VR場景建設標準及規范的研究與應用

祝海英

摘? 要：虛擬現實技術（Virtual Reality）簡稱VR技術，是20世紀末逐漸興起的一門綜合性技術，涉及了計算機圖形學、多媒體技術、傳感技術、人機交互、顯示技術、人工智能等多個領域。該文以3ds Max軟件制作虛擬場景為例，從低面模型和高面模型的概念、使用3ds Max軟件制作虛擬場景的方法、制作低面模型的注意事項等幾個方面，闡述基于Unity3D平臺的虛擬場景建模方法和技巧。

關鍵詞：Unity3D軟件? VR場景? 3ds Max建模? 應用

中圖分類號：TP391.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2020）12（b）-0026-03

Abstract： Virtual Reality Technology （VR） is a comprehensive technology gradually rising at the end of the 20th century， involving computer graphics， multimedia technology， sensor technology， human-computer interaction， display technology， artificial intelligence and other fields. Taking the virtual scene made by the software of 3ds Max as an example， this paper expounds the modeling methods and skills of virtual scene based on unity3D platform from the concepts of low surface model and high surface model， the method of making virtual scene with 3ds MAX software， and the precautions of making low surface model.

Key Words： Unity3D software; VR scene; Modeling with 3ds Max; Application

目前國內外主流的VR開發引擎有虛幻4（Unreal Engine 4）、CryEngine3、Unity 3D，該文從使用3ds Max軟件創建滿足Unity3D引擎項目開發需求的VR場景角度，闡述VR場景建設的標準及規范。Unity是跨平臺2D、3D游戲和虛擬現實高級應用程序的專業開發引擎，使用Unity可以輕松創建諸如虛擬現實場景再現、三維視頻游戲、建筑設計可視化、實時三維動畫展現等類型互動內容，而根據應用的平臺不同，為了保證互動內容運行的流暢性，對虛擬場景創建的規范性和模型面數提出了較高的要求。

1? 低面模型和高面模型的概念

3D建模，有低面模型（簡稱低模）和高面模型（簡稱高模）之分，所謂的高模和低模，其實就是模型面數的高低。低模和高模是一個相對的說法，沒有絕對值，不是大于多少面就一定是高模。簡單來說，低面模型就是對面數有控制的模型，它用很少的多邊形（一般為三角面），概括出物體的結構，相對比較粗糙;高面模型就是對面數無控制的模型，它用較多的多邊形（一般為四邊面）表現物體的結構，并刻畫出物體的細節，表現出逼真的效果，具體見圖1。

在虛擬現實應用中，高模一般是為低模服務的，為了使用較少的面表現較好的模型細節，可以通過使用高低模匹配，為低模制作法線貼圖、凹凸貼圖的方法來實現。

2? 使用3ds Max軟件制作虛擬場景的方法

目前國內使用最為廣泛的三維軟件主要有3ds Max、Maya、Cinema 4D等，下面以用3ds Max軟件制作虛擬展館三維模型為例，從3個方面介紹一下基于Unity3D平臺的三維場景模型的制作方法。

2.1 制作前的準備

由于在Unity軟件中只提供了簡單的三維模型的創建方法，對于比較復雜的模型需要借助其他三維軟件（如3ds Max）制作完成后，以資源的形式導入Unity中使用，所以，在使用其他三維軟件制作三維模型時，要充分考慮到后期模型導出及與Unity軟件的銜接問題。

（1）單位設置。

由于Unity軟件默認是以“米”為單位的，所以，在3ds Max建模時要注意制作和導出時的單位設置，保證模型導入Unity后，比例是1∶1時，正確顯示模型大小，避免因比例調整導致在Unity中進行交互設置時出現錯誤。

（2）模型規劃。

首先，根據場景布局，規劃好每部分模型的實現方法，找出最優解決方案。其次，在制作比較大型場景時，要考慮到人物在Unity中穿行時，設置碰撞體等的需要，不該附加在一起的模型，不要附加在一起。比如在左右兩面墻中間需要穿行時，這兩面墻體不能附加。

