馮丹

【摘要】虛擬現(xiàn)實建模技術(shù)是當下計算機技術(shù)當中的一項熱門話題。當今三維建模技術(shù)主要以Autodesk maya和3Dmax兩款設(shè)計軟件為主要創(chuàng)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(shù)建模。每種建模方法各有其優(yōu)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(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實? 多邊形建模? NURBS建模

一、引言

隨著現(xiàn)在科技的發(fā)展以及計算機的普及應(yīng)用，高科技技術(shù)產(chǎn)品的出現(xiàn)，三維技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用逐漸發(fā)揮著重要的作用。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，它利用計算機生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動態(tài)視景和實體行為的系統(tǒng)仿真，并使用戶沉浸到該環(huán)境中。這是現(xiàn)代計算機技術(shù)高度發(fā)展的主要象征之一，有效提高了各類產(chǎn)品、建筑、景觀、動畫等的設(shè)計效果，使得圖形不再僅局限于二維空間當中，而是轉(zhuǎn)變?yōu)榱巳S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(xiàn)實技術(shù)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)簡稱 VR 技術(shù)，同時也被叫做靈境技術(shù)，是針對圖像進行數(shù)字化處理，并包含了圖形學(xué)、多媒體、網(wǎng)絡(luò)、人工智能、傳感器與高分辨率顯示等技術(shù)，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(shù)系統(tǒng)。

三、三維建模技術(shù)

三維建模技術(shù)是一門通過軟件來實現(xiàn)模型的技術(shù)手段。3D Studio Max，常簡稱為3ds Max或MAX，是Discreet公司開發(fā)的（后被Autodesk公司合并）基于PC系統(tǒng)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(shù)當中最早的建模技術(shù)之一。多邊形建模方法是虛擬現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)達到設(shè)計者想表現(xiàn)的造型效果。多邊形建模方式操作簡單，適用于創(chuàng)建結(jié)構(gòu)較為簡單、具有規(guī)整外形表面的模型。

（二）NURBS建模

NURBS代表非均勻有理數(shù)B-樣條線。 NURBS已成為設(shè)置和建模曲面的行業(yè)標準。它們尤其適合于使用復(fù)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(shù)學(xué)。 NURBS是常用的方式，這是因為它們很容易交互操縱，且創(chuàng)建它們的算法效率高，計算穩(wěn)定性好。

四、三維建模技術(shù)在虛擬現(xiàn)實場景中的應(yīng)用

（一）數(shù)據(jù)采集

針對創(chuàng)建和制作虛擬場景搭建，我們從數(shù)據(jù)采集方面考慮，虛擬現(xiàn)實模型的早期數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時還需要對該模型的材料數(shù)據(jù)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(jù)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(jù)照片進行分析確定模型的方位、體量以及結(jié)構(gòu)，同時也可以根據(jù)照片進行材質(zhì)信息的采集。

（二）數(shù)據(jù)優(yōu)化處理

與現(xiàn)實場景不同，計算機下創(chuàng)建的模型終究為虛擬模型，因此其能夠?qū)ΜF(xiàn)實中的各種數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處理是非常重要的。通過對數(shù)據(jù)的優(yōu)化處理，可以進一步得到真實的理想模型。

模型的優(yōu)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(shù)進行精簡。在多邊形建模過程中，就可以對截面的面數(shù)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(xiàn)的話，最終的VR場景里的模型面數(shù)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(xiàn)。

（三）局部模型創(chuàng)建

在對各項數(shù)據(jù)進行優(yōu)化后就可以利用3DSMAX軟件的建模方法對局部模型進行創(chuàng)建。

首先使用多邊形建模搭建主體模型結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)變得規(guī)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(chuàng)建復(fù)雜表面時，可以任意增加線，在結(jié)構(gòu)穿插關(guān)系很復(fù)雜的模型中就能體現(xiàn)它的優(yōu)勢。

如果想要創(chuàng)建出具有弧面或曲線的模型，因此應(yīng)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(wǎng)格高級建模技術(shù)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(yīng)將各類建模方法相結(jié)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(shù)，充分應(yīng)付較為復(fù)雜和精細的模型建立。

（四）材質(zhì)設(shè)計

在模型初步建成之后，就可以利用 3DSMAX軟件當中的材質(zhì)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(zhì)應(yīng)用范圍較廣，操作簡便，需要對基本參數(shù)進行設(shè)置。但在需要特殊材質(zhì)的素材進行添加時就必須利用軟件進行調(diào)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(guān)系的貼圖，從而進行貼圖的繪制。

五、結(jié)束語

綜上所述，3ds max是現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實建模技術(shù)中常用的軟件。3DsMAX 軟件未來的發(fā)展將向智能化，多元化方向發(fā)展，和現(xiàn)代的信息化，大數(shù)據(jù)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?qū)δＰ偷母骷毠?jié)進行修飾，保證模型創(chuàng)建的真實感和沉浸感。廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域，推動科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。

基金項目：虛擬現(xiàn)實技術(shù)在高職院校黨建培訓(xùn)中的應(yīng)用， lnccybky 201812。