陳章斌

（福州外語外貿(mào)學(xué)院 信息系，福建 長(zhǎng)樂 350202）

3DS MAX建模及其在虛擬演播廳設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

陳章斌

（福州外語外貿(mào)學(xué)院 信息系，福建 長(zhǎng)樂 350202）

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的成熟發(fā)展，它已廣泛地應(yīng)用于生活的眾多領(lǐng)域，虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)軟件層出不窮，其主要是更好展示所創(chuàng)造虛擬環(huán)境的真實(shí)性。但三維模型、動(dòng)畫的構(gòu)建還需要借助第三方軟件來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用3DS MAX強(qiáng)大的建模技術(shù)能較為真實(shí)地將圖像及動(dòng)畫展示出來。文章結(jié)合虛擬演播廳的構(gòu)建，探討3DS MAX在虛擬現(xiàn)實(shí)構(gòu)建中三維模型建立的方法和技巧。

3DS MAX建模；虛擬現(xiàn)實(shí)；優(yōu)化

虛擬現(xiàn)實(shí)（VR-virtual reality），也稱虛擬實(shí)境或靈境，是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成一個(gè)逼真的、具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環(huán)境，用戶通過使用各種交互設(shè)備，同虛擬環(huán)境中的實(shí)體相互作用，使之感覺身臨其境的交互式視景仿真和信息交流，是一種先進(jìn)的數(shù)字化人機(jī)接口技術(shù)。自從虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)誕生以來，它已經(jīng)在虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室、軍事模擬、城市規(guī)劃、地理信息系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中顯示出巨大的經(jīng)濟(jì)、軍事和社會(huì)效益，也是21世紀(jì)最具應(yīng)用前景的技術(shù)之一。

虛擬現(xiàn)實(shí)軟件致力于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維空間的表現(xiàn)能力、人機(jī)交互式的操作環(huán)境以及給人帶來身臨其境的感受。對(duì)于虛擬演播廳的實(shí)現(xiàn)來說，任意一款虛擬現(xiàn)實(shí)軟件足以展現(xiàn)其效果。文章所選用虛擬演播廳的設(shè)計(jì)軟件是Virtools，該軟件功能強(qiáng)大，具有很強(qiáng)的畫質(zhì)感和互動(dòng)性，擁有專用腳本語言，跨平臺(tái)性好；它支持多種3D文件格式的讀取，并能和大部分相關(guān)應(yīng)用程序協(xié)同工作，低端硬件亦可流暢運(yùn)行廣闊復(fù)雜的場(chǎng)景。

虛擬演播廳的實(shí)現(xiàn)中，三維場(chǎng)景的建模是一項(xiàng)非常重要的內(nèi)容。虛擬演播廳的實(shí)現(xiàn)考慮到經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，采用的是桌面型的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，由一臺(tái)普通的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成，使用者通過鍵盤和鼠標(biāo)便可與虛擬環(huán)境進(jìn)行交互。此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，但要在一臺(tái)普通計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中順暢運(yùn)行整個(gè)演播廳的虛擬場(chǎng)景，對(duì)虛擬場(chǎng)景中模型的建立和優(yōu)化提出了更高的要求。文中虛擬演播廳的實(shí)現(xiàn)是基于三維造型的虛擬現(xiàn)實(shí)，首先，通過3DS MAX軟件來構(gòu)造實(shí)體模型，由圖形圖像工具制作模型的紋理貼圖；然后，用Virtools軟件來模擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的交互。文章圍繞虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中三維模型的構(gòu)建方法和技巧進(jìn)行探討。

1 三維場(chǎng)景建模的方法

演播廳三維場(chǎng)景的建模包括虛擬演播廳所要呈現(xiàn)的所有演播廳實(shí)體，比如演播廳的場(chǎng)地、燈光、舞臺(tái)、攝像機(jī)等。場(chǎng)地可以采用演播廳的實(shí)地地形圖，模型的紋理數(shù)據(jù)主要來自實(shí)地拍攝的數(shù)碼相片。演播廳場(chǎng)地模型和各實(shí)體部件的建立是直接利用3DS MAX進(jìn)行建模，添加紋理、經(jīng)過渲染后導(dǎo)入Virtools。

2 3DS MAX環(huán)境下模型的建立

虛擬演播廳的實(shí)地場(chǎng)地環(huán)境中，地面、墻體等封閉區(qū)域的制作，直接在3DS MAX中繪制樣條曲線，然后利用修改器列表中的擠出命令，擠出的數(shù)量設(shè)為零來實(shí)現(xiàn)，為了控制模型的大小，要對(duì)樣條曲線的“邊”和“步數(shù)”進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置。演播廳中其他單個(gè)實(shí)體模型的建立，較為簡(jiǎn)單，一般先是在3DS MAX中按照實(shí)際尺寸建立室內(nèi)實(shí)體模型，然后利用處理好的數(shù)碼照片進(jìn)行貼圖、渲染處理，就可以達(dá)到較好的效果。演播廳中實(shí)體模型的建立多數(shù)采用的是“樣條曲線”加“擠出”命令來實(shí)現(xiàn)的，復(fù)雜的模型一般要借助“放樣”“車削”方法來創(chuàng)建。為了更真實(shí)反映現(xiàn)實(shí)演播廳，演播廳中所有模型的材質(zhì)全部來源于經(jīng)Photoshop處理后的實(shí)地拍攝數(shù)碼相片，為了能夠正確顯示貼圖效果，所有模型在能夠看到的面上附加了貼圖坐標(biāo)，即“UVW貼圖”。在一些重要部件要求精細(xì)部分，為了避免兩個(gè)相鄰面貼圖產(chǎn)生縫隙，采用了“UVW展開”命令進(jìn)行貼圖，盡量做到貼圖效果與實(shí)際情況相符。

