三维场景的组织与绘制
基于3D结构和图像的复杂场景建模绘制
基 于 ３ 结 构 和 图像 的复 杂 场 景 建 模 绘 制 Ｄ
■
高 月 芳 ， 淮 声 ， 佑 生 张 张
（ 肥 工 业 大 学 计 算 机 与 信息 学 院 合 肥 合
摘
２０ ０ ） ３ ０ ９
要 ： 章讨 论 了 Ｉ Ｒ（ ｇ 文 Ｂ ｉ ｍａ ｅ—ｂ ｓｄ—ｒｎ ｅ ｉｇ 的现 状 和发 展 ， 在 分析 Ｉ Ｒ 方 ａｅ ｅｄｒ ） ｎ 并 Ｂ 法 的 基 础 上 提 出 了 一 种 改进 的 建 模 绘 制 方 法 … 一基 于 ３ 结 构 和 图 像 的 复 杂 场 景 建 一 Ｄ 模 绘 制 。 即 结 合 ３）结 构 ， 体 应 用 三 维 实体 ， 某 些 结 构 复 杂 的 细 节处 应 用 Ｉ Ｒ技 Ｉ 整 在 Ｂ 术 ， 达 到 真 实绘 制 。 以 关 键 词 ： 于 图像 的绘 制 ；Ｄ 结 构模 型 ； 图 变 形 基 ３ 视
当相 机 的 位 置 （ 点 ） 定 而 做 任 意 方 向 视 固
转 动 （ 点 ） ， 以 用 一 个 全 景 图 来 记 录 各 视 时 可
个 方 向的 图 像 Ｂ ｉｎ和 Ｎｅ ｌ 采 用 球 面 投 ｌ ｎ ｗｅｌ 影 ， ｅｎ 采 用 立 方 体 投 影 ， Ｍｉａ 采 Ｇｒｅ ｅ” Ｍｃ ｌ ｎ ｌ
有关研 究 人员 的普遍 兴趣 ， 全世界 范 围 内 在 形 成 了 Ｉ Ｒ 的 研 究 热 潮 ， 取 得 了 一 批 有 意 Ｂ 并
不是 用 三 维 模 型 来 编 码 一 个 场 景 ， 通 过 适 并 当组 合 这 些 图 像 来 产 生 场 景 的 视 图 ， 完 成 以
义 的研 究 成 果 。 根 据 虚 拟 摄 像 机 （ 点 和 视 视 线 ） 运 动方 式 ． 的 目前 基 于 图 像 的 绘 制 方 法如
虚拟现实制作技术(Unity)教案项目十 三维游戏场景设计(一)
地形作为游戏场景中必不可少的元素，Unity 3D 有一套功能强大的地形编辑器，支持以笔刷方式精细地雕刻出山脉、峡谷、平原、盆地等地形，同时还包含了材质纹理、动植物等功能。
下图1就是基于 Unity 3D 开发的场景。
图 1一、Unity 3D地形系统创建流程1.创建地形执行菜单 GameObject→3D Object→Terrain 命令，如下图2所示，窗口内会自动产生一个平面，这个平面是地形系统默认使用的基本原型。
图 2Unity 3D 创建一个地形对象后，在属性中会出现地形菜单栏。
地形菜单栏一共有7个按钮，含义分别为编辑地形高度、编辑地形特定高度、平滑过渡地形、地形贴图、添加树模型、添加草与网格模型、其他设置，如下图3所示，每个按钮都可以激活相应的子菜单对地形进行操作和编辑。
图 3在地形编辑器中，前 3 个工具用来绘制地形在高度上的变化。
左边第一个按钮激活 Raise/Lower Terrain工具，如下图4所示。
当使用这个工具时，高度将随着鼠标在地形上扫过而升高。
图 4左边第二个工具是Paint Height，类似于 Raise/Lower 工具，但多了一个属性Height，用来设置目标高度，可以实现地形的整体抬高，如下图5所示。
图 5左边第三个工具 Smooth Height 并不会明显地抬升或降低地形高度，但会平均化附近的区域。
这缓和了地表，降低了陡峭变化，类似于图片处理中的模糊工具（blur tool）。
Smooth Height 可以用于缓和地表上尖锐、粗糙的岩石，如下图6所示。
图 6在地形的表面上可以添加纹理图片以创造色彩和良好的细节。
地形编辑器左边第四个按钮是纹理绘制工具，单击该按钮然后单击Edit Texture按钮可以添加纹理，如下图7所示。
图 7 图 84.树木绘制Unity 3D 地形可以布置树木。
地形编辑器左边第五个按钮是树木绘制工具，单击 Edit Trees 按钮并且选择 Add Tree 命令，将弹出一个窗口，从中选择一种树木资源，如图8所示。
三维场景中的实时动态云彩绘制方法
摘要：本文一种介绍了在三维虚拟场景中实时绘制动态的云彩方法，在室外场景中云彩是提供三维真实感的重要图素之一，由于云彩变化多端，形状多样，没有规则，完全逼真实时地绘制云彩几乎是不可实现的，常见的云彩绘制方法是使用天空体贴图[1，2]，但天空体贴图的绘制方法逼真度较差，云彩缺乏层次感和变化，本文设计了用多层公告板动态模拟云彩的方法，实践中效果较好。
