三维模型与背景图像的无缝嵌入

1 / 6三维模型与背景图像的无缝嵌入陈红何贵增摘要：在教学课件制作中，需要将通过三维软件制作的三维模型嵌入背景图像或背景视频中，使三维模型真实化。本文着重探讨在普通工作平台上嵌入过程中的几个制作环节。关键词：三维模型背景图像相机适配1、概述在大型三维动画制作软件日益丰富的今天，越来越多的视频作品中包含了大量的三维动画。在三维软件的空间里建设三维模型，并模拟自然灯光，材质生成三维动画。这样的动画广泛应用于课件、科学实验、广告、数字电影等领域，用来模拟一些在现实环境中，摄像机无法实录场景的过程中，为了体现三维形象的真实性，需要将“放置”到背景图像中，这个背景图像是在真实的环境中通过摄像机实拍得到的，这样生成的图像，视频更加逼真。所谓“放置”是在视频编辑设备上通过真实环境生成的2 / 6图像和三维动画的叠加实现的。完成后的图像画面生硬边缘有明显抠像的痕迹。对于静态的图像，经过 ALPHA 通道叠加生成的图像经图像工具处理，可以满足工作需要，而对于动态的环境，以及活动的三维动画则显得无能为力。最新的嵌入不是在后期非线性或线性编辑过程中实现的。而是在三维图像生成过程中以真实的背景图像作为三维模型空间的背景，通过三维软件的着色渲染生成视频的过程。嵌入有三种形式：一种是静止的三维模型与静止的背景图像，主要用于模拟现实生活不存在的或还没有存在的物体，比如：三维模型大型建筑物，背景图像是这个建筑物即将坐落的地方，通过在三维软件中的调整，生成的图像显得很自然；二是动态的三维模型与静止的背景，在制作课件时通常模拟一些物理过程；三是活动的三维模型与活动画面，这是很复杂的过程，用途广泛，大量的数字电影和广告都是这种形式。2、嵌入的原理嵌入的原理在三维软件中使用三维模型空间的灯光、材质等工具建立起来三维模型与背景图像的光影、视觉、比3 / 6例等关系，而后生成逼真图像，这就象在照像馆里照像，摄影师在被拍摄者的身后挂一副关于花园的风景画照出的照片就象被拍照者站在了花园里。早期的三维软件是不具备嵌入所需的功能。目前的大型三维软件为三维模型的嵌入提供了相应的功能，这些功能主要是：材质功能。这个功能是在三维模型的下方放置一个阴影，形象地说是把放置三维模型有阴影的“地面”显示出来，并把它投到背景图像上。自然光功能。这项功能是模拟自然光照射物体，使三维模型在三维空间的灯光接近真实环境中虚拟的物体。相机适配。这项功能可以使观察三维空间的视角与视点、视平拍摄背景图像的摄像机的视角、视点、视平线一致。4 / 6这几项主要的功能使用以后，一个三维模型与背景图像的视角一致；而且在背景图像中有阴影，这个阴影的方向背景图像中物体的阴影方向一致；三维模型的受光面与背景图像中物体的受光面一致，光线的强度、颜色一致，生成的新图像与真实环境下实拍图像的光影关系是一致的，达到逼真的效果。12 下一页目前有这几项功能的三维软件有Softimagel3D、Maya、3dMAX、FormZ 等，在这些软件平面台上都可以做出以假乱真的效果。3、几个技术环节制作含有三维模型的视频是一项系统的工作。每一个细节都必须照顾到，否则就会失真，甚至造成视觉上的混乱。1.背景图像的拍摄。背景图像来自于实拍的真实环境，在拍摄时必须将后期的三维制作规划好。在拍摄过程中，首先在取景上要在画面上留出三维模型的位置和活动范围，5 / 6根据需要使三维模型与背景图像的结合达到最佳程度。比如：模拟蘑菇云的过程，要把蘑菇云的三维模型与沙漠弋壁的背景图像结合好，嵌入到最佳位置，其次注意镜头的摇移要平稳光滑，太快的镜头移动会给后期制作带来很多麻烦。光线应尽量选择计算机可以模拟的自然光。2.相机适配。目前很多软件都提供了相机适配的功能，但这项功能不够精确。通常是在背景图像上取几个点然后在三维模型上取另外一组点，两组点一一对应，生成相机，这时的相机与拍摄背景图像的相机视角视点一致。在图像上的取点基本上是凭感觉，往往达不到较好的效果。另一种方法是先在三维空间定点设置一台相机，打开相机视图的栅格，就可以轻易找到相机的视点、视平线，调整相机使相机视图的视点、视平线与图景图像的视点、视平线重合，而后选择视图中明显的地面直线如公路、楼宇下沿，再次调整相机使视图中的栅格与之重合。这样视角问题也解决了，这时相机视图上的三维模型与背景图像的视觉关系就设置好了。当背景图像的镜头移动时，三维空间的相机也要一致移动。3.阴影材质的使用。先在三维空间中建立一个阴影分物体没有