三維建模在虛擬現實中的應用

馮丹

【摘要】虛擬現實建模技術是當下計算機技術當中的一項熱門話題。當今三維建模技術主要以Autodesk maya和3Dmax兩款設計軟件為主要創怍工具，三維建模方法主要有多邊形建模、非均勻有理B樣條曲線建模、細分曲面技術建模。每種建模方法各有其優點和缺點。本文主要圍繞多邊形建模和NURBS建模兩種方法進行介紹。

【關鍵詞】虛擬現實? 多邊形建模? NURBS建模

一、引言

隨著現在科技的發展以及計算機的普及應用，高科技技術產品的出現，三維技術和虛擬現實技術的應用逐漸發揮著重要的作用。虛擬現實技術是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，它利用計算機生成一種模擬環境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動態視景和實體行為的系統仿真，并使用戶沉浸到該環境中。這是現代計算機技術高度發展的主要象征之一，有效提高了各類產品、建筑、景觀、動畫等的設計效果，使得圖形不再僅局限于二維空間當中，而是轉變為了三維立體圖像，有種身臨其境的感覺，標志著人類計算機科技的進步。

二、虛擬現實技術

虛擬現實技術簡稱 VR 技術，同時也被叫做靈境技術，是針對圖像進行數字化處理，并包含了圖形學、多媒體、網絡、人工智能、傳感器與高分辨率顯示等技術，將人們的五感融合在一起，形成真實虛擬三維空間的信息集成技術系統。

三、三維建模技術

三維建模技術是一門通過軟件來實現模型的技術手段。3D Studio Max，常簡稱為3ds Max或MAX，是Discreet公司開發的（后被Autodesk公司合并）基于PC系統的三維動畫渲染和制作軟件。而NURBS曲面建模和Polygon多邊形建模是這兩款軟件主要的建模類型。

（一）多邊形建模

多邊形建模是三維建模技術當中最早的建模技術之一。多邊形建模方法是虛擬現實制作和虛擬建筑制作中最常用的三維建模方法，通過使用大量的、小的面片，多邊形建模方法建立的模型可以建立任何平面或者曲面，并且使用這種方法建立的模型可以任意變化修改，能充分使用建模師的想象力，建立超現實三維模型。

用戶可以把頂點和面控制在物體的外形邊上。然后通過利用頂點和頂點形成邊線，邊線和邊線組成所需要的多邊形面，利用不同的操作命令分別控制頂點、邊、 線、多邊形面來實現達到設計者想表現的造型效果。多邊形建模方式操作簡單，適用于創建結構較為簡單、具有規整外形表面的模型。

（二）NURBS建模

NURBS代表非均勻有理數B-樣條線。 NURBS已成為設置和建模曲面的行業標準。它們尤其適合于使用復雜的曲線建模曲面。使用 NURBS 的建模工具不要求您了解生成這些對象的數學。 NURBS是常用的方式，這是因為它們很容易交互操縱，且創建它們的算法效率高，計算穩定性好。

四、三維建模技術在虛擬現實場景中的應用

（一）數據采集

針對創建和制作虛擬場景搭建，我們從數據采集方面考慮，虛擬現實模型的早期數據必須是從真實場景中釆集的。其中重點包括建筑物高度、長度、寬度、占地位置、與周圍景觀距離等，而這些就是該虛擬模型的結構基礎數據，同時還需要對該模型的材料數據進行收集，保證其真實有效性，便于后期場景的合并。大致可分為CAD圖紙建模和照片建模兩種方式。

CAD圖紙建模多用于地形建筑以及要求重點突出的建筑模型，根據實際需要，我們可以對圖紙信息進行篩選，精簡圖紙，刪除不必要的圖層。照片建模大多用于實體建筑模型，我們可以根據照片進行分析確定模型的方位、體量以及結構，同時也可以根據照片進行材質信息的采集。

（二）數據優化處理

與現實場景不同，計算機下創建的模型終究為虛擬模型，因此其能夠對現實中的各種數據進行優化處理是非常重要的。通過對數據的優化處理，可以進一步得到真實的理想模型。

模型的優化處理不光是要對每個獨立的模型進行精簡，還需要對模型的個數進行精簡。在多邊形建模過程中，就可以對截面的面數進行處理，把看不見的面進行刪除。

在制作室外VR場景時，難免會遇到大量的綠化問題，如果每顆樹和花都用模型來表現的話，最終的VR場景里的模型面數將居高不下，以至于造成編輯及運行都很困難。解決以上問題的方法是：用十字面片物體，貼鏤空貼圖來表現。

（三）局部模型創建

在對各項數據進行優化后就可以利用3DSMAX軟件的建模方法對局部模型進行創建。

首先使用多邊形建模搭建主體模型結構，然后利用布爾、 NURBS建模方法使物體達到真實感覺，使圖形的結構變得規則。多邊形建模是一種常見的建模方式，可以對點、邊、邊界、多邊形、元素進行處理。在創建復雜表面時，可以任意增加線，在結構穿插關系很復雜的模型中就能體現它的優勢。

如果想要創建出具有弧面或曲線的模型，因此應充分利用NURBS建模方法，對各多邊形圖形進行修改。但需要注意的是，這種建模方法屬于網格高級建模技術之一，因此很難修改具有棱角的模型，對物體建模的實際操作中應將各類建模方法相結合，同時對多個可操作點進行修飾、剪切，還可以利用多曲面控制技術，充分應付較為復雜和精細的模型建立。

（四）材質設計

在模型初步建成之后，就可以利用 3DSMAX軟件當中的材質添加功能對局部進行材料填充，也可以使用烘焙貼圖。

標準材質應用范圍較廣，操作簡便，需要對基本參數進行設置。但在需要特殊材質的素材進行添加時就必須利用軟件進行調整，例如陰影投射、金屬光澤修飾等。而烘焙貼圖是通過在3ds max里對模型進行打燈光渲染，明確光源的方向，使用烘焙到貼圖的命令烘焙渲染出一張自己帶有明暗關系的貼圖，從而進行貼圖的繪制。

五、結束語

綜上所述，3ds max是現代虛擬現實建模技術中常用的軟件。3DsMAX 軟件未來的發展將向智能化，多元化方向發展，和現代的信息化，大數據的時代相迎合。其操作相對簡單，對不同對象有合理的建模方法，并且能夠對模型的各細節進行修飾，保證模型創建的真實感和沉浸感。廣泛應用在各個領域，推動科學技術的發展。

基金項目：虛擬現實技術在高職院校黨建培訓中的應用， lnccybky 201812。