关键词：三维场景，实时动态，云彩绘制，公告板前言云彩是三维室外模拟场景中获得真实感的重要图素，由于云彩的多变，形状无规则，用普通的多边形和粒子系统描述云彩几乎是不可实现的，这样会产生数量巨大的多边形，令PC级别的计算机无法实时绘制，当前常见的云彩绘制方法是使用天空体贴图，天空体贴图实际上将天空简化成矩形体或球形体，人们在地球上看到好像是天空体的内表面，通过将云彩的照片直接贴在天空体的内表面模拟天空效果，能够产生一定逼真度的天空效果，突出优点是天空的模型很简单，可以提供很好的实时性，但由于云彩贴在一个表面上，缺乏距离层次感和云彩之间相对运动感容易被看出是一种平面云彩的效果，对要求较高的场合逼真度欠佳，本文设计的云彩绘制方法从增加云彩的层次感和动态感出发改进了天空体的方法，实际运行中可以看出逼真度有大幅度提高，实时性仍然较好。
1、天空体方法比较简单的天空体是矩形体，一个矩形体共有6个面，扣除底面剩5个面，每个面分成2个三角形，这样一个天空只要处理10个三角形，实时性能很好，但矩形天空体在矩形的边角处的失真很大，图1 半球形天空的网格结构可以非常明显地看出边角处由两个垂直的平面构成。
比较好的天空体是用半球体，如图1所示，半球体的天空消除了平面角度90度突变，增加了真实感，但半球体需要由较多的三角形构成，实时性能稍差，在天空体上贴云彩照片后的效果如图2，天空体生成的天空效果如图3图2 半球形天空体贴图效果图3 天空体生成的天空效果比较容易看出天空中的云彩好像位于同一个水平面上，天空显得比较薄。
三维场景图形建模和场景对象管理方法
图 ｌ 车 站 站 台 的 效 果 图
１ ２ 三 维 模 型 导 入 ．
对于 三 维场景 中一 些 比较 复杂 的模 型 ，由于其 几
何 结构 的复 杂性 ，运 用 Ｏｐ ｎ ｅ ＧＩ 绘制相 当困难 。这 时
可在其它三维软件如 ３ Ｓ Ｉ ＭＡｘ 中完 成 模 型 的 构 造 ， ） 再 通 过 编 写 相 应 读 取 函数 将 模 型 导 人 到 Ｏｐ ｎ 编 ｅ ＧＩ
三维 场 景 图形 建模 和 场 景 对 象 管理 方 法
曾 晓 芳 ， 肖世 德 ，余 晓 明
（ 南 交 通 大 学 ， 四 川 成都 ６ ０ ３ ） 西 １ ０ １
摘 要 ： 形 建 模 是 三 维 场 景 仿 真 中的 重 要 环 节 ， 合 在列 车虚 拟 运 行 场 景 仿 真 中 的具 体 运 用 ， 细 阐述 了 图形 图 结 详 建 模 的 多 种 方 法 和 原 理 ，并 给 出 了 场 景 对 象 管 理 的有 效 方 法 。 关 键 词 ：Ｏｐｎ ｅ ＧＬ； 图形 建 模 ；场 景 对 象 管 理 中 图 分 类 号 ：Ｔ ３ １４ Ｐ ９．１ 文 献 标 识 码 ：Ａ
ｇＴｒｎ ｌｔｆ ｇＲ ｔｔｆ ｇＳ ａ ｆ ｌ ａ ｓａｅ ＊、 ｌ ｏａｅ ＊、 ｌｃｌ ＊将 图形 单元 组 ｅ
随着虚 拟现 实技术 的发 展 ，越来 越 多的 系统通 过
构造三 维场 景来表 现 和模拟 真实 的环 境 。在三 维场 景
的仿真过 程 中 ， 首先 要对 各场 景对 象进 行 图形建 模 ， 还 要对其 进行有 效管 理 。 在列 车虚拟 运行 场景 的仿 真 中 ， 需 要对 列车 主要部 件 、 路线 路及 各景 观进 行构 造 。 铁 本 文结合 列车 运行 场景 的仿真 ，在 图形 建模 和场 景对 象
第3章设计与制作三维创意作品3.3规划设计三维动画 -《信息技术人工-三维设计与创意》(教案)
通过展示精彩的三维动画短片，激发学生的学习兴趣和好奇心。
通过提问和讨论，引导学生开始思考三维动画的制作流程，为后续学习做铺垫。
活动二：
调动思维
探究新知
详细介绍前期工作的具体内容，包括剧本创作、造型设计、场景设计和故事板绘制。
强调前期工作的重要性，以及如何影响后续阶段的顺利进行。
一、前期教学反思
剧本创作：在剧本创作环节，我鼓励学生进行头脑风暴，列出感兴趣的主题。通过小组讨论和网络调查，学生们能够更加深入地了解选定主题的现状和问题。然而，我注意到部分小组在调研过程中信息收集不够全面，导致剧本内容缺乏深度。未来教学中，我将引导学生更系统地进行信息搜集和整理，确保剧本创作的丰富性和深度。
教学计划制定：
制定详细的教学计划，包括每个环节的时间分配、教学方法和预期目标。
规划课堂讨论话题，确保话题与学生的兴趣和课程目标相符合。
技术工具准备：
确保三维设计软件和其他相关软件已经安装并可以正常使用。
准备教学所需的多媒体设备，如电脑、投影仪等。
学生预习指导：
