虚拟现实场景中三维建模的关键技术研究

2018-03-15何成

科技视界 2018年35期

何成

【摘要】本文从三维模型构建的流程、构建关键及优化方式对虚拟现实场景中的三维模型的构建给出理论指导，对模型的材质贴图及灯光布置给出实际的操作过程，这里既包含普通材质也介绍了特殊材质，例如复杂的模型、透明的模型，通过本文希望可以从理论及实践两方面对虚拟场景中的三维模型的创建的关键技术做出详细的阐述。

【关键词】虚拟现实；三维模型；镂空贴图；材质球

中图分类号： TP391.9 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）35-0244-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.35.106

Research on Key Technologies of 3D Modeling in Virtual Reality Scene

HE Cheng

（Huludao radio and television monitoring station， Huludao Liaoning 125000， China）

【Abstract】This paper gives theoretical guidance to the construction of three-dimensional model in virtual reality scene from the process of building three-dimensional model， the key points of building and the optimization method， and gives practical operation process to the material mapping and lighting layout of the model. It includes both ordinary materials and special materials， such as complex models and transparent models. Through this paper， we hope that we can elaborate the key technology of creating three-dimensional model in virtual scene from two aspects of theory and practice.

【Key words】Virtual reality； Three-dimensional model； Hollowed out map； Material ball

0 引言

三維模型创建的成功与否是虚拟现实场景能否正常的关键所在，为了制作一个流畅的、可实时交互的、有操控感的虚拟现实场景，在创建三维模型时需要注意很多关键技术，这里针对模型创建、优化，材质贴图及灯光等几个重要方面均做以探讨，希望为虚拟场景的模型构建提供重要的理论支持及技术指导。

1 虚拟现实场景中三维模型建模

1.1 虚拟现实场景中三维模型建模流程

虚拟现实的表现形式是“三维”与“交互”，三维建模的成功与否是虚拟现实系统能否正常运行的关键所在。虚拟现实中建模的方式与游戏建模的方式具有一定的相通性，但其建模的精度相对来说较低。虚拟现实场景中三维模型建模流程主要是：绘制图纸、创建模型、应用材质、运用灯光、贴图渲染、烘培贴图。

1.2 虚拟现实场景中三维模型建模标准

虚拟现实与三维动画的区别如表1所示。为虚拟现实场景构建三维模型需要注意：为了提高运行速度，场景模型要尽可能简单；为了提高渲染速度，场景的网格模型尽量为三角形网格面而非长条形网格面；为了减少渲染过程的锯齿与闪烁，细长条的物体采用贴图而非建模形式构建；为了提高操作效率，新建简单模型比修改基础模型更推荐；场景中的模型数量与最终面数都应该很好的控制，推荐不超过3500个模型与10万个面；均匀的模型分布形式更利于提高运行速度；面与面之间的距离不能过近，否则会出现面闪烁现象；复杂的造型均用贴图实现，而不采用建模形式。

1.3 虚拟现实场景中三维模型的优化技巧

除了上述建模的准则，在模型创建完毕之后进行适当的优化，可以获得更加优秀的模型效果。例如集合体的面片的段数修改为1，从而减少面数，如图1所示。

将模型转化为可编辑多边形后，可以任意删除重叠面，看不到的面（例如底面），从而减少面数。通过“合并”操作，对相同材质的模型进行联合，从而优化模型个数。

2 虚拟现实场景中三维模型材质

虚拟现实场景中可以展示诸多形式材质，通常都是在漫反射贴图通道增加一张纹理贴图，但是由于虚拟场景中材质模型球数目的限制，不可能展示全部材质，对于暂时不会使用的材质，可以删除其材质球贴图（注意选择“仅影响模型球”）。

2.1 虚拟现实场景中三维模型镂空贴图方法

对于栏杆、树木这种复杂且有空隙的特殊模型，镂空贴图是最优秀最理想的选择，在创建过程中对材质球进行正常的材质贴图，并将事先准备的“.png”类型图片拖动并复制到“不透明贴图”右侧按钮，并将其通道设置为“Alpha”形式。镂空贴图除了图片类型之外其贴图名字也有特殊要求，必须将“bb-”作为贴图名称的开头，因为这种只有图像具备自动面向相机的特征。

2.2 虚拟现实场景中三维模型特殊材质

对于玻璃这种特殊的材质，我们可以通过此材质看到模型的内部，玻璃具有透光性，它的最大的特点就是透明，在定义材质过程中，设置的重点就是“不透明度”，此处设置的数值越小代表其透明度越强，如图2所示。

3 虚拟现实场景中三维模型灯光

3.1 虚拟现实场景中三维模型灯光设置技巧

表2 虚拟场景中灯光类型及参数设置

灯光的设置方法不唯一，表2给出一种常见的灯光设置方式，此处将整个场景看作一个六面体，这里1号、6号灯设置场景前面，3号灯设置场景后面，8号、5号分别对应顶面与底面，7号、4号分别对应左面与右面，2号作为场景灯放在整个场景的右侧。

3.2 虚拟现实场景中三维模型灯光设置要求

此处主要指前面提到的“bb-”的镂空贴图，场景中该贴图模型必须与主灯光方向垂直，如图3所示。

图3 镂空贴图物质与灯光的位置关系

4 结论

（1）虚拟场景中三维模型的构建要以减少模型数目及面数为原则，此原则同样存在于模型优化过程中。

（2）虚拟场景中可以利用材质球实现对模型贴图的实现，从而在渲染过程中得到丰富的视觉效果。