3DS MAX與虛擬現(xiàn)實(shí)構(gòu)建過程中的融合

孫革發(fā)

摘要：虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是人們向計(jì)算機(jī)空間概念探索的一種新技術(shù)，它通過計(jì)算機(jī)軟、硬件等的不斷發(fā)展，使人機(jī)交互功能更加強(qiáng)大，使人與計(jì)算機(jī)的交流更加自然流暢。虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的構(gòu)建是在計(jì)算機(jī)三維空間構(gòu)建基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，3DS MAX軟件是對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)支持最好的一個(gè)三維制作軟件。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；3DS MAX；人機(jī)交互；3D

中圖分類號(hào)：TP37文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)15-3701-02

Combination of 3Ds Max and Virtual Reality Construction Process

SUN Ge-fa

(Internship Factory of Liaoning Jidian Polytechnic, Dandong 118009,China)

Abstract: Virtual reality technology is a new technology of human cyberspace exploration. With the continual development of hardware and software, virtual reality technology can make human-computer reaction more powerful and make human-computer communication more fluent. Virtual reality construction is based on three dimensional space and 3Ds Maxis the best software for technical support of virtual reality technology.

Key words: virtual reality; 3Ds Max; human- computer reaction; 3D

虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）是繼多媒體、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之后，最具有應(yīng)用前景的一種技術(shù)。它可應(yīng)用于建模與仿真、教育與訓(xùn)練、醫(yī)學(xué)、藝術(shù)與娛樂等方面。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子學(xué)、心理學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人機(jī)接口技術(shù)、傳感技術(shù)及人工智能技術(shù)等。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于，運(yùn)用計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行全面仿真，創(chuàng)建與現(xiàn)實(shí)社會(huì)類似的環(huán)境，通過多種傳感設(shè)備如數(shù)據(jù)手套、頭盔顯示器、三維鼠標(biāo)、立體眼鏡、數(shù)據(jù)衣服、觸覺傳感器等等使用戶“投入”到該環(huán)境中，能夠與該環(huán)境直接進(jìn)行自然交互，難以辨別是真實(shí)世界還是虛擬世界。虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬環(huán)境的實(shí)現(xiàn)要依托三維工具來實(shí)現(xiàn)，在眾多的三維工具中，3DS MAX軟件無論從建模方式、出色的紋理貼圖、強(qiáng)大的貼圖控制能力，還是各種空間扭曲和變形，尤其是在全景圖生成，解決在虛擬環(huán)境中的視差與景深問題上，都給予了更好的技術(shù)支持。因此，3DS MAX軟件與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展是相輔相成，共同發(fā)展的。

1 3DS MAX與三維世界

3D翻譯成英文為“three-dimensional”，意思為三維的、立體的。在計(jì)算機(jī)里顯示3D圖形，就是說在平面里顯示三維圖形。它區(qū)別于以往的二維圖形之處就在于它能夠給人們帶來立體、真實(shí)世界的感受。80年代，隨著計(jì)算機(jī)在軟硬件的進(jìn)一步發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)的應(yīng)用得到了空前的發(fā)展。1994年，微軟推出Windows操作系統(tǒng)，并將工作站上的Softimagey移植到PC機(jī)上；1995年，Win95出現(xiàn)，3DS出現(xiàn)了超強(qiáng)升級(jí)版本3DS MAX1.0；1998年，Maya的出現(xiàn)可以說是3D發(fā)展史上的又一個(gè)里程碑。一個(gè)個(gè)超強(qiáng)工具的出現(xiàn)，也推動(dòng)著三維動(dòng)畫應(yīng)用領(lǐng)域不斷的拓寬與發(fā)展。從建筑裝潢、影視廣告片頭、MTV、電視欄目，直到全數(shù)字化電影的制作。

