關(guān)于3DMAX軟件的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用研究

李谷雨

摘 要：3DMAX是目前我國信息呈現(xiàn)較先進(jìn)的一種軟件，在醫(yī)療、建筑、電影環(huán)境藝術(shù)以及重型機(jī)械的設(shè)計(jì)過程中，都在逐步使用3DMAX技術(shù)。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則是利用3DMAX軟件建立三維立體空間環(huán)境的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，通過廣角可以全方位地觀察環(huán)境的具體情況，該技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。本文主要針對3DMAX軟件在建立虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的應(yīng)用進(jìn)行分析，希望通過對該技術(shù)的分析，進(jìn)一步開發(fā)適合3DMAX軟件的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用和方法領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：3DMAX軟件；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；概述；分析；應(yīng)用

0 引言

目前，我國利用3DMAX軟件實(shí)現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在各行業(yè)的運(yùn)用，為我國各行業(yè)的發(fā)展提供了助力。因?yàn)?DMAX軟件是一種三維呈現(xiàn)信息的方式，所以基于3DMAX軟件所建立的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，能夠通過廣角全方位地呈現(xiàn)環(huán)境的信息和特點(diǎn)，這有利于行業(yè)相關(guān)人士對某一技術(shù)發(fā)展情況的了解和應(yīng)用。因此，本文主要針對3DMAX軟件的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究，以期為我國的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用提供更為廣闊的思路，使其在不同領(lǐng)域起到更多的作用。

1 3DMAX軟件概述

3DMAX軟件是基于PC系統(tǒng)的三維動(dòng)畫渲染和制作軟件，最初主要應(yīng)用于游戲創(chuàng)作，后期逐步運(yùn)用于電影創(chuàng)作。3DMAX軟件的特點(diǎn)是上手容易、性價(jià)比高，同時(shí)因其具有可堆疊的建模步驟，所以進(jìn)一步得到了廣泛使用和發(fā)展。尤其是3DMAX軟件在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和環(huán)境的模擬建立中的特點(diǎn)和作用，進(jìn)一步推廣了3DMAX軟件的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。本文正是基于3DMAX軟件，探討虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及相關(guān)技術(shù)的概述和分析

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，能夠使用戶沉浸于該環(huán)境中。目前，我國各行業(yè)都使用了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，有效地推進(jìn)了行業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。主要是通過對模擬環(huán)境、感知、自然技能和傳感設(shè)備等的建立，完成自身對周圍環(huán)境的認(rèn)知和了解。目前主要有力覺、聽覺、視覺，未來的發(fā)展方向還會(huì)有嗅覺和觸覺，同時(shí)可以依據(jù)使用者的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，完成使用者下達(dá)的命令。3DMAX軟件的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，即通過三維展現(xiàn)信息的方式，讓虛擬世界的物體按照現(xiàn)實(shí)世界的物理規(guī)律運(yùn)動(dòng)。

3 3DMAX軟件的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用研究

3.1 3DMAX軟件制作虛擬現(xiàn)實(shí)場景的方法和技術(shù)

（1）基于實(shí)景的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用。利用3DMAX軟件基于實(shí)景實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)場景，主要是通過對現(xiàn)實(shí)的數(shù)據(jù)以及實(shí)地的景物的獲取，利用3DMAX軟件進(jìn)行建模，同時(shí)在場景的材質(zhì)選擇以及建設(shè)真實(shí)感的過程中，可以選擇貼圖模式。并且，可以在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)初始化的過程中導(dǎo)入模型對象化，實(shí)時(shí)呈現(xiàn)，從而全方位地展現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)和環(huán)境，為后期的三維場景的完善和建立奠定基礎(chǔ)，進(jìn)而有助于3DMAX軟件制作虛擬現(xiàn)實(shí)場景。因此，基于實(shí)景的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的形成過程是離不開3DMAX軟件的支持和幫助的。

