2.1　3ds Max三维动画设计

虚拟现实交互设计的三维模型，需要通过三维设计软件来进行设计和制作。本部分的3ds Max三维动画设计主要针对三维建模、材质贴图、灯光照明、摄像机设置、动画设计、渲染烘焙、模型导出等环节进行分析和讲解，以明确三维动画设计的一般方法和原理。

2.1.1　三维建模

三维建模的主要内容是利用计算机设计软件构建一个虚拟的场景，三维设计软件有很多，常见的有3ds Max、Maya、Poser、Softimage、Rhino、LightWave 3D、ZBrush等，为了配合后期VR交互设计的过程，本书案例采用3ds Max软件作为使用对象。在虚拟现实的建模过程中，场景中的模型和物体应遵循游戏场景的建模方式创建简模。

虚拟现实（VR）的建模和做效果图、动画的建模方法有很大的区别，主要体现在模型的精简程度上。影响VR—DEMO最终运行速度的三大因素为：VR场景模型的总面数、VR场景模型的总个数、VR场景模型的总贴图量。在掌握了建模准则以后，设计者还需要了解模型的优化技巧。模型的优化不光是要对每个独立的模型面数进行精简，还需要对模型的个数进行精简，这两个数据都是影响VR-DEMO最终运行速度的元素之一，所以优化操作是必需的，也是很重要的。在3ds Max中的建模准则基本上可以归纳为以下几点。

①模型个数的精简：在模型创建完成以后，利用Attach（合并）命令和Collapse（塌陷）命令可以对后期同类材质或者同一属性的模型进行合并处理，以减少模型的个数。

②模型面数的精简：Plane（面片）模型面、Cylinder（圆柱）模型面、Line（线）模型面、曲线形状模型、bb-物体的表现形式尽量用少的面数和分段去表现。模型创建完成以后，删除模型之间的重叠面、交叉面和看不见的面。

2.1.2　材质贴图

在完成场景模型的建立之后，即可为该模型添加材质。在材质设计和制作过程中，最好利用3ds Max默认的标准材质进行制作，可在漫反射通道添加一张纹理贴图。材质的命名和其他参数可以根据项目的需要和个人习惯进行设置。

如果需要将物体烘焙为Lighting Map时，一般只能设置材质为：Advanced Lighting、Architectural、Lightscape Mtl、Standard类型；在做图必须要使用到其他材质时，一般需要将该物体烘焙为Complete Map。由于后期交互设计软件不能识别多维子物体材质，所以在材质制作过程中，最好利用UVW贴图展开功能进行贴图的绘制和表现。

物体的贴图格式只允许使用JPEG、BMP、TGA、PNG、DDS等格式的文件，不支持其他格式的图像贴图，如TIFF、PSD等类型的贴图文件。

材质贴图是设计流程一般包括以下几个步骤。

①材质属性确定，确定材质的属性类别，利用标准材质，在漫反射通道添加一个位图文件来模拟物体的表面纹理，若物体带有半透明属性，还需要在材质的不透明通道添加一个黑白位图遮罩。

②UVW贴图坐标调整，将材质赋予给场景中的模型，若发现纹理在模型表面显示不正确，可以为模型添加UVW贴图坐标修改器，根据模型的造型特征，选择合适的贴图坐标方式。

③UV贴图拆分，当为物体添加完UVW贴图坐标以后，还可以利用Unwrap UVW编辑修改器对模型的UV进行拆分，输出平面贴图到Photoshop中进行绘制，然后再指定给场景中的模型物体。

通过以上的当时基本可以完成物体材质的制作，对于物体表现特殊的高光和反射属性，可以不用调整，在后期交互设计软件中，可以调节出非常优秀的材质效果。

2.1.3　灯光照明

灯光照明设计主要是对场景创建灯光信息的过程，其目的在于照亮整个场景，增加场景的色调和氛围，由于灯光的布置有很多种方法，但这一切都需要结合实际项目来变化的，下面的场景布光方式仅供参考（图2-1）。

以上布置灯光的方法先是把一个物体理解成一个Box，它由6个面组成，为了控制和表现每个面的明暗关系，可以在各个面都打了一盏灯，每个灯的参数不一样（图2-2）。也可以把整个场景理解成一个Box，细节部分可以通过添加辅助灯光进行局部调节。

