑领域得到了最广泛的应用。于建筑漫游动画、园林景观动画涉及景区宣传、旅游景点开发、地形地貌表现、国家公园、自然文化遗产保护、历史文化遗产记录、园区景观规划及绿化、楼盘景观等动画表现制作。我国VR技术研究起步较晚,与国外发达国家还有一定的差距。北京航空航天大学计算机系:着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理;在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件,并提出有关算法及实现方法;实现了分布式虚拟环境网络成都学院学士学位论文(设计)2设计,可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境等。浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统,还研制出了在虚拟环境中,新的快速漫游算法和递进网格的快速生成算法 [2]。2003 年故宫文化资产数字研究所的《紫禁城·天子的宫殿》惊艳世人,现在,良渚古国遗址数字复原、莫高窟等名胜景观都在进行数字复原。(2)国外现状美国作为VR技术的发源地,代表着该技术国际的最高水准。目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个方面。麻省理工学院(MIT)是研究人工智能、机器人和计算机图形学及动画的先锋,这些技术都是VR技术的基础[4][5]。日本主要致力于建立大规模 VR 知识库的研究,在虚拟现实的游戏方面的研究也处于领先地位。京都的先进电子通信研究所(ATR)正在开发一套系统,它能用图像处理来识别手势和面部表情,并把它们作为系统输入;富士通实验室有限公司正在研究虚拟生物与 VR 环境的相互作用,他们还在研究虚拟现实中的手势识别,已经开发了一套神经网络姿势识别系统,该系统可以识别姿势,也可以识别表示词的信号语言 [3]。本次课题研究基于 Maya 软件进行云顶天宫的建模,将设计过程和内容都展现在本文当中。本论文的总体框架结构如下所示:绪论:研究虚拟漫游技术的目的和意义,以及国内外现状。第 1 章:3D 游戏场景的概述。简述了包括分类,制作流程和发展现状。第 2 章:游戏场景制作的相关软件介绍。介绍了本课题中使用的 Maya、Photoshop等主要工具。第 3 章、第 4 章、第 5 章:详细设计。展示了整个云顶天宫漫游的主要实现。结论:结束与展望。简述本此设计中的不足和需要进一步实现的部分。本课题基本实现了预期设计,但是由于自身的能力有限加上时间仓促,本课题并未能真正解决虚拟场景技术中的问题,只是优化。成都学院学士学位论文(设计)31 3D 游戏场景的概述游戏场景是一个不太具体的概念,它表述的整体含义是游戏活动的基本载体和游戏特定的空间环境。场景游戏中重要的造型元素,表达游戏的风格,催进游戏的世界观的发展,有利于游戏角色的塑造,可以是实现空间环境,也可以是非现实空间环境。而游戏场景设计师的任务就是搭建游戏中的自然景观和角色的生活环境。随着游戏制作技术和要求的不断提高,游戏中的场景构成画面越来越精美,场景的内容越来越丰富。1.1 游戏场景的分类将游戏场景归类分析,是了解游戏场景的重要环节。游戏的分类可以按项目种类、形式题材、风格等几种划分方法。其中,按项目种类可以分为 2D 游戏场景、2.5D 游戏场景、3D 游戏场景。按形式题材可以划分为非写实场景、半写实场景、写实场景和超写实场景。1.1.1 按项目种类划分(1) 2D 游戏场景在早期的小霸王游戏机、红白机等平台上的游戏,PC 单机游戏,早期网游,现在的多数手机游戏和网页游戏,都是以 2D 游戏场景为主,如超级玛丽、魂斗罗、仙剑奇侠传等游戏都是类型的代表。特色是单张图片构成游戏场景,制作灵活度相对较大,不用担心场景面数和引擎支持问题,只要最后输出一张规定格式的位图图片就可以了。2D 场景中,独特的斜 45°视角是没有透视的,所以在制作场景时也没有透视的要求。随着现在各类平台支持图像的能力越来越强,要求游戏美工要有在小空间进行精细刻画贴图的能力。(2) 2.5D 游戏场景这是在 2D 游戏向 3D 游戏过渡时产生的一种比较特殊的场景制作方法,也被称为假 3D,融合了 3D 场景和 2D 场景两种截然不同的制作方法。和 2D 游戏场景相同的是这种场景在游戏中摄像机的视角也是固定的,所以在视角里看不到的物体就可以省略或者进行简化处理,这样即节省了内存空间同时也缩短场景制作周期。成都学院学士学位论文(设计)4(3) 3D 游戏场景随着信息科学与技术的发展,3D 游戏成为了现在游戏界的主流。 