三維建模技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方法對(duì)比研究

【摘要】當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)與領(lǐng)域得到了廣泛的使用，而在現(xiàn)代教育之中，通常采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)來(lái)構(gòu)建虛擬校園，使用這種方式能夠帶給使用者一個(gè)感同身受的環(huán)境。三維建模技術(shù)在虛擬校園的構(gòu)建過(guò)程中，起著比較重要的作用，其是一項(xiàng)非常重要的工作，占據(jù)絕大部分的工程量，所以建模技術(shù)是構(gòu)建虛擬校園的基礎(chǔ)，是構(gòu)建立體校園的重要技術(shù)，屬于整個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要骨架。本文結(jié)合大學(xué)虛擬校園的建設(shè)為主要研究對(duì)象，詳細(xì)的分析與研究了在圖形圖象基礎(chǔ)之上的三維建模技術(shù)，從而為介紹三維建模技術(shù)以及其實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行對(duì)比與研究。

【關(guān)鍵詞】三維建模技術(shù)；實(shí)現(xiàn)方法；對(duì)比研究

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步，極大的促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，因此其在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、相關(guān)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)以及動(dòng)畫(huà)和地理信息系統(tǒng)相關(guān)處理等方面采用了日益復(fù)雜的模型。對(duì)于虛擬場(chǎng)景的建模而言，這是在虛擬技術(shù)里首要解決的難題，因?yàn)樘摂M場(chǎng)景其建模的優(yōu)劣對(duì)于整個(gè)虛擬場(chǎng)景的真實(shí)感以及沉浸感起著重要作用。若模型較簡(jiǎn)單，使用的數(shù)據(jù)量比較小，則不能夠完整的展現(xiàn)真實(shí)的場(chǎng)景，而設(shè)計(jì)較為復(fù)雜和逼真的場(chǎng)景則需要較多的數(shù)據(jù)量，這樣在三維建模中，不能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸、更新以及顯示來(lái)同步進(jìn)行，因此挑選合適的建模技術(shù)與方法能夠較大的增強(qiáng)工作效率與質(zhì)量。

對(duì)于構(gòu)建具有真實(shí)感的三維場(chǎng)景而言，建模是其首要步驟，具體而言在地理景觀體系之中，要集合地理對(duì)象在空間之上的具體分布特征，將其分為兩種形式，一種是將場(chǎng)地作為基礎(chǔ)研究對(duì)象，例如地形以及土壤分布等方面，這種對(duì)象在空間屬于連續(xù)分布，從而形成地形景觀對(duì)象；另外一種形式則是通過(guò)離散實(shí)體為主要特性的對(duì)象，比如建筑物、樹(shù)木以及電話亭、路燈等方面，這種對(duì)象主要通過(guò)獨(dú)立個(gè)性而存在，形成地理物體對(duì)象，將這兩部分共同構(gòu)成虛擬校園系統(tǒng)的具體場(chǎng)景與模型，在對(duì)虛擬校園系統(tǒng)的場(chǎng)景模型進(jìn)行構(gòu)建的過(guò)程中，主要使用在圖形基礎(chǔ)之上的虛擬建模技術(shù)，以及在圖形和圖像相混合的虛擬建模技術(shù)。

一、三維空間的具體構(gòu)模方法

本文結(jié)合近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外眾多專(zhuān)家學(xué)者充分的分析與研究三維建模技術(shù)，通過(guò)探究相關(guān)對(duì)象模型以及構(gòu)建方法，將三維空間的具體建模技術(shù)與方法可以分為以下幾種方面：

（1）邊界表示法。對(duì)于物體的邊界而言，其主要包含物體的內(nèi)部與外部點(diǎn)的分界面，通常而言，可以使用體表、面表、環(huán)表、邊表以及頂點(diǎn)表這5層進(jìn)行描述。這種方法主要對(duì)物體表面的細(xì)節(jié)方式尤為強(qiáng)調(diào)，認(rèn)真仔細(xì)的記錄相關(guān)幾何信息以及元素，從而得出其細(xì)節(jié)方式，再通過(guò)信息之間的相互連接，來(lái)得出拓?fù)湫畔?，分開(kāi)的存儲(chǔ)幾何信息和拓?fù)湫畔?，保證其完整與清晰，并且能夠唯一的定義其物體，構(gòu)建這種的三維模型，其主要缺點(diǎn)是無(wú)法方便的描述不規(guī)則的三維物體，在三維空間的操作以及分析描述的比較多。

