基于虚拟现实的三维建模技术探析

王阳阳

摘要：虚拟现实技术是一项新兴的技术，其关键在于把实际的物体进行建模得到虚拟的图像，并且呈现到人们的面前。三维建模是其中的一项核心技术，通过3D Max和VRML语言编写，主要包括模式识别技术、支持向量机计算技术、传感器技术、通讯技术等，本文对其展开探讨，为其进一步发展指明方向。

关键词：虚拟现实；三维建模；技术探析

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）07-0209-02

1 引言

虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，是仿真技术与计算机图形学人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等多种技术的集合，是一门富有挑战性的交叉技术前沿学科和研究领域。虚拟现实技术（VR）主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等方面。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指理想的VR应该具有一切人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉感知外，还有听觉、触觉、力觉、运动等感知，甚至还包括嗅觉和味觉等，也称为多感知。自然技能是指人的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作，由计算机来处理与参与者的动作相适应的数据，并对用户的输入进行实时响应，并分别反馈到用户的五官，传感设备是指三维交互设备。

2 虚拟现实技术

虚拟现实通常采取头戴式眼镜的形式，在眼睛的前面具有屏幕，声音可以通过扬声器或耳机来进行传送。人的高级感觉包括触觉信息，这通常被应用于医疗、视频游戏和军事训练应用中的感觉反馈。在视频游戏中使用的一些虚拟现实系统可以通过游戏控制器向用户传送振动和其他感觉。虚拟现实还指通过远程呈现或使用虚拟制品（VA）来提供用户的虚拟存在的远程通信环境。沉浸式环境可以类似于真实世界，以创建逼真的体验，让现实中玩家可以使用虚拟的力量。虚拟现实提供了一种新的媒介，用于在对人有效且同时高度受控的方式下呈现情感相关的复杂刺激。 因此，虚拟现实应用已经吸引了心理治療师和研究者的注意。 在过去的几年中，研究者开发了用于心理治疗中的各种应用的可行虚拟现实系统。虚拟现实技术已经走过了很长的路。在过去几十年中，虚拟现实和模拟技术已经在医疗培训和教育中实施。心理治疗模拟器对于医生培训是非常有价值的，医院已经为这种专用设备支付了大量的资金。虚拟现实具有许多优点，可以给人以丰富的体验，同时结合了脑电波处理、信号传送、图像生成等多种新型技术，结合起来给人以极好的使用体验。通过VR显示器接受大脑活动时产生的电信号，传输给电脑进行运算生成能够缓解心理疾病患者心情的虚拟环境，并通过对传出的信号进行不断地分析计算，得出对此患者有效的心理疗法。通过脑-机接口在大脑和其他电子设备之间建立交流和控制通路的技术，将大脑的信号解读成相应的感情信号导入计算机进行运算，通过运算得出可以缓解使用者心理压力或者负面情绪的场景、故事、音乐，导入到VR设备，通过VR技术给使用者带来的沉浸感与代入感，让使用者的心理压力或者负面情绪得到一定程度的缓解。

3 基于虚拟现实的三维建模技术

想象脑电模式识别技术是一种不依赖外周神经和肌肉组织的技术，在大脑与计算机或者电子设备之间直接建立交流和控制通路的技术，通过这样的技术可以对大脑中的电信号进行收集，通过设备对接收到的脑电信号进行处理。虚拟环境框架的功能主要体现在：首先支持对象的属性和交互的订购发布，同时提供回调和事件的通知机制，支持HLA的各种时间管理策略，从而达到在全部联邦范围内的对象可以根据已给定的时序和消息传递关系来工作；其次是提供与各种对象定位、创建、删除等相关的服务，并且分类、统一组织管理不同功能和不同性质的仿真实体，即是对虚拟场景的结构和组织管理；最后还可以通过事件驱动和回调函数机制和场景对象组织、仿真对象管理功能集成，沉浸式人机交互设备和接口的集成。

3.1 3DMAX与VRML语言

目前市面上有一些虚拟现实的应用软件，其中最具代表性的是3D MAX软件，其界面简洁明了，功能强大，建模功能强大，广泛应用于游戏开发设计。3D MAX软件具有自己独特的设计理念，软件的特点是可以在三维建模设计中快速找到自己的可行规则，从而加快设计进度，提高设计质量。通过使用3ds Max模型，使用自定义模块来处理角色。所有动画工具（包括表达式、脚本、列表控制器和布线）都可以与特定的模型和自定义控件一起使用，虚拟现实模型是一种重要的解算器，优化了实时交互性，同时其提供了一个灵活的动画系统，其节点可以在3D空间中的任何地方移动。

