探討3DSMAX在虛擬現實構建中三維模型建立的方法和技巧

田博

[摘 要]虛擬現實技術（VR）相關軟硬件設施的進步和發展，使其應用范圍不斷擴大，被廣泛應用于各行各業。3DSMAX是世界上較為出名的動畫、三維建模軟件，不少VR構建中三維模型的建立正是應用了這一軟件和技術。筆者針對虛擬現實構建中3DSMAX技術在三維模型建立的方法和技巧進行分析，為具體應用提供借鑒。

[關鍵詞]3DSMAX；虛擬現實；三維模型；方法技巧

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.14.081

[中圖分類號]TP391.4 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2017）14-0-02

虛擬現實綜合了多學科的知識，涉及的領域包含影視、軍事、心理學、制造業和影視行業等，虛擬現實技術已被當作新世紀對人類影響最大的關鍵技術之一。虛擬現實技術之所以得到廣泛應用，是因為它具備三維空間實時表現力，以及人機交互式的操作環境，這些技術為人們提供了更加真實的感受。本文主要探討3DSMAX在虛擬現實構建中三維模型建立的方法和技巧。

1 3DSMAX技術內容簡介

3DSMAX軟件全稱為3DSTUDIOMAX軟件，它以Windows 98和WindowsNT為平臺，屬于強大的三維建模軟件，因為價格低廉，方便易學，所以也成為目前個人電腦上使用率最高的三維建模軟件。隨著新版本的出現，其地位又得到進一步鞏固。新版本在性能上得到了明顯改善，具體表現未：第一，工作組之間的協調變得更加容易，效率也得到極大的提升；第二，設計公司在收購了以渲染和視頻技術聞名的Discreet Logic公司后，吸收了該公司的先進技術，重新設計渲染器，使渲染的速度和質量都得到提升；第三，3DSMAX技術中建模技術的增強是最為明顯和突出的改進，這也是其應用范圍廣泛的主要原因，建模技術的改進表現在細分曲面技術、NURBS技術、柔性選擇技術的應用等。

2 虛擬現實技術內容簡介

虛擬現實是一種由計算機和電子技術創造的新世界，是一個看似真實的模擬環境，通過多種傳感設備，用戶可以根據自身的感覺，使用人的自然技能對虛擬世界中的物體進行考察和操作，參與其中的事件，同時提供視、聽、觸等直觀而又自然的實時感知，并使參與者“沉浸”于模擬環境中。虛擬現實最突出的特點就是想象、沉浸感及交互性。

虛擬現實技術是多種學科技術的綜合，具體包含多媒體技術、仿真技術和計算機圖形學、傳感技術等。其在最近十年得到快速發展，這種良好的發展態勢與計算機自身的軟硬件設施發展有著十分密切的關系，也得益于虛擬現實設備性能的提升和設備價格的下降。當前，虛擬現實技術不僅應用在NASA大型工程中，而且也被廣發應用于一些具體的游戲中。在構建虛擬現實系統過程中，硬件設施的固定性一般比較明顯，只有軟件設計層面可以最大限度地發揮人的主觀能動性。在軟件系統的設計過程中，需要創造一個虛擬環境，包含三維模型、聲音等，在眾多影響因素中，人的視覺能帶來最直接的感受，因此必須創造一個兼具合理性和真實性的模型，即應該構建起良好的三維模型。

3 利用3DSMAX技術在虛擬現實建立三維模型的方法和技術分析

本文對3DSMAX技術在虛擬現實構建中建立三維模型方法和技術的研究，主要以校園虛擬現實構建為基礎進行分析，包含的具體方法和技術如下。

3.1 利用3DSMAX技術構建三維模型的主要方法

校園虛擬現實三維場景的構建必須要包含校園中所有的實體，如道路、草坪、建筑和樹木等，底圖需要使用相應的地形圖和航拍圖、平面圖等，模型中的紋理數據則是來自實地拍攝的數碼照片。校園地形圖按照1∶500的比例進行繪制，將這些圖片直接導入3DSMAX軟件中，就能形成比較直接的地形模型圖像，校園中的建筑物則可以使用該軟件進行直接建模，再分別進行紋理添加和渲染。

