3DS MAX建模技術在虛擬現實中的應用

摘 要:本文介紹了虛擬現實這一新技術的相關概念、技術特征及關鍵技術，講解了在3DS MAX軟件中模型制作的幾種方法。

關鍵詞:虛擬現實 VR 建模 3DS MAX

中圖分類號:G6文獻標識碼:A文章編號:1673-9795(2011)06(c)-0113-01

虛擬現實(VR即Virtual Reality)是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機系統。它充分利用計算機硬件與軟件資源的集成技術，提供了一種實時的、三維的虛擬環境(Virtual Environment)，使用者完全可以進入虛擬環境中，觀看計算機產生的虛擬世界，聽到逼真的聲音，在虛擬環境中交互操作，有真實感，可以講話，并且能夠嗅到氣味。

虛擬現實技術可以廣泛應用于各個領域，這些領域包括仿真建模、計算機輔助設計與制造、可視化計算、遙控機器人、計算機藝術、先期技術與概念演示、教育與培訓、數據和模型可視化、娛樂和藝術、設計與規劃及遠程操作等。

虛擬現實具有以下三個基本特征:沉浸(Immersion)、交互(Interaction)和構想(Imagination)，即通常所說的“3I”。

(1)沉浸是指用戶借助各類先進的傳感器進入虛擬環境之后，由于他所看到的、聽到的、感受到的一切內容非常逼真，因此，他相信這一切都“真實”存在，而且相信自己正處于所感受到的環境中。

(2)交互是指用戶進入虛擬環境后，不僅可以通過各類先進的傳感器獲得逼真的感受，而且可以用自然的方式對虛擬環境中的物體進行操作。如搬動虛擬環境中的一個虛擬盒子，甚至還可以在搬動盒子時感受到盒子的重量。

(3)構想是由虛擬環境的逼真性與實時交互性而使用戶產生更豐富的聯想，它是獲取沉浸感的一個必要條件。

建模是虛擬現實技術的關鍵技術之一，虛擬現實中的建模方法有兩類:一是基于3D圖形學的方法，利用計算機圖形學技術進行虛擬環境的建模和渲染;二是基于圖像的方法，運用多視角、全景或任意方向的圖像來產生虛擬的環境。基于圖像的繪制技術是目前最常用的圖像建模技術，生成圖像的質量獨立于場景的復雜性。基于計算機圖形的方法通常能提供較高的交互性，但由于建模和渲染計算的復雜性，以及為了保證實時計算和生成質量較好的圖像，該方法對軟硬件的要求較高。基于圖像方法可以克服復雜場景3D建模的困難，并且可以使用真實世界中的圖像提供更豐富的細節，比較容易得到與真實環境相近的效果。但是卻不能提供很好的交互性。本研究通過3DS MAX軟件作為建模工具，談下其在虛擬現實技術中的作用。

三維建模是三維設計的第一步，是三維世界的核心和基礎，沒有好的模型，其它效果都難以表現。3DS MAX具有多種建模手段，除了內置的幾何體模型、對圖形的擠壓、車削、放樣建模以及復合物體等基礎建模外，還有多邊形建模、面片建模、NURBS建模等高級建模。建模的基本技術包括如下幾個方面。

1 內置模型建模

內置模型建模是將系統提供的標準的幾何體和擴展幾何體進行組合搭建而成一個三維模型，這是3DS MAX三維建模技術中最基本、最簡單的一種建模方法。3DS MAX系統內部提供有標準幾何體和擴展幾何體，利用它們可以搭建簡單的模型，同時也是創建復雜模型的基礎，通過對內置模型的編輯可以創建出難以想象的復雜模型。

2 多邊形建模

多邊形建模技術是最早采用的一種建模技術，它的原理很簡單，就是用小平面來模擬曲面，從而制作出各種形狀的三維物體，小平面可以是三角形、矩形或其他多邊形，但實際中多是三角形或矩形。使用多邊形建模可以通過直接創建基本的幾何體，再根據要求采用修改器調整物體形狀或通過使用放樣、布爾運算、曲面面片造型、組合物體來制作虛擬現實作品。多邊形建模的主要優點是簡單、方便和快速，但它難于生成光滑的曲面，故而多邊形建模技術適合于構造具有規則形狀的物體，如大部分的人造物體，同時可根據虛擬現實系統的要求，僅僅通過調整所建立模型的參數就可以獲得不同分辨率的模型，以適應虛擬場景實時顯示的需要。

3 NURBS建模

NURBS是Non-Uniform Rational B-Splines(非均勻有理B樣條曲線)的縮寫，它純粹是計算機圖形學的一個數學概念。NURBS建模技術是最近幾年來三維動畫最主要的建模方法之一，特別適合于創建光滑的、復雜的模型，而且在應用的廣泛性和模型的細節逼真性方面具有其它技術無可比擬的優勢。但由于NURBS建模必須使用曲面面片作為其基本的建模單元，所以它也有以下局限性:NURBS曲面只有有限的幾種拓撲結構，導致它很難制作拓撲結構很復雜的物體(例如帶空洞的物體);NURBS曲面片的基本結構是網格狀，若模型比較復雜，會導致控制點急劇增加而難于控制;構造復雜模型時經常需要裁剪曲面，但大量裁剪容易導致計算錯誤;NURBS技術很難構造“帶有分枝的”物體。

4 細分曲面技術

細分曲面技術是近幾年才引入的三維建模方法，它解決了NURBS技術在建立曲面時面臨的困難，它使用任意多面體作為控制網格，然后自動根據控制網格來生成平滑的曲面。細分曲面技術的網格可以是任意形狀，因而可以很容易地構造出各種拓撲結構，并始終保持整個曲面的光滑性。細分曲面技術的另一個重要特點是“細分”，就是只在物體的局部增加細節，而不必增加整個物體的復雜程度，同時還能維持增加了細節的物體的光滑性。但由于細分曲面技術是一種剛出現不久的技術，對它的支持還顯得不完善，還不能完成一些十分復雜的模型創作。

有了以上3DS MAX幾種建模方法的認識，就可以在為虛擬現實系統制作相應模型前，根據虛擬現實系統的要求選取合適的建模途徑和方法，多快好省的完成虛擬現實的作品的制作。在虛擬現實作品制作的時候應當遵循一個原則:在能夠保證視覺效果的前提下，盡量采用比較簡單的模型，而且若能夠用參數化方法構建的對象盡量用參數化方法構建，同時，在模型創作過程中，對模型進行分割，分別建模，以利于在虛擬現實系統中進行控制和操作。

參考文獻

[1]蔡紅霞，胡小梅.虛擬仿真原理與應用[M].上海大學出版社.

[2]宋毅.3ds max 2009建模實例精解[M].北京希望電子出版社.