（3）模型導出前的檢查。

檢查每個模型的軸心點是否正確：使所有模型各自軸心點居中。

檢查是否有縮放的模型：為有縮放的模型添加“實用程序”“重置變換”命令，然后將其“轉化為可編輯多邊形”，即塌陷，去除縮放影響。

將所有模型坐標軸調整為Y軸向上，使其與Unity軟件中坐標軸方向一致。

2.2 展館模型制作

在3ds Max中的主要建模方法有堆砌建模法、二維型建模法、三維修改器建模法、復合建模法、多邊形建模法等，其中使用最多的是多邊形建模法，在實際模型制作中，還要根據模型特點，選擇適合的建模方法制作模型。對于復雜模型而言，要注意將其分解為簡單模型，只有清晰地掌握模型的結構，才能制作出標準的模型。另外，在制作模型時，注意要將所有模型的“背面消隱”屬性打開，避免導出的模型在Unity中不可見。

以制作展館模型為例，可以先根據展館的尺寸，使用AutoCAD繪制出展館的平面布局圖，然后將其導入到3ds Max中，根據平面布局圖，制作墻體模型，具體見圖2，然后依次制作地面、室內模型、屋頂模型等。

2.3 紋理貼圖制作

模型制作完成后，紋理貼圖的制作也至為重要。紋理貼圖包括漫反射貼圖、高光貼圖、不透明度貼圖、法線貼圖、凹凸貼圖、AO貼圖等。可以使用3ds Max烘焙獲得，也可以配合使用Substance Painter，結合使用Photoshop軟件處理得到。賦材質、貼圖的操作可以在Unity中完成。

3? 制作低面模型注意事項

根據項目應用的平臺不同，通常對模型的面數都有一定的限制要求。為了用較少的多邊形更好地表現物體結構，在制作低面模型時有以下幾點需要注意。

3.1 要把主要的線卡在模型的結構上

在能準確表達模型結構形體的情況下，要最大限度地減少線的存在，模型中的每一條線，都要發揮實質性的作用，具體見圖3。

3.2 模型中相對密集布線的控制方法

模型中相對密集布線主要有3個用途：一是強調模型的輪廓與特點，如為了表現平滑表面，需要適當增加布線密度;二是用來表現豐富的細節，在需要重點表現的細節結構處適當增加布線密度;三是為了滿足動畫需求，在模型需要做轉折、伸展等運動的地方增加布線密度。比如在角色建模中，眼睛、嘴等需要做表情動畫的部位，具體見圖4;手肘、膝蓋等需要做轉折動畫的地方都需要適當加線，具體見圖5。

3.3 不要出現大于四邊的面，這個也是低模最需要注意的地方

建模中最好的結構是單純的“井”字型結構，最平整，可以在充分表現模型的前提下節省系統資源，渲染較快，且不容易出錯。但在實際建模中不可避免地會出現五邊面或六邊面等，這些大于四邊面的存在，會對模型最終效果產生影響，所以，一般可通過連接頂點、切割等方法，將其變成三角面或四邊面。另外，頂點過于分散或不在同一面內的四邊面，顯示效果也會出現問題，也需要將其連接為三角面。

3.4 注意對低面模型面數的優化

模型制作完成后，要注意對模型面的優化和整理。刪除在模型內部看不到的多邊形，具體見圖6;優化布線，刪除對模型結構沒有影響的多余的線，精簡次要結構的線;優化模型面數，檢查處理多于四邊的面。

3.5 可以用貼圖來表現的模型盡量用貼圖表現

這可以有效降低模型的面數，圖7為花、草等植物采用貼圖表現的效果。

4? 結語

虛擬現實系統以其特有的多感知性、沉浸性、交互性和構想性特征，吸引越來越多的用戶，也吸引越來越多的開發者專注其應用研究，而用戶體驗最直接、最直觀的第一感受就是系統的流暢性，所以VR場景創建的規范性與模型的優化也至為重要，一個好的系統要注意每一環節都要精益求精，只有這樣，才能開發出更多的精品項目。

參考文獻

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