基于Unity3D技术的摄影灯光虚拟实验设计与开发

统较二维平面虚拟实验来说能更加真实地模拟现实环境，学习者可以免受时空等外界因素进行自主学习，减轻对真实器

材的损耗#关键词：Uiy3D;摄影；灯光布置；虚拟仿真中图分类号：TP37

文献标志码：ADesign and Development of Virtual Experiment of Photography Lighting

Based on Unity 3D TechnologyPANG Lan, YANG Libo(School of Computer & Information Technology, Northeastern University of Petroleum, Daqing 163318)Abstract: Aiming at the lack of photographic and lighting equipment or offdate equipment in some universities, a set of 3d virtu­al experiment system with strong interaction was designed and developed. This paper described the design process of virtual ex-

perimentsystemandthekeytechnologiesofmakingphotographicinteraction,including modelcompressionoptimizationtech­

nology, render texture technology and C % programming language. Compared with the two-dimensional plane virtual experi- ment,thesystemismorerealtosimulatetherealenvironment,learnerscanbeautonomouslearning, and free from external

factorssuchastimeandspacelimit, reducethelossofrealequipment.Key words: Unity3D； Photography； Lighting arrangement； Virtual simulation0引言外在室外场景方面和摄像机基本构造方面的培训有所欠 缺*1+ &由于虚拟实验技术的特征，它在物理与化学等学科中

目前国内外对虚拟实验的探索进入了蓬勃发展阶段，国

外关于影视方面的虚拟实验较多，比如德国的elixxier公司

的应用较多，缺乏对影视多媒体等领域的开发&基于此设计开发出一套影视虚拟实验，使用该虚拟实验

开发的set. a. light 3D STUDIO三维模拟影室布光效果软件 后，学习者能掌握摄像机的基本使用和基本拍摄方法，掌握 三点布光方法，大大提高了教学的水平和质量，学生在课下

也可以使用该虚拟实验系统进行反复练习操作，该虚拟实验 创新点在于涵盖摄影及灯光两方面的操作，包含语音讲解使

在点击快门键之后，会自动把你的拍摄效果变成照片显示出 来，此时的照片就是你为人像布光的最后效果，效果比较好,

但市场场景全在室内，没有自然光的环境，另外不能对摄像

机的结构进行认识熟悉，只是观看拍摄效果，因此具有一定 的不足&国内的影视虚拟实验系统相对较少，北京邮电大学

的开放式网上虚拟实验室是与润尼尔公司合作的一个虚拟

学习者身临其境，强化学习者的记忆&1

系统设计思路与开发框架实验室平台，其中涵盖了摄影技术虚拟实验教学系统和摄像 技术虚拟实验教学系统，通过虚拟教学传授摄影以及摄像知

通过查阅资料和教材，对摄像机以及灯光布置的知识进

行深入了解，结合乌美娜的教学设计理论&首先进行学习分

识，但只有本校的学生才能使用，或者需购买才可使用&虚 析，分析学习者的当前水平和预期的要达到的水平，以消除

拟演播室的应用与普及也为学习摄影技术与灯光布置提供 了平台，2001年浙江传媒学院成为国内最早将虚拟演播室

用于实验教学的高校&就播音专业学生来说，现在可以根据

这种差距&其次分析学习内容和学习者，分析学习内容的类 别，确定学习者的初始能力和学习风格。然后对学习目标进 行分析，实验目标通过课程目标与单元目标相结合来确

定⑵&结合“影视节目编导与制作”实验指导书对实验内容

自身条件和要求自主挑选背景，场景切换方便，不受真实条

件的约束，这种实验方式很受师生欢迎。但是投资较高，另 进行设计，对实验需要实现的功能进行分析&鉴于实验的可

基金项目：黑龙江省教育科学“十三五”规划2017年度重点课题(GBB1317018)；国家科技重大专项(2017ZX05019005-006)作者简介：杨丽波(1971-),女，汉，黑龙江绥化人，博士，教授，研究方向：教育技术理论与应用&庞岚(1994-),女，汉，河南幵封人，硕士研究生，研究方向：教育技术理论与应用。・14・Microcomputer Applications Vol. 35,No. 5,2019实现性，将选择4个操作性实验进行设计开发，分别是摄像

基金项目微型电脳％用2019年第35 )第5期个合适的各个方向上的分段数，另外多边形建模也方便材质 和贴图的添加&机的使用、镜头的取景与构图练习、运动镜头的拍摄和灯光 的布置。如图1所示&单位设置：为了避免操作数据过大，后期操作费时，场景

