3D虛擬場景構(gòu)建與渲染

張華忠

摘要：針對如何建立一個與現(xiàn)實環(huán)境相似的虛擬場景，以及如何實現(xiàn)人機(jī)交互。首先闡述了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的相關(guān)理論以及3D虛擬現(xiàn)實技術(shù)，然后完成3D虛擬場景構(gòu)建與渲染，最后利用VF語言完成人機(jī)交互的應(yīng)用程序。

關(guān)鍵詞：虛擬場景；構(gòu)建；渲染；人機(jī)交互

中圖分類號：TP37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）30-0197-02

Construction and Rendering of 3D Virtual Scenes

ZHANG Hua-zhong

（Aviation Engineering Institute， Civil Aviation Flight University of China， Guanghan 618300， China）

Abstract： For how to build a virtual environment similar to the real environment， and how to achieve human-computer interaction. Firstly， the theory of virtual reality technology and 3D virtual reality technology are expounded. Then， 3D virtual scene construction and rendering are completed. Finally， VF language is used to complete the application of human-computer interaction.

Key words：Virtual scene； Construct； Rendering； Human-computer interaction

1 概述

現(xiàn)實技術(shù)（Virtual Reality，簡稱VR）是計算機(jī)領(lǐng)域的最新技術(shù)，VR綜合了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)、仿真技術(shù)、計算機(jī)圖形技術(shù)、傳感器技術(shù)立體顯示技術(shù)以及人機(jī)交互技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)，無論在虛擬的網(wǎng)絡(luò)世界上還是在現(xiàn)實的生活中，到處都能見到電腦制作的數(shù)字化的3D模型、動畫與仿真[1-2]。3D場景主要可以應(yīng)用在廣告，建筑設(shè)計，游戲和動漫。其中，動漫是現(xiàn)代科技及文化藝術(shù)高度融合的產(chǎn)業(yè)，是文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，市場潛力巨大[3]。

2 3D場景的建模

從3D場景的構(gòu)圖、建立流程到3D場景中每個模型的建立，詳細(xì)地概括了整個3D場景的建立過程。本文場景建模采用3DS MAX平臺，創(chuàng)建四季中冬季場景模型（其他三季場景模型類似）。本文根據(jù)主題，構(gòu)思出的場景主要包括以下幾個模型：樹木、樹葉、鳥窩、釘子、藤蔓、森林背景。各個模型分開建立，以鳥窩為主要的模型將其他的模型合并到其中去，形成完整的3D基礎(chǔ)場景模型，再根據(jù)四季的特點(diǎn)將各個模型進(jìn)行微調(diào)并添加例如鳥蛋，向日葵，覆雪模型，以及去除例如樹葉模型，得到春，夏，秋，冬四個模型，完成3D場景的建模。如圖1所示。

2.1 場景模型的建模

根據(jù)冬季的特點(diǎn)，在3D基礎(chǔ)場景模型中增加了覆雪模型，并取出了樹葉模型，然后又對其他模型進(jìn)行了修改[4]，覆雪模型的建模過程：

（1） .在“命令面板”中選擇“創(chuàng)建”→“幾何體”，選擇“長方體”在“視圖區(qū)域”創(chuàng)建一個長方體。

（2） .選中視圖中的長方體，單擊右鍵，在彈出的菜單中選擇“轉(zhuǎn)換為”→“轉(zhuǎn)換為可編輯多邊形”。

（3） .在“命令面板”中選擇“修改”，根據(jù)需要添加覆雪模型的位置改變長方體的形狀，完成了覆雪模型的制作。

3 3D場景的渲染

完成添加攝影機(jī)、燈光和特效及調(diào)整他們的參數(shù)，利用V-Ray高級渲染器對已建立好的模型進(jìn)行渲染，最后進(jìn)行渲染輸出，流程圖如圖2所示。

3.1 渲染場景與輸出

在為模型賦予材質(zhì)和布光時渲染會比較多，可選擇“草圖”或“實時”方式進(jìn)行渲染，這樣可以在最短的渲染時間里看出較真實的材質(zhì)和燈光效果，根據(jù)實際的需要調(diào)整渲染圖像的大小。在3Ds max中完成效果圖的場景模型的創(chuàng)建，在V-Ray中完成材質(zhì)和燈光的設(shè)置，并渲染出圖。

覆雪模型渲染效果圖3所示。

3.2 后期處理

渲染輸出的過程中需選擇哪種渲染器、設(shè)置哪種渲染方式等。后期處理效果圖是輸出前的關(guān)鍵一步，如燈光、太陽等光線會產(chǎn)生一定的折射、散射等效果，冬季場景渲染效果如圖4所示。

4 人機(jī)界面

本文仿真實驗平臺：3DS MAX和Visual FoxPro編譯平臺，以及Intel Core i7-6700， 3.40GHZ CPU臺式機(jī)。設(shè)計的人機(jī)界面的功能主要是實現(xiàn)對制作的各個效果圖的調(diào)用，具體一點(diǎn)就是在程序窗口中預(yù)設(shè)好春季、夏季、秋季、冬季的按鈕，當(dāng)用戶點(diǎn)擊按鈕時，會在“圖片瀏覽框”和“視頻瀏覽框中”分別顯示不同按鈕所對應(yīng)的顯示對象。

5 結(jié)束語

本文設(shè)計中的不足：由于3Ds max的個別高級功能了解較少，整體渲染出來的場景有些許失真。

另外，對場景中的模型賦予材質(zhì)時未考慮實際的功耗即渲染所占內(nèi)存的問題，導(dǎo)致最終成型的3D場景渲染所花的時間較長，下一步工作針對性解決。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉尚勤，顧耀林.基于X3D構(gòu)建高效的虛擬場景[J].計算機(jī)工程與設(shè)計，2006，27（2）：303-306.

[2] 李貞培，李平，吳明.X3D虛擬場景與Java交互研究[J].計算機(jī)工程與應(yīng)用，2010，46（16）：67-70.

[3] 陳旭亮.實時渲染中3D虛擬攝像機(jī)的研究與應(yīng)用[D].江蘇科技大學(xué)，2012.

[4] 何曉田.基于3D MAX實現(xiàn)虛擬校園場景建模[J].電腦知識與技術(shù)，2011，7（22）：5365-5366.endprint