虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中三維建模的關(guān)鍵技術(shù)研究

何成

【摘 要】本文從三維模型構(gòu)建的流程、構(gòu)建關(guān)鍵及優(yōu)化方式對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的三維模型的構(gòu)建給出理論指導(dǎo)，對(duì)模型的材質(zhì)貼圖及燈光布置給出實(shí)際的操作過(guò)程，這里既包含普通材質(zhì)也介紹了特殊材質(zhì)，例如復(fù)雜的模型、透明的模型，通過(guò)本文希望可以從理論及實(shí)踐兩方面對(duì)虛擬場(chǎng)景中的三維模型的創(chuàng)建的關(guān)鍵技術(shù)做出詳細(xì)的闡述。

【關(guān)鍵詞】虛擬現(xiàn)實(shí)；三維模型；鏤空貼圖；材質(zhì)球

中圖分類號(hào)： TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）35-0244-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.35.106

Research on Key Technologies of 3D Modeling in Virtual Reality Scene

HE Cheng

（Huludao radio and television monitoring station， Huludao Liaoning 125000， China）

【Abstract】This paper gives theoretical guidance to the construction of three-dimensional model in virtual reality scene from the process of building three-dimensional model， the key points of building and the optimization method， and gives practical operation process to the material mapping and lighting layout of the model. It includes both ordinary materials and special materials， such as complex models and transparent models. Through this paper， we hope that we can elaborate the key technology of creating three-dimensional model in virtual scene from two aspects of theory and practice.

【Key words】Virtual reality； Three-dimensional model； Hollowed out map； Material ball

0 引言

三維模型創(chuàng)建的成功與否是虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景能否正常的關(guān)鍵所在，為了制作一個(gè)流暢的、可實(shí)時(shí)交互的、有操控感的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，在創(chuàng)建三維模型時(shí)需要注意很多關(guān)鍵技術(shù)，這里針對(duì)模型創(chuàng)建、優(yōu)化，材質(zhì)貼圖及燈光等幾個(gè)重要方面均做以探討，希望為虛擬場(chǎng)景的模型構(gòu)建提供重要的理論支持及技術(shù)指導(dǎo)。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中三維模型建模

1.1 虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中三維模型建模流程

虛擬現(xiàn)實(shí)的表現(xiàn)形式是“三維”與“交互”，三維建模的成功與否是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在。虛擬現(xiàn)實(shí)中建模的方式與游戲建模的方式具有一定的相通性，但其建模的精度相對(duì)來(lái)說(shuō)較低。虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中三維模型建模流程主要是：繪制圖紙、創(chuàng)建模型、應(yīng)用材質(zhì)、運(yùn)用燈光、貼圖渲染、烘培貼圖。

1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中三維模型建模標(biāo)準(zhǔn)

虛擬現(xiàn)實(shí)與三維動(dòng)畫(huà)的區(qū)別如表1所示。為虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景構(gòu)建三維模型需要注意：為了提高運(yùn)行速度，場(chǎng)景模型要盡可能簡(jiǎn)單；為了提高渲染速度，場(chǎng)景的網(wǎng)格模型盡量為三角形網(wǎng)格面而非長(zhǎng)條形網(wǎng)格面；為了減少渲染過(guò)程的鋸齒與閃爍，細(xì)長(zhǎng)條的物體采用貼圖而非建模形式構(gòu)建；為了提高操作效率，新建簡(jiǎn)單模型比修改基礎(chǔ)模型更推薦；場(chǎng)景中的模型數(shù)量與最終面數(shù)都應(yīng)該很好的控制，推薦不超過(guò)3500個(gè)模型與10萬(wàn)個(gè)面；均勻的模型分布形式更利于提高運(yùn)行速度；面與面之間的距離不能過(guò)近，否則會(huì)出現(xiàn)面閃爍現(xiàn)象；復(fù)雜的造型均用貼圖實(shí)現(xiàn)，而不采用建模形式。