的尺寸需与真实情况一致，否则会导致文件编辑的时候，数

据量过大& 一旦将固定的单位设置好，最好不要轻易更改,

也为了方便后期模型的制作，否则还需要调节比例。场景

: 场 景 模 型 作 时, 个 的 面 数不要太大，因为该虚拟实验的目的不是为了实现室内设计那 样的效果，而是为了是学生掌握设定的知识点，就像摄影虚

拟实验里的校园模型不需要做得太精细，只要能使学生学会

摄像机推拉摇移以及景别的操作方法即可。单个物体面数

图1系统开发总体框架要控制到10 000个面以下*+。根据虚拟实验的特点以及教学设计的原则，系统首先进

进行合理布面：在建立模型时，不可见的面应该删除甚 至不建模，主要是为了提高贴图的利用率，减少整个场景的

面的数量，以提高交互场景的运行速度页。如贴着地面物体

入登录界面，登录后进入主界面，主界面分为实验操作模块

(标题栏、导航栏)与帮助模块，在导航栏选定将要进行操作

的实验。利用创建的三维模型，通过虚拟环境中人机交互技

的底部和桌子内部等。因此在三维建模的时候切记，该减少 的面数就减少，不要因为担心实现的效果不好，因为该部位

术实现用户与虚拟环境的自然交互，包括三维设备的名称显 示、文字提示、三维模型的动作响应等，能够在虚拟环境中完

使用者是观看不到的，因此不影响使用体验&成摄影、灯光实验系统操作训练&2关键技术2.1 3D建模及简模的技术(1) 3D建模技术3DS max是目前主流的三维场景制作工具。在建立模

简模的应用：用于虚拟实验中的大部分模型特别是远处 的模型, 能做

细, 大 数 对

的 模型要使用简模，比如远处看房子的时候，不需要将房子外部

的砖块都做出来，只需要一个加了房子外部图片的面片代替

即可，贴图能很好地实现简模效果，房子内部的结构也完全

没有必要展现出来&但是一些需要用到的物体模型例如摄 像机与灯具模型则要细致的展现出来以便交互使用&

23 渲染纹理(Render Texture)技术型的过程中，为了后期交互功能的实现，将具有交互行为的

模型例如变焦键、摄像机镜头盖以及三脚架底座拆分成各个 小部件进行单独建模。另外要注意模型的尺寸匹配，要设置

在Unity3D中有一种特别的纹理种类，叫做Render

Texture也就是渲染纹理，它是一种特殊的纹理类型在运行

一个统一的单位标准以便后期不会有太多修改和偏差&最

时产生和更新&你首先要创建一个新的渲染纹理并且要指 定一个你所需要的或者是特定的场景的一些渲染结果渲染

后要设置命名规范方便,后期查找使用。利用3DS max技术

进行模型开发，包括摄像机模型、灯具模型、人物模型以及背

到一个三维屏幕上，这个三维屏幕可以被继续使用。例如，

汽车的后视镜上可以贴一个渲染器，该渲染器可以在此视角

景等模型，其中主要采用几何建模的方法。建立三维模型的

过程包括:建立模型、赋予材质和贴图、光照和渲染*+。与室内设计等专业的需求不同，该虚拟实验需要的摄像

下由摄像机渲染。该方法就是在assets中创建一个Render Texture 并 其附 到 机

进行此 作 机的 实 时渲 染机以及灯具对于精细程度要求不是特别高，但是也要有一定

的逼真度。该实验创建的摄像机模型主要是进行交互功能

结果就都在这个要现实的区域物体上了⑺&()

1创 渲染纹理的制作，因此这就要求在制作模型的过程中，对摄像机、三角 架和灯具等模型的零部件需要单独创建，不能将其制造成一

右键单击资源文件夹中的任意位置，然后选择Create.

New Render Texture,就新建了一个 Render Texture,命名为 Camera Texture。个整体。摄像机包括镜头、机身、显示屏、取景器、按钮和底

座等&灯的模型包括灯罩，灯座和光源(即灯体)。将模型建立完毕就可以进行拼接，使得形状与真实物体

选择Camera Texture纹理，并在“属性\"面板中将其大小

设置为512x512。尺寸决定了其分辨率，以及将要从相机视

图中保存的PNG图像的分辨率，如图2所示&相同。模型创建完成后，赋予材质和纹理以达到逼真的效

果。通过展UV调整贴图的坐标位置，利用材质编辑器将每

(2) 从 RenderTexture 创 材使用刚创建的相机纹理创建一个新材质：右键单击资源

个部件都附上所需材质,模型的纹理贴图获得的方法是拍摄 真实物体表面纹理，将拍摄得到的图片经过PS软件处理

得到⑷。(2) 针对该虚拟实验简模的技术文件夹中的任意位置，选择Create〉Material,命名为Securi- tyFootage选中 个 Material 并 其 属 改。 Mobile/Diffuse。合适的分段数:创建模型往往是在立方体或者圆柱体等

基本立方体的基础上进行塑造，也就是要有一个全局的思 想，在建模之前观察后期是否需塑造更复杂的模型，再给一

15将SecurityCameraTexture拖放到材质的纹理属性上，

此时，我们创建了 一个可以将SecurityCameraTexture纹理 显示到任何对象表面的材质，如图3所示&Microcomputer Applications Vol. 35,No. 5,2019基金项目(3)监控相机微型电脳％用2019年第35 )第5期向场景中添加一个新的相机(Main Menu.GameObject .Camera)，重命名新相机为 SecurityCamerao扌巴 SecurityCameraTexture 拖拽 至0 SecrityCamera 的

