三维虚拟仿真大纲

《三维虚拟仿真》课程教学大纲

课程编号：（暂可不写）

课程名称：三维虚拟仿真

总学时数和学分：本课程计划144学时，8学分

实验或上机学时：108学时

先修及后续课程要求：

先修课程：

1. 3ds max基础：要求学生了解3ds max各个功能模块和基本制作流程。掌握常用工具及简单模型的制作方法、掌握基础灯光、材质的调节方法。

2. 图形图像处理PS：要求掌握常用工具的使用方法，把握图层、蒙版、图层样式以及图层叠加方式的作用和意义，熟练掌握调色工具及滤镜的使用，深入理解通道的作用。

后续课程：《工作室实训》、《毕业设计》

（说明部分）

1.课程性质

三维虚拟仿真是利用计算机图形学技术，在计算机中对真实的客观世界进行逼真的模拟再现。通过利用传感器技术等辅助技术手段，让用户在虚拟空间中有身临其境之感，能与虚拟世界的对象进行相互作用且得到自然的反馈，并让人产生构想。本课程通过3ds max软件强大的三维图像技术制作出逼真的虚拟空间环境，再通过VRP平台加入交互功能，从而形成一种超现实的虚拟体验。本课程主要解决如

何生成具有真实感的虚拟空间，通过3ds max的建模工具创建场景模型，通过材质贴图以及灯光的综合应用模拟自然世界的真实质感及光影效果，再通过渲染设置调节出最终效果。最后使用贴图烘焙的方式将最终渲染效果转为贴图贴回场景，并导入到VRP中进行交互式制作。本课程是一门综合性学科，与其相关的学科种类繁多，如计算机视觉、数字图像处理、模式识别、人工智能、计算机网络、科学计算可视化、输入输出设备、人机交互、自动化控制、生理学、心理学等，其与虚拟现实都有十分紧密的联系。本课程重点在于如何在计算机中生成虚拟环境并通过VRP平台将其转化为具有交互功能的空间环境。其中需要大量的实践决定了本课程主要以技法为主，并兼顾理论的学习。能制作出完整、真实的交互式虚拟场景是本课程的最终教学目的。

2.教学目标及意义

本门课教学目标在于使学生在熟练地掌握3ds max软件的基础之上系统的学习VRP交互式平台软件。在熟练掌握模型创建、材质贴图的赋予、灯光布光方案及调节方法的基础上，创建出具有沉浸感与交互性的虚拟现实作品。借助本系强大的工作室电脑硬件及所购的20节点VRP软件可以进行大型场景的虚拟现实作品表现。使学生在校园里就能拥有公司级别的制作条件，为优秀作品的制作提供了先决条件，并使学生在实战训练中提高其市场竞争力，为进军这一新兴行业奠定坚实的基础。

3.教学内容及教学要求

一、场景模型的创建。（50学时）

1）二维曲线建模方式的学习。

2）多边形模型的创建方法。

3）场景的布局及层管理器的使用。

4）如何控制多边形面数，并优化场景。

实例讲解：

1.场景布局及大小比例关系的调整。

2.路灯及道具的制作。

3.主体建筑的创建。

4.场景优化与整合。

教学要求：本课程的教学是整个课程的基础部分，虚拟场景的视觉效果何真实性极大地影响着沉浸感的强弱，优秀的模型对于后期的材质灯光以及交互式平台的制作都有极强的帮助，因此，本课程作为基础部分，需通过大量的实践联系是学生能够熟练使用各种建模工具对场景模型进行创建，注重细节的表现与整体布局的把握。能对场景进行合理的管理，为后面的流程做好准备。

材质灯光部分（60课时）

1）材质编辑器及常用材质类型的把握。

2）常见物体材质的参数调节。

3）贴图类型的掌握与使用。

3）UVW编辑器的使用。

4）贴图绘制的制作。

5）灯光的参数调节及常见布光方案的解决方法。

6）Vray渲染器及灯光材质的制作。

实例讲解：

1.金属、水、玻璃等常见材质的调节。

2.UV展开及UVW编辑器的使用，演示贴图展开后将UV导入

PS进行绘制并在绘制完成后重新贴回模型。

3）凹凸贴图及透明贴图的使用。面片树的制作。

4）三点布光法的使用。体积光及投影类型的调节。

教学要求：本课程是整个课程的核心部分，虚拟场景真实感能否体现很大程度上取决于光照及质感的制作。优秀的光照及材质效果的制作能够在视觉效果上取得极强的真实感。本课程的学习不仅仅是对软件的熟悉及参数命令的掌握，更为重要的是对色彩，光影关系及美学知识的理解与贯彻。因此，本课程的学习需要学生在熟练掌握命令与参数调节的基础之上，更多的将所学习的美学知识融会贯通到制作中来。

