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摘要：近年来，随着虚拟现实技术的不断发展，很多学校纷纷设计和开发了虚拟校园漫游系统，不但从根本上丰富了数字化校园建设，更对学校的规划、宣传和管理等多方面起到了积极作用。鉴于此，本文就该系统的关键环节——贴图和灯光的处理进行深入的研究，以期获得更加深刻的认识。
关键词：虚拟校园漫游;贴图和灯光;处理方式
一、虚拟校园漫游系统简述
虚拟现实技术（VirtualReaIity），简称为“VR”，是一种缘起于二十世纪八十年代，在近几年得到迅猛发展的人机交互技术，具有沉浸性、交互性、构想性等特点，最初被应用于医学、航空等领域。近年来，在相关技术的发展和普及下，虚拟现实技术的应用领域也越来越广泛，虚拟漫游校园系统正是其新的应用领域之一。虚拟漫游校园系统是指以虚拟现实技术为基础，根据校园真实环境建立起来的三维虚拟环境。因为是对校园真实客观存在场景的模拟，所以用户可以借助于计算机、手机等设备进行自主漫游，观看学校的建筑、景观等，获得一种身临其境之感。与传统的校园门户网站相比，虚拟漫游系统可以以人机交互的方式获得更加全面而深刻的感官体验，突破了以往单纯文字和图片的视觉呈现限制，从根本上提升了校园的宣传效果，体现出了学校数字化建设的水平。
二、虚拟校园漫游系统中的图片采集
1.二维卫星影像图。因为多数学校场景比较大，且较为复杂，所以为了节省时间，降低成本，可以采用建模工具SketchUp和GoogleEarth无缝结合的模式进行。具体来说，可以先从GoogleEarth中获取卫星影像图，然后导入到SketchUp中进行捕捉，获得地理位置和数据信息，通过这种方式，可以较为便捷地获得校园内建筑物、道路位置、植被覆盖等情况。在此基础上，还需要保证图片有较高的精度，方能保证最终的建模与校园真实场景相匹配。对此，需要在利用SketchUp软件时，将图像放到最大分辨率去捕捉，因为该软件和GoogleEarth有无缝结合的特点，所以不会造成分辨率的失真，也不会出现与其他软件图片拼接时的错位问题。需要注意的是，由于GoogleEarth的卫星图像图并不是实时拍摄的，而学校的建设也是日新月异，所以存有一定的滞后性。为了弥补这种不足，需要对学校的校园规划图进行参考，以此实现两者的有机结合。2.实景拍摄图。二维卫星图像仅仅是校园场景的平面展示，仅能获得建筑物布局和轮廓方面的信息，远不能满足虚拟现实漫游系统的需要，因此还要进行实景拍摄，作为三维建模时的重要参照和外部贴图。具体来说，实景拍摄应该注意以下几个方面。首先是照相机应有较高的像素，不能低于八百万像素。其次是拍照时间应尽可能选择光线亮度和强度适宜的上午，保证照片较为清晰，没有其他景物因子的影响。再次是拍摄时要保证相机的水平放置，避免照片的变形和其他物体的影响。最后是进行重点拍摄，对于一些需要重点突出的建筑或景观，要从多个角度多拍几张，满足建模时候的细节表现需要。3.纹理贴图处理。实景拍摄的照片因为像素高，所以体积巨大，如果直接作为贴图使用，既没有必要，也会造成系统运行的减慢。所以为了保证系统流畅运行，且有着良好的视觉效果，需要利用Photoshop等软件对照片进行处理。首先是像素值处理，在保证视觉效果的前提下，适当降低中照片的像素值，并保证图片宽度和高度都是2的次方。其次是剔除杂景。对路人、树枝、物体阴影等要予以剔除，并调整图片的色彩，获得色彩均匀的效果。再是选取典型。对于那些重复性的图片信息，如建筑物外墙的纹理等，仅需截图局部即可，在满足使用需要的同时减小工作量。
三、虚拟现实平台中的贴图运用
