王洪江

沈陽工程學(xué)院信息學(xué)院 （沈陽 110036）

虛擬現(xiàn)實(shí)漫游系統(tǒng)，即基于由計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境對真實(shí)世界客體及事件的實(shí)時(shí)仿真，視點(diǎn)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(dá)到其認(rèn)識了解世界之目的。作為娛樂活動(dòng)的游戲，只有當(dāng)其畫面質(zhì)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(guān)鍵技術(shù)做重點(diǎn)探討。

1 游戲場景建模技術(shù)

作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)和核心，虛擬場景建模技術(shù)可分為以下三種類型：傳統(tǒng)建模軟件制作技術(shù)、三維幾何圖形的繪制技術(shù)、基于圖像的繪制技術(shù)。

1.1 傳統(tǒng)造型軟件的模型生成技術(shù)

目前建模軟件很多，其中以3DS Max應(yīng)用最為廣泛。軟件提供了高級三維建模指令的同時(shí)還擁有豐富性的建模技術(shù)，能夠方便并真實(shí)地表現(xiàn)復(fù)雜及精細(xì)的模型。

1.2 基于圖像的繪制技術(shù)

基于圖像的渲染技術(shù)特別適用于有豐富細(xì)節(jié)和高度寫實(shí)性的復(fù)雜場景的漫游。這種技術(shù)可以提供復(fù)雜的視覺場景，不足之處是缺乏立體浸泡感和互動(dòng)感。

1.3 三維幾何圖形的繪制技術(shù)

這種方法可以更自由地設(shè)計(jì)場景，用戶與虛擬世界進(jìn)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(shí)時(shí)圖形渲染兩個(gè)部分。

2 游戲模型真實(shí)感研究

2.1 場景建模優(yōu)化

(1)模型數(shù)量優(yōu)化：將相同材質(zhì)的物體進(jìn)行合并或塌陷。

(2)場景貼圖量優(yōu)化。第一，重復(fù)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(shí)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。

2.2 燈光處理

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(dá)更多的信息。在應(yīng)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(jìn)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(guān)重要的作用。

3 人機(jī)交互技術(shù)

3.1 視點(diǎn)動(dòng)畫技術(shù)

用戶通過運(yùn)動(dòng)相機(jī)進(jìn)行觀察場景物。相機(jī)具有位置和方向，廣角、特寫等屬性。視點(diǎn)動(dòng)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(gè)導(dǎo)游路線、標(biāo)志、或按一下按鈕，使用戶可以漫游虛擬世界的一個(gè)預(yù)定義的路徑;另一種方法是查看實(shí)時(shí)跟蹤方法，該視點(diǎn)跟隨用戶的行為產(chǎn)生動(dòng)畫。

3.2 視點(diǎn)綁定的交互技術(shù)

在一個(gè)交互式漫游系統(tǒng)中，用戶通過某種方式（如鼠標(biāo)單擊或傳感器等）與場景進(jìn)行交互，快速定位自己要得到的目標(biāo)。但是，當(dāng)你開始進(jìn)入一個(gè)虛擬的世界時(shí)，用戶的視角自動(dòng)放置在虛擬環(huán)境的第一個(gè)視點(diǎn)上。因此，要轉(zhuǎn)換為當(dāng)前視點(diǎn)，必須添加場景視點(diǎn)控制機(jī)制。 VRML2提供了一種機(jī)制來實(shí)現(xiàn)這一功能，稱為綁定。

3.3 信息交互技術(shù)

用戶漫游時(shí)，可以從現(xiàn)場得到隱藏的信息。用戶能進(jìn)入一個(gè)全新的網(wǎng)絡(luò)地址通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，該地址并不限于一個(gè)媒體文件，它可以是任何類型的文件。結(jié)合VRML的傳感器，并利用VRML節(jié)點(diǎn)參數(shù)域，完全可以創(chuàng)建一個(gè)高度集成的多媒體應(yīng)用系統(tǒng)。

4 游戲場景虛擬漫游系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

圖1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)圖

4.1 3DS Max建立模型

系統(tǒng)整個(gè)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(gòu)成的對象。NURBS建模方法不依賴于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)細(xì)化表面，但具有多邊形建模方法及編輯的靈活性的優(yōu)點(diǎn)。學(xué)習(xí)中，應(yīng)盡可能掌握不同的建模方法，達(dá)到互補(bǔ)的目的。

4.2 游戲場景模型優(yōu)化

對模型優(yōu)化主要做了以下幾方面工作：基于“點(diǎn)”級的對齊，使用各種捕捉和陣列工具對齊點(diǎn)或者焊接模型內(nèi)部的點(diǎn)，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(jìn)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(diǎn)；避免模型面面相疊、交叉、微距現(xiàn)象；謹(jǐn)慎使用布爾運(yùn)算；模型命名規(guī)范以及盡量使用“簡”模。

4.3 系統(tǒng)的交互

圖2 交互功能圖

在整個(gè)虛擬漫游系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的過程中，當(dāng)用3ds ma x完成建模后，用VRML來編寫代碼，以實(shí)現(xiàn)交互、漫游、鏈接等功能，這是流程中關(guān)鍵的一步。交互功能圖如圖2所示。把建好的模型導(dǎo)出到VRML之后，先對整體的場景的背景和視點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，比如天空的顏色設(shè)置，以及別墅前后左右3個(gè)視點(diǎn)的設(shè)置，以方便全方位的觀察整個(gè)場景。系統(tǒng)測試圖如圖3所示，視點(diǎn)交互代碼事例如下所示（以前視點(diǎn)為例）：

圖3 系統(tǒng)測試效果圖

5 結(jié)語

對于游戲大型場景，用3DS MAX建模，利用VR ML實(shí)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(gè)數(shù)、模型面數(shù)以及場景貼圖量在做重點(diǎn)操作；視覺動(dòng)畫技術(shù)的人機(jī)交互方式特別適用于場景漫游，既可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制操作場景，也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)路徑播放漫游。后續(xù)將進(jìn)一步研究虛擬場景交互的創(chuàng)新方法。

[1]張仁津,劉彬.3D游戲場景繪制和管理的特殊技術(shù)[J].貴州師范大學(xué)學(xué)報(bào),2011,(1)：74-76.

[2]李敏杰.虛擬場景建模關(guān)鍵技術(shù)研究[J]現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2009,(11)：319.

[3]馮開平，左宗義.基于Web的虛擬現(xiàn)實(shí)漫游系統(tǒng)中的交互技術(shù)[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2001,(3)：79-81.