3.2 利用3DSMAX技術構建三維模型的主要過程

圖1為虛擬現實構建中三維模型建立的主要過程。

在校園虛擬現實場景構建過程中，對樹木的建模要求往往比較高，想要以更加逼真的形式將樹木呈現出來，就必須要實現精準建模，這就需要使用第三方插件，以此種方式來使樹木建模更加逼真。但第三方插件所占據的空間往往較大，對整體的運行速度產生嚴重影響，所以，采用紋理貼圖的方式進行樹木建模，可以最大限度地發揮陪襯作用。在制作校園虛擬現實環境中的草坪、道路等相對封閉的區域時，可以直接利用3DSMAX軟件進行樣條曲線的繪制，再使用擠出命令進行修改，擠出數量的數值應該設置為零，以實現對模型大小的控制。同時，還應對曲線的邊等進行優化設置。校園中出現的一些單個的實體模型的建立相對單一，一般需要對實際室外模型的尺寸進行模型建立，再對經過處理之后的照片進行貼圖和渲染，這樣就會得到相對較好的效果。由于校園中實體模型具有單一性，所以通過“擠出”和“樣條曲線”模式就可以實現，針對一些較為復雜的模型，則需要使用“車削”或者是“放樣”等方式來實現。

為了真實反映校園中的場景，模型中所使用的圖片都是經過Photoshop軟件處理之后的數碼照片，為了確保最終貼圖的準確性，在三維模型中可以看到的面上都添加相應的貼圖坐標，也就是“UVW貼圖”，對一些精細化要求較高的建筑物，為了避免貼圖處理過程中出現縫隙，一般會使用“UVW展開”命令，以最大限度提高與現實的匹配度。

3.3 利用3DSMAX技術構建三維模型的關鍵技術

在構建校園虛擬場景的過程中，三維模型的貼圖數量、大小、三維模型的面積及數量等都會對整個虛擬現實系統的運行產生重要影響，所以，在虛擬現實系統構建過程中建立三維模型的主要任務之一就是對三維模型進行優化，如調整圖的大小，減少圖的數量。另外，在使用3DMAX技術構建虛擬現實三維模型時，還需要考慮模型的個數、邊數、頂點數的優化等。本文以校園的實驗樓為例進行分析，如實驗樓模型的文件大小為1.6 M，對象和圖形的數量共計366個，頂點數達到21 573個，面數達到42 144個，此種模型主要采用放樣和擠出的命令來進行構建，需要對模型的邊數、步數及擠出段數等項目進行相應的優化處理，對于模型中看不到的面應該刪除，從而大大減少模型中的圖形數量和模型面數。經過優化處理之后，圖像和對象的總數為350個，頂點數為8 487個，面數為16 724個。可見，模型中的面數和頂點數都明顯減少，這將會對計算機的運行次數產生最直接的影響。在利用放樣工具進行三維模型建模的過程中，往往會涉及很多面數和點數，所以在實際建模過程中要盡量避免利用放樣模式進行建模。

在處理模型貼圖時，需要在保障模型渲染清晰度的同時減少貼圖的分辨率。圖2為實驗樓的效果圖，經過對材質庫圖片大小、分辨率等進行修改，將大小為8M的文件變為578 KB，最終的渲染效果圖如圖3所示。根據兩幅圖呈現出的視覺效果來看，渲染效果基本相同，雖然分辨率降低會使渲染細節上存在一些小問題，但卻使整體的虛擬現實系統運行速度加快。

4 結 語

目前，虛擬現實技術已經被廣泛應用于軍事、影視等各個領域。3DSMAX軟件技術在虛擬現實系統三維模型構建中具有重要作用。本文筆者結合校園虛擬現實系統的三維模型的構建，分析具體的構建方法和技術，旨在為今后具體應用奠定基礎。

主要參考文獻

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