1.透明贴图。之前在制作效果图或者二维动画时，表现镂空效果的方法一般是使用两张贴图，一张添加在漫反射通道，一张添加在不透明通道的黑白图。但是在虚拟现实平台中，这种方法是不允许的，要求通道贴图必须是同一个文件，对此需要用Photoshop软件对原图进行处理，加入一个alpha通道，并保存为tja格式，再用一张带有透明通道的贴图予以替换，既可以获得预期的效果，也可以有效减少贴图的数量。此外，还可以将贴图转换为png格式，因为png格式本身是带有透明通道的，与第一种方法相比可以更加节约时间。2.无缝贴图。因为虚拟现实平台不会自动识别3DSMAX材质面板中对贴图的裁剪放置操作，所以如果想要在该平台对贴图进行裁剪，特别是裁剪后的重复运用时，还是需要利用Photoshop进行贴图处理，先使用裁剪工具进行编辑。有些贴图在拍摄时，为了获得较高的拍摄质量，往往拍摄的都十分清晰，所占的数据量很大。因此，为了提高效率，需要用无缝贴图的重复来代替。先用Photoshop打开需要的贴图，配合使用位移滤镜和图章工具，通过滑动水平和垂直滑竿来观察贴图是否有明显的接封，如果有，则使用图章工具进行处理。3.反射贴图。现实中的场景，很多物体都具有反光的特性，对此需要通过调节混合系数和添加反射贴图的方法来进行模拟，与其他方法相比，这种方法可以在提高运算效率的同时，尽可能地保证反射效果的真实。4.动态贴图。校园中的水面、火焰、喷泉等，一般都采用动态贴图的方式实现，因为动态贴图体积较大，所以为了减少场景数量，加快渲染速度，可以把一组连续的贴图文件处理成VRP支持的动态atx文件，由此获得相应的动态效果。可以看出，无论是在制作要求上，还是制作平台上，虚拟现实平台都与传统的图片制作有着较大的不同，对此一方面要熟悉新平台的特点和要求，一方面则要对传统平台予以灵活的运用，获得以老带新，新旧结合的良好效果。
四、虚拟现实平台中的灯光运用
1.灯光类型。在虚拟现实场景灯光的整体布置上，可以参考好莱坞著名的“三点照明”理论，即将整个灯光分为主体光、辅助光和背光三个类型。主体光是整个场景的主要光源，既可以是一盏，也可以是多盏，其位置一般与场景呈45度的夹角，照亮整体区域，并产生物体的阴影。辅助光较之主体光更加柔和，位置一般与整体光成90度，高度与主光源一致，但是强度不能过大，不能喧宾夺主，要起到合理的补充作用。背光灯则主要是将主体对象和背景相分离，从而使背景得到一定程度的突出。所以背光光源一般采用泛光灯，同时泛光灯的强度不能太大。2.运用要点。首先是精简灯光数目。灯光过多，不但会影响画面效果，更多会影响显示和渲染速度，增加了平台的运算量，费时费力。所以只需要结合实际情况保留必要的灯光即可。比如，室外灯光直接采用日光即可，一些建筑物中则可以用平行光来模拟天光，同样可以获得良好的效果。其次是灯光要有层次性。灯光布置不能千篇一律，而是要主次分明，有明有暗。先确定主体光的位置和强度，再确定辅助光的位置和强度，最后再添加背景光，尽可能地做到主次分明，层次丰富，清晰明朗。充分发挥出灯光要素特有的价值和意义。综上所述，我们所研究的图片和灯光处理，既是校园漫游系统中的基础环节，也是关键环节，对整个系统的视觉呈现起到决定性作用，需要设计者予以充分的重视。一方面要熟悉各种制作软件，并予以创造性地运用；一方面也要结合设计特点进行灵活的处理，使整个系统因为图片和灯光的得当处理，而获得更好的展示和应用效果。
参考文献：
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[2]张咸蔚.虚拟校园建设的关键技术及应用分析[J].计算机光盘软件与应用，2012
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[4]刘晓通，张更路，张胜发.深化虚拟校园用户体验的研究[J].电脑知识与技术，2012
作者:唐清华 单位:广安职业技术学院
