三维建模技术在虚拟现实中的实践研究_沈杨.pdf
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1、Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术数字媒体技术本栏目责任编辑:唐一东第19卷第4期(2023年2月)第19卷第4期(2023年2月)E-mail:http:/Tel:+86-551-65690963 65690964ISSN 1009-3044Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术Vol.19,No.4,February2023三维建模技术在虚拟现实中的实践研究沈 杨1,2(1.安徽经济管理学院,安徽 合肥 230059;2.安徽财贸职业学院,安徽 合肥 230601)摘要:随着疫情时代生活方式的转变,虚拟
2、现实技术在教育领域、文化传承中的重要性日益凸显,三维模型作为虚拟现实中场景环境营造的数字化资源,对最终效果的呈现起到了重要的作用,其建模技术也有很强的专业性和复合性,文章将对基于虚拟现实的三维建模技术进行分析,并对虚拟现实场景建模中的跨界融合新理论进行了探讨。关键词:多边形建模;PBR建模;贴图;场景;跨界中图分类号:TP391.9文献标识码:A文章编号:1009-3044(2023)04-0103-03开放科学(资源服务)标识码(OSID):突如其来的疫情加速了全球数字化转型的步伐,成了虚拟世界背后的推手,元宇宙的诞生加速推动了互联网进入3.0时代。从互联网的发展过程看,早期的PC互联网到现
3、在的移动互联网,出现了各种各样的应用,但是从内容的形态上来看,PC互联网基本是文本+图像,到了移动互联网,视频逐渐成了主流的形态,未来互联网3.0时代是与 元宇宙 的概念相联系,它的内容会呈现出文本+图像+视频+3D的混合形态,因此3D会成为元宇宙阶段一个核心要素。近年来3D建模也不断在艺术和技术方向飞速发展。1 三维建模类型三维建模本身是一个很庞大和复杂的体系,概括来说有五种建模类型:多边形建模、雕刻建模、CAD工业建模、扫描建模以及程序建模。不同的类型适合不同的行业需求,以MESH组成的模型适合在虚拟的屏幕上显示,CAD实体模型能够进行工业生产,仿真的高模、风格化的低模等不同风格的模型,都
4、会采取不一样的建模方式。1.1 多边形建模大多数的设计方案表现以及虚拟现实建模采用的是多边形建模方式,它的本质是由一组点组成的各种信息,点有位置,连接起来称之为边,三个点就会组成一个面,四个点也会组成一个面片,超过四条边就称为多边面,三边面和四边面都是可以描述模型上的信息的,便于创作主体去观察,面组合在一起的时候就形成体。从一个最基本的形体开始,增加分段,再通过编辑不断的处理,得到想要的形状,简单地说,通过思考每根线布线的方式,找到一个精准的控制,缺点是需要大量精力管理,所以多边形建模需要借助细分将布线做一个平均。细分前的模型叫基本形,然后通过计算转换为高面数模型,这个转换是可逆的。1.2 C
5、AD工业建模需要生产的工业模型是不能用网格(MESH)来描述的,顶点并不能解决所有问题。MESH是为虚拟世界服务的,任何不需要实际生产打印的模型可以用MESH,基本元素是由点线面组成的,对于现有的硬件或代码是很擅长处理这类模型的,作为仿真交互都是可以,但是它的缺点是它只能无限接近一个形状,所以不能完全替代真实的东西,所以真实的模型需要用CAD的方式,它的好处是可以做精准的描述,然后去定义形状和大小,这种定义是非常精准,因为给的是参数,而不是顶点位置描述,一旦确定好图纸传给机器,机器就把这些识别成它的工作路径,然后在材料上去加工。由上所述,两者的区别在于一种是点坐标方式建模,一种是精准建模。1.
6、3 雕刻建模雕刻是建模中制作细节的一个步骤,有些是要先做粗模,然后再去雕刻,有些是可以直接雕刻。一般的普通模型用不到雕刻,但对于模型真实度要求比较高的,比如次世代模型,影视模型等,则需要用到Zbrush数字雕刻工具来制作细节部分,比如皮肤纹理、肌肉走势等,以增强真实感。1.4 扫描建模前面的建模都是在软件中创建数字模型,扫描建模则是一种逆向建模,把现实的东西变成虚拟的,这种建模现在主要有两种方式:一种是通过激光扫描,一种是通过摄影测量。前一种是一种非常精准的构建方收稿日期:2022-08-30基金项目:2021年安徽省质量工程项目“数字媒体技术专业教学创新团队”(项目编号:2021jxtd00
7、4);2021年安徽省高等学校教学示范课 3DSMAX(项目编号:2021sjsfk08);2020年安徽财贸职业学院精品在线开放课程提质培优项目 3dsMax(项目编号:2020jpzxkcxj030)作者简介:沈杨(1982),女,安徽合肥人,副教授,硕士,主要研究方向为数字媒体技术、环境艺术设计。103DOI:10.14004/ki.ckt.2023.0178Computer Knowledge and Technology电脑知识与技术本栏目责任编辑:唐一东数字媒体技术第19卷第4期(2023年2月)第19卷第4期(2023年2月)式,需要专业的设备,会像切片一样在每一层上面去扫描每一
8、个点所在空间的位置,当这个点足够多时,便足以让创作者去描述这个模型,而且特别的精准。第二种是摄影测量,在不同的角度拍摄照片,然后电脑通过算法去合成模型,这需要一些程序的帮助,摄影测量适合用在大型的具有历史特征的建筑群中。1.5 程序建模程序建模是把程序、建模概念合二为一。前面的建模包含大量手动的操作,程序建模则借助于程序,设定一系列规则,通过算法,实现模型精准、快速的构建,比如智慧城市数字孪生、自然景观等。2 虚拟现实三维建模技术分析计算机要想表达一个真实的物体,需要两方面的信息,描述表面形状的几何信息,由带有坐标信息的点组成,点云构成网格曲面。不过只有几何信息不足以去描述这个物体,还需要描述
9、表面光的属性,称为高维外观材质,它决定了物体看上去的材料。高维外观材质是一个随空间位置、光照、视角变化的六维函数,这个函数就刻画了三维对象表面的流光溢彩。因此要构建一个物体的数字化表达,本质上就要把几何和外观材质重构出来。图1高维外观材质函数虽然效果图表现和虚拟现实道具场景都是采用多边形来建模,但是两者之间还有着很大的差异。虚拟引擎渲染与图像渲染不一样,它是一种实时渲染的方式,如果采用图像渲染方式对三维模型与光照系统之间的关系进行实时计算,那么对设备的计算能力要求相当高,以至于大部分电脑都难以驾驭。在虚拟世界中要想顺畅运行不卡顿,让画面看起来更精致,则需要运用PBR建模流程1。PBR(Phys
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