愛華網(wǎng)???? 隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用愈來愈廣泛，各大高校虛擬校園也紛紛建設(shè)起來。其中校園場景的實現(xiàn)是虛擬校園系統(tǒng)的核心部分，而場景模型的創(chuàng)建與優(yōu)化成為關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。本文研究的重點就是找到一個正確的模型的創(chuàng)建方法與優(yōu)化技巧。以實現(xiàn)該系統(tǒng)中的模型既具有逼真的效果，又能適用于網(wǎng)上瀏覽和互動應(yīng)用。 1.模型建模方法選擇 建模是所有三維軟件的主要功能，雖然各式各樣的三維軟件花樣繁多，無論是3dmax、Rhino、Maya等都擁有下面三種建模方法。下面對它們進行比較和分析，選擇最適合虛擬校園應(yīng)用的建模方法。 曲面建模是使用數(shù)學(xué)函數(shù)來定義曲線和曲面，能生成光滑的曲面，主要應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計和生物建模中。多邊形建模是發(fā)展最為完善的建模體系，多應(yīng)用在建筑、游戲等模型設(shè)計中。面片建模是介于多邊形和曲面之間的一種建模方法，使用率不高，主要適合角色及生物建模中。 綜上所述，多邊形創(chuàng)建出來的模型造型良好，且快捷，適合建筑模型的創(chuàng)建。而且網(wǎng)格結(jié)構(gòu)清晰，易于模型的細節(jié)處理，占用系統(tǒng)資源最少，運行速度最快。因此在虛擬校園系統(tǒng)的模型構(gòu)建中，采用多邊形建模作為模型建立的最主要手段。 2.建模精度 在虛擬校園系統(tǒng)實現(xiàn)中，場景模型的數(shù)據(jù)大小是與其模型精度有關(guān)系。模型精度分為兩個類：高精度模型、低精度模型。 高精度模型其細節(jié)豐富邊角平滑，但面數(shù)過多文件大。把高精度模型導(dǎo)入虛擬引擎中，會導(dǎo)致運行速度減慢，甚至無法運行。低精度模型雖然精度不夠，但是可以使用貼圖技術(shù)彌補，同時文件小，更適合虛擬校園的應(yīng)用。通過分析和比較，選擇低精度模型應(yīng)用于虛擬校園系統(tǒng)中是最合適的。 3.模型建模與優(yōu)化 虛擬校園模型主要包括道路、建筑、樹木、天空等，下面本文將分別對建筑物、樹木、天空等創(chuàng)建于優(yōu)化的方法進行闡述。 4.建筑物 建筑物的建模使用多邊形進行建模。由于建筑的外觀多以正方體為為主，因此以BOX為基礎(chǔ)模型進行創(chuàng)建。將其轉(zhuǎn)換為多邊形，使用編輯多邊形工具進行分別對點，線，面，體進行編輯修改，并進行細節(jié)調(diào)整，調(diào)節(jié)關(guān)鍵節(jié)點位置制作出建筑的外部特征，并且使用擠出、倒角、焊接增加建筑的外部細節(jié)。 在虛擬校園的建筑模型中，時刻注意對模型的優(yōu)化。所有建筑模型都是基于對面的處理上。因此在不破壞造型的基礎(chǔ)上進行精簡，優(yōu)化面數(shù)有以下幾種方法： 創(chuàng)建低精度模型。創(chuàng)建低精度模型首先對建筑模型中不可見的面刪除，以建筑模型為例可以刪除的面包括內(nèi)墻、內(nèi)部屋頂 、內(nèi)部地板等看不見的面，這樣不僅可以大大模型面數(shù)，提高交互場景的運行速度，而且可以提高烘焙貼圖的利用率。建筑模型面數(shù)優(yōu)化也要根據(jù)主次建筑物進行優(yōu)化。主體建筑在保持細節(jié)情況下進行優(yōu)化，而輔助建筑進行更多優(yōu)化，這樣在游覽時主體建筑仍十分精細。漫游中視覺處于疲勞時隨之視覺要求也逐漸放松，模型的精度也可以隨之降低。另外要注意場景中的模型數(shù)量不宜太多，否則會給后面交互的實現(xiàn)產(chǎn)生不必要的麻煩。 使用貼圖表現(xiàn)細長條的物體。對耗費面數(shù)過多的模型和細長條的物體用貼圖的方式表現(xiàn)。如窗框、欄桿、柵欄等。 盡量使用三角面模型。盡量保證模型的三角面為等邊三角形，不要出現(xiàn)長條型。這是因為長條形的面不利于實時渲染，還會出現(xiàn)鋸齒、紋理模糊等現(xiàn)象。 合理使用二維樣條線。減少放樣物體使用二維樣條線代替。使用3dmax的二維樣條線轉(zhuǎn)換成為多邊形方式來實現(xiàn)電線、繩索等物體。這樣創(chuàng)建的物體優(yōu)點是即可顯示，而且面數(shù)還為0。如果必須使用放樣建模那么就盡量減少放樣橫截面的線段數(shù)。 相同材質(zhì)的模型合并，對面數(shù)過多的模型進行分割。上文提及切忌場景模型過多，因此對同樣材質(zhì)的模型盡量合并，在合并時還要避免跨度較大的模型進行合并，另外面數(shù)過多的模型不要進行合并。