数字媒体技术毕业设计论文

编号： 毕业设计说明书题 目：桂林塔山旅游 3D 项目虚拟展示-穿山园旅游养生休闲区 II 学 院： 计算机科学与工程学院 专 业： 数字媒体技术 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 讲师 题 目 类 型 ： 理 论 研 究 实 验 研 究 工 程 设 计 工 程 技 术 研 究 软 件 开 发2014 年 5 月 30 日摘 要摘 要随着计算机技术的迅猛发展，计算机已经成为人们工作、生活中不可或缺的角色，计算机技术的普遍应用，提高了人们的工作效率以及生活质量，其中计算机图形技术在实现 3D 虚拟漫游以及虚拟交互上起到了巨大的推进作用。本论文完成了桂林塔山旅游 3D 项目虚拟展示穿山园旅游休闲养生区的三维漫游动画设计，以及基于 Unity 游戏引擎的三维虚拟交互设计。论文共分为三个部分，论文首先介绍了虚拟展示的运用领域和发展前景，并对桂林塔山旅游 3D 虚拟展示项目进行概述，对于动画漫游以及虚拟交互的功能以及可行性进行简单分析和规划。其次，简单介绍了本课题的项目基础，其中阐述了项目中运用到的几个核心技术，比如建模技术、贴图技术、灯光渲染技术、以及视频剪辑和视频特效技术等，简单介绍了这几项技术运用到的软件，如 Autodesk Maya，Autodesk 3ds Max，Adobe Photoshop，Adobe Premier，Adobe AfterEffect 等。最后，详细阐述了本课题的制作步骤，从前期了解桂林塔山旅游 3D 项目收集项目资料，实地勘察环境制定设计规划图，模型建模，材质贴图，灯光特效等，到分镜头脚本制作，运用 Lumion 三维可视化软件进行渲染，通过后期制作片头和标题动画模板，进行后期动画镜头剪辑，将模型处理成简模，导入再进行视频剪辑和视频特效处理，实现了桂林塔山旅游穿山园休闲养生区的三维漫游动画以及基于游戏引擎实现了虚拟场景的交互展示两个版本的虚拟展示。在三维漫游动画中，人们可以透过整个穿山园休闲养生区的规划，分区域进行漫游。在虚拟交互设计版本中，通过手动控制，实现了虚拟场景漫游功能，用户可以利用鼠标键盘控制漫游视角，同时实现了小地图显示位置实时追踪等功能，交互展示显示系统运行模型逼真，运行稳定，流畅，地图导航清晰，运行效果良好。本论文通过对桂林塔山旅游 3D 项目虚拟展示 穿山园旅游休闲养生区的漫游动画以及交互设计的制作过程的详细阐述，进一步介绍了如今计算机图形技术在虚拟展示领域的运用，从而了解了和掌握三维动画以及虚拟交互设计的制作的基本知识。关键词：桂林塔山旅游；三维漫游动画；三维虚拟交互；Maya；Unity；Lumion摘 要AbstractWith the rapid development of computer technology, computer has become the peoples work,life and an indispensable role in general, the application of computer technology, improve the efficiency of work and quality of life, including computer graphics technology in theimplementation of 3D virtual roaming and virtual interaction plays a tremendous role in.This paper completes the design of 3D animation of Guilin Tashan tourism project 3D virtual display - Mountain Park Tourism Leisure health district, and based on the 3D virtual interactive design of Unity3D game engine. The thesis is divided into three parts, firstly, introduces the application fields and development prospects of virtual display, and an overview of the Guilin Tashan travel 3D virtual exhibition project, analysis and planning for animation roaming and virtual interactive function and feasibility.Secondly, introduces the foundation of this topic, the key technology used in this project,such as modeling, mapping technology, lighting rendering technology, and video clips and video special effects technology, introduces the software to use these techniques, such as Autodesk Maya, Autodesk 3ds Max, Adobe Photoshop, Adobe Premier, Adobe