基于项目实践平台课程的VR项目模型制作教学研究
栗荟荃
（吉林动画学院，吉林 长春）
摘 要： 文章介绍了VR项目模型制作的基本流程和制作的要求规范。并结合具体的实际情况和现有条件具体阐述了在本科教育项目实践课程教学中具体VR项目制作的经验和相关问题的解决方案。
关键词： VR；模型；UV；项目实践
吉林动画学院虚拟现实学院平台项目开发教学围绕虚拟现实项目《婚庆私人定制》、《虚拟照相馆》项目展开。主要介绍VR项目模型制作的基本流程和制作的要求规范。并结合具体的实际情况和现有条件具体阐述了在本科教育项目实践课程教学中具体VR项目制作的经验和相关问题的解决方案。本文内容以《婚庆私人定制》项目为例。《婚庆私人定制》项目主要根据客户需求订制婚礼现场，让客户体验到更真实的婚礼现场效果。《婚庆私人定制》项目的模型主要任务需求为设计并制作婚庆现场的环境。提供了需要设计的大厅的基础环境。模型最终导入UE4引擎实现完成最终效果。
项目实践课程主要由大三和大四的学生组成。在确定下项目之后，主要采用自愿分组的形式参与项目的制作，一般为5-7人一组。由组成员选择出小组长，作为小组负责人。组长和成员先商讨选择制作的项目。为促进学生制作的积极性，可以先确定好团队的先选择制作项目，后确定的学生只能在剩余的项目中进行选择，依次而来。老师根据学生选择的项目，下发已经确定好的项目需求，确定需要利用的软件。传统的模型制作一般分为高模和简模。高模主要应用于三维动画制作，家装设计等部分，这类的模型应用于出影片及图像上所以需要大量的时间进行渲染制作。简模大部分应用于游戏中，由于三维游戏模型需要再引擎中进行大量的实时渲染，所以过多的面数会造成计算不过来导致的卡顿，从而影响游戏可玩性。 而随着时代的发展出现了VR等全景技术，基于此类项目的模型不同于传统的高模和简模。由于VR全景技术 也是基于引擎下的实时渲染，所以在制作面数上要少于传统的动画类模型，相较而言更贴近于传统的游戏模型。
根据学生的学习情况，在模型制作软件的选择上，在这里主要根据3dmax、 Maya、Houdini三款软件进行对比。Maya软件的主要应用对象更多偏向于影视动画类制作等。3dmax相对上手容易，并且VR项目程序需要调用的三维模型格式为.x等，3dmax中导出这种格式的插件相对完善，而针对Maya的导出插件多为民间开发，比较容易出现问题，因此通常为了保证最终文件的可用性，避免制作完成的模型因为无法导出程序可以支持的有效格式而导致工作量的浪费，因此通常使用3dmax进行制作。Houdini节点式的建模方式，Houdini软件建常规模型并不十分方便，建模也不是Houdini软件的重点。Houdini在一些特殊模型的建立效率上表现更为突出。最终相对而言这里我们选取3dmax进行模型制作。
在正式施工之前，大家先在凉水河做了660米管线防腐的实际试验，经石油部和北京市有关部门检查验收合格，防腐工程才正式开始。为了加快施工进度，工地上开展了热火朝天的劳动竞赛。一大队的28人进行35.5千米管线的胶带缠绕，原计划日缠1千米，40天完工，通过开展劳动竞赛，创造了日缠绕2.5千米的纪录，提前10天完成任务，一次验收合格率达100%。一大队五中队李秋兰女工班防腐直径89毫米管线，她们与时间赛跑，由一天防腐70根，提高到一天防腐140根。
组长根据提供的项目需求，收集相关素材。将所有需要制作的文件统计整理，制作工作量表。将整理后的量表交给老师进行审核修改。组长根据修改之后的工作量表进行任务分配。老师需要注意重点任务的分配，可以对组长的分配进行相应的调整，主要根据学生的能力情况，进行相应的任务内容分配。任务分配好之后，为学生讲解项目制作的基本要求，确定制作的基本单位，制作之初系统单位统一设置为厘米。3D MAX 中在 Customize 选项下选择 Units Setup，Unit Scale 和 System Unit Scale 单位设置为 Cent Meter。模型面数是按照三角面来计算，建模时可用四边面。