1　“虛擬世博”簡(jiǎn)介

由于“虛擬世博”是新生事物,業(yè)界還未有明確的定義,這里筆者所下定義僅代表個(gè)人觀點(diǎn)。“虛擬世博”是以Internet傳播媒體為平臺(tái),將世博會(huì)舉辦的世博園區(qū)、舉辦城市和輻射區(qū)域構(gòu)建成網(wǎng)絡(luò)虛擬空間,以政府、企業(yè)、個(gè)人和社會(huì)為網(wǎng)絡(luò)虛擬空間中的應(yīng)用對(duì)象,以虛擬的網(wǎng)絡(luò)空間為基礎(chǔ),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)為手段,全面構(gòu)筑一個(gè)以信息化應(yīng)用為中心的全新的、可以實(shí)現(xiàn)人-機(jī)在世博問題上互動(dòng)交換的虛擬世博會(huì)。

2010年上海的“虛擬世博”有三個(gè)亮點(diǎn):虛擬場(chǎng)館建設(shè)、虛擬場(chǎng)館漫游、虛擬網(wǎng)絡(luò)游戲。

1.1　虛擬場(chǎng)館建設(shè)

虛擬場(chǎng)館構(gòu)建主要偏重空間景觀設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)和視覺傳達(dá)設(shè)計(jì),也就是觀眾面對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)可以根據(jù)自己的喜好和世博會(huì)的主題設(shè)計(jì)出自己理想中的場(chǎng)館以及場(chǎng)館內(nèi)的陳設(shè)和布置,同時(shí)包括場(chǎng)館主題公園和吉祥物的設(shè)計(jì)。實(shí)際上就是觀眾充當(dāng)虛擬場(chǎng)館的設(shè)計(jì)師,讓自己提交的作品與系統(tǒng)互動(dòng)。當(dāng)然,虛擬場(chǎng)館的建設(shè)不僅需要強(qiáng)有力的Web3D技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持,還需要參與建設(shè)的受眾有設(shè)計(jì)方面的才能和獨(dú)特的創(chuàng)意。

1.2　虛擬場(chǎng)館漫游

“虛擬場(chǎng)館游漫游”的核心構(gòu)想就是在世界各地的各個(gè)城市設(shè)立虛擬大廳,各參展城市的展館外形與內(nèi)部結(jié)構(gòu)、空間布局、展示內(nèi)容等均與其實(shí)體館相同。按照功能的不同,虛擬展館分為瀏覽館和體驗(yàn)館兩個(gè)類型,觀眾在瀏覽館內(nèi)可以全方位了解展館的空間布局和主要參展內(nèi)容,并可通過文字、圖片、視頻、音頻等方式進(jìn)行深度了解,人們通過電腦就可以輕松俯瞰世博園區(qū)的三維全景,并在數(shù)百個(gè)國(guó)家、地區(qū)和國(guó)際組織的展館間輕松穿梭漫游。

1.3　網(wǎng)絡(luò)虛擬游戲

關(guān)于虛擬世博的網(wǎng)絡(luò)游戲以開發(fā)“科技與環(huán)保”的游戲?yàn)橹鳌８鶕?jù)上海2010年世博會(huì)的口號(hào)“城市,使人生活跟美好”開發(fā)城市環(huán)境建設(shè)的游戲,網(wǎng)上參觀者也可以實(shí)時(shí)參與線上和展覽現(xiàn)場(chǎng)的各類三維互動(dòng)活動(dòng)。同時(shí),虛擬世博還將打造“未來之城”虛擬社區(qū),借鑒網(wǎng)游的概念和形式,集合全球網(wǎng)民的創(chuàng)意和協(xié)作,共同建設(shè)一個(gè)和諧之城、未來之城。

2　可口可樂館的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

為了更好的研究“虛擬世博館”中對(duì)游戲動(dòng)漫技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合,作者以可口可樂館的構(gòu)建為例。

