三维建模在虚拟现实中的应用

冯丹

【摘要】虚拟现实建模技术是当下计算机技术当中的一项热门话题。当今三维建模技术主要以Autodesk maya和3Dmax两款设计软件为主要创怍工具，三维建模方法主要有多边形建模、非均匀有理B样条曲线建模、细分曲面技术建模。每种建模方法各有其优点和缺点。本文主要围绕多边形建模和NURBS建模两种方法进行介绍。

【关键词】虚拟现实  多边形建模  NURBS建模

一、引言

随着现在科技的发展以及计算机的普及应用，高科技技术产品的出现，三维技术和虚拟现实技术的应用逐渐发挥着重要的作用。虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，并使用户沉浸到该环境中。这是现代计算机技术高度发展的主要象征之一，有效提高了各类产品、建筑、景观、动画等的设计效果，使得图形不再仅局限于二维空间当中，而是转变为了三维立体图像，有种身临其境的感觉，标志着人类计算机科技的进步。

二、虚拟现实技术

虚拟现实技术简称 VR 技术，同时也被叫做灵境技术，是针对图像进行数字化处理，并包含了图形学、多媒体、网络、人工智能、传感器与高分辨率显示等技术，将人们的五感融合在一起，形成真实虚拟三维空间的信息集成技术系统。

三、三维建模技术

三维建模技术是一门通过软件来实现模型的技术手段。3D Studio Max，常简称为3ds Max或MAX，是Discreet公司开发的（后被Autodesk公司合并）基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。而NURBS曲面建模和Polygon多边形建模是这两款软件主要的建模类型。

（一）多边形建模

多边形建模是三维建模技术当中最早的建模技术之一。多边形建模方法是虚拟现实制作和虚拟建筑制作中最常用的三维建模方法，通过使用大量的、小的面片，多边形建模方法建立的模型可以建立任何平面或者曲面，并且使用这种方法建立的模型可以任意变化修改，能充分使用建模师的想象力，建立超现实三维模型。

用户可以把顶点和面控制在物体的外形边上。然后通过利用顶点和顶点形成边线，边线和边线组成所需要的多边形面，利用不同的操作命令分别控制顶点、边、 线、多边形面来实现达到设计者想表现的造型效果。多边形建模方式操作简单，适用于创建结构较为简单、具有规整外形表面的模型。

（二）NURBS建模

NURBS代表非均匀有理数B-样条线。 NURBS已成为设置和建模曲面的行业标准。它们尤其适合于使用复杂的曲线建模曲面。使用 NURBS 的建模工具不要求您了解生成这些对象的数学。 NURBS是常用的方式，这是因为它们很容易交互操纵，且创建它们的算法效率高，计算稳定性好。

四、三维建模技术在虚拟现实场景中的应用

（一）数据采集

针对创建和制作虚拟场景搭建，我们从数据采集方面考虑，虚拟现实模型的早期数据必须是从真实场景中釆集的。其中重点包括建筑物高度、长度、宽度、占地位置、与周围景观距离等，而这些就是该虚拟模型的结构基础数据，同时还需要对该模型的材料数据进行收集，保证其真实有效性，便于后期场景的合并。大致可分为CAD图纸建模和照片建模两种方式。

CAD图纸建模多用于地形建筑以及要求重点突出的建筑模型，根据实际需要，我们可以对图纸信息进行篩选，精简图纸，删除不必要的图层。照片建模大多用于实体建筑模型，我们可以根据照片进行分析确定模型的方位、体量以及结构，同时也可以根据照片进行材质信息的采集。

（二）数据优化处理

与现实场景不同，计算机下创建的模型终究为虚拟模型，因此其能够对现实中的各种数据进行优化处理是非常重要的。通过对数据的优化处理，可以进一步得到真实的理想模型。

模型的优化处理不光是要对每个独立的模型进行精简，还需要对模型的个数进行精简。在多边形建模过程中，就可以对截面的面数进行处理，把看不见的面进行删除。

在制作室外VR场景时，难免会遇到大量的绿化问题，如果每颗树和花都用模型来表现的话，最终的VR场景里的模型面数将居高不下，以至于造成编辑及运行都很困难。解决以上问题的方法是：用十字面片物体，贴镂空贴图来表现。

（三）局部模型创建

在对各项数据进行优化后就可以利用3DSMAX软件的建模方法对局部模型进行创建。

首先使用多边形建模搭建主体模型结构，然后利用布尔、 NURBS建模方法使物体达到真实感觉，使图形的结构变得规则。多边形建模是一种常见的建模方式，可以对点、边、边界、多边形、元素进行处理。在创建复杂表面时，可以任意增加线，在结构穿插关系很复杂的模型中就能体现它的优势。

如果想要创建出具有弧面或曲线的模型，因此应充分利用NURBS建模方法，对各多边形图形进行修改。但需要注意的是，这种建模方法属于网格高级建模技术之一，因此很难修改具有棱角的模型，对物体建模的实际操作中应将各类建模方法相结合，同时对多个可操作点进行修饰、剪切，还可以利用多曲面控制技术，充分应付较为复杂和精细的模型建立。

（四）材质设计

在模型初步建成之后，就可以利用 3DSMAX软件当中的材质添加功能对局部进行材料填充，也可以使用烘焙贴图。

标准材质应用范围较广，操作简便，需要对基本参数进行设置。但在需要特殊材质的素材进行添加时就必须利用软件进行调整，例如阴影投射、金属光泽修饰等。而烘焙贴图是通过在3ds max里对模型进行打灯光渲染，明确光源的方向，使用烘焙到贴图的命令烘焙渲染出一张自己带有明暗关系的贴图，从而进行贴图的绘制。

五、结束语

综上所述，3ds max是现代虚拟现实建模技术中常用的软件。3DsMAX 软件未来的发展将向智能化，多元化方向发展，和现代的信息化，大数据的时代相迎合。其操作相对简单，对不同对象有合理的建模方法，并且能够对模型的各细节进行修饰，保证模型创建的真实感和沉浸感。广泛应用在各个领域，推动科学技术的发展。

基金项目：虚拟现实技术在高职院校党建培训中的应用， lnccybky 201812。