（2）實(shí)體幾何構(gòu)造法。這是一種采用比較簡(jiǎn)單的以及形狀較為規(guī)則的幾何形體，在結(jié)合正則布爾運(yùn)算方式，從而構(gòu)造較為復(fù)雜的三維實(shí)體相關(guān)表示方法。對(duì)于幾何體素而言，其主要經(jīng)過(guò)平移、旋轉(zhuǎn)以及縮放等一些組合變化之后，將其由基本的狀態(tài)來(lái)轉(zhuǎn)變?yōu)榻M合的各種形態(tài)，之后再采用正則布爾的集合運(yùn)算，從而構(gòu)建中間體，最后把中間體視為基本的體素，從而采用更加高層方面的組合。其擁有簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，比較合適計(jì)算復(fù)雜的目標(biāo)，不會(huì)出現(xiàn)多余的幾何信息。通過(guò)這種方式能夠記錄下來(lái)幾何實(shí)體的原始方面的特征與相關(guān)定義參數(shù)，另外可以在實(shí)體以及體素方面添加相關(guān)的附加屬性。其主要缺點(diǎn)是無(wú)法擁有實(shí)體方面的拓?fù)湫畔?，不能采用唯一性進(jìn)行描述。

（3）線框表示法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是具有比較簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，且儲(chǔ)存量比較小，而無(wú)法唯一的表述形體與對(duì)象，無(wú)法高效的顯示其相關(guān)是其主要缺點(diǎn)。

二、三維空間構(gòu)模方法比較分析

（1）在面元模型的基礎(chǔ)之上的空間構(gòu)模方法。這種方法主要對(duì)三維空間的實(shí)體表面描述比較多，對(duì)其模擬的表面而言，主要都是封閉的，也有屬于半封閉型的。鑒于采樣點(diǎn)主要包含不規(guī)則的三角網(wǎng)以及在數(shù)據(jù)內(nèi)插基礎(chǔ)之上的格網(wǎng)模型，在一般情況下可以用在非封閉形式的表面模型。通常而言，其邊界主要用（B-Rep）的模型來(lái)表示，而其線框模型則經(jīng)常使用封閉表面或者是外部輪廓的模擬。采用這種表面，能夠用三維空間的目標(biāo)來(lái)顯示，其主要優(yōu)點(diǎn)是方便數(shù)據(jù)的顯示與更新，然而出于三維幾何描述以及對(duì)于內(nèi)部屬性的記錄與描述難以進(jìn)行，因此很難通過(guò)通過(guò)三維空間來(lái)對(duì)其進(jìn)行具體的查詢(xún)以及分析。

（2）在體元模型基礎(chǔ)之上的空間構(gòu)模方法，這種方法主要對(duì)整個(gè)三維空間體進(jìn)行側(cè)重與表示，比如水體以及云體等方面，采取描述與表示方法，能夠具體的實(shí)現(xiàn)三維空間的相關(guān)目標(biāo)，其主要優(yōu)點(diǎn)是方便查詢(xún)與分析相關(guān)三維空間操作，然而由于其存儲(chǔ)的空間比較大，計(jì)算速度相對(duì)而言比較慢，因此在當(dāng)前使用的比較頻繁的三維建模技術(shù)通常分為：三維柵格、實(shí)體幾何構(gòu)造、四面體格網(wǎng)、實(shí)體和塊段構(gòu)模等方面。

（3）在面體混合模型的基礎(chǔ)之上的空間構(gòu)模方法，這種方法能夠充分合理的使用各種不同的單一模型來(lái)展示在不同空間實(shí)體內(nèi)所包含的優(yōu)點(diǎn)，從而能夠完整、有效的表達(dá)三維地質(zhì)現(xiàn)象，然而由于混合的三維模型具有比較大的數(shù)據(jù)量，因此為了充分的保持其一致性，可以不斷的轉(zhuǎn)換這兩種方法，同時(shí)對(duì)于不同模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換的過(guò)程中也存在著比較相近的模型，在某種程度上，甚至難以成立。

結(jié)束語(yǔ)

隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，極大的促進(jìn)了三維建模技術(shù)的發(fā)展，無(wú)論在其理論體系建設(shè)以及軟硬件平臺(tái)等方面都得到了比較優(yōu)異的成果。然而在虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)之上的虛擬系統(tǒng)需要符合人們今后的需要還有著較遠(yuǎn)的發(fā)展道路。三維建模技術(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)許多高校取得了較好的成績(jī)，通過(guò)科研人員的研發(fā)工作，三維建模技術(shù)積累了較多的理論以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從而為今后進(jìn)一步研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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