3DS MAX建模及其在虛擬演播廳設計中的應用

陳章斌

（福州外語外貿學院 信息系，福建 長樂 350202）

3DS MAX建模及其在虛擬演播廳設計中的應用

陳章斌

（福州外語外貿學院 信息系，福建 長樂 350202）

隨著虛擬現實技術的成熟發展，它已廣泛地應用于生活的眾多領域，虛擬現實平臺軟件層出不窮，其主要是更好展示所創造虛擬環境的真實性。但三維模型、動畫的構建還需要借助第三方軟件來實現。應用3DS MAX強大的建模技術能較為真實地將圖像及動畫展示出來。文章結合虛擬演播廳的構建，探討3DS MAX在虛擬現實構建中三維模型建立的方法和技巧。

3DS MAX建模；虛擬現實；優化

虛擬現實（VR-virtual reality），也稱虛擬實境或靈境，是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機系統，它利用計算機技術生成一個逼真的、具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環境，用戶通過使用各種交互設備，同虛擬環境中的實體相互作用，使之感覺身臨其境的交互式視景仿真和信息交流，是一種先進的數字化人機接口技術。自從虛擬現實技術誕生以來，它已經在虛擬現實實驗室、軍事模擬、城市規劃、地理信息系統、醫學等領域中顯示出巨大的經濟、軍事和社會效益，也是21世紀最具應用前景的技術之一。

虛擬現實軟件致力于實現實時三維空間的表現能力、人機交互式的操作環境以及給人帶來身臨其境的感受。對于虛擬演播廳的實現來說，任意一款虛擬現實軟件足以展現其效果。文章所選用虛擬演播廳的設計軟件是Virtools，該軟件功能強大，具有很強的畫質感和互動性，擁有專用腳本語言，跨平臺性好；它支持多種3D文件格式的讀取，并能和大部分相關應用程序協同工作，低端硬件亦可流暢運行廣闊復雜的場景。

虛擬演播廳的實現中，三維場景的建模是一項非常重要的內容。虛擬演播廳的實現考慮到經濟、實用，采用的是桌面型的虛擬現實系統，由一臺普通的計算機系統組成，使用者通過鍵盤和鼠標便可與虛擬環境進行交互。此系統結構簡單，價格低廉，但要在一臺普通計算機系統中順暢運行整個演播廳的虛擬場景，對虛擬場景中模型的建立和優化提出了更高的要求。文中虛擬演播廳的實現是基于三維造型的虛擬現實，首先，通過3DS MAX軟件來構造實體模型，由圖形圖像工具制作模型的紋理貼圖；然后，用Virtools軟件來模擬現實場景的交互。文章圍繞虛擬現實場景中三維模型的構建方法和技巧進行探討。

1 三維場景建模的方法

演播廳三維場景的建模包括虛擬演播廳所要呈現的所有演播廳實體，比如演播廳的場地、燈光、舞臺、攝像機等。場地可以采用演播廳的實地地形圖，模型的紋理數據主要來自實地拍攝的數碼相片。演播廳場地模型和各實體部件的建立是直接利用3DS MAX進行建模，添加紋理、經過渲染后導入Virtools。

2 3DS MAX環境下模型的建立

虛擬演播廳的實地場地環境中，地面、墻體等封閉區域的制作，直接在3DS MAX中繪制樣條曲線，然后利用修改器列表中的擠出命令，擠出的數量設為零來實現，為了控制模型的大小，要對樣條曲線的“邊”和“步數”進行優化設置。演播廳中其他單個實體模型的建立，較為簡單，一般先是在3DS MAX中按照實際尺寸建立室內實體模型，然后利用處理好的數碼照片進行貼圖、渲染處理，就可以達到較好的效果。演播廳中實體模型的建立多數采用的是“樣條曲線”加“擠出”命令來實現的，復雜的模型一般要借助“放樣”“車削”方法來創建。為了更真實反映現實演播廳，演播廳中所有模型的材質全部來源于經Photoshop處理后的實地拍攝數碼相片，為了能夠正確顯示貼圖效果，所有模型在能夠看到的面上附加了貼圖坐標，即“UVW貼圖”。在一些重要部件要求精細部分，為了避免兩個相鄰面貼圖產生縫隙，采用了“UVW展開”命令進行貼圖，盡量做到貼圖效果與實際情況相符。

3 三維建模中的關鍵技術

三維模型的總個數、總面數和模型貼圖總量以及貼圖的大小，直接影響虛擬演播廳系統運行的速度，所以如何對模型個數、面數進行優化、減少貼圖數量和貼圖文件的大小，是虛擬現實中三維模型建立的關鍵技術之一；還有模型貼圖照片的拍攝和處理方法對三維模型的渲染也是至關重要。在3DS MAX中建模可以注意以下3點：①在構建三維模型時，注意模型個數、頂點數、邊數、步數的優化。如果是樣條曲線的“擠出”和“放樣”命令創建的模型，對樣條曲線的邊數、步數和擠出段數進行優化處理，對放樣模型圖形步數和路徑步數進行優化處理，刪除模型中看不到的面，這樣可以大大減少模型面數和圖形個數。優化整合處理以后，可以大大節省計算機的運算次數。②對模型貼圖的處理，要盡量保證模型渲染清晰度的基礎上減少貼圖的分辨率。在模型中,貼圖紋理是影響數據量的重要因素。貼圖紋理的大小直接關系到文件的渲染速度和整個數據量大小。因此，在處理貼圖時,應將紋理尺寸（在不影響模型外觀的前提下）調整到盡可能小。在特定情況下，可在3DS MAX中調整紋理坐標和重復度，這樣既可減小數據包的大小，也能提高模型紋理精細度。③對場景模型進行渲染后再實施烘焙操作，就可以把3DS MAX中物體表面的光影關系以貼圖的方式帶到虛擬環境的場景中，達到物體的真實感。

4 3DS MAX三維場景模型導入Virtools

將創建完好3DS MAX三維模型組合調整后轉換成Virtools識別的NMO格式，然后導入到Virtools，利用它提供的BB及其組合對模型賦予腳本，完成交互功能的實現。

5 結語

文章結合虛擬演播廳燈光調試系統的實現，闡述了基于3DS MAX三維造型的三維場景建模方法及模型優化處理的技巧。由于現有硬件設備的限制，虛擬現實平臺對所有三維模型的要求并非一味地追求逼真，所以在能夠保證視覺效果的前提下，盡量采用比較簡單的模型，能夠用參數化方法構建的對象盡量用參數化方法構建。同時，在模型創作過程中，對模型進行分割，分別建模,以利于在虛擬現實系統中進而控制和操作，來達到最優化效果。

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福建省教育科學規劃“十二五”規劃2014年度重點課題“基于3D和Virtools技術的虛擬演播廳燈光動畫效果的模擬（FJJKCGZ14-193）”。

陳章斌（1979-），女，福建福州人，碩士，副教授，主要從事計算機網絡及圖形圖像方面的研究。