摘要：随着科技水平的不断提高, 软件技术也在不断更新。在虚拟现实领域, 3DMax发挥出了相应的功能, 帮助虚拟现实更好实现和应用。而3DMax就是一种软件技术, 通过PC系统运用这种软件技术可以创造三维空间模型, 从而帮助解决动态化的信息问题和相关三维空间的技术难题。笔者围绕虚拟现实的建立技术, 着眼于3DMax的应用, 详细介绍了相关模型的构建方法, 以供参考。
关键词：3DMax,虚拟现实,建模
1 前言
由于3DMax的虚拟现实主要包括建立模型和寻找模拟图像, 一切相关功能操作主要依赖于计算机的相关功能, 而寻找模拟图像还涉及仿真系统的应用。对于几何问题, 主要采用建模法, 将事先采集获得的数据通过计算机系统自身的算法, 实现第一步的数据分析, 从而进行科学预判。但仅仅有这一步还不够, 如果缺乏相关重要的技术参数, 仍然无法构建出完整的图像模型。故而下一步就集中在技术参数的获取上。做好前两步, 虚拟环境构建相对来说就会简单很多, 再通过仿真系统, 最终建立虚拟现实环境的困难便可迎刃而解。
2 3DMax与虚拟现实
2.1 虚拟现实概述
根据虚拟现实的创始人美国的学者兰尼尔 (J.anier) 的说法, 虚拟现实解决的问题应是单纯的二维空间, 将感知转换到三维, 也就是视觉、听觉及触觉上的多种体验, 运用计算机为用户提供三维立体空间, 能够更大程度地提升用户真实的体验感受, 而这一技术也因为备受使用者青睐, 在各个领域得到充分而广泛的应用[1]。因此, 在如今计算机飞速发展的今天, 虚拟现实成为了真正可以应用于科研工作中的一项技术。有了虚拟现实技术, 人与外界自然的交互以及对外界的感知和反映, 深度都得到延伸, 不同于二维的视觉听觉, 由于触感、嗅觉等的加入, 沉浸式的体验感将更加明显。虚拟现实被应用于科学研究, 则可以提供给研究者更加直观的三维空间形象, 从而从整体上更好地把握问题、解决问题。
2.2 基本条件
目前, 学界大多数学者都认为, 想要构成虚拟现实, 必须满足三个要素[2]。首先, 虚拟现实给用户带来的是真实的感受, 也就是沉浸感的体验。用户通过计算机暂时脱离外界, 充分地接受计算机通过数字算法生成的各种感觉, 通过大脑神经传导, 最终在脑内形成一系列的感觉, 从而获得真实的体验, 是虚拟现实的运作模式。人的体验大部分由感觉共同作用而成, 虚拟现实正是通过模拟各种感觉, 从而打造出沉浸式的真实体验。可以说, 失去了沉浸式这一基本要件, 虚拟现实的意义将不复存在。第二, 虚拟现实需要实现和用户的互动。由于人的感知除了第一步接收外界信息以外, 还需要进步一通过互动产生对外界事物更加深刻的认识, 这在马克思主义基本原理中被称为人的实践。通过实践, 也就是人实际参与到外界事物中来, 从而在和外界的互动中产生新的认知, 就是虚拟现实第二个必不可少的要件, 即互动性。第三, 是一种综合了多方面的想象延伸, 既包括感官想象延伸, 也包括心理感受延伸。由于虚拟现实最终作用的对象是用户, 因此, 用户的反馈尤为重要, 用户在获得感知、互动以后, 最终形成基本的感觉和感受, 并能引发用户的无限想象, 最终构建出对于事物的认知才是完整、真实和符合人类认知基本过程的。
3 建立方法
3.1 总体方法
