基于虛擬現實的三維建模技術探析

王陽陽

摘要：虛擬現實技術是一項新興的技術，其關鍵在于把實際的物體進行建模得到虛擬的圖像，并且呈現到人們的面前。三維建模是其中的一項核心技術，通過3D Max和VRML語言編寫，主要包括模式識別技術、支持向量機計算技術、傳感器技術、通訊技術等，本文對其展開探討，為其進一步發展指明方向。

關鍵詞：虛擬現實；三維建模；技術探析

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）07-0209-02

1 引言

虛擬現實技術是仿真技術的一個重要方向，是仿真技術與計算機圖形學人機接口技術、多媒體技術、傳感技術、網絡技術等多種技術的集合，是一門富有挑戰性的交叉技術前沿學科和研究領域。虛擬現實技術（VR）主要包括模擬環境、感知、自然技能和傳感設備等方面。模擬環境是由計算機生成的、實時動態的三維立體逼真圖像。感知是指理想的VR應該具有一切人所具有的感知。除計算機圖形技術所生成的視覺感知外，還有聽覺、觸覺、力覺、運動等感知，甚至還包括嗅覺和味覺等，也稱為多感知。自然技能是指人的頭部轉動，眼睛、手勢、或其他人體行為動作，由計算機來處理與參與者的動作相適應的數據，并對用戶的輸入進行實時響應，并分別反饋到用戶的五官，傳感設備是指三維交互設備。

2 虛擬現實技術

虛擬現實通常采取頭戴式眼鏡的形式，在眼睛的前面具有屏幕，聲音可以通過揚聲器或耳機來進行傳送。人的高級感覺包括觸覺信息，這通常被應用于醫療、視頻游戲和軍事訓練應用中的感覺反饋。在視頻游戲中使用的一些虛擬現實系統可以通過游戲控制器向用戶傳送振動和其他感覺。虛擬現實還指通過遠程呈現或使用虛擬制品（VA）來提供用戶的虛擬存在的遠程通信環境。沉浸式環境可以類似于真實世界，以創建逼真的體驗，讓現實中玩家可以使用虛擬的力量。虛擬現實提供了一種新的媒介，用于在對人有效且同時高度受控的方式下呈現情感相關的復雜刺激。 因此，虛擬現實應用已經吸引了心理治療師和研究者的注意。 在過去的幾年中，研究者開發了用于心理治療中的各種應用的可行虛擬現實系統。虛擬現實技術已經走過了很長的路。在過去幾十年中，虛擬現實和模擬技術已經在醫療培訓和教育中實施。心理治療模擬器對于醫生培訓是非常有價值的，醫院已經為這種專用設備支付了大量的資金。虛擬現實具有許多優點，可以給人以豐富的體驗，同時結合了腦電波處理、信號傳送、圖像生成等多種新型技術，結合起來給人以極好的使用體驗。通過VR顯示器接受大腦活動時產生的電信號，傳輸給電腦進行運算生成能夠緩解心理疾病患者心情的虛擬環境，并通過對傳出的信號進行不斷地分析計算，得出對此患者有效的心理療法。通過腦-機接口在大腦和其他電子設備之間建立交流和控制通路的技術，將大腦的信號解讀成相應的感情信號導入計算機進行運算，通過運算得出可以緩解使用者心理壓力或者負面情緒的場景、故事、音樂，導入到VR設備，通過VR技術給使用者帶來的沉浸感與代入感，讓使用者的心理壓力或者負面情緒得到一定程度的緩解。

3 基于虛擬現實的三維建模技術

想象腦電模式識別技術是一種不依賴外周神經和肌肉組織的技術，在大腦與計算機或者電子設備之間直接建立交流和控制通路的技術，通過這樣的技術可以對大腦中的電信號進行收集，通過設備對接收到的腦電信號進行處理。虛擬環境框架的功能主要體現在：首先支持對象的屬性和交互的訂購發布，同時提供回調和事件的通知機制，支持HLA的各種時間管理策略，從而達到在全部聯邦范圍內的對象可以根據已給定的時序和消息傳遞關系來工作；其次是提供與各種對象定位、創建、刪除等相關的服務，并且分類、統一組織管理不同功能和不同性質的仿真實體，即是對虛擬場景的結構和組織管理；最后還可以通過事件驅動和回調函數機制和場景對象組織、仿真對象管理功能集成，沉浸式人機交互設備和接口的集成。

3.1 3DMAX與VRML語言

目前市面上有一些虛擬現實的應用軟件，其中最具代表性的是3D MAX軟件，其界面簡潔明了，功能強大，建模功能強大，廣泛應用于游戲開發設計。3D MAX軟件具有自己獨特的設計理念，軟件的特點是可以在三維建模設計中快速找到自己的可行規則，從而加快設計進度，提高設計質量。通過使用3ds Max模型，使用自定義模塊來處理角色。所有動畫工具（包括表達式、腳本、列表控制器和布線）都可以與特定的模型和自定義控件一起使用，虛擬現實模型是一種重要的解算器，優化了實時交互性，同時其提供了一個靈活的動畫系統，其節點可以在3D空間中的任何地方移動。

