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基于3D MAX 实现虚拟校园场景建模

作者:代写论文  来源:星论文网  发布时间:2011-09-30 17:44:53

摘要:虚拟校园场景建模是虚拟校园系统的基础和核心,通过探讨虚拟校园场景特点和三维建模软件3D MAX的建模技术,以郑州水利学校虚拟校园场景实现为例,提出利用3D MAX 实现虚拟校园场景建模的方法和优化技术。
  关键词:虚拟校园场景;3D MAX;建模;优化
 

  Virtual Campus Scene Modeling Realized on the Basis of 3D MAX
  HE Xiao-tian
  (Henan Zhengzhou Water Conservancy School, Zhengzhou 450008, China)
  Abstract: Virtual campus scene modeling is the basis and core of virtual campus system. According to the discussion on the feature of virtual campus scene and modeling technology of 3D MAX, the method and optimization technique to realize the virtual campus scene modeling has been proposed on the example of virtual campus scene for Zhengzhou Water Conservation School.
  Key words: virtual campus scene; 3D MAX; modeling; optimization
  虚拟校园是利用三维图形、网络技术以及数字摄影技术、测量等技术建立的三维立体的虚拟场景。在虚拟校园系统中,场景建模是基础,一个形象逼真的虚拟校园场景才能让用户感到身临其境,在此基础上才能选择适当的漫游技术。虚拟校园场景如果使用虚拟现实建模语言(VRML)编程的方式建模,工作量大而复杂,容易出错,效率低,并且没有直观性。3d max具有强大的建模功能。利用三维建模软件3D MAX可以快速的创建虚拟校园中的各种建筑、环境模型,并可设置材质、灯光和动画效果。在3d max中完成虚拟校园场景的建模,并可转换为虚拟现实建模语言(VRML),利用VRML语言可以实现后期的各种漫游功能。
  

1 虚拟校园场景设计
  三维虚拟校园场景体现了校园的真实环境,该场景中的模型数据较多,主要建筑数据如图1所示。
  场景中的各种建筑模型非常多,因此场景的建模过程是一个复杂繁琐的过程,在制作过程中需要做的细致、精细,对个建筑模型和环境进行不断的设置,建立良好的模型环境。场景建模时注意要点:
  1)对整个虚拟场景按照层次结构进行划分分解,有大到小,明确需要制作的各个子场景元素。
  2)分清重点,减少工作量。对于虚拟场景中不必看到元素或不需要细节的元素,在建模过程中可粗略建模或用纹理贴图实现。
  3)分别建模。如果所有的建模过程都在大的场景文件中实现,这样不但模型多,容易出错,而且建模的速度会比较慢,因此根据层次划分的结果对各个模型可分别建模,然后在3d max中利用文件合并命令再把所有模型合并到一个场景文件中,形成虚拟校园场景的整体模型。
  4)单位统一。分别建模时,所有单个的场景文件的单位要保持一直,这样在合并时才不会出错。本系统设计时统一以m为单位。
  5)命名。为了避免在合并文件中出现重名或重新修改编辑时因找不到对应的元素出现混乱,因此每当建立一个新的元素是都要命名,并且没设置一种材质也要命名,避免因重名而覆盖的情况。在命名时采用统一的命名规则,并且命名达到见名知意的效果。如:Lshiyan_lef,表示实验楼左侧的墙。
  