正確的合并方法可以加快場景的加載速度。反之，如果模型面過多，會增加烘焙物體的數(shù)量和時間，影響到整個模型的效果。同時也會降低運行速度。因此如果遇到過多面數(shù)模型可以采取分割的辦法來解決。 重新創(chuàng)建簡模比改精模的效率更高。在實際工作中，對原有的高精度模型進行優(yōu)化，可能需要更多的時間，甚至還無法達到滿意的效果。重新創(chuàng)建一個低模要比將一個精模優(yōu)化成低模更快。 下面以虛擬校園的建筑物模型為例，原始模型面數(shù)在14600面，在使用上面敘述的優(yōu)化方式，將樓體模型不可見的面刪除全部。由于窗框占有整個模型大量的面數(shù)，所以對它進行優(yōu)化是必要。刪除不可見的面數(shù)的同時，將相同材質(zhì)的模型合并，避免過多的模型出現(xiàn)。樓體走廊、主樓模型的樓梯使用重新創(chuàng)建簡模方式，平滑度較低到只要能在視覺上可以接受即刻，樓梯模型也要采用重新建模的方式來實現(xiàn)。窗戶由于細長條的物體，使用貼圖表現(xiàn)，可以大大降低模型的面數(shù)。最后將其他次要部分模型也使用貼圖的方式進行優(yōu)化建模。這樣模型從優(yōu)化前的1.4萬個面減少到7千個面，這樣模型才適合后面虛擬校園的應(yīng)用。5.樹木 樹木花草等自然景物是虛擬校園中最為常見的模型，由于樹木本身復(fù)雜性和隨意性，其模型創(chuàng)建也成為虛擬校園實現(xiàn)的難題之一。樹木創(chuàng)建方法分三大類：AEC三維樹木創(chuàng)建方法、公告牌技術(shù)的創(chuàng)建方法、偽三維模型的創(chuàng)建方法。本文具體分析它們的優(yōu)缺點，并進行比較，最終選擇最適合虛擬校園系統(tǒng)中樹木的表現(xiàn)方法。 AEC三維樹木創(chuàng)建方法：AEC是3dmax中一個創(chuàng)建植物樹木工具。AEC創(chuàng)建的樹木是完全三維的樹木，樹木全部由多邊形模型組成。面數(shù)多，且文件大。遠距離觀察非常精細，而近距離觀察樹葉，全部由凌亂的多邊形模型，效果反而更差。因此不適合在虛擬校園中應(yīng)用。 公告牌技術(shù)，是使用帶透明貼圖的四個面片進行交叉建模方式，并且使模型始終朝向攝像機的方法來模擬樹木物體。這種創(chuàng)建樹木模型方法顯示速度最快、面數(shù)最少、文件最小，但是真實感稍差。不過在虛擬校園中使用這種方法是個比較好的選擇之一。 偽三維模型的創(chuàng)建方法：是使用二維、三維技術(shù)的結(jié)合方法進行創(chuàng)建。創(chuàng)建的模型樹干和主要樹枝是用多邊形建模來模擬。而樹葉和其他次要樹枝使用賦予透明貼圖的面片來代替，偽三維模型的樹木面數(shù)少，文件小。遠近距離觀察均可達到比較真實的效果。創(chuàng)建100顆偽三維模型的樹木，只相當(dāng)于一顆AEC三維樹木面數(shù)。使用這種方法應(yīng)用于虛擬校園中也是個比較好的選擇。 本文推薦使用公告牌技術(shù)模擬樹木群，而對需要突出表現(xiàn)的地方選擇了偽三維模型的創(chuàng)建方法，這樣效果即做到了有效的精簡，又在局部達到了應(yīng)有的逼真的效果。 5.天空 在虛擬校園中，天空的表現(xiàn)是必不可少的。對于天空的仿真模擬，有四種模擬方法：1.藍色背景模擬法：簡單、粗糙、逼真度差。2.天空盒模擬法：正方體模型賦予無縫貼圖模擬天空；逼真度好，但是對紋理的要求非常高。3.八棱錐模擬法：賦予紋理貼圖的八棱錐模型模擬天空，其逼真度不如天空盒。4.半球型模擬法，創(chuàng)建半球體模型并賦予無縫貼圖模擬天空，其符合天空籠罩在大地自然規(guī)律。這種方法更符合虛擬校園應(yīng)用。通過上面分析比較得出最終的結(jié)論。推薦的半球型天空模型創(chuàng)建方法。 本文主要介紹了建模的理論基礎(chǔ)、建模方法與優(yōu)化技術(shù)。以及在遇到問題時，具體解決方案?？傊?，在模型的創(chuàng)建中，始終把“優(yōu)化”為指導(dǎo)思想，以實現(xiàn)既有逼真的效果，又適用于網(wǎng)上的瀏覽與交互為目標(biāo)，最終構(gòu)建一個效果與效率兩者兼得的虛擬校園系統(tǒng)。 參考文獻 [1] 董 輝，王維忠.基于 OpenGL的虛擬校園漫游系統(tǒng)設(shè)計與實，2009.02 [2] 馮玉芬.基于Virtools的虛擬小區(qū)漫游系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).計算機仿真，2009.06 [3] 譚人崇，姜小奇.基于VR實現(xiàn)虛擬校園建設(shè)與設(shè)計.衡陽師范學(xué)院學(xué)報，2009.12
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