MAYA的三維建模在虛擬現(xiàn)實技術中的應用

陳偉強

摘 要：虛擬現(xiàn)實技術是21世紀高科技發(fā)展的主要趨勢，廣泛應用于計算機、醫(yī)學、軍事、工業(yè)等領域。借助CPU散熱器模型的構建步驟和方法，論述了MAYA三維建模技術的基本內容、主要特征和關鍵技術等理論。并介紹了MAYA的基本內容原理與虛擬現(xiàn)實技術之間的聯(lián)系和應用效果，為今后虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展提供了理論材料，對虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展、應用前景和研究重點進行了展望。

關鍵詞：三維建模；虛擬現(xiàn)實技術；模型優(yōu)化；交叉技術

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.154

虛擬現(xiàn)實技術的進步和發(fā)展在一定程度上推動了仿真技術的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術是將仿真技術和傳感技術、多媒體技術、計算機圖形學、傳感技術、網(wǎng)絡技術等多種技術相融合的交叉技術。虛擬現(xiàn)實技術擁有高速的計算和傳輸性能，效果逼真，涉及到實驗室、文化教育、考古、軍事等專業(yè)機構和社會領域各行業(yè)。虛擬體具有與幾何、生物行為、物理等相融合的基本屬性。隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡虛擬現(xiàn)實技術成為了未來發(fā)展關注的熱點。

1 MAYA三維建模與虛擬現(xiàn)實技術的聯(lián)系

近年來，在計算機領域廣泛推廣和應用了虛擬現(xiàn)實技術，涉及到計算機系統(tǒng)的分析和設計、數(shù)據(jù)庫技術、系統(tǒng)三維虛擬場景構建、以及場景的藝術表現(xiàn)等方面的內容，得到了社會的重視和關注。MAYA的三維建模技術是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)最重要的基礎組成部分，是虛擬現(xiàn)實應用的關鍵技術和步驟。三維建模是計算機通過三維軟件把二維建模部門前期設計好的圖稿在虛擬空間中制作出的物體模型。模型的造型結構、模型的布線規(guī)律以及模型的三維空間是建模關鍵的三部分。三維建模作為三維動畫項目制作的基礎，三維建模的質量在一定程度上對三維動畫的材質貼圖和角色的制作過程起著決定性的作用。MAYA軟件具有多邊形建模板塊，能創(chuàng)建三維虛擬環(huán)境和制作三維模擬動畫，其采用新的運算法則提高了性能。

用戶可通過桌面式、分布式、增強式等形式參與到虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，擁有極強的交互性，變革了傳統(tǒng)的人機交換模式。虛擬現(xiàn)實技術的應用能構筑和啟發(fā)構思創(chuàng)建逼真的現(xiàn)實環(huán)境，具備完善的交互能力。多感知和交互性功能的強大是虛擬現(xiàn)實技術的核心，帶給用戶生理和心理上的真實體驗，也更加注重用戶對虛擬現(xiàn)實空間的實時操作和用戶的及時反饋。虛擬現(xiàn)實技術能高效處理海量數(shù)據(jù)，解決了構建復雜模擬現(xiàn)實環(huán)境的難題，消除了用戶因計算和傳輸滯后帶來的心理障礙。

2 應用效果

MAYA的建模功能豐富、體系完善，用戶可以通過粒子系統(tǒng)、衣料仿真、植物創(chuàng)建等進行快速創(chuàng)作，是構建虛擬組裝和維修學習的軟件，三維模型的創(chuàng)建是虛擬組裝和維修學習平臺的基礎，三維模型的表現(xiàn)力對呈現(xiàn)虛擬平臺的真實程度有直接影響。開發(fā)者使用MAYA建模模塊部分創(chuàng)建模型時，由于受到軟件配置和虛擬平臺運行的實時性、互聯(lián)網(wǎng)寬帶交互響應的限制。因此，MAYA建模功能的強大表現(xiàn)在創(chuàng)建模型時能控制模型面數(shù)的數(shù)量，在保證視覺效果不失真的條件下使用適合的布線來進行模型的構建。MAYA是入門操作簡便，具備高兼容性，具有人性化和交互性強的三維軟件，能提供多接口技術，配合

順暢，進一步增強了數(shù)據(jù)處理的交互性，優(yōu)化了軟件的性能。同時，還能靈活使用游戲建模創(chuàng)建時的部分技巧，以采用標準化參數(shù)來創(chuàng)建模型為例，當遇到復雜的貼圖時，可以用凹凸紋理來代替來減少幾何體的細分數(shù)，并將多邊形中重合的點線合并、不可見的面刪掉；將模型分離，獨立建模，以便達到在虛擬環(huán)境下能順暢瀏覽和互動的效果；使用網(wǎng)格中的精簡命令來優(yōu)化模型面數(shù)等。值得注意的是，三維模型具有相應的物理性質，但不能相互穿越，這是三維建模與游戲建模的最大區(qū)別。

