基于3DSMAX的虚拟现实建模技术研究

摘 要

虚拟现实建模技术是当下计算机技术当中的一项热门话题，许多产品和建筑的设计过程也越来越多地采用了3DSMAX技术进行虚拟场景的创建。本文即是对3DSMAX的虚拟现实建模技术进行研究，探讨了虚拟现实建模技术和3DSMAX技术的概念，简要介绍了3DSMAX的建模工具，并对该技术在虚拟现实技术下的建模方法进行了阐述，最后对虚拟现实技术中3DSMAX的应用进行了说明，以期能为相关工作提供参考。

【关键词】虚拟现实建模技术 3DSMAX技术 应用

计算机硬件技术快速发展，带动了高科技技术产品的产生，三维技术和虚拟现实技术的应用逐渐发挥着重要的作用。虚拟现实技术属于仿真技术中的一种，其主要是通过计算机图形学原理，通过高处理能力的计算机软件生成一种模拟环境的多源信息交融体系，进而形成一种三维动态的视觉景观，让使用者享受立体空间带来的不同感觉。这是现代计算机技术高度发展的主要象征之一，有效提高了各类产品、建筑、景观、动画等的设计效果，使得图形不再仅局限于二维空间当中，而是转变为了三维立体图像，有种身临其境的感觉，标志着人类计算机科技的进步。

1 虚拟现实技术的概述

虚拟现实技术就是基于现代计算机图形技术下的一种模拟真实场景的技术，在计算软件和硬件设备的支持下，可以形成一种逼真的现实效果。其主要包括三大特征，分别是构想性、交互性以及沉浸感。其中的沉浸感主要指的是感受者被模拟的场景所诱导，进而产生了真实场景感；交互性则是指感受者在对虚拟现实场景当中的部分场景进行操作时，其能够得到的自然反馈程度；构想性是虚拟现实技术的最突出优点和特征，其主要是基于虚拟空间的无束缚性，发挥设计者自身的想象能力，进而获得超越当下认知的虚拟场景，同时也可以融入当下常见的现实场景，也就完成了虚拟与现实的完美融合，使得该技术的未来发展前景较好。而随着现代计算机软件程序的不断发展，虚拟现实技术应用范围也越来越广，例如教育展示、房地产展示、室内装潢设计、旅游景观模拟展示、大型模拟展会、城镇规划等，展现了现代科学技术的不断进步。

2 3DSMAX建模技术的概述

3DSMAX的全称为3D Studio Max技术，其是一种基于三维动画技术下的图像渲染和制作软件，该技术出现之前人们在进行CG设计时主要应用的是SGI图形工作站，而该技术由于是基于DOS操作系统，对于技术人员的技能要求非常高，因而在当时属于高技术工作之一。但自3DSMAX系统和Windows系统的出现，使得CG的设计难度大幅度下降，并且逐渐发展并完善。如今的3DSMAX软件已经成为了应用范围最广的虚拟场景制作软件，并且被广泛地应用在动画制作、电影制作、建筑设计、多媒体制作、游戏以及广告设计等多个方面，其在影视作品方面的作用更加明显，使得现代影视作品特效镜头更具感染性和临场感。同时，该技术由于是在Win系统下运行，因此其图标设计合理，操作简便性大幅度增加，已经成为了当下PC中三维建模主要软件。

3 3DSMAX建模工具的概述

3DSMAX建模软件是目前最流行的三维设计软件之一，其参与了美国地区各类商业大片的后期制作，例如钢铁侠、金刚狼、阿凡达等，使得后期特效的制作更加简便，效果更加真实。随着现代计算机技术的发展，3DSMAX的功能也得到了较好的完善，扩展出的功能也使其能够被应用在更多的行业当中。尤其在建筑设计中，运用硬件设备和画布工具的新工具，把建筑场景的主体建筑模型形象的展示出来。该软件不仅是一种建模工作，而且还具备了极为强大的综合功能，例如虚拟场景摄像机、材质模拟系统、灯光补色等能够增加设计场景现实感的模块，同时还为操作者提供了独有个性化的脚本编写模块，使其与自己设计的三维模型的互动性更加明显，便于后期场景的合并，还增加了该模型的整体可塑性，满足使用者不同的需求。

