subdivision(zebracrossing翻译)

大家好，我是讯享网，很高兴认识大家。

随着虚拟现实技术的快速发展，三维建模技术发挥着重要作用，是虚拟现实技术的核心。本文讨论了虚拟现实技术、三维建模技术和建模软件3DMAX，并对VRML语言进行了分析和讨论。

介绍

虚拟现实(VirtualReality，VR)是利用计算机和一定的技术手段，构建一个模拟的三维虚拟环境。VR技术通常有以下特点:

1)沉浸。是指主体作为主角在虚幻世界中的现实感。

2)互动。是指被试对模拟世界中物体的干扰程度，以及从虚拟环境中获得反馈的自然程度。

3)自主性。强调VR技术应该有广阔的想象空空间，可以拓展人类认知的领域，不仅可以逼真地再现客观世界，还可以建构虚幻甚至奇幻的世界状态。

如今，时代日新月异。随着计算机领域相关技术的快速发展，虚拟现实系统的构建和技术在网络中的应用已经成为一个实用的热点研究课题。具体来说，3D建模技术是VR系统的基础，没有专业的VR建模工具的支持，VR系统将很难成功建立。在完成复杂虚拟现实场景的仿真建模时，更多的使用了三维建模软件。其中3DMAX建模软件应用最为广泛。通过使用3DMAX构建虚拟环境或物体，并安装相应的插件用于结果的输出，可以相对准确可靠地创建环境模型文档。

虚拟现实建模技术

在设计一个VR系统之前，有必要创建一个虚拟环境。在众多因素中，视觉会关系到最直观、最生动的用户体验，因此在环境的构建中，实时动态、逼真合理的呈现成为至关重要的功能需求。

模型一旦建立，就可以称之为系统的建立。一个系统可以有一个对象或多个组，这样的表示可以形成系统的模型。也就是说，系统模型以一种或多种方式存在。建模的第一步是为系统起草一个标准。虚拟世界中的物体很多，相对层次复杂，必须包含所有涉及到的物体。下面将讨论和研究这个技术内容。

1.1几何建模

三维可视化建模可细分为几何建模、物理建模、对象行为建模等。在虚拟世界的构建中，几何建模是关键而有效的设计方法。

物体的几何信息可以用GeometricModeling来描述，虚幻世界中的每个物体都可以由形状和外观两个要素组成，它们将分别由物体的其他因素综合决定。

多边形建模

多边形(Polygon)建模是基本的建模技术，就是用相对较少的网格多边形进行编辑和建模。使用这种方法，需要先描绘出一个基本的规则几何图形，然后根据要求进一步修改物体的细节，最后通过各种手段和技术构建虚拟现实场景和物体。多边形建模的缺点是不能生成曲面，但是操作简单方便，时效性相当好。多边形建模主要应用于游戏、动画等领域。

多边形包括四个基本元素:顶点、边、表面和纹理坐标。

接下来，本文将使用多边形建模技术来构建一个盾牌。实现过程用于多边形建模技术，如物体表面的变换、点的拉伸、多个几何体的拼接等。模型显示如图1 ~图3所示。

图1 多边形建模1图1多边形建模1

图2 多边形建模2图2多边形建模2

图3 多边形建模3图3多边形建模3

1.1.2 NURBS(非均匀有理B样条曲线)建模

与多边形建模不同，NURBS建模主要用于构建弯曲的对象。曲线和曲面可以用来描述NURBS建模对象，所以不可能在NURBS中建立锐边。NURBS曲线可以在任意点进行分割和合并，但多边形曲线不能。NURBS建模通常应用于工业模型和产品设计。

接下来，本文使用NURBS建模来设计一个杯子。在设计实现中，CV曲线工具将用于设计杯子的曲线，如图4所示。然后通过旋转工具画出杯子的初步模型，如图5；下一步是

通过编辑曲线上的点进一步修改杯子的轮廓，达到理想的模型效果，如图6所示；最后得到图7，杯子模型最终完成。

1.1.3细分建模

Division(细分曲面技术)是近年来新兴的造型技术。该技术综合了NURBS(非均匀有理B样条曲线)建模和多边形建模的特点和优势，适用于构建一些层次感丰富的复杂模型。而且它的建模工具简单易操作，在创作静帧作品时是个不错的选择。

图4 曲线建模1图4曲线建模1

图5 曲线建模2图5曲线建模2

图6 曲线建模3图6曲线建模3

图7 曲线建模4图7曲线建模4

细分造型具有光滑的曲面，因此不存在物体曲面的连续性问题。在描述细节时，如高精度调整，级别参数用于区域调整。特别是，细分(细分曲面技术)可用于处理更高要求的建模。

综上所述，我们可以根据用户的实际需求选择最合适的建模方式，从而快速有效的达到效果目标。

1.2虚拟现实中的物理建模

在几何建模发展之后，又产生了另一种建模，即物理建模。物理建模重在科学合理的动力学约束以及运动方程的建立和求解。通过改变约束条件，交互环境可以自动求解更新的运动方程，而没有明显的延迟。在研究中，通过模拟物体的位移、碰撞检测、旋转和表面变形来建立模型。