在三維動(dòng)畫的制作過程中，你就像是一個(gè)雕塑家、一個(gè)導(dǎo)演、一個(gè)造型師、一個(gè)燈光師，你可以充分發(fā)揮自己的想象，在三維軟件中隨心所欲的雕琢你想象中的造型，控制布景、燈光的照射、相機(jī)的取景，總之，你是中心，光線和三維造型聽你支配，你除了需要擁有基本技能外，還需要有豐富的想象力。三維動(dòng)畫制作常用的幾大工具有3DS MAX、MAYA和SOFTIMAGE，在國(guó)內(nèi)大眾普遍認(rèn)知和使用的便是3DS MAX軟件。3ds max是Autodesk公司開發(fā)的強(qiáng)大的三維動(dòng)畫制作工具。1990年以后，3D Studio的出現(xiàn)打破了只有少數(shù)幾種可以在PC機(jī)上渲染和動(dòng)畫的軟件的壟斷。3D Studio為在PC機(jī)上進(jìn)行渲染制作動(dòng)畫提供了價(jià)格合理、專業(yè)化、產(chǎn)品化的工作平臺(tái)，并且使制作計(jì)算機(jī)動(dòng)畫成為一種新興職業(yè)。到目前為止，3DS MAX軟件不僅在模型創(chuàng)建、燈光照射、后期渲染上占有獨(dú)一無二的地位，更隨著軟件不段的開發(fā)，增加了NURBS建模、光線跟蹤材質(zhì)發(fā)及鏡頭光斑等強(qiáng)大功能，使得該項(xiàng)版本成為了一個(gè)非常穩(wěn)定的三維動(dòng)畫制作軟件，從而占據(jù)了三維動(dòng)畫軟件市場(chǎng)的主流地位。3ds max 8版本更能夠有效解決由于不斷增長(zhǎng)的三維工作流程的復(fù)雜性對(duì)數(shù)據(jù)管理、角色動(dòng)畫及其速度、性能提升的要求，是目前業(yè)界幫助客戶實(shí)現(xiàn)游戲開發(fā)、電影和視頻制作以及可視化設(shè)計(jì)中三維創(chuàng)意的相當(dāng)受歡迎的解決方案之一。

3DS MAX軟件能夠模擬出逼真的現(xiàn)實(shí)世界，完成一個(gè)作品的流程可分為建模、材質(zhì)與燈光、動(dòng)畫制作和后期渲染。建模就是利用3DS MAX在電腦上創(chuàng)造三維形體。首先繪出基本的幾何形體，可使用3DS MAX提供的幾何體創(chuàng)建立體的基本模型，也可以使用提供的二維曲線繪畫出復(fù)雜模型的剖面線，再結(jié)合各種不同功能的修改器命令將其擴(kuò)展到三維模型。還有一種技術(shù)叫作放樣技術(shù)，它利用創(chuàng)造的二維輪廓線作為放置在不同位置的截面形狀，再繪制出二維路徑用來定義放樣造型的高度或深度，從而創(chuàng)造出立體圖形。材質(zhì)與燈光就是為初期創(chuàng)建的灰色、暗淡的模型披上一層光華、靚麗的外衣，使模型與場(chǎng)景更加與真實(shí)世界接近。3DS MAX不僅可以制作出木材、墻面、布料、金屬等常見物體的材質(zhì)，還可以制作出陶瓷、玻璃、玉石、皮膚等等特殊物體材質(zhì)。燈光架設(shè)與參數(shù)設(shè)置能夠?yàn)槿S場(chǎng)景創(chuàng)建出天光、太陽(yáng)光、室內(nèi)光、白天、傍晚、夜晚等不同場(chǎng)景的照明效果，為三維場(chǎng)景錦上添花。動(dòng)畫制作是應(yīng)用在影視片頭、廣告、MTV等領(lǐng)域，它不同于二維動(dòng)畫，傳統(tǒng)的二維動(dòng)畫是在平面上、一幀一幀繪制，彼此間沒有很平滑的過度；而三維動(dòng)畫是由制作人員定義起始關(guān)鍵幀，其余交給計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算系統(tǒng)來完成，它能夠制作出更加流暢的動(dòng)作鏡頭，與真實(shí)世界難以分清。后期渲染也是關(guān)鍵一步，隨著各種功能強(qiáng)大的渲染器的誕生，使三維里的場(chǎng)景能夠以最真實(shí)的面目問世，它能夠渲染出照片級(jí)的效果圖，它能夠生成逼真形象的環(huán)游動(dòng)畫，就如同你親身在場(chǎng)景中遨游，它能夠渲染出豐富多彩、絢爛奪目的各種特效，給你帶來更多的想象力空間。

2虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality即VR）

虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境是由計(jì)算機(jī)生成的，它通過人的視覺、聽覺、觸覺等作用，使人產(chǎn)生一種身臨其境的視景仿真。它是一門涉及計(jì)算機(jī)、圖像處理與模式識(shí)別、語音和音響處理、人工智能技術(shù)、傳感與測(cè)量、仿真、微電子等技術(shù)的綜合集成技術(shù)。用戶可以通過計(jì)算機(jī)進(jìn)入這個(gè)環(huán)境并能操縱系統(tǒng)中的對(duì)象與之進(jìn)行交互，三維環(huán)境下的實(shí)時(shí)性和可交互性是其最主要特征。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)還表現(xiàn)出以下重要特征：多感知，除了一般計(jì)算機(jī)所具有的視覺感知外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運(yùn)動(dòng)感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)就是應(yīng)該具有人所具有的感知功能；沉浸（又稱臨場(chǎng)感），指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實(shí)程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該達(dá)到使用戶難以分辨真假的程度；交互是指用戶對(duì)模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度（包括實(shí)時(shí)性）。例如，我們可以戴上特殊的立體眼鏡觀看一個(gè)虛擬環(huán)游動(dòng)畫，你會(huì)有一種身臨其境的感覺，仿佛樹葉就會(huì)刮到你的臉。

虛擬現(xiàn)實(shí)表示人類存在于計(jì)算機(jī)空間中的概念。它通常是指采用頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套等一系列新型交互設(shè)備構(gòu)造出的用以體驗(yàn)或感知虛擬境界的一種計(jì)算機(jī)軟、硬件環(huán)境，用戶使用這些高級(jí)設(shè)備以自然的技能（如頭的轉(zhuǎn)動(dòng)、身體的運(yùn)動(dòng)以及人類自然語言等）向計(jì)算機(jī)發(fā)送各種指令，并得到環(huán)境對(duì)用戶視覺、聽覺、觸覺等多種感官信息的實(shí)時(shí)反饋。

虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要由幾個(gè)模塊構(gòu)成：1)檢測(cè)模塊。檢測(cè)用戶的操作命令，并通過傳感器模塊作用與虛擬環(huán)境。2)反饋模塊。接受自傳感器模塊信息，為用戶提供實(shí)時(shí)反饋。3)傳感器模塊。一方面接受來自用戶的操作命令，并將其作用與虛擬環(huán)境；另一方面將操作后產(chǎn)生的結(jié)果以各種反饋的形式提供給用戶。4)控制模塊。對(duì)傳感器進(jìn)行控制，使其對(duì)用戶、虛擬環(huán)境和現(xiàn)實(shí)世界產(chǎn)生作用。5)建模模塊。獲取現(xiàn)實(shí)世界組成部分的三維表示，并由此構(gòu)成對(duì)應(yīng)的虛擬環(huán)境。

3 3DS MAX在VR系統(tǒng)構(gòu)建過程中的應(yīng)用

VR系統(tǒng)要求實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)逼真地模擬環(huán)境，根據(jù)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性的要求,VR系統(tǒng)的建模大都采用模型分割、紋理映射等技術(shù)。VR中的虛擬場(chǎng)景的構(gòu)造主要有以下途徑：基于模型的方法和IBR（基于圖像的繪制）方法。這兩種方法都可以在3DS MAX中加以實(shí)現(xiàn)。3DS MAX的建模方法有多邊形建模、NURBS曲面建模和細(xì)分曲面建模，這三種建模方法都可以為VR系統(tǒng)提供更快更好的模型構(gòu)造技術(shù)。3DS MAX的出色的紋理貼圖，強(qiáng)大的貼圖控制能力，各種空間扭曲和變形，都提供了對(duì)圖像和環(huán)境映照的容易的處理途徑，在生成全景圖問題上給予了更好的技術(shù)支持。在用3DS MAX為VR系統(tǒng)創(chuàng)作好模型后，可根據(jù)實(shí)際情況決定是否利用MAX自帶的LOD插件直接生成對(duì)象的LOD模型，最后將VR系統(tǒng)的編輯環(huán)境將模型輸出為編輯環(huán)境所能接收的文件類型。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的誕生與發(fā)展證明了人們向計(jì)算機(jī)的虛擬空間探索技術(shù)更進(jìn)一步的完善，而隨著三維制作軟件功能更強(qiáng)、更容易使用、更具交互性等方向發(fā)展，人機(jī)交互領(lǐng)域的開發(fā)將更寬更廣，在不久的將來，我們將能夠在計(jì)算機(jī)的虛擬世界中暢游翱翔。

參考文獻(xiàn)：

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[2]胡西偉.基于三維動(dòng)畫與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的理論研究[D].武漢大學(xué),2005.