MAYA的三维建模在虚拟现实技术中的应用

陈伟强

摘 要：虚拟现实技术是21世纪高科技发展的主要趋势，广泛应用于计算机、医学、军事、工业等领域。借助CPU散热器模型的构建步骤和方法，论述了MAYA三维建模技术的基本内容、主要特征和关键技术等理论。并介绍了MAYA的基本内容原理与虚拟现实技术之间的联系和应用效果，为今后虚拟现实技术的发展提供了理论材料，对虚拟现实技术的发展、应用前景和研究重点进行了展望。

关键词：三维建模；虚拟现实技术；模型优化；交叉技术

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.154

虚拟现实技术的进步和发展在一定程度上推动了仿真技术的发展，虚拟现实技术是将仿真技术和传感技术、多媒体技术、计算机图形学、传感技术、网络技术等多种技术相融合的交叉技术。虚拟现实技术拥有高速的计算和传输性能，效果逼真，涉及到实验室、文化教育、考古、军事等专业机构和社会领域各行业。虚拟体具有与几何、生物行为、物理等相融合的基本属性。随着互联网的迅速发展，网络虚拟现实技术成为了未来发展关注的热点。

1 MAYA三维建模与虚拟现实技术的联系

近年来，在计算机领域广泛推广和应用了虚拟现实技术，涉及到计算机系统的分析和设计、数据库技术、系统三维虚拟场景构建、以及场景的艺术表现等方面的内容，得到了社会的重视和关注。MAYA的三维建模技术是虚拟现实系统最重要的基础组成部分，是虚拟现实应用的关键技术和步骤。三维建模是计算机通过三维软件把二维建模部门前期设计好的图稿在虚拟空间中制作出的物体模型。模型的造型结构、模型的布线规律以及模型的三维空间是建模关键的三部分。三维建模作为三维动画项目制作的基础，三维建模的质量在一定程度上对三维动画的材质贴图和角色的制作过程起着决定性的作用。MAYA软件具有多边形建模板块，能创建三维虚拟环境和制作三维模拟动画，其采用新的运算法则提高了性能。

用户可通过桌面式、分布式、增强式等形式参与到虚拟现实系统中，拥有极强的交互性，变革了传统的人机交换模式。虚拟现实技术的应用能构筑和启发构思创建逼真的现实环境，具备完善的交互能力。多感知和交互性功能的强大是虚拟现实技术的核心，带给用户生理和心理上的真实体验，也更加注重用户对虚拟现实空间的实时操作和用户的及时反馈。虚拟现实技术能高效處理海量数据，解决了构建复杂模拟现实环境的难题，消除了用户因计算和传输滞后带来的心理障碍。

2 应用效果

MAYA的建模功能丰富、体系完善，用户可以通过粒子系统、衣料仿真、植物创建等进行快速创作，是构建虚拟组装和维修学习的软件，三维模型的创建是虚拟组装和维修学习平台的基础，三维模型的表现力对呈现虚拟平台的真实程度有直接影响。开发者使用MAYA建模模块部分创建模型时，由于受到软件配置和虚拟平台运行的实时性、互联网宽带交互响应的限制。因此，MAYA建模功能的强大表现在创建模型时能控制模型面数的数量，在保证视觉效果不失真的条件下使用适合的布线来进行模型的构建。MAYA是入门操作简便，具备高兼容性，具有人性化和交互性强的三维软件，能提供多接口技术，配合

顺畅，进一步增强了数据处理的交互性，优化了软件的性能。同时，还能灵活使用游戏建模创建时的部分技巧，以采用标准化参数来创建模型为例，当遇到复杂的贴图时，可以用凹凸纹理来代替来减少几何体的细分数，并将多边形中重合的点线合并、不可见的面删掉；将模型分离，独立建模，以便达到在虚拟环境下能顺畅浏览和互动的效果；使用网格中的精简命令来优化模型面数等。值得注意的是，三维模型具有相应的物理性质，但不能相互穿越，这是三维建模与游戏建模的最大区别。

在资料收集整理和分析方面，使用MAYA软件创建虚拟组装电脑时，需要在前期收集相关的组装资料，还需要将多台电脑主机拆解开，归纳和分析主机的内部部件，并将各组件具备的共性和个性罗列出来，模糊化处理将要构建的模型，最后使用流行的电源下设置式进行设计构图，总结和概括出组装计算机时采用的主要模块，如图1所示。

