王洪江
沈陽工程學院信息學院 (沈陽 110036)
虛擬現(xiàn)實漫游系統(tǒng),即基于由計算機生成的虛擬環(huán)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。
作為虛擬現(xiàn)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(tǒng)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。
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(xiàn)復雜及精細的模型。
基于圖像的渲染技術特別適用于有豐富細節(jié)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。
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。
(1)模型數(shù)量優(yōu)化:將相同材質的物體進行合并或塌陷。
(2)場景貼圖量優(yōu)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(shù)優(yōu)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。
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(jù)物體的表面是否在陰影區(qū)內(nèi)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(chǎn)生陰影,而且可以使物體表面產(chǎn)生新的顏色。這些均由燈光的顏色和環(huán)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。
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(chuàng)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(chǎn)生動畫。
在一個交互式漫游系統(tǒng)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(huán)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(xiàn)這一功能,稱為綁定。
用戶漫游時,可以從現(xiàn)場得到隱藏的信息。用戶能進入一個全新的網(wǎng)絡地址通過點擊鼠標節(jié)點的子節(jié)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(jié)點參數(shù)域,完全可以創(chuàng)建一個高度集成的多媒體應用系統(tǒng)。
圖1 系統(tǒng)功能設計圖
系統(tǒng)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(wǎng)絡細化表面,但具有多邊形建模方法及編輯的靈活性的優(yōu)點。學習中,應盡可能掌握不同的建模方法,達到互補的目的。
對模型優(yōu)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(nèi)部的點,場景內(nèi)不允許出現(xiàn)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(tài);在描圖階段,模型段數(shù)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(xiàn)象;謹慎使用布爾運算;模型命名規(guī)范以及盡量使用“簡”模。
圖2 交互功能圖
在整個虛擬漫游系統(tǒng)實現(xiàn)的過程中,當用3ds ma x完成建模后,用VRML來編寫代碼,以實現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)測試效果圖
對于游戲大型場景,用3DS MAX建模,利用VR ML實現(xiàn)游戲場景漫游是可行且可提高開發(fā)效率;在3 DS MAX場景模型優(yōu)化方面,主要在模型個數(shù)、模型面數(shù)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(xiàn)手動控制操作場景,也可以實現(xiàn)自動路徑播放漫游。后續(xù)將進一步研究虛擬場景交互的創(chuàng)新方法。
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