AfterEffect etc.Finally, detailed steps of this project, Guilin Tashan travel 3D project project data is collectedfrom the early, field survey and environmental design layout, modeling, texturing, lighting andspecial effects, to the shooting script making, rendering the use of Lumion 3D visualizationsoftware, Through the post titles and titles animation template, late animation clips, will simply die modelprocessing, import and video clips and video effects processing, the realization of three-dimensional animation of Guilin tourism mountain park recreation area. And based on the gameengine can realize interactive virtual scene display, virtual display two versions. In the three-dimensional animation, people can through the whole mountain park recreation area planning,zoning of roaming. Park animation scene model atmosphere, exquisite, true to life likeness of character animation, video clips, smooth, strong sense of sound rhythm. The entire parkthrough the small map navigation, marked with the name of the area, and the regional location,animation roaming navigation clear thinking, good to visitors a panoramic view of the park andthe various functional areas. Walking with the king, from the perspective of alternate smooth and natural, and the caption navigation and small map navigation, so that visitors can enjoy with the lens forward, park scenery and not lost, visual effect is good. In the virtual interactive designversion, through manual control, realized the virtual scene roaming function, users can control the roaming view using the mouse and keyboard, while achieving a small map display functional location tracking in real time, interactive display display 目 录system operating model realistic, steady operation, smooth, map navigation clear, good operation effect.This paper elaborates on the Guilin tourism project 3D virtual display - Tashan Mountain ParkTourism Leisure health district, animation and production process of interaction design, further introduces now computer graphic technology in virtual display applications, so as to understandand master the basic knowledge of making three-dimensional animation and virtual interaction design.Keywords: Guilin Tashan travel; 3D animation; 3D interaction; Maya; Unity; Lumion目 录目 录1 三维虚拟展示概述 -71.1 三维动画漫游概述 -71.2 虚拟现实交互设计概论 -71.3 三维动画技术应用的领域 -71.4 虚拟现实交互技术应用的领域 -81.5 