图2-2中各项灯光的参数设置如下：

1号灯是主灯建议亮度在0.8～1.0，色调可以偏暖，开启阴影。

2号灯是天光建议亮度在0.6左右，把环境色改成白色。

3号、4号灯是背光辅助灯模拟天空对物体的影响。亮度为0.1～0.3。

5号灯是照亮物体底部和顶部的。灯亮度为0.3～0.5。

6号、7号灯是照亮物体亮面的，目的是为了能让亮面更亮。灯亮度为0.1～0.3。

8号灯是照亮地面和物体顶部的。灯亮度为0.1～0.3。

跟室内制作一样，无论如何创建灯光，目的都在于渲染出好的灯光效果，所以灯光的照明设计也会因人而异，以上只是一种灯光照明的方法，仅供参考。

2.1.4　摄像机设置

在3ds Max场景中设置的摄像机可以输出到VRP中作为实时浏览的相机。对于摄像机的参数也没有特别的要求，而且摄像机不是必须的，摄像机也可以选择在VRP编辑中进行制作。对于3ds Max中摄像机的创建主要有以下几个关键参数。

（1）目标摄像机的创建

目标相机由两个对象组成：摄像机和摄像机目标。摄像机代表你的眼睛，目标指示的是你要观察的点。设计者可以独立地变换摄像机和目标，但是摄像机总要注视它的目标。要创建目标摄像机，可进行如下操作。

①单击Create（创建）面板上的Cameras按钮。

②单击在Object Type（对象类型）卷展栏中的Target（目标）相机按钮。

③可以在任何视口中，优先在Top（俯视）视图，在要放置摄像机的地方单击鼠标，然后拖拽要放置目标地方释放鼠标

（2）自由摄像机的创建

自由摄像机是单个的对象，即摄像机。要创建自由摄像机，按如下步骤操作。

①单击Create（创建）面板的Camera（摄像机）按钮。

②单击在对象类型（Object Type）卷展栏上的Free（自由）按钮。

③单击任何视口来创建自由摄像机。

对于跟随路径的动画来说，使用自由摄像机就比目标摄像机容易，自由相机将沿路径倾斜——而这些目标相机是做不到的。可以使用Look At（注视）控制器把自由相机转变为目标相机。Look At控制器让你拾取任何对象作为目标。

（3）摄像机参数

定义两个相互关联的参数就可确定摄像机观察场景的方法，这两个参数是：视野（FOV）和镜头的焦距（Lens）。这两个参数描述单个摄像机的属性，所以改变FOV参数改变镜头参数，反之亦然。使用FOV从摄像机视图和摄影效果中取景。

（4）设置视野

视野（FOV）描述通过相机镜头所看到的区域。缺省状态下，FOV参数是相机视图锥体的水平角度。你可在FOV方向弹出按钮中指定FOV是否是水平的、对角的、竖直的，这使得匹配真实世界的相机的操作变得容易，对以上进行改变仅仅影响测量的方法，对相机的实际视图是没有效果的。

（5）设置焦距

焦距总是以毫米为单位来测量的。它指的是从镜头的中心到相机焦点的长度（焦点是捕获图像的地方），在3ds Max中，较小的Lens将创建一较宽的FOV，让对象显现得距相机较远。较大的Lens值创建较窄的FOV，且对象显示的距相机比较近。小于50mm的镜头被称为广角镜头，而长于50mm被称做长焦镜头。

相机也可以被设置为正交视图，在这个视图中是没有透视的。正交视图的好处是在视口中显示的对象是按它们的相对比例显示的。启动此这个选项后，相机会以正投影的角度面对物体。

Stack Lenses（预设镜头）：以内建的预设镜头作为相机使用的镜头。

Type（类型）：切换相机的类型。

Show Horizon（显示水平线）：启动此选项后，系统会将场景中的水平线显示在屏幕上。

Show Cone（显示锥形视野）：启动此选项后，系统会将代表相机覆盖视野的锥形物体显示在屏幕上。

Environment Ranges（环境范围）：设定相机取景的远近区域范围。Near Range（最近范围）：设定环境取景效果作用距离的最近范围。Far Range（最远范围）：设定环境取景效果作用距离的最远范围。Show（显示）：启动此选项，相机环境效果的作用范围将会以两个同心球来表示。Clipping Planes（切片平面）：设定相机作用的远近范围。Clip Manually（手动切片）：以手动的方式来设定相机切片作用是否启动。Near Clip（切片最近值）：设定相机切片作用的最近范围。Far Clip（切片最远值）：设定相机切片作用的最远范围。