但导出一般是三角面，所以建模时要随时关注的是三角面数而不是四边面数。单个模型面数不超过1万三角面，场景模型面数控制在300万三角面以内。模型整体造型要准确，当有些尺寸不太明确时，根据对照其他有尺寸的部分的大小比例分析后制作，要求与设计图纸视觉相符，不能出现被缩放及拉伸变形的情况。完成模型后还要把视角里看不到的面删除，来节约面，面数的控制还涉及到后面UV的展开。对模型结构与贴图坐标不起作用的点、线、面要修整掉节省数据量。模型上不能存在没有合并的顶点，不能出现多层重合的模型，会产生闪面现象。以下图1为例，模型的面数为728个面，模型及布线不合理，存在较多浪费面的情况，外框可做单独处理，节省更多面数。将对模型形状没有影响的点线移除，对不合理布线进行重新修整，将结构布线修改之后的面数为483面，最终布线效果如图2。模型上不能存在没有合并的顶点，不能出现多层重合的模型，会产生闪面现象。
图1
图2
个别情况下会出现清除光滑组之后还有黑面现象，可以为模型添加Normal命令，进行法线纠正，再对不正确的法线进行翻转filp。法线方向正确，不能出现黑面。最后要Rest X Form一下模型，要让他数据正确，然后塌陷模型为Poly模式。模型完成后将模型坐标归零（坐标原点）。下图7为例，错误在于自身坐标在物体中心与世界坐标未对齐。正确：对其世界坐标（0，0，0）点 ，如图 8，图 9。
图3
图4
关于材质和贴图的要求，材质球一般使用3D Max中的 标准材质（standard），材质类型使用Blinn。引擎支持的材质球贴图种类：漫反射贴图（Diffuse Color）、高光颜色贴图（Specular Color）、高光级别贴图（Specular level）、自发光贴图（Self-Illuminatin）、不透明度贴图（Opacity）、凹凸-法线贴图（Bump-Normal）、反射贴图（Reflection）。可以使用多维材质，模型的贴图可以按照材质ID赋予贴图。不能在max材质编辑器中对贴图进行裁切。最终完成的模型清除未使用的材质与贴图。引擎支持贴图格式：*.jpg *.tga *.png *.bmp的八位通道图。贴图尺寸：为2的幂数（128 256 512 1024 ）存储时要将贴图品质设为最佳分辨率72像素/英寸。物体材质贴图为漫反射但是带透明属性，这种类型的贴图可以使用镂空的*.png或者带透明通道的*.tga。例如：阴影、灯光带等。透明度贴图只能贴png.或者tga.带通道的图，tga贴图需要存储为36位，否则透明通道不会保存。贴图大小尽量不超过1024。贴图的大小要需要根据模型本身的大小来定。
图5
图6
婚庆的模型会出现大量的布料制作，布料模型的制作需要注意控制面数，完成之后要为模型添加正确平滑组，防止出现黑面。婚庆的模型会出现大量的布料制作，布料模型的制作需要注意控制面数，完成之后要为模型添加正确平滑组，防止出现黑面，如图3。正确的处理方法可以先将原有光滑组全部清除，再根据模型的形状需要赋予正确的光滑组。个别情况下会出现清除光滑组之后还有黑面现象，可以为模型添加Normal命令，进行法线纠正，再对不正确的法线进行翻转filp，完成效果如图4。
模型部分制定好相应标准及制作规范，老师主要对学生制作的部分进行修改指导。模型完成之后就是UV展开，主要目的是为模型指定贴图坐标，为下一步贴图做准备。在此部分需要指导学生UV展开规范要求，可以在需求里选取一个组件进行演示解说。为模型添加UV展开命令，根据模型的形状，匹配相应的映射，在UV编辑器中展开。UV 展开后，可以贴一张格子贴图来检验 UV 分布的是否合理。合理的 UV 所显示出的格子大小应是均匀的。可以根据模型各部分在最终显示中的重要程度来合理安排 UV 的分布，适当调节各部分 UV 所占比例，但各部分分辨率差异不应过大。排布 UV 时尽量利用 UV 框中所有的空间。模型主体相较花纹比较复杂的部分占用UV空间尽量大，附属体小细节的部分占用空间相对小些，整体的棋盘格大小要相近。这样可以为最终的显示效果争取更高的分辨率。合理的 UV 应该，最大限度的使用UV框的空间，UV和UV之间间隔不易过大，但是也不能重合。为了更大的占用UV空间，需要适当拆分UV，把接缝藏到比较隐秘的地方，让模型上不可以存在明显的接缝，稍微有点拉伸可忽略，但不能有UV扭曲。学生这个部分出错较多，这里以一个婚庆项目的托盘为例，展开摆放之后空白位置大，浪费的面积太多。正确摆放后的效果，如图11。