3D 游戏的交互平台如:家用主机、PC、掌上电脑等,平台跨越广。而手机智能机的普及,使得手机这一平台成为游戏平台界的新秀。3D 是全方位视角,要求场景制作人员在有限的资源条件下制作出精美的画面效果,给玩家提供优良的体验。游戏引擎的升级,游戏开发技术的不断创新,在不久的将来,虚拟技术会将 3D 游戏场景变得像科幻电影中表现的一样,创造出一个“虚拟而真实的世界” 。1.1.2 按形式题材划分(1) 非写实场景非写实场景是指卡通式绘画风格场景。诸如早期的像素游戏场景等,这类的风格多是 2D 游戏场景,RPG 游戏居多。创作题材广,周期较短,在现在仍然是一种具有优势的游戏场景。(2) 半写实场景半写实场景是指以实际场景为依据,在所开发游戏的题材上做出适当的修改,使其便得具有游戏的特色,却非完全写实。这类场景多为 2.5D 游戏和 3D 游戏为主,是游戏场景开发的一个过渡阶段。(3) 写实场景写实场景要求场景要与现实相仿,讲究气氛渲染,追求逼真的视觉效果,让玩家有身临其境的游戏体验。这类游戏多为网络竞技游戏、模拟现实类游戏。(4) 超写实场景超写实场景就是所谓的虚拟而真实的世界。游戏场景在生活中不会存在,但是人类的想象力让它们在游戏中实现,这样的场景在形式上是写实类场景,但却又是超出现实的。随着虚拟技术的发展,让玩家在游戏中拥有五感体验,将是未来游戏的终极发展目标。1.2 3D 场景模型的优势与前景基于现实场景的漫游,将三维城市、生态气候、旅游、军事、医学、航天航空等带入人们的生活,体验真实的世界。基于虚拟场景的漫游,将广告、游戏、电影、外星探险等带入全新的世界。成都学院学士学位论文(设计)5随着虚拟现实技术的不断发展,虚拟现实系统已经由最初的展示系统变为互动体验系统。场景漫游与全息影像的应用,高级投入式虚拟现实系统,可以让参观者完全沉浸在虚拟环境之中,通过佩戴外部头盔式(如 Oculus Rift 头盔)显示器,使使用者的视觉听觉完全与外界隔离,并根据头部旋转而产生不同的立体视觉和三维空间。高级投入式虚拟现实系统的产生使使用者完全与外界隔离,进入虚拟系统所产生的环境之中,极大地增强了使用者感官体验,并利用位置跟踪器、数据手套、其它手控输入设备、声音等使得参与者产生一种身在虚拟环境中、并能全心投入和沉浸其中的感觉。游戏行业对于互动体验的要求越来越迫切,投入式虚拟现实系统的诞生,可以让人完全置身于游戏环境之中,更好地体验游戏所带来的愉悦感与团队作战精神。游戏行业从最初的文字MUD游戏,到二维游戏、三维游戏,再到网络三维游戏,游戏在保持其实时性和交互性的同时,逼真度和沉浸感正在一步步地提高和加强。可以说,电脑游戏自产生以来,一直都在朝着虚拟现实的方向发展,虚拟现实技术发展的最终目标已经成为三维游戏工作者的崇高追求。随着虚拟现实技术在游戏行业渗透的不断增强,更加真实的游戏环境将在不远的将来进入我们的生活。1.3 游戏场景制作流程游戏开发室一项复杂而庞大的工程,在统一的流程规范约束下,各部门之间保持着相对独立的运作。了解和遵循制作流程,能够极大地减少游戏开发时间,避免重复工作和失误。(1) 初期立项游戏项目提案通过,确定立项后,策划人员进行需求分析,他们明确游戏中需要什么样的场景,再确定场景中的建筑风格、特点以及在游戏中将要实现的其他需求。安排好相关职位的人员。(2) 前期规划策划人员会配合关卡设计师(程序)和 2D 原画设计师共同讨论创作游戏中的关卡布局和美术效果安排是否合理,最终确定好设计方案,并由 2D 原画设计师完成场景原画设定。等技术总监确定 2D 原画设定后,制定美术制作风格、规格的要求及制作方法。(3) 前期制作成都学院学士学位论文(设计)6在前期规划完成后,3D 场景制作人员开始制作场景。他们要负责制作场景物件、场景空间、场景地形等的实现。如果工作量过大要详细分出关卡场景美术师、场景模型师、场景贴图等职位,同时由关卡设计师完全跟进,协助 3D 场景制作人员完成 3D场景制作。(4) 中期制作关卡制作人员将制作完成的 3D 场景导入引擎中调试,并查看场景在游戏中的实时效果,完成网络 DEMO 的制作。(5) 后期制作根据游戏引擎中的调试结果,有关卡设计师、关卡美术师、关卡程序员和音效师共同协助游戏策划师总结问题,局部完善,完成最终修订,游戏策划师对整个游戏进行整体评估。(6) 游戏测试及发行最终阶段交由游戏测试人员试玩游戏测试版本,并查找出测试版本中出现的BUG,在反馈给各部门进行相应修改,直到公开测试,推出市场 [6]。流程如图 1-1 所示。
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