游戲場景虛擬漫游系統關鍵技術研究

王洪江

沈陽工程學院信息學院 （沈陽 110036）

虛擬現實漫游系統，即基于由計算機生成的虛擬環境對真實世界客體及事件的實時仿真，視點如在其中巡視漫游，用戶將以一定方式與場景事物相交互，從而達到其認識了解世界之目的。作為娛樂活動的游戲，只有當其畫面質量及交互性更好，游戲者在游戲場景漫游中才能得到更好的娛樂感受，本文就游戲場景虛擬漫游關鍵技術做重點探討。

1 游戲場景建模技術

作為虛擬現實技術的基礎和核心，虛擬場景建模技術可分為以下三種類型：傳統建模軟件制作技術、三維幾何圖形的繪制技術、基于圖像的繪制技術。

1.1 傳統造型軟件的模型生成技術

目前建模軟件很多，其中以3DS Max應用最為廣泛。軟件提供了高級三維建模指令的同時還擁有豐富性的建模技術，能夠方便并真實地表現復雜及精細的模型。

1.2 基于圖像的繪制技術

基于圖像的渲染技術特別適用于有豐富細節和高度寫實性的復雜場景的漫游。這種技術可以提供復雜的視覺場景，不足之處是缺乏立體浸泡感和互動感。

1.3 三維幾何圖形的繪制技術

這種方法可以更自由地設計場景，用戶與虛擬世界進行交互，以滿足靈活多變的多視角需求，它包括圖形建模以及實時圖形渲染兩個部分。

2 游戲模型真實感研究

2.1 場景建模優化

(1)模型數量優化：將相同材質的物體進行合并或塌陷。

(2)場景貼圖量優化。第一，重復利用已有貼圖；第二，大物體使用分辨率高的貼圖，小物體使用尺寸小些的貼圖。第三，鏤空貼圖不需實施烘焙。

(3)模型面數優化：刪除模型間的重疊面；刪除模型底部無法觀察的面；刪除物體之間相交的面。

2.2 燈光處理

三維游戲場景中,燈光不僅能將物體照亮,還可以向玩家傳達更多的信息。在應用中，可以根據物體的表面是否在陰影區內來生成不同的光照效果。通過給建筑物和路面進行光照貼圖，光照貼圖覆蓋的場景，不僅可以產生陰影，而且可以使物體表面產生新的顏色。這些均由燈光的顏色和環境光決定。光照圖的大小在場景氣氛烘托中起著至關重要的作用。

3 人機交互技術

3.1 視點動畫技術

用戶通過運動相機進行觀察場景物。相機具有位置和方向，廣角、特寫等屬性。視點動畫通常有兩種方式：一種是線性插值法，即利用VRML2插值來創建一個導游路線、標志、或按一下按鈕，使用戶可以漫游虛擬世界的一個預定義的路徑;另一種方法是查看實時跟蹤方法，該視點跟隨用戶的行為產生動畫。

3.2 視點綁定的交互技術

在一個交互式漫游系統中，用戶通過某種方式（如鼠標單擊或傳感器等）與場景進行交互，快速定位自己要得到的目標。但是，當你開始進入一個虛擬的世界時，用戶的視角自動放置在虛擬環境的第一個視點上。因此，要轉換為當前視點，必須添加場景視點控制機制。 VRML2提供了一種機制來實現這一功能，稱為綁定。

3.3 信息交互技術

用戶漫游時，可以從現場得到隱藏的信息。用戶能進入一個全新的網絡地址通過點擊鼠標節點的子節點，該地址并不限于一個媒體文件，它可以是任何類型的文件。結合VRML的傳感器，并利用VRML節點參數域，完全可以創建一個高度集成的多媒體應用系統。

4 游戲場景虛擬漫游系統實現

圖1 系統功能設計圖

4.1 3DS Max建立模型

系統整個功能如圖1所示，主要模塊是漫游部分。3DS Max中有三種建模方法：面片建模、Nurbs建模、多邊形建模。具有光滑表面的模型多采用面片建模，多邊形建模適合于由較大的平面和直角構成的對象。NURBS建模方法不依賴于復雜網絡細化表面，但具有多邊形建模方法及編輯的靈活性的優點。學習中，應盡可能掌握不同的建模方法，達到互補的目的。

4.2 游戲場景模型優化

對模型優化主要做了以下幾方面工作：基于“點”級的對齊，使用各種捕捉和陣列工具對齊點或者焊接模型內部的點，場景內不允許出現微小的裂縫或殘缺；盡量使用減少體積堆積的建模方式，靈活使用“Spli ne/Polygon”工具進行合理布線、擠壓；使模型盡量成為單面空殼狀態；在描圖階段，模型段數不超過3并且盡量使用直角類型點；避免模型面面相疊、交叉、微距現象；謹慎使用布爾運算；模型命名規范以及盡量使用“簡”模。

4.3 系統的交互

圖2 交互功能圖

在整個虛擬漫游系統實現的過程中，當用3ds ma x完成建模后，用VRML來編寫代碼，以實現交互、漫游、鏈接等功能，這是流程中關鍵的一步。交互功能圖如圖2所示。把建好的模型導出到VRML之后，先對整體的場景的背景和視點進行設置，比如天空的顏色設置，以及別墅前后左右3個視點的設置，以方便全方位的觀察整個場景。系統測試圖如圖3所示，視點交互代碼事例如下所示（以前視點為例）：

圖3 系統測試效果圖

5 結語

對于游戲大型場景，用3DS MAX建模，利用VR ML實現游戲場景漫游是可行且可提高開發效率；在3 DS MAX場景模型優化方面，主要在模型個數、模型面數以及場景貼圖量在做重點操作；視覺動畫技術的人機交互方式特別適用于場景漫游，既可以實現手動控制操作場景，也可以實現自動路徑播放漫游。后續將進一步研究虛擬場景交互的創新方法。

[1]張仁津,劉彬.3D游戲場景繪制和管理的特殊技術[J].貴州師范大學學報,2011,(1)：74-76.

[2]李敏杰.虛擬場景建模關鍵技術研究[J]現代計算機，2009,(11)：319.

[3]馮開平，左宗義.基于Web的虛擬現實漫游系統中的交互技術[J].工程圖學學報，2001,(3)：79-81.