3DS MAX在虛擬現實技術中的應用

摘要：本文介紹了利用3DSMAX結合VRML實現虛擬動態交互的快捷方法，著重說明了3DS MAX在虛擬現實技術中的應用。

關鍵詞：VRML虛擬現實建模語言；3DS MAX模型；動態交互虛擬現實技術是當前計算機技術中的焦點課題，它是一個基于計算機的應用系統，在該系統中可以通過計算機硬件以及各種傳感器的支持生成一個逼真的、三維的、具有一定感知能力的環境，讓使用者在軟硬設備支持下，以簡捷自然的方式與由計算機生成的虛擬世界中的對象進行交互，使人產生身臨其境的感覺。

目前實現虛擬動態交互的首選方法主要有兩種：（1）用典型的程序語言（如OPENGL等）設計實現；（2）用虛擬現實三維立體網絡程序語言VRML設計實現。后一種方法通常要結合腳本語言或Java語言來實現虛擬動態交互。本文主要介紹3DS MAX與VRML相結合實現的虛擬動態交互。

VRML是虛擬現實三維立體網絡程序語言，它可以在網絡上創建逼真的三維場景，使虛擬世界的真實性和交互性得到更充分體現。但VRML構造一個簡單的三維場景需要錄入較多規范的數據，不能高效快捷地建立復雜物體的三維模型。三維動畫軟件3DS MAX可以高效快捷地建立復雜物體的三維模型。

一、基于3DS MAX 與VRML的虛擬建模技術

在建模階段利用3DS MAX建立三維模型，在控制階段，通過VRML編程實現虛擬現實的動態交互，這樣可以高效快捷地實現虛擬環境的動態交互。

以一個卡通街道的建立為例建立如下虛擬景觀模型：樓群，道路，花草樹木。

（1）樓群模型的生成。樓群是校園中的主體建筑，是整個場景中最重要的對象。通常樓體的建模可以采用3DS MAX來完成，利用其中的Box（立方體）、cone（圓錐）、cylinder（圓柱）、sphere（球體）等造型組合建模，或使用多邊型建模，本例中結合運用了兩種方法。

首先在AutoCAD中制作各建筑物的幾何多邊形底圖，再導入到3DS MAX中將二維底圖上的建筑物按一定比例拉伸成具有一定高度的實體模型。立體模型建立之后還需要進一步的修改對于簡單的房屋，一般都是在Mesh edit（網格編輯）中對Vertex（頂點）進行編輯，調整房屋的形狀，而對于復雜的建筑，比如幾座樓體互聯的情況處理起來就復雜了， 3DSMAX軟件提供了布爾運算方法，即Union（并）、Intersection（交）、Subtraction（減）來處理。但是布爾運算不能過多地運用在建筑物造型中，因為經布爾運算完了的對象很難應用基本貼圖方式來貼圖，而且也會增加場景的復雜程度，在后期導入到VRML中做交互編輯時減慢網上執行速度。建立的模型如圖1所示：

建立模型之后的工作就是給模型賦予材質和貼圖。最基本的材質可以使用3種顏構成對象表面，即AmbientColor（環境光顏色），DiffuseC-olor（漫反射顏色）， SpecularColor（高光顏色），使用這3種顏色及對高光區的控制，可以創建出大部分基本反射材質，簡單、有效、速度快。3DS MAX中的貼圖方法有多種，這里可以采用最簡單的Bitmap位圖貼圖，將經過photoshop處理的圖片保存為jpg格式，在3DS MAX中調用出來，貼在建筑物上，再添加修改工具中的UVW貼圖坐標進行修改。貼圖后效果如圖2：

圖2（2）道路、植物、路燈及圍欄的制作。道路的制作可以用3DS MAX完成。首先在頂視圖中用line（線條）勾勒出道路輪廓，注意輪廓都應該是閉合的，否則不能擠出封閉的幾何體。進入修改命令面板，對道路接合不準確的地方進行調整，最后用擠出命令將道路擠出一定高度。