1.3 虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中三維模型的優(yōu)化技巧

除了上述建模的準(zhǔn)則，在模型創(chuàng)建完畢之后進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，可以獲得更加優(yōu)秀的模型效果。例如集合體的面片的段數(shù)修改為1，從而減少面數(shù)，如圖1所示。

將模型轉(zhuǎn)化為可編輯多邊形后，可以任意刪除重疊面，看不到的面（例如底面），從而減少面數(shù)。通過(guò)“合并”操作，對(duì)相同材質(zhì)的模型進(jìn)行聯(lián)合，從而優(yōu)化模型個(gè)數(shù)。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中三維模型材質(zhì)

虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中可以展示諸多形式材質(zhì)，通常都是在漫反射貼圖通道增加一張紋理貼圖，但是由于虛擬場(chǎng)景中材質(zhì)模型球數(shù)目的限制，不可能展示全部材質(zhì)，對(duì)于暫時(shí)不會(huì)使用的材質(zhì)，可以刪除其材質(zhì)球貼圖（注意選擇“僅影響模型球”）。

2.1 虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中三維模型鏤空貼圖方法

對(duì)于欄桿、樹(shù)木這種復(fù)雜且有空隙的特殊模型，鏤空貼圖是最優(yōu)秀最理想的選擇，在創(chuàng)建過(guò)程中對(duì)材質(zhì)球進(jìn)行正常的材質(zhì)貼圖，并將事先準(zhǔn)備的“.png”類型圖片拖動(dòng)并復(fù)制到“不透明貼圖”右側(cè)按鈕，并將其通道設(shè)置為“Alpha”形式。鏤空貼圖除了圖片類型之外其貼圖名字也有特殊要求，必須將“bb-”作為貼圖名稱的開(kāi)頭，因?yàn)檫@種只有圖像具備自動(dòng)面向相機(jī)的特征。

2.2 虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中三維模型特殊材質(zhì)

對(duì)于玻璃這種特殊的材質(zhì)，我們可以通過(guò)此材質(zhì)看到模型的內(nèi)部，玻璃具有透光性，它的最大的特點(diǎn)就是透明，在定義材質(zhì)過(guò)程中，設(shè)置的重點(diǎn)就是“不透明度”，此處設(shè)置的數(shù)值越小代表其透明度越強(qiáng)，如圖2所示。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中三維模型燈光

3.1 虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中三維模型燈光設(shè)置技巧

表2 虛擬場(chǎng)景中燈光類型及參數(shù)設(shè)置

燈光的設(shè)置方法不唯一，表2給出一種常見(jiàn)的燈光設(shè)置方式，此處將整個(gè)場(chǎng)景看作一個(gè)六面體，這里1號(hào)、6號(hào)燈設(shè)置場(chǎng)景前面，3號(hào)燈設(shè)置場(chǎng)景后面，8號(hào)、5號(hào)分別對(duì)應(yīng)頂面與底面，7號(hào)、4號(hào)分別對(duì)應(yīng)左面與右面，2號(hào)作為場(chǎng)景燈放在整個(gè)場(chǎng)景的右側(cè)。

3.2 虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中三維模型燈光設(shè)置要求

此處主要指前面提到的“bb-”的鏤空貼圖，場(chǎng)景中該貼圖模型必須與主燈光方向垂直，如圖3所示。

圖3 鏤空貼圖物質(zhì)與燈光的位置關(guān)系

4 結(jié)論

（1）虛擬場(chǎng)景中三維模型的構(gòu)建要以減少模型數(shù)目及面數(shù)為原則，此原則同樣存在于模型優(yōu)化過(guò)程中。

（2）虛擬場(chǎng)景中可以利用材質(zhì)球?qū)崿F(xiàn)對(duì)模型貼圖的實(shí)現(xiàn)，從而在渲染過(guò)程中得到豐富的視覺(jué)效果。

（3）燈光可以增加虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的展現(xiàn)的魅力，主燈、天光、輔助燈的交叉配置可以得到優(yōu)秀的場(chǎng)景效果。

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