提前告知学生需要预习的内容，包括三维建模的基本概念和故事板绘制技巧。
角色造型设计：每个小组根据自己剧本的需要，设计至少一个主要角色的造型。可以从基本几何体开始，逐步细化，运用夸张、变形等手法表现角色的特征。需要提交角色的三维模型和设计说明，解释该造型如何符合剧本的要求以及所采用的设计思路。
故事板绘制：根据修改后的剧本，每个小组需要绘制至少包含三个重要场景的故事板，并标注主要动作、字幕和特效。故事板应当清晰展示镜头之间的关系，为接下来的动画制作提供明确的指导。
镜头关系：展示各个镜头之间的联系，为动画制作提供指导
基于Cinema 4D 三维室内场景的设计与实现
基于 Cinema 4D 三维室内场景的设计与实现摘要本文所建立的三维场景利用Cinema 4D软件对室内场景进行建模和渲染。
其地点是一个现实世界，该现实世界是主人公年轻时追求的一个场景。
但在追求到梦想后却发现丢失了最初的东西。
该设计从颜色和画面表达等方面进行对比，以提醒人们在追求梦想时，不要忘记最初的初心和旅途里遇到的人。
借此本文将从选题背景与意义、三维场景的设计、三维场景的实现、总结与展望等方面来对该创作进行详细描述。
关键词：Cinema 4D；场景设计；三维场景Design and implementation of Cinema 4D 3D indoor sceneZhu Xiji(Hunan University of Science and Technology, School of Media,Hunan, Yongzhou, 425199)Abstract：The 3 D scenes established in this paper use Cinema 4D software to model and render indoor scenes.The location is a real world, a scene that the protagonist pursues when he is young.But after pursuing the dream, I found that I had lost the original thing.The design is compared with color and picture expression to remind people not to forget their original intention and the people they meet during the journey when pursuing their dreams.In this paper, the creationwill be described in detail from the background and significance ofthe topic selection, its design, the implementation of the 3 D scene, and its summary and prospect.1背景及意义在如今快速识图的年代里，三维场景是一种新型的符合现代人追求精神愉悦的有效载体，三维场景中各种信息被设计者以符号化和图像化进行处理，以便人们能够更加迅速地接受信息和理解作者想要表达的想法和传递的理念。
测绘及三维建模知识点
三维建模及测绘相关知识点一、三维建模三维空间数据模型主要有三种：数字高程建模DEM、数字地面建模DTM、等值线。
地理三维建模：三维建模是指用一定的模型来模拟、表达地学三维现象。
TIN为不规则三角网的缩写，在地理信息系统中有广泛应用:根据区域的有限个点集将区域划分为相等的三角面网络，数字高程有连续的三角面组成，三角面的形状和大小取决于不规则分布的测点的位置和密度，能够避免地形平坦时的数据冗余，又能按地形特征点表示数字高程特征。
三维空间数据不仅指起伏的地形数据，还包括离散点在某一平面的任何属性数据，如某城市的降雨量，某小区域土壤的酸碱度等。
点云数据处理基本描述：点云数据处理软件能够用于海量点云数据的处理（点云数量无限制，先进内存管理）及三维模型的制作。
支持模型的对整、整合、编辑、测量、检测监测、压缩和纹理映射等点云数据全套处理流程。
能够基于点云进行建模，拥有规则组建智能自动建模功能（一键自动建模）要求能够精细再现还原现场。
具有真彩色配准模块，扫描物体点云的颜色即为物体真实的颜色。
相机彩色图片可以配准贴图到三维模型。
两种方法：点绘制、多边形网格绘制。