（2）基于虛擬環(huán)境的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，利用3DMAX軟件除了可以使用基于實(shí)景的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以外，還可以使用基于虛擬環(huán)境的運(yùn)用。而目前基于虛擬環(huán)境的顯示技術(shù)主要可以從兩方面進(jìn)行分析：第一種是基于圖像的方法進(jìn)行技術(shù)運(yùn)用和分析，第二種是基于模型的方法進(jìn)行技術(shù)運(yùn)用和分析。我國目前使用3DMAX軟件的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，主要就是以基于模型建立為主的技術(shù)運(yùn)用方式。因?yàn)榛谀Ｐ偷募夹g(shù)運(yùn)用是以幾何實(shí)體為基礎(chǔ)的，可以利用計(jì)算機(jī)通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)輸出和幾何圖形繪制技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)實(shí)體的立體幾何圖形，然后使用3DMAX軟件進(jìn)行建模，這樣能夠快速地建立現(xiàn)實(shí)虛擬場景。在加入虛擬現(xiàn)實(shí)模型后，通過實(shí)現(xiàn)交互式虛擬環(huán)境，可以完成使用者對場景的移動(dòng)、推動(dòng)，以及旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)和感觸，從而呈現(xiàn)一個(gè)三維立體的現(xiàn)實(shí)虛擬環(huán)境，達(dá)到具有真實(shí)觸感的要求。而且，基于虛擬環(huán)境的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，主要涉及的相關(guān)技術(shù)有三維實(shí)體幾何模型建立的技術(shù)、實(shí)時(shí)渲染技術(shù)以及碰撞檢測技術(shù)，需要具有物理屬性。

（3）3DMAX的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的工具使用。使用3DMAX軟件實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，需要選擇不同的技術(shù)工具作為支持。經(jīng)過多年的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的總結(jié)，主要需要四種工具，分別是VR軟件技術(shù)、3DMAX軟件、圖像處理軟件和GIS軟件。這四種工具的選擇，能夠全方位地呈現(xiàn)3DMAX軟件的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，符合虛擬環(huán)境中物體所需遵循的現(xiàn)實(shí)世界的物理規(guī)律，并且能夠根據(jù)科學(xué)的比例，建立1︰1的數(shù)據(jù)模型。VR軟件主要是對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的場景進(jìn)行仿真還原，對視景仿真、聲音仿真，同時(shí)因?yàn)閂R軟件能夠支持多種數(shù)據(jù)模式，兼容性較高，所以應(yīng)用范圍極廣，減少了時(shí)間的浪費(fèi)。此外，Multigen Creator軟件主要是因?yàn)閷?shí)時(shí)三維建模軟件能夠利用數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，對場景進(jìn)行真實(shí)的還原，通過地理信息系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)構(gòu)造相關(guān)地形的特點(diǎn)，從而達(dá)到城市仿真、環(huán)境仿真以及模擬仿真的技術(shù)和要求。最重要的是，其具有的交互式感應(yīng)技術(shù)和可視化技術(shù)，是目前虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中最為先進(jìn)的技術(shù)，能夠達(dá)到目前對虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的全部要求。

3.2 3DMAX軟件制作虛擬現(xiàn)實(shí)場景的具體實(shí)施辦法

（1）首先，3DMAX軟件制作虛擬現(xiàn)實(shí)場景需要收集數(shù)據(jù)。因?yàn)槔?DMAX軟件建立虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，需要對模擬的場景進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，所以應(yīng)該通過相關(guān)部門獲取需要模擬的數(shù)據(jù)。比如模擬長安古城，首先需要通過有關(guān)部門獲取長安古城的原始資料，通過了解圖紙資料、GPS和GIS獲取最新的資料和數(shù)據(jù)比例，并且在獲得原始數(shù)據(jù)以及最新數(shù)據(jù)的過程中進(jìn)行對比以及校正，同時(shí)依照相關(guān)的比例，對長安古城進(jìn)行等比例縮小，然后把照片做成地形貼圖，這樣能夠?yàn)橐院蟮慕Ｌ峁┓奖恪Ｆ浯?，需要?zhǔn)備好貼圖資料，與地形貼圖做好對比。貼圖資料主要有兩種模式：第一種是透明的紋理，主要是通過相關(guān)的圖像處理軟件處理后得到的，是非常簡單的一種貼圖資料處理方式。同時(shí)也可以對現(xiàn)場場景進(jìn)行拍攝。第二種則是不透明的紋理，主要是通過數(shù)字化相機(jī)得到的數(shù)字化圖片，可以使用PS軟件進(jìn)行修圖，建立一個(gè)模型紋理庫。