VRML被稱為虛擬現實語言，這是一種文件格式，其中可以指定3D多邊形的頂點和邊緣以及表面顏色、映射紋理、光澤度、透明度等。URL可以與圖形組件相關聯，以便當用戶點擊特定圖形組件時，Web瀏覽器可以從Internet獲取網頁或新的VRML文件。虛擬世界的動畫，聲音，照明和其他方面可以與用戶交互，或者可以由計時器之類的外部事件來觸發。 特殊的腳本節點允許將程序代碼添加到VRML文件。VRML文件采用純文本格式，通常使用zip進行壓縮，對于通過互聯網傳輸更為有用，許多3D建模程序可以以VRML格式保存對象和場景。

3.2 模式識別技術

模式識別是機器學習的一個分支，其重點在于識別數據中的模式和規則，盡管在某些情況下被認為幾乎與機器學習差不多。模式識別系統在許多情況下采用原始數據來訓練，但是當沒有標記數據可用時，可以使用其他算法來發現先前未知的模式。數據庫（KDD）中的模式識別、機器學習、數據挖掘和知識發現這些領域很難分開，因為它們有時候的內容是重疊的。所有這些領域都是從人工智能工程和統計學演變而來的，他們通過整合彼此的發展，想法變得越來越相似。在機器學習中，模式識別是將標簽分配給輸入值。模式識別的主要應用是分類，它試圖將每個輸入值進行分類，比如把人的情感轉化為計算機可以識別的信號，從而對于顯示的內容進行科學的選擇。模式識別算法通常旨在為所有可能的輸入提供合理的答案，并且執行輸入的最大可能匹配，考慮它們的統計學變化。具體使用的是模式匹配算法，在具有預先存在的模式的輸入中尋找精確匹配。模式匹配算法的常見示例是正則表達式匹配，其在文本數據中查找給定類型的模式，并且被包括在許多文本編輯器和字處理器的搜索功能中。模式匹配算法可以使用由模式識別提供的輸出算法，使信號間的轉換變得精準高效。endprint

3.3 支持向量機技術

支持向量機（SVM）表示一組從訓練數據創建函數的學習技術，訓練數據通常包括輸入對象和期望輸出的對象。虛擬環境的開發涉及了網絡技術、并行處理技術、人工智能、高性能計算技術、模式識別、傳感技術、計算機圖形學、圖像處理等技術，還涉及社會學、美學、氣象、通信、物理、數學等學科，復雜程度可想而知。虛擬現實要達到實現自然實時交互和逼真的多種感覺的要求，其組成主要應包括幾方面：虛擬環境生成系統，產生實時的圖像；用以確定參與者位置和動作的定位跟蹤系統；提供虛擬空間多用戶協同交互功能的網絡接口；含有CAVE、PowerWall、立體顯示設備的沉浸式顯示系統；提供立體聲源和判定空間位置的音效系統；提供參與者感知力與壓力的反饋的觸覺和力反饋系統。學習的函數可以用于預測新對象的輸出。SVM通常用于對輸入量進行分類。SVM也用于回歸和偏好學習，稱為支持向量回歸虛擬現實。SVM屬于一類廣義線性分類器，其中分類函數在特征空間的形式為一個平面。SVM的特殊性質是SVM可以實現高度的泛化，泛化表示學習函數對測試數據或在訓練中排除未知數據的性能。通過SVM技術可以把虛擬現實設備中的圖像進行正確識別，將其轉化為人可以識別的感情信號。

3.4 傳感器技術

光電傳感器的連接器組件，包括容納光電傳感器的殼體、設置在殼體上的多角度的傳感器接頭、將光電傳感器連接到外部電路的電纜以及電纜連接器，其設置在電纜的一端并連接到傳感器接頭。當環境介質的折射率發生變化，如振動或溫度變化等引起，傳感光纖經過此處時的光波相位會發生變化。對傳感光纖中的相干光進行相位調制，檢測段處就可以觀察到外界環境變化帶來的干涉結果的變化，這就是干涉型光纖傳感器的工作原理。將每種材料作為均勻連續體處理，由外部介質和表面之間的頻率相關介電常數來描述。這個物理量被稱為復介電常數。為了描述電子表面等離子體，導體的介電常數的實部必須為負，其大小必須大于電介質的大小。

4 結語

虛擬現實建模技術發展迅速，因其易用性、穩定性、快捷性受到廣大使用者的歡迎。我國各層次的開發研究人員正不斷地改善當前虛擬現實建模技術的應用環境，為了充分利用虛擬現實建模的價值，在當前社會生活中，各方面人員應加強自身的學習與探究，在合理的體系中力求虛擬現實建模價值的利用最大化。

參考文獻

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