三维建模技术在虚拟现实中的运用分析
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作者: 刘捷
摘 要：本文从课题研究的相关背景入手，首相详细的阐述了三维模型技术与虚拟现实，然后详细的构建了三维影视动漫等虚拟场景，接着具体的实现了建筑虚拟漫游系统。
关键词：三维；磨损性；虚拟
中图分类号：TP391.9
近年来，学者们对于虚拟现实这一领域的研究越来越深入，并将其应用在了电影、动画等的制作之中。虚拟现实集合了包括图像的处理技术、智能接口技术等多项先进的技术在内的现代高新技术，在学科领域涉及到了声、光、电、力等多类基础学科，是现代科技发展的成果。现阶段，三维建模技术已经被广泛的应用到了电影、动画等行业当中。本文下面来探讨下。
1 影视动漫中三维模型场景构建流程的改进
构建三维场景的步骤主要可以分为以下三点：
（1）前期准备：收集相关数据并预先进行处理；将具体的场景和相关模型确定出来，并对此进行改进和优化；
（2）场景构建：主要是构建相关模型，包括自然和环境景观以及三维的实体；
（3）后期工作：对模型和场景进行整合并优化，同时对场景进行调整等。
2 影视动漫中三维模型数据收集和预处理
2.1 数据收集
数据收集是构建三维模型的前提和基础，需要对收集的数据进行整理和分析，只有做好这一基础性工作才能使得整个模型和场景更加准确、真实。
构建系统的信息包括自然景观、具体事物外观与几何形状、纹理信息等，这些信息都是到具体地点进行实时采集的。同时，在收集数据的过程中，现场的工作人员和技术人员细心的给我们讲解了联合站工作流程的具体情况，从这些讲解中我们可以更好的了解到联合站的具体概况，进而更加准确的进行建模。
2.2 数据预处理
（1）自然景观数据。自然景观就是包括山、水、天空、大地等在内的数据信息。因为该联合系统对自然景观要求一般，所以没有非常高的质量要求，通过拍摄普通的蓝天、白云、山水之后，用PS等图像处理软件进行简单的修饰就可以达到所需要求，因此这些数据可以直接从实际地点中获得。
（2）场景实体数据。场景实体数据是指所建三维模型的空间组成、结构框架、外形尺寸等相关数据信息，涉及到实体的外表形状、几何尺寸和空间方位等。只有准确的掌握了实体的外形尺寸、空间方位等具体数据信息，才能使构建的虚拟系统更加具有真实性。从场区的建筑图纸和规划图纸等相关文件中采集数据之后，应当对这些数据进行仔细的研究分析，充分掌握模型各个单元之间数据的联系，为之后的准确建模打好基础。
（3）纹理数据。纹理数据来源于对实际拍摄的照片进行图像处理之后获得的数据。在建模的过程中也有着广泛的应用。数据整理的具体过程就是首先对收集到的数据进行筛选，删除一些不准确和多余的数据，然后将数据进行整理和转换，使之变为具体可用的建模数据。
3 影视动漫中三维场景的集成和调度管理
3.1 场景模型的集成
场景层次结构划分的依据是构建场景的实体模型，然后组合、集成之前构建成的实体景观，最后，整合这些实体景观形成整体的动漫虚拟场景模型。另外，实体模型要单独建模时，则应该逐个将天空及远景建模、实体建模、环境建模等添加到整体场区的模型里，然后，依据建模时的层次观念，将例如天空远景模型等与其他关联不大的模型单独生成一个文件储存。每个不同的环境景观模型组合形成地形表面，然后将他们组合成一个总体模型，同时，应该将这些文件单独储存，可以实时显示各种不同场景。最后，将之前的所有实体模型组合到一个文件中，依据正确的排列方式分别添加到各个地方，组合成一个完整的整体模型。
3.2 场景调度管理
对于一个通用性的漫游系统时，要想实现它则需要完成一个一般模型到复杂场景的调度和管理的过程。对于规模较小的模型时，可以直接一次性导入内存，输出图像进行渲染，另外，在对于那些内容丰富、内存较大的场景模型时，在装载、调用和输出图像时就需要采用场景调度技术了，只有这样才能保证系统的实时性。
（1）场景地形的分块调度。在处理那些复杂的多边形场景时，一般都是进行分块调度的。先是将地形分割成若干个小的单元地形，同时将这些不同的地形存成不同的文件，另外，再用外部引用的方式调度地形上的地物，构建成一个完整的地形模式。这样的话，以后可以根据视点所见来动态选择单元地形，就不需要用整个地形模式，这样在输出视景时也就可以有效的提高系统的实时性。
1）静态导入，动态调用。当地形数据文件不是特别大，同时计算机的内存容量十分充足的时候，可以一次性的导入，再需要调用时则可以再分块进行调用。假如，当某一地形是由多个小地形形成的时候，由于每一块的地形坐标是已知的，那么就可以根据坐标位置确定当前实体是属于哪一个地形的数据库，进而确定地形。
2）动态导入，动态调用。对于那些地形数据很大的复杂场景时，计算机内存容量对此有所限制，在实时的系统中，实体周围的地形模型需要动态导入。另外，可以将整个地形区域划分成若干个大小的小模块。在绘制三维地形的环境时，一般只是需要对观察者视线内的模块进行处理。
（2）场景模型的动态调度。就复杂的场景系统来说，有的时候采用地形分块的调度技术也不能够保证最终生成良好的效果，例如，实体较为密集的情况下，如果要同时绘制一小块的地物模型，也一样会极大的影响场景系统的实时性。因此，对于场景模型要减少一帧渲染的多边数量，对场景模型进行动态的调度。另外，采用场景渲染和调度方式时，在场景模型中，系统每帧都会绘制落在视域体内德场景模型，这样一来，可以大大减少渲染的工作量，调高绘制的速度。
4 结论
一般而言，人们在建模时，既要考虑到模型的精细程度同时还要兼顾绘制的速度，所以人们会较两者之间取一个折中，在保证质量的同时也兼顾到绘图的质量，同时，还不让用户感觉到不适感。除此之外，一些图形学的解决方法也可以加以利用，例如在室内环境中考虑建筑物的漫游，利用辐射度方法对场景进行预处理，如此一来，在漫游时就可以省去很多关于光照的计算量。另外，对场景生成不同的细节层次可以用LOD的方法加以解决，在不同的参数下，可以用绘制不同的细节层次，由此也大大减少了绘制的计算量。
参考文献：
[1]李长山，刘晓明，朱丽萍，李冰.虚拟现实技术及其应用[M].北京：石油工业出版社，2006：1-3.
[2]石教英.虚拟现实基础及实用算法[M].北京：科学出版社，2002：1-10.
[3]汪祖媛，庄镇泉.虚拟现实技术的应用现状及发展[J].计算机世界，2000，12：5-8.
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