下面将分别介绍两种经典的物理建模技术:分形技术和粒子系统。

1.2.1分形技术

分形技术用于表示具有自相似特征的数据集。自相似性可用于建模一些形状不规则的复杂对象。这项技术首先应用于山脉、河流和小溪的地理特征的建模。分形技术虽然具有操作简单的优点，但是计算量太大，而且技术的实时性会降低，所以只适合对静态前景建模。

粒子系统

粒子系统是一个经典的物理建模系统。简单的操作就可以完成复杂运动的建模，从而形成一个粒子系统。在虚拟现实中，粒子系统可以表现烟火、流水、雪、暴雨、瀑布等自然现象。在虚拟现实中，粒子系统主要用于模拟动态和运动的物体。

1.3虚拟现实中的行为建模

几何建模和物理建模的结合只能部分呈现一个视觉上真实的画面特征，而要想构建一个逼真的虚拟环境世界，还是需要行为建模的参与和参加。

对象的运动和行为描述都可以通过行为建模来执行设计操作。行为建模能够准确、贴切地描述虚拟现实的特征。没有行为模型的实际支持，任何VR建设都没有意义。

在构建模型时，不仅要设计和实现模型的外观等性能特征，还要实现模型的物理特征，以符合真实的行为习惯和受力能力。

如果说几何建模技术主要是计算机图形学领域的研发成果，那么物理建模和行为建模就是跨学科研究的产物。只有结合多领域的研究和技术成果，才能建立高质量、高端的完美行为模型。

3DMAX模型在虚拟现实中的应用

2.1虚拟现实建模语言——VRML

VRML(虚拟现实建模语言)是一种能够在网络上发挥影响力和作用，能够构建三维虚拟空的仿真程序语言。使用网络的用户可以浏览VRML创建的三维虚拟现实，改变了网络与用户交互的局限性，使用户与计算机的交互更加便捷，从而充分展示了虚拟场景的沉浸性、交互性和自主性。

VRML语言是描述性的，可以构造三维环境或物体。在构建的虚拟环境中，每个场景都是由许多节点设计、部署和合成的，因此这些节点被汇总并生成wrl文件。

VRML和HTML一样，可以理解为ASCII码的描述性语言。具体来说就是一种代码文件，可以用普通电脑自带的文本编辑器编写，也可以用VRML语言的专业编辑器编写源程序。通过使用VRML，用户可以构建自己的符合特定要求的模拟桌面场景。

2.2 3d max模型在VRML中的应用

VRML(虚拟现实建模语言)使用节点来构建环境，但是使用节点来描述模型很难达到具体逼真的设计效果，并且不容易模拟具有复杂曲面的形状。如果使用3DMAX，可以弥补这个不足。现在，详细分析实现过程。

1)用MAX模型构建VEML文件。

2)要构建VRML的三维虚拟房间空，首先需要启用3DMAX，这样就可以输出VRML97的文件。点击3DMAX进入系统，使用各种建模方法构建VR系统实体化后，点击Create/Helpers，选择VRML97；这时会出现一个工具面板，面板上列出了12个VRML辅助工具。分别是:Anchor(锚点传感器)、AudioClip(音频剪贴板)、Background(背景)、Billboard(广告牌)、Fog(雾)、InlineObject(在线帮助)、LOD(细节层次)、NavInfo(浏览信息)、ProxSensor(距离传感器)和Sound(声音)相应地，可以添加工具进行协调辅助，然后点击File/Export，就会出现一个选择filetoExport的对话框。单击保存类型的下拉列表框，选择文件VRML97(*。WRL)，确认文件名并点击保存。然后出现“VRML97EXPORTER”对话框，选择系统默认值，点击“确定”生成一个后缀为WRL的文件。

3)将MAX模型导入VRML场景。简单来说，就是先将3DMAX模型导出保存为3DS格式，然后结合VRML。在那些用VRML开发设计的虚拟环境中，大部分实体都可以在3DMAX中完成模型的创建，最终得到VRML文件。例如，想象一个建筑物漫游环境中的电梯(阁楼)。电梯模型可以用上面提到的多边形(多边形建模)构造生成，保存为VRML格式文件。然后，可以将TouchSensor、TimeSensor和PositionInterpolator节点组合起来，实现电梯门开关的视觉效果。

结束语

随着当今计算机软硬件技术的飞速发展，VR技术得到了广泛的应用。它不仅参与了教育、军事、医疗、建筑、航空空等领域的成就创造，而且在娱乐和制造业中也发挥了重要作用。

然而，本研究仍有许多不足之处。因此，在新兴计算机技术的发展过程中，将会有更多更新的可行方案来解决现有的研究问题，虚拟现实中的三维建模技术必将获得更大的发展空和更可观的应用前景。

作者:吴周国辉

来源:数字企业网

编辑:电子作品张