摘 要：随着时代的发展，计算机三维技术已广泛应用于影视、建筑表现、旅游宣传等多个行业，具有广阔的发展前景。目前，我国在文化古迹保护和旅游景区建设方面已经开始使用计算机三维技术，其对区域旅游和文化建设都具有良好的宣传作用。本文通过Maya软件和三维雕刻软件ZBrush，对铜绿山采矿遗址进行模型构建和材质制作，最终完成了《磁湖沉壁铜绿山》视频影片制作。通过对遗址的分析，完美再现了古代采矿场景，对历史文化财产具有宣传和保护作用。
关键词：计算机三维技术；Maya；铜绿山采矿遗址；ZBrush
中图分类号：TD852 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2014）26-0276-01
随着数字媒体技术的快速发展，在文化古迹保护和旅游景区建设方面使用计算机三维技术，制作的宣传短片可以用于多种平台，可以提高宣传力度。这种新颖的视频短片宣传方式更容易为大众接受。
本文基于国家大学生创新创业计划项目，研究的就是铜绿山遗址的三维重现。通过Maya等软件对铜绿山采矿遗址进行模型构建和材质制作，在其三维动画作品《磁湖沉壁铜绿山》中重现黄石市古代恢弘的采矿过程，以达到宣传和保护历史文化的效果，由于在前期三维重现中的良好技术基础，该动画作品获得第五届全国三维数字化创新设计大赛全国二等奖，现将其研究实践总结如下：
一、铜绿山采矿遗址的模型制作
铜绿山采矿遗址是古代黄石主要的采矿之地，这里蕴藏着丰富的多种金属共生的铜铁矿床。铜绿山古铜矿遗址博物馆是中国第一座反映古代矿冶科技史的专门性博物馆。在博物馆内，可以看到春秋时期运用木制榫接方框支架维护的竖井、平巷、盲井、斜井等。它们纵横交错，展现了矿工在期间作业的系列过程，丰富地再现了当时采掘矿石的情景。为对铜绿山采矿遗址的三维重现提供了很好的参考。
本案例的主要研究对象就是铜绿山采矿遗址。设计主要流程是针对采矿遗址的大体结构进行分析和研究，然后在Maya中对采矿遗址进行模型上的仿真制作，接下来对于不同材质进行贴图，最后形成整体的虚拟建筑，即在计算机上重现了铜绿山采矿遗址。
模型制作之前要统一协商好文件储存，便于后期组合各成员分工而做的场景模型要求模型跟真实的尽可能相近，所以在建模过程中需要经常对比拍摄到的图片。再使用ZBrush画笔精心雕刻使模型的形状最大限度地接近真实场景。
需要注意的是千万不要把模型直接导入到Maya中使用，雕刻完成的模型不能直接使用，原因是雕刻完的模型有几百万个面，如果直接导入到Maya软件中去的话，软件运行就会变得很慢，会严重影响制作效率，所以需要把这些细节做一张法线贴图。这张贴图也可以直接贴到模型上去的，这样就解决了法线贴图的问题。
做模型最主要的是把握模型的整体结构，对结构的把握是至关重要的第一步。制作模型时，一定要多观察，多思考，就把每一个模型当作一件艺术品来看待，尽量的把它雕琢完美。还有模型需要记得随时保存，三维软件普遍都比较大，会存在一定的不稳定性，这样可以避免软件故障或其他的原因造成模型损坏从而前功尽弃，历史记录也要适时的删除，不然的话会占用内存加大文件量，还有可能导致模型出现问题。
二、铜绿山采矿遗址的贴图绘制
贴图的制作直接关系到三维模型的最后效果，好的材质决定了好的动画品质。好的材质可以更好表现出实际场景的具体细节，仿真效果就越好。这里介绍了铜绿山采矿遗址贴图过程中使用到的技术—法线贴图，法线贴图也是在ZBrush中完成的。
法线贴图是可以应用到3D表面的特殊纹理，一般的纹理只可以用于2D表面。作为凹凸纹理的扩展，它包括了每个像素的高度值，内含许多细节的表面信息，能够在平平无奇的物体上，创建出许多特殊的立体外形。
法线贴图多用在CG动画的渲染以及游戏画面的制作上，将具有高细节的模型通过映射烘焙出法线贴图，贴在低边模型的法线贴图通道上，使之拥有法线贴图的渲染效果，却可以大大降低渲染时需要的面数和计算内容，从而达到优化动画渲染和游戏渲染的效果，是最近比较被关注的技术，也将成为以后一大主流技术。
模型完成后开始输出贴图，在ZBrush中雕刻的模型可以利用软件自带的Normal map工具进行法线贴图制作。该模型的精度比较高，所以法线贴图计算时间会比较长。接下来其它收集其他的贴图，团队使用的是单反高精度相机，实地采集了场景的每一部分材质，与现有的材质库进行了比较，最后选取了一些比较贴近实际场景的材质，在photoshop软件中进行了设计和加工。图1就是烘培的法线贴图，这张法线贴图上的细微纹理就是在平面模型上凸显出来的纹理，使用法线贴图的模型不仅降低了模型的面数，还达到精细的效果。
一般制作贴图时可能会遇到这样的问题：图片大小不匹配需要调整贴图的大小，调大或调小图片的像素发生变化，比调整前看上去模糊需要在输出UV图时应该尽量选择合适的尺寸，最好是和要用到的贴图素材大小相适。但往往所需的贴图素材大小是不一致的，有的还是需要调整大小避免不了有的图片失真，为了减小失真，建议输出最终贴图时，将图片的输出质量设高一点。铜绿山采矿遗址的贴图就可以省略掉这一步了，因为法线贴图是在ZBrush中根据模型来导出来的，相当于是给模型量身定制的衣服，而且漫反射贴图也是一张精度非常高的图片，所以在贴图时就没有必要重新调节UV的参数值了。
三、铜绿山采矿遗址的灯光与渲染
场景模型和贴图的完成只是制作三维动画的第一步，接下来就是整合场景，添加具体的小物件，使场景比较丰富、饱满；第二步给场景添加灯光，矿井里面的灯光是微暗的，可以根据此特点来给场景打灯光；第三步是将调节好的动作人物导入到场景中来，制作摄像机动画；最后一步就是调节渲染参数，渲染输出序列帧，在后期进行合成处理。
四、总结
通过本次实践研究出了一套Maya软件和三维雕刻软件ZBrush相结合的制作精细模型的模式，它可以使模型表现出高品质的状态，又可以大量节省模型面数，并且大大的缩短了模型渲染时间，还可以把模型应用于虚拟漫游建筑中，提高模型的使用率。
随着计算机不断发展，更多人员参与到计算机三维动画制作，而在建筑和古场景的保护方面制作的动画，为了表现出更丰富的视觉效果将投入更多的开发技术和资金，使得这一领域具有更大的发展空间，体现出了更大的商业价值。
★本文系湖北师范学院“国家级大学生创新创业训练计划”资助，项目批准号：201210513025，指导教师：湖北师范学院教育信息与技术学院教师李丹丹。
参考文献：
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