动画、渲染器及VRP的学习（工作室实训34课时）

1）摄像机动画及动力学动画的制作。

2）Vray渲染器及其材质、灯光的编辑方法。

3）贴图烘焙的制作。

4）VRP中对烘焙模型处理及最终文件的制作

教学要求：要求学生掌握常用动力学动画及摄像机动画的制作方法，并能熟练使用Vray渲染器进行材质、灯光及贴图烘焙输出设置。

学习VRP软件的使用，能正确将烘焙模型导入,并能通过编辑生成正确文件，使场景具有良好的交互性及沉浸感。

4.教学重点、难点

1）建模方式的掌握及灵活应用。

2）材质类型的使用及常用材质类型的调节方法。

3）贴图与材质的关系及贴图类型的使用。

4）UVW编辑器的正确使用。

5）贴图的绘制与通道的使用。

6）灯光与材质的配合，特殊材质的调节。

7）灯光特效的使用与布光方案的解决。

8）对Vray渲染器、材质及灯光的熟练掌握。

9）渲染面板的正确设置，掌握如何在时间与质量之间平衡。

10）贴图烘焙类型的正确选择与路径的制定。

11）导入VRP后对模型的调节与动画的制作。

12）最终文件生成要点的把握。

5.教学方法与手段

1）本课程以上机实践为主，配合课堂教学的内容和进度

进行。

2）课程采用理论与实验相结合的方式,在理论上讲授相

关的知识及要求,并通过实战训练使学生更好的掌握所学内容。

3）本课鼓励学生发挥学习自主性,在实验课上鼓励学生

在做好课实验的基本上进一步去制作及学习其它的相应内容。

4）本课鼓励学生相互之间进行学习、交流。学生之间的

交流能更好的提升双方的学习积极性和学习效率。

6.教材及主要参考书

1）《3ds max灯光材质贴图渲染》李娜李卓中国青年出版社，2018年出版。

2）《3ds max与虚拟现实》.九州星火传媒.电子工业出版社. 2006.5年出版。

模块一 3ds Max建模准则

一、教学要求

1.掌握模型的创建与简模的制作。

2.掌握模型的简化与拓扑结构的分布。

3.能够制作布线合理的简模。

二、教学内容

第一节：建模方式的学习

知识要点：

1.掌握二维曲线建模方式。

2.掌握多边形建模方式。

3.掌握二维曲线与多边形建模各自的特点以及结合使用方法。

4.模型的简化与拓扑结构的调整。

5.通过练习熟练掌握两种建模方式。

第二节：场景模型的创建

知识要点：

1.掌握场景的布局与比例关系的变化。

2.掌握层管理器的使用与管理。

3.掌握小道具与主体模型的制作要求。

4.模型细节与整体关系的把握。

5.大型复杂场景的实践训练。

三、重点、难点提示和教学手段

教学重点：

1.二维建模方式的应用范围。

2.多边形建模中点、边、面编辑手法的掌握。

3.对模型中多余的点、边以及错面的处理方式的掌握。

4.拓扑结构的正确理解与简模的制作要求。

教学难点：

1.学生对建模方式的灵活掌握。

2.如何降低模型所占资源，制作出满足后期流程中的简模。

3.大型场景的管理。

教学手段

1. 通过启发、引导、组织学生自主学习的形式，充分发挥每位学生的主体性和创造性。

2. 培养学生的观察意识，注意物体的构造的细节。

3. 学法引导，鼓励学生的自主学习和相互学习能力。

4. 自主学习（收集相关素材制作课件书写调查报告等）、合作学习、实践活动、范图展示、学生欣赏、讨论、

课堂组织形式：

开放式、讨论、师生互动、学生活动、学生自评、互评。

四、思考与练习

本章学时数（50学时）

模块二材质、灯光表现

一、教学要求

1. 掌握材质编辑器的使用方法与材质类型。

2. 掌握明暗器及材质漫反射、高光、光泽度等基本参数的调节方法。

3. 掌握常见材质类型的调节方法。

4. 掌握UVW编辑器的使用方法，并能正确展开UV。

5. 能够在PS中进行正确的贴图绘制，并能将绘制完成的贴图贴回场景模型。