2.1　場(chǎng)館模型構(gòu)建

場(chǎng)館模型制作指除虛擬角色以外的一切場(chǎng)景物品、動(dòng)物、植物等的實(shí)體模型制作。按體積、精度、表面紋理與所處位置來分,可用不同的技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn):①創(chuàng)建場(chǎng)景中規(guī)則實(shí)體時(shí),如可口可樂館的樓體等,選擇適當(dāng)?shù)囊暱?根據(jù)實(shí)物的實(shí)際尺寸繪制立面的2D形狀,然后拉伸形成3D模型,可利用Maya、3Dmax等三維動(dòng)畫軟件進(jìn)行制作;②對(duì)于細(xì)長(zhǎng)條的物體如門柱、窗框等實(shí)體,可采用單一面片和貼圖照片來表現(xiàn)。如果使用幾何模型來仿真這些實(shí)體,會(huì)增加場(chǎng)景的幾何模型和面片數(shù)量,會(huì)在渲染場(chǎng)景中不會(huì)出現(xiàn)鋸齒和閃爍現(xiàn)象,影響場(chǎng)景仿真的整體效果;③創(chuàng)建場(chǎng)景中不規(guī)則實(shí)體時(shí),可使用放樣或車床等技術(shù)手段。對(duì)于具有固定橫截面實(shí)體,如場(chǎng)館樓梯扶手等,先繪制其2D橫截面和路徑,然后使用放樣路徑生成模型。對(duì)于具有繞對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)特征的實(shí)體,如場(chǎng)館外的可樂平臺(tái),先繪制其2D輪廓線,然后使用車床生成3D模型。使用放樣路徑或車床等時(shí),應(yīng)仔細(xì)調(diào)整參數(shù),使生成的模型既能滿足實(shí)際需要,模型的面片數(shù)又不會(huì)過多。如果參數(shù)不當(dāng),模型的面片數(shù)量將急劇增加,導(dǎo)致場(chǎng)景系統(tǒng)的整體運(yùn)行性能下降;④對(duì)于表面紋理復(fù)雜的物體,可采用拍攝貼圖的方式進(jìn)行制作。這樣可以避免高難度復(fù)雜紋理的三維建模以及不必要的系統(tǒng)仿真開銷;⑤對(duì)于處于遠(yuǎn)處的模型,則可使用大面積平面貼圖的方式進(jìn)行制作。

可口可樂展館為一座兩層建筑,建筑風(fēng)格講求虛實(shí)對(duì)比和顏色變化,外立面簡(jiǎn)潔獨(dú)特,所有的外墻均采用金屬防風(fēng)雨百葉,刷成“可口可樂”的紅色。圖2為場(chǎng)館模型效果。

2.2　角色動(dòng)畫制作

虛擬角色的構(gòu)建包括角色外觀、角色表情、角色動(dòng)作的構(gòu)建。角色外觀可通過Maya、3DMax等軟件來制作,完成后再導(dǎo)入虛擬動(dòng)畫拍攝場(chǎng)景。構(gòu)建虛擬角色的步驟主要有外觀構(gòu)建、模型細(xì)化、骨骼動(dòng)畫制作等。文章以場(chǎng)館中的動(dòng)畫角色之一“勞模”為例:

(1)建模:以box為基礎(chǔ),用多邊形建模建出身體模型,對(duì)部分分離后后建出腰帶,鞋子,衣服以及頭盔;

(2)材質(zhì):為模型添加多為子材質(zhì),為身體,衣服等部分分別調(diào)節(jié)材質(zhì)。圖3即為角色加上材質(zhì)后的效果;

(3)渲染:為模型打燈光,做測(cè)試渲染;

(4)骨骼:為模型綁定骨骼并調(diào)節(jié)動(dòng)作。圖4為加上骨骼動(dòng)作后的效果。

(5)動(dòng)畫:角色外觀與動(dòng)作構(gòu)建結(jié)束后導(dǎo)入虛擬動(dòng)畫拍攝場(chǎng)景。圖5為動(dòng)畫場(chǎng)景。

2.3　場(chǎng)景交互漫游

虛擬場(chǎng)景漫游系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)漫游者與虛擬場(chǎng)景的交互。場(chǎng)景漫游主要控制視點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方式,其中導(dǎo)航用于跟蹤并顯示游覽者在虛擬場(chǎng)景中的位置;系統(tǒng)控制用于設(shè)置其它功能,如視角設(shè)置和錄像錄制等。觀察場(chǎng)景需要設(shè)置視點(diǎn)的空間位置、觀察方向、視角及焦距等參數(shù),經(jīng)過視口裁減、消隱而生成圖像并輸出至顯示設(shè)備。

對(duì)于立體觀察,必須設(shè)置另外一個(gè)視點(diǎn),兩者之間的空間距離約為人眼距離,生成圖像并輸出至顯示設(shè)備。漫游場(chǎng)景則是不斷地變換視點(diǎn)相應(yīng)參數(shù),生成連續(xù)的圖像并輸出至顯示設(shè)備。在可口可樂館中的漫游引擎中絕大多數(shù)功能都被定義為可選擇項(xiàng),即漫游者可以根據(jù)自己的需要打開或關(guān)閉某種功能。在館中可以觀賞到不同時(shí)段(白天、夜晚)的校園景色,可以用任意視角、任意路線游走于館內(nèi)外。圖6為場(chǎng)館交互漫游館外漫游。