Target Texture字段上。这会使相机视图显示渲染的纹理,是显示在屏幕上，选择相机后，你可以看到一个小的预

览窗口，可以在其中看到场景窗口。选择相机后，其视图

3D空间场景的前方,

预览窗口中显示场景视图。把相机移动到可以看到目标对象的地方。此时需要确保相机

看到场景中的所有对象。当相机预览窗口可以看到所有对象(不包括LCD屏幕)时, 行下一步。4) 创 LCD在场景中创建一个平面(Main Menu〉GameObject〉

图2创建一个渲染纹理并设置渲染纹理的大小3D Object〉Plane)。重命名平面为Screen。旋转平面使其0 InspectorSe curityFoota q eShader Mobil e/D iffu s e■橋T Base (RGB)Tiling Offset X 1X 0Y 1Y 0From ShaderSelectRender QueueEnable Instancing图32000创建新材质面向相机。修改Screen使其适合摄像机的屏幕。拖拽 SecurityFootage 到 Screen 的材质的 Element 0 属

性，使用之前创建的SecurityFootage作为平面的材质至此，

void Update () {it (Input. GetKeyDown(KeyCode. Escape)) Application. Quit()；材质此时已关联到液晶显示屏，材 显示监控摄像机所看//判断是W还是T；i (anniuadd到的内容。此时，甚至不需要运行场景即可查看LCD屏幕

) {上显示的目标对象。基本步骤是

mada.Play()；创建一个渲染纹理，创建一个摄像头以显示材质。就像真正的监控摄像i (isW){shexiangtou. GetComponent/Camera. ().

fieldOfView — = 0. 06f；在渲染纹理上绘制它所看到的内容，创建一个材质来显示渲

染纹理,最后创建一个 机一样,

视图并 录像设备将其发送到 。(5)变焦功能

buttom. transform. localEulerAngles = newVector3 (x， —90， 0)；另外通过使用C%语言添加了变焦功能，点击W和T

按钮实现变焦，彳

下：public Camera shexiangtou；private float jiaoju；

private bool anniuadd = false；

if (x = = —6. 0f) {x = ―6. 0f ；/ else{shexiangtou. GetComponent / Camera . ().

fieldOfView +=0. 06f；public GameObject buttom；

publicAudioSourcemada； private float x= — 6. 0f ； private float y=6. 0f ；

buttom. transform. localEulerAngles = newVector3(y， —90，0)%public bool isW%16if (y e e 6. 0f) {Microcomputer Applications Vol. 35,No. 5,2019y = 6. 0f；基金项目微型电脳％用2019年第35 )第5期void OnMouseDownO {

anniuadd = true；//镜头变焦if (shexiangtou. GetComponent/ Camera〉().

fieldOfView / =3 0f) {shexiangtou. GetComponent / Camera . ().

void OnMouseUpO {

anniuadd = false；

fieldOfView = 3 0f；butom3transform3localEulerAngles = new Vec-

tor3 (0 , 一90 ,0 )；mada3Pause()；if ( shexiangtou. GetComponent / Camera〉

().fieldOfView〉= 90. 0f) {shexiangtou. GetComponent/Camera. (). 具体实现效果如图4所示&fieldOfView = 90. 0f；图4摄像机纹理映射到屏幕上3总结出版社,2011:2967.[3& 陈光炎.3DS MAX 4三维造型与动画一点即通[M&.

本文通过使用3D max技术以及Unity3D实现的《影视 节目编导

重庆，重庆大学出版社，2002.%4& 朱万侠.《摄影技术》网络虚拟实验平台的设计与开发

[D&.武汉：华中师范大学，2011.作》虚拟实验 的仿真校实际教学中的使用情，很 实现人机 ！

极

况来看，学生对该虚拟实验具有较强积极性，有一定的兴趣,

调动了学习积极性，并弥补实验器材不足的缺陷，可[5& 模型规范-编程-IT610. com [EB/OL&. https://wen-ku. baidu. com/ view/cacalfl04531b90d6c85ec3a87c240 2158583. html.练习&但

生能

功能人 上还需要改进！ 学的使用&参考文献[6& 陈敏.基于X3D技术构建机械制造技术虚拟装配实验

室研究[D&.南昌：南昌大学，2009.%7& RenderTexture的使用-CSDN 博客]EB/OL&. https：//

%1& 王士勇，罗虹.虚拟演播室在教学中的应用研究[J&.

西北医学教育,2009(2) ：387-388.blog. csdn. net/baidu _ 255655/article/ details/503463373(

： 20180510)[2& 乌美娜.教学设计一原理与应用[M&.北京，高等教育17