（2）需要三維實(shí)體建模。利用3DMAX軟件建立虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，其中較為基礎(chǔ)和重要的環(huán)節(jié)就是建立三維實(shí)體建模的過程，因?yàn)檫@一過程關(guān)系到虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的仿真以及呈現(xiàn)的關(guān)系。同時(shí)，需要根據(jù)不同的物體建立不同的模型，主要可以通過三個(gè)方面進(jìn)行三維實(shí)體建模的構(gòu)建：第一，合理減少模型的面數(shù)。因?yàn)樵谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)中，建筑模型的面數(shù)是可以塑造的，在一定程度上會(huì)影響虛擬現(xiàn)實(shí)場景的效果，所以應(yīng)該在保證建筑數(shù)據(jù)和模型真實(shí)性以及有效性的基礎(chǔ)上，合理地調(diào)整和減少面數(shù)，只有在必要的情況下，才可以選擇使用或者細(xì)致化面數(shù)。第二，紋理的形成對圖形的質(zhì)量和畫質(zhì)會(huì)產(chǎn)生一定的影響，易造成畫面失真。因此，應(yīng)該盡量減少和壓縮紋理的存在空間，但是一定要保證模型紋理的像素是2的n次冪，這樣才可以保證顯現(xiàn)的模型紋理是正確和準(zhǔn)確的，才不會(huì)對虛擬現(xiàn)實(shí)模型造成一定的影響。

4 3DMAX虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建模過程中技術(shù)問題的解決辦法

4.1 選擇科學(xué)的方式讀取數(shù)據(jù)

利用3DMAX軟件建立虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，其中最重要的環(huán)節(jié)就是對數(shù)據(jù)信息的讀取和存儲(chǔ)。并且，在讀取的過程中不能丟失數(shù)據(jù)信息，要確保在導(dǎo)入模塊的時(shí)候不會(huì)受到阻礙。因此，在這一過程中，首先需要使用的工具就是3DSMAX軟件，同時(shí)通過使用Export軟件，導(dǎo)出模型的有關(guān)數(shù)據(jù)和模塊，將其轉(zhuǎn)變?yōu)?DS格式的文件。然后在讀取信息的時(shí)候，需要處理信息轉(zhuǎn)化過程中多余的信息面，一般采用的是面合并以及點(diǎn)合并的形式和方法。這樣不僅可以讓圖像更加清晰、立體感覺更強(qiáng)，還符合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的要求和標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到了3DMAX軟件對虛擬現(xiàn)實(shí)三維成像的要求。

4.2 使用細(xì)節(jié)層次模型建立技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在3DMAX軟件中的實(shí)現(xiàn)不僅僅是由小建筑構(gòu)成的，而是由大量的大型建筑和環(huán)境構(gòu)建的。因?yàn)樾〗ㄖ菀资钱嬞|(zhì)流暢的實(shí)時(shí)漫游的特點(diǎn)，所以在實(shí)現(xiàn)3DMAX上更容易。但是大建筑因?yàn)樾枰獦?gòu)建的模型較大，數(shù)據(jù)較多，不能確保建筑的每一個(gè)面都是畫質(zhì)流暢的，并且是否能夠?qū)崿F(xiàn)全面實(shí)時(shí)漫游的狀態(tài)也不能確定，在不同角度和背景下選擇的工具和使用的數(shù)據(jù)不同，也會(huì)產(chǎn)生不一樣的效果。因此，需要使用LOD技術(shù)，這樣可以實(shí)現(xiàn)在不同層次之下，同一物體具有不同的視角、不同的精細(xì)度，呈現(xiàn)出物體的立體狀況，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互的目標(biāo)。同時(shí)，手工建?？梢詫?shí)現(xiàn)以及焦距拉遠(yuǎn)的時(shí)候就可以選擇簡單的模型，這樣便于拍攝（下轉(zhuǎn)第頁）（上接第頁）和管理，能夠減少虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對場景和建筑還原的時(shí)間。

4.3 使用自由度技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在3DMAX環(huán)境中的呈現(xiàn)，不僅僅需要?jiǎng)討B(tài)的視覺環(huán)境，還需要靜態(tài)的建筑。因此，應(yīng)該使用自由度技術(shù)，這樣可以有效地掌握虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中動(dòng)靜結(jié)合的關(guān)系。比如人和建筑之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系、人和車之間相對靜態(tài)的關(guān)系等，這些都需要使用自由度技術(shù)。先設(shè)定一個(gè)坐標(biāo)，然后虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的所有場景都圍繞這個(gè)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到動(dòng)靜結(jié)合的目的。

5 結(jié)語

我國對3DMAX軟件的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用起源于20世紀(jì)，經(jīng)過20多年的發(fā)展和運(yùn)用，目前3DMAX軟件的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我國的各行各業(yè)。我國的3DMAX軟件的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)逐漸成熟，無論是在建筑、醫(yī)療、電影，還是環(huán)境模擬等方面都起到了重要作用。因此，筆者簡單地對3DMAX軟件以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的運(yùn)用進(jìn)行了分析，論述了3DMAX軟件在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境建立中的技術(shù)和方法，進(jìn)一步加深了對3DMAX軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)內(nèi)容的理解。

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