总的来说, 基于3DMax的虚拟现实技术大致来说可以分为先整体后局部和先局部后整体两个方法[3]。先整体后局部的方法是指, 先用矢量数据将之前模型构建出的多边形挤出从而在整体模型中创建各个部分和细节, 从而完成最终的制作模型。这一种方式的优势就在于其效率较高, 且不易出现重复的问题。其难点和重点是整体模型的架构, 如果没有前期大量的准备工作, 整体架构很难完成好。先局部后整体的方法是指, 先从各部分入手, 再将各个成分在模型上进行优化最后通过组装等各项操作, 将之前制作好的部分最后连为一个整体。这一方法相比先整体后局部方法来说, 优点在于起步时对于数据的要求没有那么高, 但是由于是分开制作的, 因此, 占用的系统资源较多, 这也是其缺点所在。由此可见, 不管是先局部后整体还是先整体后局部的方法, 都有一定的缺点和优势, 在实际操作过程中, 应结合数据获取的情况以及现实条件制约等, 综合各方因素得出适合实际操作的总体建立方法。
3.2 软件选择
在软件选择方面, 大多数模型的构建都使用的软件大致分为图像处理软件、三维建模软件、VR软件、GIS软件四类[4]。对于图像处理软件来说, 以ACDsee和Photoshop居多, 三维模拟软件主要是3DMax, VR软件主要有Multi Gen Vega、Multigen Creator, GIS软件主要是Arcview、Arcinfo。对于VR软件来说, Vega的优势在于支持迅速且复杂的程序用以视觉仿真。且它支持多种多样的数据输入格式, 在显示上能够兼容不同数据的格式, 因此, 大大减少了研发人员修改数据格式的时间, 使得建模过程更加简便高效。这一软件最初是由美国Paradigm推出的, 设计理念就是实现全景仿真和声音仿真等可视化效果。而Paradigm公司开发的另一款VR产品Creator也别具特色, 其对于数字地形数据特征和数字文化特征数据的把控十分细腻独到, 加之独有的航空和卫星照片, 在构造地形地貌和文化特征方面具有不可替代的优势, 未来在城市仿真、交互式游戏设计等方面都具有较大潜力。
3.3 实验室模型
实验室模型的建立大致运用的是建模中的常用工具CAD图, 用以联系已绘制好的平面图导入3DMax中, 从而建立出新的实体模型。比如, 对于墙体部分的构建, 首先要捕捉平面图中的线条, 然后再将多余的样条线挤出, 第二个步骤运用的具体工具是修改器中的挤出命令。虽然有具体的实例, 但是每个人在观察和捕捉线条时往往都会带有个人的习惯和倾向, 因此, 在具体的操作过程中, 取线和剔除的步骤往往因人而异。对于窗洞的建立, 不仅仅要实施前两个步骤, 还需要用到布尔运算计算出长方体和墙体的差集。窗框、门框在移动的过程中一定要保持整体, 如果出现相对位移, 则不利于后期建模的进行。为了保证准确度和色彩的饱和度, 在完成初步构建以后, 还需要对细节部分进行少许修改, 在从二维向三维转变的过程中, 保证完整性不被破坏, 充分利用CAD技术最终构建出符合要求的模型。有必要的话, 还可以使用Photoshop等绘图软件, 提高色彩的饱和度和对比度, 最终使得效果更佳, 符合预期。
4 具体步骤
4.1 数据收集
具体的步骤就接着实验室模型构建的案例继续详细阐释建筑的虚拟现实构建。具体来看, 数据收集大致分为两个部分, 第一部分是现有资料的搜集汇总。建筑的构建第一步是要考察建筑的环境, 因此, 需要借助一些现有的资料, 例如, 卫星云图、航拍资料、历史地形文件资料等, 对于建筑所在地的地形地貌有一个直观的了解, 对于其土壤情况、经纬度、气候环境、土壤湿度、岩层厚度等都有一个详细的了解, 便于后期在进行建模时能够立足于建筑的实际环境。第二部分就是将这部分原始资料变成地形帖, 汇总整理所有的贴图资料。对于贴图资料的纹理, 包括透明和不透明两种。透明纹理贴图是通过图像处理软件后期处理得到的, 不透明的贴图则可以通过数字化相片转化而来, 使用数字相机拍摄, 再对拍摄得到的照片进行加工, 就可以构建出纹理库。对于贴图的宽度和长度的要求是, 需要是2的整数次幂, 否则, 计算机无法对其进行处理, 就无法得到正确的显示模型。