（三维数据获取与建模现状：我们身在一个三维的世界中，三维的世界是立体的、真实的。
同时，我们处于一个信息化的时代里，信息化的时代是以计算机和数字化为表征的。
随着计算机在各行各业的广泛应用，人们开始不满足于计算机仅能显示二维的图像，更希望计算机能表达出具有强烈真实感的现实三维世界。
三维建模可以使计算机作到这一点。
所谓三维建模，就是利用三维数据将现实中的三维物体或场景在计算机中进行重建，最终实现在计算机上模拟出真实的三维物体或场景。
而三维数据就是使用各种三维数据采集仪采集得到的数据，它记录了有限体表面在离散点上的各种物理参量。
它包括的最基本的信息是物体的各离散点的三维坐标，其它的可以包括物体表面的颜色、透明度、纹理特征等等。
三维建模在建筑、医用图像、文物保护、三维动画游戏、电影特技制作等领域起着重要的作用。
基于LOD的三维地形数据的组织与实时绘制
关 键 词 ： ＯＤ； 形 ； 时 显 示 ； 叉 树 Ｌ 地 实 四
中 图 分 类 号 ：Ｐ １ Ｔ ３２
文献 标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：６ ２ ７ ０ （０ ８ ０ — ０ ４ ０ １ ７ — ８ ０ ２ ０ ）４ ０ ４ — ３
每 一 个 节 点 都 覆 盖 地 形 中 的 一 块 相 应 的 矩 形 区 域 。 层 的节 点 上
涉及 的采 样点 较少 ．用其来 表示 地形 时具有更 高 的绘 制效 率 ， 但 分辨率 较低 ， 形表示 的误 差较 大。 地 底层 地形 的分辨率 高 ， 误 差小， 但绘 制效率 低 。本 文 中实现 的三维数 字地 球就采 用 了 四 叉 树数 据结 构 ． 基本 分层原 理 为 以地 球３ ０ 经度 和 １０ 纬 度 其 ６。 ８。
提 出并 发 展 起 来 的 。
为标准 ， 一层 以３ 。 第 ６ 划分 ， 图 １ ）共 分为 （ ０３ ）（８ ／６ ： 见 （， ａ ３ ／６＊１０３ ） ６
５块， ０ 第二 层 以１。 第三层 以９ ， 次类推 。 ８， 。依
匪 圈豳豳
【 ） ｅ ｅ ｂ Ｌｖｌ １ （） ｅ ｅ ｃ Ｌｖｌ ２ 图１ 地 形 分 层
２ 地 形 的分 块 与调 度 方 法
当 前 ， 范 围 、 量 数 据 的 获 取 已 成 为 现 实 ， 间 数 据 的 数 大 海 空
由于按平 面展 开层层 划分 ， 以这里 涉及 到行 、 的概念 ， 所 列 通 过 由 行 、 到 经 、 度 值 的 转 换 ， 分 后 的 每 个 方 格 对 应 一 个 列 纬 划 该 层 的 纹 理 ． 加 上 高 度 值 就 可 以 实 时 渲 染 三 维 图像 了 。 再 在 交 互 浏 览 地 形 时 ． 据 当前 浏 览 者 的 位 置 和 地 形 本 身 的 根
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Axis-aligned BSP tree Rough sorting
Test the planes against the point of view Test recursively from root Continue on the ”hither” side to sort front to back
If traversed in a certain way, we can get the geometry sorted along an axis
Exact for polygon-aligned Approximately for axis-aligned
Axis-Aligned BSP tree (1)
常用的场景物体包围体
包围球 AABB包围盒 OBB包围盒 平行六边包围体 K对平行六面包围体
优化场景绘制的几何剖分技术
BSP树
应用于深度排序，碰撞检测，绘制，节点裁减 和可见性判断，加速三维场景的漫游；
空间中的任意平面把空间分成两部分：一份为 二地空间剖分方法；
一直递归下去，结束的条件：
应用旋转
·保存当前矩阵
运用摇晃
渲染行星A
保存当前矩阵
·运用旋转
·渲染卫星A
·
渲染卫星B
·恢复矩阵
·恢复矩阵
恢复矩阵
运用旋转
渲染行星2
保存当前矩阵
·
运用行星2的旋转
·
渲染卫星C
·
渲染卫星D
恢复我们保存的矩阵
·恢复我们保存的矩阵
场景绘制过程
根据游戏的需要,更新场景中的部分结构,从下到上；
场景图的剔除绘制过程：
渲染行星1