选题的背景以及意义 -82 穿山园旅游养生休闲区虚拟展示项目分析 -92.1 需求分析 -92.2 功能分析 -92.3 性能分析 -102.4 可行性分析 -102.4.1 技术可行性分析 -102.4.2 经济可行性分析 -113 穿山园旅游养生休闲区虚拟展示项目基础 -113.1 制作中使用的软件 -113.1.1 Autodesk Maya 2012 -113.1.2 Adobe After Effects CS6 -113.1.3 Adobe Photoshop CS5-123.1.4 Lumion-123.1.5 Adobe Premier CS6 -133.2 主要制作技术 -143.2.1 建模技术 -143.2.2 材质与贴图技术 -143.2.3 动画设置技术 -153.2.4 场景制作技术 -163.2.5 渲染技术 -163.2.6 图片处理技术 -173.2.7 视频编辑技术 -183.2.8 虚拟交互技术 -184 穿山园旅游休闲养生区三维漫游动画制作过程 -194.1 前期准备工作 -194.2 建筑建模 -214.2.1 建筑大致框架的制作 -214.3 模型贴图与材质 -284.3.1 Maya 中的贴图与材质 -284.3.2 Lumion 中的贴图与材质 -294.3.3 Lumion 中的地形材质 -314.3.4 灯光与光效 -334.3.5 Lumion 动画渲染以及制作 -344.3.6 动画后期剪辑合成 -374.3.7 Unity 虚拟现实交互设计的实现 -415 穿山园休闲养生区 3D 虚拟展示制作总结 -43谢辞 -44桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 5 页 共 50 页引言世界上第一部由全电脑制作的动画长片，以 1.92 亿美元的高票房，刷新了当时动画电影的记录，即玩具总动员 ，由皮克斯公司制作，该片也标志着动画电影真正进入了三维时代。CG 为 Computer Graphics 计算及图形的英文缩写，是以计算机为主要工具进行视觉设计，行业内习惯将利用计算机技术进行视觉设计和生产的领域统称为CG 行业。直至 90 年代中期，中国的 CG 行业才开始进入快速发展的时期。由于经济水平和社会开放程度的迅速提高，成为了 CG 行业迅速发展的保障和动力。电脑已经渐渐普及，进入了千家万户，让普通老百姓与 CG 有了更加密切的接触。国外许多优秀的电脑游戏开始进入中国市场，以及更多的三维技术在好莱坞电影大片中的运用，使 CG 行业在中国发展注入了新鲜的活力，中国人对 CG 行业有了更深刻的了解。随着算机软硬件技术的不断完善更新及功能的日渐强大，三维计算机在商业中的运用逐渐扩大，不仅在游戏，影视作品中，还有广告，房地产业中的运用，使中国 CG产业也逐步热火起来。国内的 CG 产业发展到今天，已经具有相当庞大的市场， CG 人才的紧缺严重的阻碍了中国三维动画产业的发展，但中国的 CG 教育起步相对比较晚，人才缺乏的同时培养人才的进度较慢，又阻碍了产业发展。因此专业的技术培训显得尤为重要，各种技术培训机构在国内如雨后春笋发展起来，再加上国外大型公司的入驻，使得一些培训机构能够以大型集团行业的强大背景作为依托，教学与实训相结合，培养出了一定的高能力高素质的人才。如今 CG 产业在国内仍然有着巨大的市场需求，发展前景十分广阔，尤其是在虚拟展示，以及三维交互产品上，随着计算机图形技术与虚拟交互技术的更完美的结合，它一定能给了人们更加新奇的三维技术体验。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 6 页 共 50 页1 三维虚拟展示概述1.1 三维动画漫游概述三维动画即 3D 动画，是随着计算及图形技术以及数字媒体技术，计算机硬件技术等近年来飞速的发展，而产生的一项新兴产业。三维动画漫游是指以模拟真实物体制作实景，并在虚拟的模型场景中进行漫游拍摄，从而制作出三维场景漫游的动画。虚拟模型场景的制作，即使用三维动画软件在计算机中模拟真实物体设计模型，设计者要根据自己的场景设计规划，按照物体比例大小制作符合实际比例的模型，将虚拟模型组合建立一个符合实际情况的虚拟场景。然后与拍摄实景相同，按照分镜头脚本设计虚拟摄像机的拍摄手法和拍摄路径。按照镜头脚本的需要，在摄像机经过的地方做上需要的效果，比如给模型添加材质，以及灯光效果，或者动力场等模仿实际的场景，设定好之后由计算机进行计算，从而达到真实场景的运动效果。最后通过渲染虚拟摄像机拍摄到的画面，后期编辑成为三维动画。1.2 虚拟现实交互设计概论“从游戏到工具，数字技术正改变我们和其他事物之间的交互方式。数字产品的设计师不再认为他们只是设计一个漂亮的外观或者商业化的物体，而是设计与之相关的交互。“ -IDEO 创始人之一，交互设计之父比尔 莫格里奇（Bill Moggridge) 。虚拟现实技术在 20 世纪 80 年代被提出，但由于硬件软件的发展限制，直到 20 世纪末才伴随计算机发展而兴起的综合性信息技术，虚拟现实交互设计融合了计算机图形学、多媒体技术、数字图像处理、显示技术以及网络并行等多个信息技术分支，它是通过计算机图形计算而生成的高技术的模拟系统，极大地推进了计算机图形，三维动画技术的发展。虚拟现实交互设计生成的视觉环境与音效都是立体的，音效是立体的，人机交互是便捷的，充满趣味性的，从前计算机与人之间枯燥生硬的只能通过鼠标和键盘进行交互的现状已经被大大的改变了，虚拟现实交互技术通过模拟现实场景，利用多种信息技术，使人在视觉、听觉、触觉上都有了更新奇的体验。