4.2 实体建模
数据收集完毕以后就开始实体构建虚拟现实环境的模型。在建模阶段依旧要秉持着根据具体情况采取不同的应对措施的态度, 由于具体要求建模的对象种类丰富, 因此, 在建模的时候, 如果不区别对待不同精细度要求的模型, 就会在建模中出现错漏, 或者需要精细的模型过于粗糙, 使得实际模型参考价值降低, 或者是对于精细度要求不高的模型制作得过于精细, 浪费了制作者的时间和精力。就总体来说, 建模主要需要遵循以下几个原则。首先是基本原则, 对于贴图纹理的像素大小, 也就是长度和宽度, 需要设置成2的整数次幂的形式, 便于后期计算机的输入和读写, 以免出现格式显示错误。其次, 模型所含的面的数量不应太多, 由于细化模型对于计算机的处理能力和处理时间等都有一定的要求, 因此, 过于细化的模型面数将会带来无意义的时间和机器损耗。在保证可塑性和真实性的情况下, 应在选取面数时遵循经济原则。最后, 在层次结构库的构建上需要小心谨慎地应对。由于层次结构库是所有模型模块的来源, 相当于数据库在整个数据运用中的地位, 因此, 在构建层次结构库时就需要细心谨慎地对其进行分类汇总, 避免数据重复, 为后续建模提供便利。
4.2.1 地形地貌
对于地形地貌而言, 一般来说都是大面积且环境地形变化较为丰富的地域。对于这类地区的模型构建, 首先要通过数字高程模型建立起三维地表模型, 然后对应经纬度坐标, 用合适的算法, 将其与卫星影像或其他方式获得的纹理库中的纹理进行匹配。如果精度的要求不高, 那么在形成山地模型的时候, 灰度图就可以被应用来自动生成, 这样可以节省不少时间和人工精力。
4.2.2 建筑整体
建筑整体不像地形地貌一样面积广阔或变化较大, 但是对于立体空间的要求更高。因此, 在制法上和地形地貌的创建方法仍然存在一定的差异。除了前文中提过的对于门、窗框等的构建, 需要遵循的一般原则和规律以外, 在构建建筑整体时, 还需要不断调整参数, 使得模型的基本结构和轮廓可以和实物对应起来, 而不同的分辨率模型, 则有利于在显示虚拟现实场景时, 满足对于各种不同尺寸、层次体验的需要。
4.2.3 其他
其他模型构建的类型, 大致还有运动物体和环境小品两大类。对于运动物体来说, 虚拟现实体现的应是物体的动态感, 因此, 在场景设计上应更加生动, 且对于运动的表现, 还可以通过调整自由度, 加强运动物体的质感。而对于环境小品而言, 由于这类物品往往有小而多且重复度高的特性, 因此, 在创造时应尽可能减少它们的面数, 以减少工作量。且在色彩的选择上, 可以进行批量操作, 既可以保持色调的统一性, 也可以提高工作的效率。
结语
本文站在整体的角度对于运用基于3DMax的虚拟现实技术进行模型构建进行了简单的论述与探讨, 在整个探讨的过程中不难发现, 虚拟现实技术的运用受到具体实施情况的限制较大, 因此, 对于不同类型的, 如地形地貌类和实体建筑类, 其在制作方法上的侧重点各有不同。本文只是对整体思路和要遵循的基本原则提出了一些看法和意见, 相信未来虚拟现实构建模型的技术将不断完善, 最终使得模型构建变得更加简易、方便, 为需要模型构建的各行各业提供便利, 最终提高整体社会的生产效率。
参考文献
[1]江欣乐.虚拟现实技术在我国的发展现状分析[J].现代商业, 2017 (26) :187-188.
[2]王阳阳.基于虚拟现实的三维建模技术探析[J].数字技术与应用, 2017 (7) :209-210.
[3]戴龙利.基于World Viz虚拟现实平台的建模和互动研究[D].南京:东南大学, 2017.