保存当前矩阵
·
运用第二个旋转
·
渲染卫星A
·
渲染卫星B
恢复我们保存的矩阵
渲染行星2
保存当前矩阵
·运用行星2的旋转
·
渲染卫星C
·
渲染卫星D
恢复我们保存的矩阵
·恢复我们保存的矩阵
行星A摇晃
恒星
|
旋转
/ 行星1
| 旋转
/\
\ 行星
| 旋转,摇摆 /\
卫星A 卫星B 卫星C 卫星D
·渲染恒星
·保存当前矩阵
Scene graphs
BVH is the data structure that is used most often
Simple to understand Simple code
However, it stores just geometry
Rendering is more than geometry
Can only make a splitting plane along x,y, or z
Minimal box
Split along plane
Split along plane
Split along plane
Axis-Aligned BSP tree (2)
BD
E
0
Plane 2 Plane 0
要修改一个行星的位置,只需修改星结点的属性,不更 改任何子节点的属性.
场景图一般包含下列节点:
几何节点
变换节点
平移，旋转，缩放
开关节点 通过当前状态对子节点进行选择的节点
基于绘制状态的场景管理
把场景中的物体按照绘制状态分类，对相同 状态的物体设置一次状态；
状态切换是一个比较耗时的运算； 绘制状态包括：
三维场景的组织与绘制
王长波
三维场景的组织与管理
基于场景图的表达与管理
场景图是一种将场景中的各种数据以图的形式组织在一 起的场景数据管理方式。
它是一个K-树,场景图中的每一个节点都是数据的存储结 构,父结点会影响子结点 。
每个节点信息包括：（1）场景的组织结构信息，如父节 点或子节点的句柄；（2）支持绘制流程的各种信息，如 节点在当前帧中是否绘制的标识，节点的包围体等；（3） 描述表现自身所需的各类特征属性信息，如位置坐标、 变换矩阵以及颜色、材质等。
纹理映射的参数设置 材质参数，包括泛光、漫射光等 各类其他渲染模式：多边形插值、融合等
半条命
建立状态树
按状态集进行排序 遵照“尽量使状态转换最少”
按深度优先遍历状态树，依次绘制
基于景物包围体的场景组织
由于可见性检测、求交、碰撞等都可归结为 空间关系的计算。
对每个物体建立包围体； 对场景建立包围体层次树； 快速判断一个点是否在物体的凸包围体中。
Two different types:
Axis-aligned Polygon-aligned (treated in other graphics
course, and in handout text)
General idea:
Divide space with a plane Sort geometry into the space it belongs Done recursively
1a
1b
Plane 1a
Plane 1b
A BC
2
A
C
D
E
Each internal node holds a divider plane Leaves hold geometry Differences compared to BVH
Encloses entire space and provides sorting The BV hierarchy can be constructed in any way (no sort) BVHs can use any desirable type of BV
0
2 0
1a
1b
1a
1b
A BC
2
The scene graph is an extended BVH with:
Lights Textures Transforms And more
例:
模拟一个星系
恒星பைடு நூலகம்
|
旋转
/ 行星1
| 旋转
/\
\ 行星
| 旋转
/\
卫星A 卫星B 卫星C 卫星D
·渲染恒星
·保存当前矩阵
应用第一个旋转
空间中没有物体了； 剖分的深度达到了指定的数值就停下
BSP树的建立
先对物体建立包围体结构，然后以包围体为单 位建立场景的BSP树；
剖分方式：
均匀剖分：适于场景中物体分布均匀 平行坐标轴剖分：室内游戏
选取场景中面积最大和遮挡物体最多的面：判断物 体与剖分面的关系稍负责
Binary Space Partitioning (BSP) Trees