2.1.5　动画设计

动画设计环节主要是针对场景中的模型做动画设置，主要有刚体动画、柔体动画和刚体动画三种形式。在3ds Max里创建的“路径动画”“精确的参数关键帧动画”“刚体动画”“Reactor动画”都属于“刚体动画”。在将此类动画模型导入到VRP编辑器中时，请按以下方法执行：将制作好的刚体动画模型添加到一个ABC组中，同时该ABC组命名为“VRP_rigid”。在对“刚体动画”模型进行导出时，请确定VRP导出面板中的“刚体动画”复选框为勾选状态，在执行导出操作后，程序会自动识别导出的刚体动画模型个数。

用户在3ds Max里应用“Noise（噪波）”“Path Deform（WSM）”“路径变形（世界空间）”等修改器制作的动画都属于模型点变形动画，通常也被称之为“柔体动画”。在将此类动画模型导入到VRP编辑器中时，请按以下方法执行：将制作好的柔体动画模型添加到一个ABC组中，同时该ABC组命名为“VRP_soft”。在对“柔体动画”模型进行导出时，请确定VRP导出面板中的“柔体动画”复选框为勾选状态，在执行导出操作后，程序会自动识别导出的柔体动画模型个数。

在对“骨骼动画”模型进行导出时，只需要单击VRP导出面板中的“导出骨骼动画…”按钮，然后在弹出的“另存为”对话框中为骨骼动画命名并存储，最后再在弹出的导出对话框中单击“确定”执行骨骼动画的导出。如果一个场景中有多个骨骼动画，用户需要选择一个骨骼动画，将其通过File | Save Seleted…的方式将多个骨骼动画存储成独立的3ds Max文件后，再按以上操作步骤进行骨骼动画的导出，最后再通过VRP编辑器里“导入物体…”命令将多个VRP文件进行合并，以得到一个完整的VR场景。

2.1.6　渲染烘焙

在3ds Max中为模型添加了材质和灯光之后，既可用3ds Max默认渲染器Scanline渲染，也可使用高级光照渲染。由于场景在VRP里的实时效果的好与坏取决于在3ds Max的建模和渲染的表现，因此渲染质量好坏和错误的多少都将影响场景在VRP中的实时效果。VRP对应用什么类型的渲染器进行渲染没有严格要求，使用高级光照渲染可以产生全局照明和真实的漫反射效果；但应用标准灯光模拟全局光照，使用Scanline进行渲染其效果也很好。

烘焙就是把3ds Max中的物体的光影以贴图的方式带到VRP中，以求真实感；相反，如果将物体不进行烘焙而直接导入到VRP中，其效果是不真实的。为加强真实感，可以利用高级光照渲染。在3ds Max中进行烘焙的工具是“渲染（Render）>渲染到纹理（Render To Texture）”命令。在对场景进行渲染，并感到对渲染效果满意的情况下，然后对场景进行烘焙。其操作步骤如下：

①在3ds Max中，选择需要烘焙的模型。

②单击“渲染（Render）>渲染到纹理（Render to Texture）”，或在关闭输入法状态下直接按下数字键“0”，随后便会弹出“渲染到纹理（Render to Texture）”对话框。

③依次进行相应的参数调节和修改，设置完毕后点击“渲染（Render）”开始烘焙。

在烘焙贴图选择中，主要有两种方式：Lightingmap和Completemap。Lightingmap的优点：贴图清晰，耗显存低，如果是VRP的话可以在软件里调节对比度来改善；缺点：只支持3ds Max默认的材质，光感稍弱，要设计表面丰富的效果的话就只能在Photoshop中绘制了，对美工要求很高。

Completemap的优点：光感好，支持3ds Max大部分材质，如复合材质和多维材质等，能编辑出很多丰富的效果。缺点：贴图模糊，耗显存高，不过可以通过增大烘焙尺寸来解决贴图模糊的问题。

既然是做虚拟现实，显存的优化是很重要的。所以室内和室外比较大的场景建议使用Lightingmap，在VRP里还可以调整和优化，小部件物体和产品可以考虑使用Completemap，本身物体小，数目也不多，就可以做出最佳最丰富的效果！

2.1.7　模型导出

以上的过程设计都是在3ds Max中进行的，接下来可以利用VRP-for-Max插件，把场景中的模型导出至VRP-Builder中。如果用户还没有安装VRP－for－Max插件，请参看VRP系统帮助中的相关文档进行安装。VRP－for－Max导出过程非常自动化，对用户没有任何特定的要求。导出场景方法也十分简单，在实用程序面板，选择VRP－for－Max导出插件，然后按照提示和需要进行下一步操作，即可完成导出设计。