4 3DSMAX建模技术的方法

现实世界中的物体形状各不相同，还有各种树木花草、人物、车辆等地形物也是多种多样，为了满足虚拟现实技术中对于真实感的需求，因此3DSMAX技术下的建模方法也是多种多样，根据操纵人员个人习惯不同，所呈现的方法和效果也不尽相同。

4.1 几何建模方法

在三维建模当中对于几何体的应用非常广泛，其贯穿了整体3DSMAX的建模过程，常被用于制作基础模型。同时很多大型的虚拟模型在分解后也是各种基础的几何模型，因此利用几何模型进行建模的方法比较简单和直接。在建模型之前，首先收集相关资料，掌握几何物的整体形状，然后在软件的操作页面上选择创建工具，利用鼠标滑轮的滚动可以发现创建工具当中具有多个选项，包括选择、移动、旋转、阵列、对齐以及镜像等，运用这些多边形工具，这样就可以让几何图形重新排布组合，进而获得想要的整体三维模型。

4.2 二维图形建模方法

相比于结构复杂的三维模型，二维模型在建模过程中更加方便。主要是由样条和曲线组成。如果直接对三维模型进行修改，那么必然需要对其各个结构进行逐一的调整，但利用二维图形时可采取不同的修改命令使其转变为三维模型，此时的各结构比例均是直接转换，因此不用进一步调整。其常用的修改命令包括车削、挤出、倒角等，直接设置成需要的图形进行渲染。

4.3 放样建模方法

在建模的方法中，放样建模也是不可缺少的，该方法主要被应用于机构较为复杂的模型创建当中。如果想要创建放样模型，就必须先对放样路径上的图形进行建立，并将模型的各个界面的二维图形分别创建。而放样就是沿着操作路径将各界面的二维图形串联起来，而这样自然就形成了三维模型。需要注意的是，该建模方法的难度在于对二维图形的创建，必须掌握好二维图形的整体形状，要保证整体三维模型各角度的二维截图的完整性，否则创建的三维模型比例就会失调，甚至无法创建。

4.4 布尔建模方法

这种建模方法是对多个三维图形结合时所使用的技术，其主要应用在两个或多个操作对象具有重合部分的情况下，利用布尔运算操作能够将其创建为统一的新型三维模型。在操作时主要通过对两个或多个图形的交集、并集、差集以及剪切等，最后获得一个新的图形。布尔建模方法的运算功能较强，但这种建模方法的也存在一些缺点，即稳定性较差。由于其处理的图形融合点比较多，很容易出现界面上各结合点分布的混乱，导致运算后增加或减少情况，随机性较强。因此使用这种建模方法时一定要注意段数的收集，段数越多产生的差错也就越少。除此之外，应该根据当前图形的特点选择最适合的操作方法。

4.5 多边形建模方法

多边形建模方法与几何建模方法一样是应用较广的建模方式之一。在计算机视角下的建模中，人们最常见的就是点、线以及面所组成的各类三维图形，而通过改变或增加其点、线以及面的排布，就能够增加图形的变化，而多边形建模方法就是基于这一理论，从而将简单的几何图形变为一个可编辑的多边图形。多边形建模最早应用在游戏软件的设计中，目前广泛应用在各个领域，尤其在影视片的特效制作中。但需要注意的是，多边形建模的难度要高于几何建模，其主要体现在操作者对多边形中各元素的选择，如何快速确定多边形元素成为了建模的关键。在实际操作中可以利用Ctrl快捷键直接选择添加的元素，而选择Alt则可以删减元素。另外，将Ignore和Mesh Smooth两种命令结合，就能够给简单的多边形模型添加更多细节，使其更加真实。