在資料收集整理和分析方面，使用MAYA軟件創(chuàng)建虛擬組裝電腦時，需要在前期收集相關的組裝資料，還需要將多臺電腦主機拆解開，歸納和分析主機的內部部件，并將各組件具備的共性和個性羅列出來，模糊化處理將要構建的模型，最后使用流行的電源下設置式進行設計構圖，總結和概括出組裝計算機時采用的主要模塊，如圖1所示。

在創(chuàng)建模型方面，使用數(shù)碼相機將前期準備好的主要模塊典型的部件進行拍攝或掃描，制作成創(chuàng)建模型時需要的以正、側、前面三面為主的參考三視圖形。模型創(chuàng)建可采用兩種方法相結合的形式，根據(jù)創(chuàng)建模型的需要可選擇多種建模相互結合或相互轉化方式，其一是多邊形建模，其二是曲面建模。多邊形建模主要用于創(chuàng)建模型的主體部分，而曲面建模主要用于彎曲有弧度或者線材的部分。創(chuàng)建散熱器電源建模時采用多邊形、曲面以及細分曲面多種建模方式相結合的形式。

以創(chuàng)建CPU散熱器模型為例，散熱底座部分采用多邊形中的平面多次擠出壓制作，對生成的模型采用變形修改器中的非線性擴張和晶格來調節(jié)變形。采用MAYA多邊形建模，可高效、安全地將熱管安裝在CPU散熱器中，可以在屏幕上看到三維模型，具體到每個點和面，不同的尺寸和方向，改變了傳統(tǒng)安裝散熱器的設計方法，精確度更高。通過排列這些點和面可以將復雜的CPU散熱器三維模型構建出來，不會受到安裝熱管散熱器的體積和安裝的限制，更加突出了模型的細節(jié)部分，且可通過倒角和擠出命令來完成創(chuàng)建。散熱器風扇的扇葉創(chuàng)建是使用圓柱體修改默認參數(shù)并擠出二級而形成的，扇葉的扭曲是采取變形命令中的非線性扭曲進行操作的。風扇的線材和接口使用曲面建模中的放樣命令制成，可對散熱器局部區(qū)域的多邊形進行細分。當模型出現(xiàn)三角形時，可以通過加線處理變成四邊形，并使用Delete等命令刪除掉多余的點和線，不會出現(xiàn)重疊面，使模型更加具體化，設計出的效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的建模形式。運用對齊工具命令組合加入修飾的零件部分，在對齊的條件下使用Ctrl+G完成操作，組裝成完整的CPU散熱器，見圖2.

圖2 完整的CPU散熱器

優(yōu)化創(chuàng)建的模型材質和貼圖。貼圖是種二維圖像，依附在物體表面，貼圖具有突出復雜模型簡化局部細節(jié)的作用，使模型達到更加真實和精細的效果，還能使模型有反射和鏤空等效果。不同的部件可以采取多種方式相結合的形式來靈活搭配材質。在虛擬的組裝學習平臺中，常常會接觸到基礎材質的使用，基礎材質通過特殊的效果可以模擬出機箱風扇發(fā)光的效果，側透機箱擋板可以通過調節(jié)透明或半透明材質的透明度來模擬。創(chuàng)建金屬、亞光和磨砂等材質使用的方法是調節(jié)公用材質的屬性和鏡面反射著色。一般情況下，主板和內存等電路基板使用的是Lamert材質，使用Blinn材質構建螺絲和散熱條等可模擬出銅管等金屬體的質感。MAYA三維建模通過控制模型的材質和貼面的渲染精確度，可對模型進行加工修改，并通過高模效果來檢測模型的材質和貼圖是否制作到位。材質與貼圖的相互結合可以使模型更加完善，更有質感，創(chuàng)建出逼真的模擬現(xiàn)實環(huán)境。

3 結束語

MAYA功能完善，具有簡易學習、工作靈活、制作效率高、真實感極強的優(yōu)點，能大大提高影視特效制作、游戲開發(fā)、欄目包裝和設計行業(yè)等的工作效率。隨著MAYA的推廣和應用，在三維動畫制作和游戲制作等領域也有所運用，其多線程支持功能使開發(fā)者可以利用多核心處理器進行三維動畫的渲染。MAYA是構建虛擬環(huán)境的重要軟件，具有超強的建模、容錯能力和擴展性，還需要深入研究其三維建模的模型優(yōu)化、結構優(yōu)化等流程和方法，將其運用到虛擬現(xiàn)實技術中，這具有遠大的發(fā)展前景。將MAYA三維建模技術應用到虛擬現(xiàn)實技術中，不僅能減少計算機系統(tǒng)設計的重復和繁雜工作，還能提高建模創(chuàng)作設計和生產過程的可視感，提升用戶在三維虛擬場景中的真實感。虛擬現(xiàn)實技術是一種多元信息融合的計算機技術系統(tǒng)，具有三維動態(tài)實景和仿真實體行為的特點，其通過創(chuàng)建模擬環(huán)境世界，使人們在傳感頭盔或數(shù)據(jù)手套等專業(yè)設備下進入虛擬環(huán)境，獲得視覺、聽覺以及觸覺等方面的感受，還能操作虛擬世界中的對象。

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〔編輯：張思楠〕