植物、路燈及圍欄的制作可分為多種情況。地面植被可以簡單的為地面賦上綠色的貼圖，再給它加上邊沿使其更加逼真即可。而比較立體的樹木、路燈及圍欄等可以采用VRML中的植物建模方式Double board。Double board采用兩個同樣大小并且相互垂直的平面作為植物建模基礎，然后在這兩塊薄面片上貼上相同的具有alpha通道的植物貼圖。這種方法的好處在于不需要根據視點的位置變化，不斷的調整植物模型的角度，而且模型的復雜度不會明顯增加，遠視的情況下植物仍能保持良好的視覺效果。

以樹為例VRML編寫程序為：

DEF tree Transform{

Translation 100 -13 80

Children[

DEF treel Shape{

Appearance Appearance{

materialMaterial{ diffuse Color 0.5 0.5 0.5

ambientlntensity1.0 specularColor 0 0 0 shininess 0.1

transparency 1.0}

Texture Image Texture{url”shu.gif”}}

Geometry Box{size 8 18 0.001}}

Transform{ Rotation 0 1 0 1.57 Children USE treel}]}

用3DS MAX的樹插件制作，以.wrl格式輸出的樹如果有80K大小的話，用以上方法僅僅占用600多個字節。圍欄、路燈等的建模和樹的建模類似，但是比樹的建模要更簡單，只需將一個帶有alpha通道的透明貼圖紋理映射到薄平面來構建。

（3）模型的優化。由于場景較大，對象眾多，所以在建模環節的優化目標是控制場景模型的復雜程度并適當減小輸出的*.wrl文件大小。①在3DS MAX中保持平面原形的情況下，將幾何體的分段數盡可能的減少，對于根本看不到的面，可以刪除或者隱藏。②對于復制的對象，盡量采用關聯（Instance）方式，避免因修改造成的開關大小不一。③在VRML文件中，可以使用DEF節點給物體命名，以后僅需通過名字用use節點引用該物體即可。④3DS MAX導出為*.wrl文件時是文本方式的，其中有許多不必要的回車符、空格符和TAB符等，可以使用專門的gzip工具對VRML文件進行壓縮，VRML瀏覽器會自動識別和解壓gzip格式的壓縮文件。

（4）文件導出。在3DS MAX中選擇file/export（文件/導出）菜單，出現一個對話框，點擊“保存類型”下拉選單框，選擇“VRML97（*.wrl）”文件類型，取一個相應的名稱，單擊“保存”，會出現一個“VRML97”導出器的對話框，取其默認值，單擊OK（確定）即可生成需要的wrl文件。

·教學教法·13DS MAX在虛擬現實技術中的應用 二、對模型進行動態交互的編程控制

對模型進行動態交互編程控制，需要將3DS MAX生成的wrl文件導入VRML開發工具（如VrmlPad）中。VRML把虛擬世界看作是一個“場景”，場景中的一切都看作是節點，VRML提供了54個結點來構建場景，一般要構造一個交互性的虛擬場景主要用到以下三類節點：造型節點，用來構造虛擬場景的外觀；探測器節點，用來感知用戶的操作；Script節點，主要用來加入程序腳本語言（如Java，JavaScript）。通過對這些節點進行編程控制實現動態交互。

比如對用戶動作的探察，VRML傳感器所能感受到的用戶的動作包括用戶在場景中的鼠標的操作，以及通過瀏覽器的視點控制在場景中的漫游。可以通過給出中心和尺寸指定一個由ProximitySensor節點感知的空間區域。用戶進入這個區域，傳感器就使用enterTime事件輸出當前的絕對時間。用戶離開這個區域，傳感器使用exitTime事件輸出時間。用戶在感知區域改變位置和方向后，ProximitySensor節點使用Position_changed和Orientation域來輸出新的位置和方向。

三、結語

3DS MAX在虛擬現實技術當中的應用，大大豐富和簡化了虛擬現實的場景構造，提高了場景的真實性，使虛擬現實更加人性化、智能化，讓三維虛擬現實的實現變得更加簡單輕松，必然有著非常廣闊的發展前景。

（作者單位：廣東省電子職業技術學校）