6. 掌握灯光的创建与布光方案的基本解决方法。

7. 掌握灯光与材质之间的关系，通过调节能够真实地表现物体质感。

8. 掌握灯光特效及环境光的制作。

二、教学内容

第一节材质编辑器的使用

知识要点：

1.掌握材质球明暗器的作用。

2.掌握漫反射、高光、光泽度等的调节。

3.掌握不同材质类型的特点。

4.掌握通过贴图来控制材质属性的方法。

第二节UVW贴图编辑器及贴图绘制

1. 了解UV的概念及其作用，并能通过UVW编辑器对模型UV进行编辑。

2. 能够正确展开模型UV，并能将其输出到PS进行贴图绘制。

3. 掌握贴图类型以及透明贴图、凹凸贴图、置换贴图的制作方法。

4. 通过贴图来展现场景细节，对模型进行精细表现。

第三节布光方案及灯光特效

1. 掌握灯光的创建及其参数调节。

2. 掌握常用的灯光布光方案。

3. 掌握投影类型及其灯光高级参数设置。

4. 掌握体积光等灯光特效的制作方法。

三、重点、难点提示和教学手段

教学重点：

1.常见材质类型调节方式的把握。

2.UVW展开与贴图绘制的正确。

3.布光方案的正确解决。

教学难点：

1.正确表现物体的质感。

2.贴图的精细变现。

3.光影效果的氛围营造。

教学手段：

1.通过启发、引导、组织学生自主学习的形式，充分发挥每位学

生的主体性和创造性。

2.培养学生的观察意识，注意光影变化及物体质感的区别，通过

欣赏优秀作品提高学生审美意识。

3.学法引导

4.自主学习（收集相关素材制作课件书写调查报告等）、合作学

习、实践活动、范图展示、学生欣赏、讨论、

课堂组织形式：

开放式、讨论、师生互动、学生活动、学生自评、互评。

四、思考与练习

五、本章学时数60课时

模块三动画、渲染器及VRP平台

一、教学要求

1）掌握动力学动画及摄像机动画的制作。

2）掌握Vray渲染器渲染面板设置。

1.掌握Vray渲染器材质及灯光的设置。

2.掌握最终输出及贴图烘焙的参数设置。

3.掌握VRP软件对烘焙场景的管理及编辑方法。

4.掌握VRP最终文件的生成方法。

二、教学内容

第一节：动画的学习

知识要点：

1.掌握修改器动画的制作。

2.掌握动力学动画的制作。

3.掌握摄像机关键帧动画的制作。

4.掌握摄像机路径动画的制作。

5.通过练习熟练掌握动画的制作。

第二节：Vray渲染器的学习

知识要点：

1.掌握Vray渲染器的安装及其运算方式。

2.掌握渲染面板的参数设置。

3.掌握Vray材质的设置方法。

4.掌握Vray面片光及太阳光的创建及调节方法。

5.Vray渲染器下贴图烘焙的制作方法。

第三节：VRP的学习

知识要点：

1.掌握VRP软件的安装以及与3ds max之间的接口安装。

2.掌握VRP中如何对导入的烘焙模型进行调节。

3.掌握VRP中材质编辑及摄像机的创建方法。

4.掌握VRP中对贴图及场景的管理方法。

5.特效的制作

6.最终文件的生成。

三、重点、难点提示和教学手段

教学重点：

1.摄像机动画的制作及动力学动画的制作。

2.Vray渲染器的正确设置及参数调节。

3.Vray材质及灯光的正确调节。

4.使用Vray渲染器进行正确的贴图烘焙。

5.使用VRP进行场景管理并生成正确文件。

教学难点：

1.动画的正确制作。

2.Vray材质、灯光以及渲染面板的正确设置。

3.Vray渲染对贴图烘焙格式的正确选择。

4.VRP中合理处理场景文件。

教学手段：

1.通过启发、引导、组织学生自主学习的形式，充分发挥每位学

生的主体性和创造性。

2.学法引导，鼓励学生的自主学习和相互学习能力。

3.进行实战训练，加强学生的灵活应变能力。

四、思考与练习

五、本章学时数（34学时）

教研室：动漫设计与制作执笔人：谢旭洲