图7
图8
图9
采用疼痛视觉评估方法(VAS)进行评价,分值分布在0-10分,0分表示患者无疼痛感,10分表示患者疼痛剧烈,无法忍受,分数越高表示患者疼痛程度越深。采用QLQ-C30生活质量量表对患者进行评价,总分为100分,分数越高则表示患者的生活状况越好。
图10
图11
在可以的情况下尽量使用二方连续和四方连续的贴图，让UV格可以做到重复利用。最后把各个部分的UV根据要求整合到一起。从而完成贴图UV的展开。完成展开后，将UV在 UV编辑器菜单中选择工具渲染UVW模板，将渲染好的图片保存。
每一个模型分2套。第1套UV用于表面纹理贴图，无灯光烘焙或者烘培后可以忽略光影效果的部件为了让纹理细节更清晰可以重复利用UV空间。第2套UV用于烘焙Complete Map或VR_Complete Map（完整 贴图）、Normals Map或 VR_Normals Map（ 法 线 贴 图 ）、Lighting Map或 VR_Lighting Map（灯光贴图），由于模型不同的部分受光照有或多或少的不同，这套贴图不可重叠，否则烘焙过程中会产生计算错误。在UV展开下的贴图通道增加为2，由于修改器只包含一次编辑一个UV通道，在选取新的通道后，可以通过移动或放弃，移动选择是将1套UV移动到现有通道，放弃则是重新展开制作新UV。
同时，水产品产量结构性过剩的问题凸现，不能适应居民消费结构升级的步伐，渔民持续增收难度加大。常规大宗品种供给基本饱和和过剩，价格低廉，经济效益差；优质水产品由于技术和养殖条件限制，总体供给不足，供给和需求矛盾加剧。
如图5为桌布模型，制作完成之后需要给一个整体光滑组，完成效果如图6。
将渲染好的UV线框，导入在ps中制作纹理（颜色）贴图，根据项目需求将贴图的质感处理真实，加入光影与蒙尘等处理。在ps贴图处理中，制作过程中保留相应图层，便于后续修改。对于需要重复利用的二方连续及四方连续贴图，我们需要进行无缝处理，并注意不要存在明显的细节，导致最终效果重复率过高。
在理解三种方法的意思时，部分学生出现困难：方法二和方法三，先求的是什么？后求的是什么？看着抽象的数量，学生眉头紧锁，睁着茫然的眼睛看着黑板。
法线贴图制作，最优选择为zb进行雕刻，然后烘焙法线贴图。但在本学期此次项目中为减少制作周期，我们主要利用ps转法线贴图。在转的过程中容易出现错误，建议转为jpg再转法线贴图。这里需要注意去除掉贴图光影之后再转为法线贴图。对于不同位置的材质不同可以分别转成法线之后，再对贴图进行拼贴，防止法线贴图的边缘位置出现错误。法线贴图的赋予方式是在凹凸通道上添加法线凹凸（Normal Bump），然后再参数位置的法线(Normal)上贴制作好的法线贴图。可以通过控制凹凸通道的参数，调整细节凹凸的效果。
保存文件的时候需要把贴图要与3dmax文件存放在同一目录。然后注意去除贴图路径，可以在实用程序栏找到更多内的位图/光度学路径中，选择路径编辑器，然后去除所有路径。在给模型文件、贴图命名时需要避免中文名字，所有的文件结构都须按照项目进行。
参考文献
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本文引用格式： 栗荟荃.基于项目实践平台课程的VR项目模型制作教学研究[J]. 教育现代化，2019，6（31）：166-169.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.31.057
作者简介： 栗荟荃，女，吉林动画学院，助教，在读硕士研究生。研究方向：数字媒体艺术。