4.6 NURBS建模方法

作为3DSMAX建模中的高级建模方法，NURBS建模主要被用于曲面或曲线建模当中，相较于传统的网格建模方法，该方式能够使模型的曲线更加圆滑和逼真。该建模方法同样是拥有点、线以及面这三大要素。在创建模型过程中可直接选择NURBS创建，将几何体修改图形转变为可编辑的NURBS图形，再利用各类修改工具对其进行细节修饰。还可先创建NURBS曲线（也可以将普通线条编辑为NURBS线条），然后利用命令操作将其转化为所需要的模型形态，受到的限制相对比较少，运用起来比较方便。

5 3DSMAX的虚拟现实建模技术应用方法

5.1 现实场景的数据采集

在创建和制作虚拟现实模型时不同于普通的CG创建，其需要采集更多、更精确的数据作为模型基础。通常CG设计需要具有一定的科幻性，因此模型创建时的基础数据不需要单独确定，只需要获得部分真实数据与模型进行对比即可。而虚拟现实模型的早期数据必须是从真实场景中采集的，其中重点包括建筑物高度、长度、宽度、占地位置、与周围景观距离等，而这些就是该虚拟模型的结构基础数据，同时还需要对该模型的材料数据进行收集，保证其真实有效性，便于后期场景的合并。需要注意的是，虽然在实景数据搜集过程中的工作比较繁琐和复杂，但也必须保证搜集数据的准确性和真实性，因为细小的误差均会导致模型比例的失调，严重影响整个模型的创建。

5.2 数据的优化处理

与现实场景不同，计算机下创建的模型终究为虚拟模型，因此其能够对现实中的各种数据进行优化处理是非常重要的。通过对数据的优化处理，可以进一步得到真实的理想模型。例如将实际数据当中的长度数据为1m的物体压缩优化成0.1m，同时在压缩的过程中也要利用3DSMAX的渲染操作对其输出效果进行优化。一般大体积的物体进行缩减优化的操作比较简便，输出后的模型效果较好，但其本身所包含的数据量也要高于小体积物体。同时，该数据优化技术还包括对现实物体冗余数据的优化，对不可视界面的数据进行优化，对无效数据进行删减或优化等。总而言之，不论优化的数据属于哪种类型，操作者均需要对其进行全面的整理和划分，保证数据的真实性和合理性，避免数据缺失情况，以免增加工作量，可以适当应用照片数据将记录现实场景，这样可以避免数据误差，保证建模的整体质量。

5.3 局部模型创建

在对各项数据进行优化后就可以利用3DSMAX软件的建模方法对局部模型进行创建。首先应利用几何建模法对整体数据进行调整，再利用多边形建模方法对几何图形当中的点、线以及面进行调整，然后利用布尔、NURBS建模方法使物体达到真实感觉，使图形的结构变得规则。其中几何建模和多边形建模操作比较基础，很难创建出具有弧面或曲线的模型，因此应充分利用NURBS建模方法，对各多边形图形进行修改。但需要注意的是，这种建模方法属于网格高级建模技术之一，因此很难修改具有棱角的模型，对物体建模的实际操作中应将各类建模方法相结合，同时对多个可操作点进行修饰、剪切，还可以利用多曲面控制技术，充分应付较为复杂和精细的模型建立。

5.4 局部材料的添加

在模型初步建成之后，就可以利用3DSMAX软件当中的材质添加功能对局部进行材料填充。其中的材质可以分为软件外素材和软件调节后素材两大类，其中外素材的应用范围较广，操作简便。但在需要特殊材质的素材进行添加时就必须利用软件进行调整，例如阴影投射、金属光泽修饰等。

6 结语

综上所述，3DSMAX是现代虚拟现实建模技术中常用的软件，其操作相对简单，对不同对象有合理的建模方法，并且能够对模型的各细节进行修饰，保证模型创建的真实感和沉浸感。广泛应用在各个领域，推动科学技术的发展。

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作者单位

陕西省咸阳市西藏民族大学信息工程学院 陕西省咸阳市 712082