VRML被称为虚拟现实语言，这是一种文件格式，其中可以指定3D多边形的顶点和边缘以及表面颜色、映射纹理、光泽度、透明度等。URL可以与图形组件相关联，以便当用户点击特定图形组件时，Web浏览器可以从Internet获取网页或新的VRML文件。虚拟世界的动画，声音，照明和其他方面可以与用户交互，或者可以由计时器之类的外部事件来触发。 特殊的脚本节点允许将程序代码添加到VRML文件。VRML文件采用纯文本格式，通常使用zip进行压缩，对于通过互联网传输更为有用，许多3D建模程序可以以VRML格式保存对象和场景。

3.2 模式识别技术

模式识别是机器学习的一个分支，其重点在于识别数据中的模式和规则，尽管在某些情况下被认为几乎与机器学习差不多。模式识别系统在许多情况下采用原始数据来训练，但是当没有标记数据可用时，可以使用其他算法来发现先前未知的模式。数据库（KDD）中的模式识别、机器学习、数据挖掘和知识发现这些领域很难分开，因为它们有时候的内容是重叠的。所有这些领域都是从人工智能工程和统计学演变而来的，他们通过整合彼此的发展，想法变得越来越相似。在机器学习中，模式识别是将标签分配给输入值。模式识别的主要应用是分类，它试图将每个输入值进行分类，比如把人的情感转化为计算机可以识别的信号，从而对于显示的内容进行科学的选择。模式识别算法通常旨在为所有可能的输入提供合理的答案，并且执行输入的最大可能匹配，考虑它们的统计学变化。具体使用的是模式匹配算法，在具有预先存在的模式的输入中寻找精确匹配。模式匹配算法的常见示例是正则表达式匹配，其在文本数据中查找给定类型的模式，并且被包括在许多文本编辑器和字处理器的搜索功能中。模式匹配算法可以使用由模式识别提供的输出算法，使信号间的转换变得精准高效。endprint

3.3 支持向量机技术

支持向量机（SVM）表示一组从训练数据创建函数的学习技术，训练数据通常包括输入对象和期望输出的对象。虚拟环境的开发涉及了网络技术、并行处理技术、人工智能、高性能计算技术、模式识别、传感技术、计算机图形学、图像处理等技术，还涉及社会学、美学、气象、通信、物理、数学等学科，复杂程度可想而知。虚拟现实要达到实现自然实时交互和逼真的多种感觉的要求，其组成主要应包括几方面：虚拟环境生成系统，产生实时的图像；用以确定参与者位置和动作的定位跟踪系统；提供虚拟空间多用户协同交互功能的网络接口；含有CAVE、PowerWall、立体显示设备的沉浸式显示系统；提供立体声源和判定空间位置的音效系统；提供参与者感知力与压力的反馈的触觉和力反馈系统。学习的函数可以用于预测新对象的输出。SVM通常用于对输入量进行分类。SVM也用于回归和偏好学习，称为支持向量回归虚拟现实。SVM属于一类广义线性分类器，其中分类函数在特征空间的形式为一个平面。SVM的特殊性质是SVM可以实现高度的泛化，泛化表示学习函数对测试数据或在训练中排除未知数据的性能。通过SVM技术可以把虚拟现实设备中的图像进行正确识别，将其转化为人可以识别的感情信号。

3.4 传感器技术

光电传感器的连接器组件，包括容纳光电传感器的壳体、设置在壳体上的多角度的传感器接头、将光电传感器连接到外部电路的电缆以及电缆连接器，其设置在电缆的一端并连接到传感器接头。当环境介质的折射率发生变化，如振动或温度变化等引起，传感光纤经过此处时的光波相位会发生变化。对传感光纤中的相干光进行相位调制，检测段处就可以观察到外界环境变化带来的干涉结果的变化，这就是干涉型光纤传感器的工作原理。将每种材料作为均匀连续体处理，由外部介质和表面之间的频率相关介电常数来描述。这个物理量被称为复介电常数。为了描述电子表面等离子体，导体的介电常数的实部必须为负，其大小必须大于电介质的大小。

4 结语

虚拟现实建模技术发展迅速，因其易用性、稳定性、快捷性受到广大使用者的欢迎。我国各层次的开发研究人员正不断地改善当前虚拟现实建模技术的应用环境，为了充分利用虚拟现实建模的价值，在当前社会生活中，各方面人员应加强自身的学习与探究，在合理的体系中力求虚拟现实建模价值的利用最大化。

参考文献

[1]王晓伟.虚拟环境及其应用[J].计算机工程与应用，1994，16（4）：60-63.

[2]王红兵.虚拟现实技术一回顾与展望[J].计算机工程与应用，2001，27（1）：48-51.

[3]薛晓明，敬万鈞，刘锦德.虚拟环境交互技术研究[J].系统仿真学报，2001，（S2）：549-552.endprint