2 虚拟校园三维场景建模
  3D MAX常用的建模技术有基本几何体建模、二维图形建模、挤压建模、车削建模、放样建模、多边形建模等技术。结合不同的对象的特效,需要选择合适的建模技术。
  在虚拟校园场景中,楼房建筑的模型主要采用标准的长方体、圆柱体等标准几何体实现。这样不但能够方便、提高建模的速度,而且3d max中标准几何体可以用虚拟现实建模语言(VRML)中的标准函数直接表示,但是若不是标准几何体,则需要利用大量的坐标点来实现。因此非标准几何体过多,会直接导致VRML文件的数据量剧增,进而降低预览的速度。但是虚拟校园场景中建筑对象种类多样,特点不一,因此建模还需要结合对象的特点选择不同的建模技术。
  2.1 地面建模
  地面建模在虚拟校园的建模过程中及其重要,它真实地再现的校园的地表形态。地面建模主要分为两种情况,一种是平坦地面,一种是起伏地面。
  平坦地面建模主要利用平面建模工具实现对象模型的建立,然后设置材质,完成地面建模。
  起伏地面的建模可结合二维图像建模技术实现。在顶视图中,利用图形工具线绘制地形的轮廓线,每一线先都要闭合,调整线的子对象顶点对象,使线的形态与地形的界面轮廓一样。结合地形的起伏高度,在透视图、左视图及前视图中,调整每个线的子对象顶点和线段,外部的轮廓线与内部的轮廓线形成等高线的效果。在前视图中选择最下面的轮廓线,也就是最底部的轮廓线,选择复合对象中的“地形”命令,点击拾取操作对象,然后在前视图中依次从下向上选择轮廓线即等高线,即可生成地形。
  2.2 建筑物建模
  建筑的建模方法要结合具体的对象的特征进行建模。形状比较规则的一般使用基本几何体实现;不重要的建筑,细节建模就可省略,然后利用纹理技术实现;重要的比较复杂的建筑,可利用二维曲线勾出形状,然后利用轮廓实现厚度,利用基础和编辑多边形工具建出主体,其他的装饰可利用其他的工具继续修饰。
  例如楼房建模时,首先利用基本几何体长方体建模,然后使用纹理技术给它贴一张楼房的对应图片,效果如图2。利用这种方法建模很快并且比较形象。
  2.3 假山
  首先在3d max中创建球体,然后利用FFD(box)、噪波、网格平滑等修改器命令,生成平滑的不规则的假山模型。
  2.4 植物
  虽然可以使用3d max的AEC扩展中的植物直接创建虚拟校园中的花草树木,但是在被导出VRML文件后,就会转变成对应的indexedfaceset节点,该节点的coord表会产生大量的数据,造成VRML文件变大的很大,直接影响到虚拟校园的漫游速度。因此植物的建模时首先在前视图中创建平面,并贴上相应的贴图纹理,然后转换成VRML文件后再修改成billboard形式,这样即降低了文件大小,而且也能产生植物的立体三维效果。
  通过以上方法完成校园场景中的地面、建筑、植物等对象的三维建模,然后根据它们在场景中的位置,把它们合并在一起。
  

3 虚拟校园场景建模中3D MAX的优化技术
  利用3d max实现了虚拟校园三维场景,但是为了提高用户浏览场景的速度,必须使用恰当的技术对3d max文件进行优化,降低文件的大小。
  1)尽量采用标准几何体建模
  标准几何体的节点比较规则,在转换为虚拟现实建模语言后,运算量小,可降低文件的数据量。
  2)去除冗余面
  冗余面是指可要可不要的面。比如,楼房的底面,它的存在与否不影响场景的效果。这样的情况下,这样的冗余面都是需要删除的,进而减低虚拟校园场景的复杂度。
  3)纹理技术
  在虚拟校园的建模中,对于一些模型细节,比如雕像的细节、亭子的瓦砾、楼的门窗等细节的地方,在建模时需要用不规则的几何体建模,这样不但增加的工作量,而且增加的场景的复杂度,因此,在不影响场景效果的前提下,可采用纹理映射技术代替三维立体建模,即对于细节建模,可以在对应的位置的多边形面上“贴”上对应的纹理贴图来代替。利用纹理贴图替代场景模型的可建模实现或不可建模实现的细节,提高模型的真实度和降低场景的复杂度,而且可以体现出实体对象本身的鲜明色彩和特征。
  4)实例技术
  在虚拟场景中有许多对象的位置不同,但几何形状相同或者一模一样,这时可使用实例工具。比如道路边的树、学生宿舍楼等。在创建时可使用移动实例和阵列实例工具实现。实例只是指向模型数据库中的指针,实际上没有创建对象的模型几何形体,这与复制是根本不同的,这样可以极大的简化虚拟场景的模型库,降低文件大小,提供系统的运行速度。
  5)外部引用
  外部引用就是在模型中引用外部的模型文件,它实质是一个指向外部模型文件的指针,而实际并没有把模型添加到自己的模型文件中,从而减小了模型的大小。
  

4 结束语
  3D MAX是一种三维建模软件,具有二维建模、几何体建模、挤压建模等多种建模技术,利用这些建模技术可以有效的实现虚拟校园场景中各个对象的三维模型,并结合3D MAX的实例技术、纹理贴图、外部引用不但可以提高场景建模的速度,而且可以降低场景文件的大小,提高系统的浏览速度。
  

参考文献:
  [1] 李敏杰.虚拟场景建模关键技术研究[J].研究与开发,2009(11).
  [2] 郑付联.3D MAX建模技术及其优化技术的研究[J].大众科技,2010(2).
  [3] 程效军,朱鲤,刘俊领.三维建模中的纹理处理[J].应用技术,2004(2).
 

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