它是目前备受人们关注及研究，开发与应用的热电领域，也是目前发展最快的一项多学科综合技术之一。1.3 三维动画技术应用的领域计算机图形从进入中国市场来经过了几十年的发展，逐步发展成为拥有着庞大商机的热门领域，而计算机计算机图形图像技术经过及时年的发展，逐步发展为蕴藏巨桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 7 页 共 50 页大商机的热门领域，而三维技术则是这一领域中的重要技术，并逐渐成为虚拟现实、游戏、影视特技、影视广告设计、三维动画等技术中的重要组成部分。三维动画的应用领域还在不断的扩展，从简单的几何体模型如一般产品展示、艺术品展示，到复杂的人物模型；从静态、单个的模型展示，到动态、复杂的场景如房产酒店三维动画、三维漫游、三维虚拟城市，还有角色动画的制作，所有这一切，三维动画都能依靠强大的技术实力来实现。1.4 虚拟现实交互技术应用的领域虚拟现实交互技术现如今的应用领域十分广泛，早期主要集中在军事领域、数据可视化、CAD 工程设计、医学临床、多媒体远程教育、以及如今发展迅速的艺术创作和娱乐游戏方面。早在 20 世纪 80 年代，美国陆军就已经把虚拟现实交互技术结合到了军事作战演习的训练中去。它将分散在不同地点的坦克、车辆仿真器通过计算机网络联合在一起，形成一个虚拟的战场环境以进行各种复杂任务的训练和作战演习等，从而快速的分析出各种作战方案，比实地演练节省了很多时间和资源，此后军事领域虚拟现实技术，成为了技术前沿代表。而在医疗方面，虚拟现实交互技术也有很大作为，借助虚拟现实技术建立的虚拟的人体患者，医生可以通过一系列交互设计进入模拟的治疗事件，使医生更容易了解人体内部各器官的结构，还可以通过虚拟跟踪摄像，感觉手套等等，进行模拟手术，以应变真实场景中所发生的意外，提前为其提供解决方案，极大地减少了手术风险。现如今随着计算机的普及，虚拟现实技术更加平民化，已经被应用到人们生活中的各个领域，最常见的就是虚拟交互游戏，美国日本等许多优秀的游戏集团公司，推出了各种建立在虚拟现实交互技术上的娱乐游戏，如任天堂游戏机，以及同期的 Xbox 以及 Play station3 等，通过超越了鼠标键盘的操作体验，运用光线感知等技术操作，给虚拟游戏带来了全新的游戏体验。 1.5 选题的背景以及意义塔山岛位于漓江风景核心区，由漓江和小东江两江环抱而成，北临訾洲公园，南至大洲岛，总面积 1478 亩。驻有穿山村委所辖的 5 个自然村，现有村民 1079 户，建筑物约 22 万平米，其“脏、乱、差”的现状与周边的景区和城市建设极不协调，道路、供电排水设施不全，生活生影响了桂林的旅游形象，因此，急需对其加以改造提升。通过对塔山岛进行旅游及市政基础设施建设，引入旅游购物、观光休闲、文化娱乐、高档宾馆、景观绿化等现代旅游业态，建设桂北民居风格特色街、风味小吃街，把塔山片区建设成为桂林旅游新区。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 8 页 共 50 页而本课题桂林塔山旅游 3D 项目虚拟展示穿山园旅游养生休闲区 是通过三维建模来模拟建设塔山岛穿山园区改造农民新村，旅游景区以后的秀美风光。随着三维动画技术的近年来的迅猛发展，通过三维建模技术可以较为真实的模拟真实场景，或是设计建设虚拟的现实场景，并通过一系列的计算机图形技术，模拟真实天气，阳光，山水等效果，达到通过计算机展示还未建设完成的现实场景的预期效果。在这个项目中还想通过虚拟现实技术，设计虚拟交互平台，能够使游客通过计算机虚拟现实技术，真正走入到旅游新区的场景当中。 桂林塔山旅游 3D 项目虚拟展示穿山园旅游养生休闲区作品的完成及展示，具有重大的意义，能将即将建设成为桂林旅游新区的风光展示给人们，给予了人们不仅是视觉上的享受，还有更多对于新区改造的期待，并且能更有利的推动桂林塔山旅游新区的宣传工作。2 穿山园旅游养生休闲区虚拟展示项目分析 为了桂林塔山旅游 3D 虚拟展示项目最后的成品能够在力所能及的范围内向着所期望的结果发展，因此在进行 3D 漫游动画，以及虚拟现实交互设计制作之前，要对该作品进行细致的分析，其中包括需求分析以及可行性分析。通过分析才能进一步的了解在有限的技术能力范围之内所能满足的各方面的需求，从而达到理想的结果。2.1 需求分析所谓“需求分析” ，是指对要解决的问题进行详细的分析，弄清楚问题的要求。需求分析就是分析软件用户的需求是什么.如果投入大量的人力，物力,财力,时间,开发出的产品却没能实现它的价值,那所有的投入都是徒劳。需求分析之所以重要,是因为他具有决策性,方向性,策略性的作用,它在产品开发的过程中具有举足轻重的地位。需求分析是一项重要的工作，也是最困难的工作。桂林塔山旅游 3D 虚拟展示项目要达到的效果，即向人们展示即将改造的桂林塔山旅游新区的新面貌，通过 3D 动画漫游，展示它的区域作用，以及社区功能，并用视频特效表现桂林的优美山水等等，还能通过虚拟交互设计，让人们走入虚拟场景当中，更进一步的体会新区改造给旅游新区带来的无限活力。2.2 功能分析功能分析是价值工程的核心内容，是对价值工程研究对象系统地分析其功能，科学的评价其重要性，通过功能与成本匹配关系定量计算对象价值大小，确定改进对象桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 9 页 共 50 页的过程。首先项目将通过视频展示桂林塔山旅游穿山园休闲养生区的鸟瞰规划，接着介绍各区域规划，小区规划，广场规划，商业