游戏场景虚拟漫游系统关键技术研究

王洪江

沈阳工程学院信息学院 （沈阳 110036）

虚拟现实漫游系统，即基于由计算机生成的虚拟环境对真实世界客体及事件的实时仿真，视点如在其中巡视漫游，用户将以一定方式与场景事物相交互，从而达到其认识了解世界之目的。作为娱乐活动的游戏，只有当其画面质量及交互性更好，游戏者在游戏场景漫游中才能得到更好的娱乐感受，本文就游戏场景虚拟漫游关键技术做重点探讨。

1 游戏场景建模技术

作为虚拟现实技术的基础和核心，虚拟场景建模技术可分为以下三种类型：传统建模软件制作技术、三维几何图形的绘制技术、基于图像的绘制技术。

1.1 传统造型软件的模型生成技术

目前建模软件很多，其中以3DS Max应用最为广泛。软件提供了高级三维建模指令的同时还拥有丰富性的建模技术，能够方便并真实地表现复杂及精细的模型。

1.2 基于图像的绘制技术

基于图像的渲染技术特别适用于有丰富细节和高度写实性的复杂场景的漫游。这种技术可以提供复杂的视觉场景，不足之处是缺乏立体浸泡感和互动感。

1.3 三维几何图形的绘制技术

这种方法可以更自由地设计场景，用户与虚拟世界进行交互，以满足灵活多变的多视角需求，它包括图形建模以及实时图形渲染两个部分。

2 游戏模型真实感研究

2.1 场景建模优化

(1)模型数量优化：将相同材质的物体进行合并或塌陷。

(2)场景贴图量优化。第一，重复利用已有贴图；第二，大物体使用分辨率高的贴图，小物体使用尺寸小些的贴图。第三，镂空贴图不需实施烘焙。

(3)模型面数优化：删除模型间的重叠面；删除模型底部无法观察的面；删除物体之间相交的面。

2.2 灯光处理

三维游戏场景中,灯光不仅能将物体照亮,还可以向玩家传达更多的信息。在应用中，可以根据物体的表面是否在阴影区内来生成不同的光照效果。通过给建筑物和路面进行光照贴图，光照贴图覆盖的场景，不仅可以产生阴影，而且可以使物体表面产生新的颜色。这些均由灯光的颜色和环境光决定。光照图的大小在场景气氛烘托中起着至关重要的作用。

3 人机交互技术

3.1 视点动画技术

用户通过运动相机进行观察场景物。相机具有位置和方向，广角、特写等属性。视点动画通常有两种方式：一种是线性插值法，即利用VRML2插值来创建一个导游路线、标志、或按一下按钮，使用户可以漫游虚拟世界的一个预定义的路径;另一种方法是查看实时跟踪方法，该视点跟随用户的行为产生动画。

3.2 视点绑定的交互技术

在一个交互式漫游系统中，用户通过某种方式（如鼠标单击或传感器等）与场景进行交互，快速定位自己要得到的目标。但是，当你开始进入一个虚拟的世界时，用户的视角自动放置在虚拟环境的第一个视点上。因此，要转换为当前视点，必须添加场景视点控制机制。 VRML2提供了一种机制来实现这一功能，称为绑定。

3.3 信息交互技术

用户漫游时，可以从现场得到隐藏的信息。用户能进入一个全新的网络地址通过点击鼠标节点的子节点，该地址并不限于一个媒体文件，它可以是任何类型的文件。结合VRML的传感器，并利用VRML节点参数域，完全可以创建一个高度集成的多媒体应用系统。

4 游戏场景虚拟漫游系统实现

图1 系统功能设计图

4.1 3DS Max建立模型

系统整个功能如图1所示，主要模块是漫游部分。3DS Max中有三种建模方法：面片建模、Nurbs建模、多边形建模。具有光滑表面的模型多采用面片建模，多边形建模适合于由较大的平面和直角构成的对象。NURBS建模方法不依赖于复杂网络细化表面，但具有多边形建模方法及编辑的灵活性的优点。学习中，应尽可能掌握不同的建模方法，达到互补的目的。

4.2 游戏场景模型优化

对模型优化主要做了以下几方面工作：基于“点”级的对齐，使用各种捕捉和阵列工具对齐点或者焊接模型内部的点，场景内不允许出现微小的裂缝或残缺；尽量使用减少体积堆积的建模方式，灵活使用“Spli ne/Polygon”工具进行合理布线、挤压；使模型尽量成为单面空壳状态；在描图阶段，模型段数不超过3并且尽量使用直角类型点；避免模型面面相叠、交叉、微距现象；谨慎使用布尔运算；模型命名规范以及尽量使用“简”模。

4.3 系统的交互

图2 交互功能图

在整个虚拟漫游系统实现的过程中，当用3ds ma x完成建模后，用VRML来编写代码，以实现交互、漫游、链接等功能，这是流程中关键的一步。交互功能图如图2所示。把建好的模型导出到VRML之后，先对整体的场景的背景和视点进行设置，比如天空的颜色设置，以及别墅前后左右3个视点的设置，以方便全方位的观察整个场景。系统测试图如图3所示，视点交互代码事例如下所示（以前视点为例）：

图3 系统测试效果图

5 结语

对于游戏大型场景，用3DS MAX建模，利用VR ML实现游戏场景漫游是可行且可提高开发效率；在3 DS MAX场景模型优化方面，主要在模型个数、模型面数以及场景贴图量在做重点操作；视觉动画技术的人机交互方式特别适用于场景漫游，既可以实现手动控制操作场景，也可以实现自动路径播放漫游。后续将进一步研究虚拟场景交互的创新方法。

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