3 三維建模中的關(guān)鍵技術(shù)

三維模型的總個(gè)數(shù)、總面數(shù)和模型貼圖總量以及貼圖的大小，直接影響虛擬演播廳系統(tǒng)運(yùn)行的速度，所以如何對(duì)模型個(gè)數(shù)、面數(shù)進(jìn)行優(yōu)化、減少貼圖數(shù)量和貼圖文件的大小，是虛擬現(xiàn)實(shí)中三維模型建立的關(guān)鍵技術(shù)之一；還有模型貼圖照片的拍攝和處理方法對(duì)三維模型的渲染也是至關(guān)重要。在3DS MAX中建?？梢宰⒁庖韵?點(diǎn)：①在構(gòu)建三維模型時(shí)，注意模型個(gè)數(shù)、頂點(diǎn)數(shù)、邊數(shù)、步數(shù)的優(yōu)化。如果是樣條曲線的“擠出”和“放樣”命令創(chuàng)建的模型，對(duì)樣條曲線的邊數(shù)、步數(shù)和擠出段數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理，對(duì)放樣模型圖形步數(shù)和路徑步數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理，刪除模型中看不到的面，這樣可以大大減少模型面數(shù)和圖形個(gè)數(shù)。優(yōu)化整合處理以后，可以大大節(jié)省計(jì)算機(jī)的運(yùn)算次數(shù)。②對(duì)模型貼圖的處理，要盡量保證模型渲染清晰度的基礎(chǔ)上減少貼圖的分辨率。在模型中,貼圖紋理是影響數(shù)據(jù)量的重要因素。貼圖紋理的大小直接關(guān)系到文件的渲染速度和整個(gè)數(shù)據(jù)量大小。因此，在處理貼圖時(shí),應(yīng)將紋理尺寸（在不影響模型外觀的前提下）調(diào)整到盡可能小。在特定情況下，可在3DS MAX中調(diào)整紋理坐標(biāo)和重復(fù)度，這樣既可減小數(shù)據(jù)包的大小，也能提高模型紋理精細(xì)度。③對(duì)場(chǎng)景模型進(jìn)行渲染后再實(shí)施烘焙操作，就可以把3DS MAX中物體表面的光影關(guān)系以貼圖的方式帶到虛擬環(huán)境的場(chǎng)景中，達(dá)到物體的真實(shí)感。

4 3DS MAX三維場(chǎng)景模型導(dǎo)入Virtools

將創(chuàng)建完好3DS MAX三維模型組合調(diào)整后轉(zhuǎn)換成Virtools識(shí)別的NMO格式，然后導(dǎo)入到Virtools，利用它提供的BB及其組合對(duì)模型賦予腳本，完成交互功能的實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)語

文章結(jié)合虛擬演播廳燈光調(diào)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，闡述了基于3DS MAX三維造型的三維場(chǎng)景建模方法及模型優(yōu)化處理的技巧。由于現(xiàn)有硬件設(shè)備的限制，虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)對(duì)所有三維模型的要求并非一味地追求逼真，所以在能夠保證視覺效果的前提下，盡量采用比較簡(jiǎn)單的模型，能夠用參數(shù)化方法構(gòu)建的對(duì)象盡量用參數(shù)化方法構(gòu)建。同時(shí)，在模型創(chuàng)作過程中，對(duì)模型進(jìn)行分割，分別建模,以利于在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中進(jìn)而控制和操作，來達(dá)到最優(yōu)化效果。

［1］韓曉玲.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展趨向淺析［J］.電腦知識(shí)與技術(shù)，2007，（2）：549-550.

［2］陳阿林，胡朝輝，祁相志.校園虛擬現(xiàn)實(shí)3維場(chǎng)景建模技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方法研究［J］.重慶師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，24（4）：1-4.

［3］黃靜，張紅忠.3DS MAX在虛擬現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用［J］.測(cè)繪與空間地理息，2013，（2）:125-126.

［4］郭涌，王學(xué)孔.虛擬現(xiàn)實(shí)建模技術(shù)中的3DS MAX技術(shù)分析［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2012，（9）：219-220.

福建省教育科學(xué)規(guī)劃“十二五”規(guī)劃2014年度重點(diǎn)課題“基于3D和Virtools技術(shù)的虛擬演播廳燈光動(dòng)畫效果的模擬（FJJKCGZ14-193）”。

陳章斌（1979-），女，福建福州人，碩士，副教授，主要從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及圖形圖像方面的研究。