在创建模型方面，使用数码相机将前期准备好的主要模块典型的部件进行拍摄或扫描，制作成创建模型时需要的以正、侧、前面三面为主的参考三视图形。模型创建可采用两种方法相结合的形式，根据创建模型的需要可选择多种建模相互结合或相互转化方式，其一是多边形建模，其二是曲面建模。多边形建模主要用于创建模型的主体部分，而曲面建模主要用于弯曲有弧度或者线材的部分。创建散热器电源建模时采用多边形、曲面以及细分曲面多种建模方式相结合的形式。

以创建CPU散热器模型为例，散热底座部分采用多边形中的平面多次挤出压制作，对生成的模型采用变形修改器中的非线性扩张和晶格来调节变形。采用MAYA多边形建模，可高效、安全地将热管安装在CPU散热器中，可以在屏幕上看到三维模型，具体到每个点和面，不同的尺寸和方向，改变了传统安装散热器的设计方法，精确度更高。通过排列这些点和面可以将复杂的CPU散热器三维模型构建出来，不会受到安装热管散热器的体积和安装的限制，更加突出了模型的细节部分，且可通过倒角和挤出命令来完成创建。散热器风扇的扇叶创建是使用圆柱体修改默认参数并挤出二级而形成的，扇叶的扭曲是采取变形命令中的非线性扭曲进行操作的。风扇的线材和接口使用曲面建模中的放样命令制成，可对散热器局部区域的多边形进行细分。当模型出现三角形时，可以通过加线处理变成四边形，并使用Delete等命令删除掉多余的点和线，不会出现重叠面，使模型更加具体化，设计出的效果明显优于传统的建模形式。运用对齐工具命令组合加入修饰的零件部分，在对齐的条件下使用Ctrl+G完成操作，组装成完整的CPU散热器，见图2.

图2 完整的CPU散热器

优化创建的模型材质和贴图。贴图是种二维图像，依附在物体表面，贴图具有突出复杂模型简化局部细节的作用，使模型达到更加真实和精细的效果，还能使模型有反射和镂空等效果。不同的部件可以采取多种方式相结合的形式来灵活搭配材质。在虚拟的组装学习平台中，常常会接触到基础材质的使用，基础材质通过特殊的效果可以模拟出机箱风扇发光的效果，侧透机箱挡板可以通过调节透明或半透明材质的透明度来模拟。创建金属、亚光和磨砂等材质使用的方法是调节公用材质的属性和镜面反射着色。一般情况下，主板和内存等电路基板使用的是Lamert材质，使用Blinn材质构建螺丝和散热条等可模拟出铜管等金属体的质感。MAYA三维建模通过控制模型的材质和贴面的渲染精确度，可对模型进行加工修改，并通过高模效果来检测模型的材质和贴图是否制作到位。材质与贴图的相互结合可以使模型更加完善，更有质感，创建出逼真的模拟现实环境。

3 结束语

MAYA功能完善，具有简易学习、工作灵活、制作效率高、真实感极强的优点，能大大提高影视特效制作、游戏开发、栏目包装和设计行业等的工作效率。随着MAYA的推广和应用，在三维动画制作和游戏制作等领域也有所运用，其多线程支持功能使开发者可以利用多核心处理器进行三维动画的渲染。MAYA是构建虚拟环境的重要软件，具有超强的建模、容错能力和扩展性，还需要深入研究其三维建模的模型优化、结构优化等流程和方法，将其运用到虚拟现实技术中，这具有远大的发展前景。将MAYA三维建模技术应用到虚拟现实技术中，不仅能减少计算机系统设计的重复和繁杂工作，还能提高建模创作设计和生产过程的可视感，提升用户在三维虚拟场景中的真实感。虚拟现实技术是一种多元信息融合的计算机技术系统，具有三维动态实景和仿真实体行为的特点，其通过创建模拟环境世界，使人们在传感头盔或数据手套等专业设备下进入虚拟环境，获得视觉、听觉以及触觉等方面的感受，还能操作虚拟世界中的对象。

参考文献

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[2]孟庆武，樊明，神文龙.基于Maya和Virtools的煤矿虚拟现实系统开发[J].山西焦煤科技，2011，30（06）.

[3]林康，张宜阳，罗磊.基于虚拟现实技术的深水钻机虚拟操作系统[J].石油机械，2016，20（06）.

〔编辑：张思楠〕