谈虚拟校园模型的创建与优化技术

谈虚拟校园模型的创建与优化技术 随着虚拟现实技术应用愈来愈广泛,各大高校虚拟校园也纷纷建设起来。其中校园场景的实现是虚拟校园系统的核心部分,而场景模型的创建与优化成为关键环节之一。该文研究的重点就是找到一个正确的模型的创建方法与优化技巧。以实现该系统中的模型既具有逼真的效果,又能适用于网上浏览和互动应用。 虚拟校园;模型;优化技术 1.模型建模方法选择 建模是所有三维软件的主要功能,虽然各式各样的三维软件花样繁多,无论是3dmax、Rhino、Maya等都拥有下面三种建模方法。下面对它们进行比较和分析,选择最适合虚拟校园应用的建模方法。曲面建模是使用数学函数来定义曲线和曲面,能生成光滑的曲面,主要应用于工业设计和生物建模中。多边形建模是发展最为完善的建模体系,多应用在建筑、游戏等模型设计中。面片建模是介于多边形和曲面之间的一种建模方法,使用率不高,主要适合角色及生物建模中。综上所述,多边形创建出来的模型造型良好,且快捷,适合建筑模型的创建。而且网格结构清晰,易于模型的细节处理,占用系统资源最少,运行速度最快。因此在虚拟校园 系统的模型构建中,采用多边形建模作为模型建立的最主要手段。 2.建模精度 在虚拟校园系统实现中,场景模型的数据大小是与其模型精度有关系。模型精度分为两个类:高精度模型、低精度模型。 高精度模型其细节丰富边角平滑,但面数过多文件大。把高精度模型导入虚拟引擎中,会导致运行速度减慢,甚至无法运行。低精度模型虽然精度不够,但是可以使用贴图技术弥补,同时文件小,更适合虚拟校园的应用。通过分析和比较,选择低精度模型应用于虚拟校园系统中是最合适的。 3.模型建模与优化 虚拟校园模型主要包括道路、建筑、树木、天空等,下面本文将分别对建筑物、树木、天空等创建于优化的方法进行阐述。 建筑物:建筑物的建模使用多边形进行建模。由于建筑的外观多以正方体为为主,因此以BOX为基础模型进行创建。将其转换为多边形,使用编辑多边形工具进行分别对点,线,面,体进行编辑修改,并进行细节调整,调节关键节点位置制作出建筑的外部特征,并且使用挤出、倒角、焊接增加建筑的外部细节。 在虚拟校园的建筑模型中,时刻注意对模型的优化。所 有建筑模型都是基于对面的处理上。因此在不破坏造型的基础上进行精简,优化面数有以下几种方法: 创建低精度模型。创建低精度模型首先对建筑模型中不可见的面删除,以建筑模型为例可以删除的面包括内墙、内部屋顶、内部地板等看不见的面,这样不仅可以大大模型面数,提高交互场景的运行速度,而且可以提高烘焙贴图的利用率。建筑模型面数优化也要根据主次建筑物进行优化。主体建筑在保持细节情况下进行优化,而辅助建筑进行更多优化,这样在游览时主体建筑仍十分精细。漫游中视觉处于疲劳时随之视觉要求也逐渐放松,模型的精度也可以随之降低。另外要注意场景中的模型数量不宜太多,否则会给后面交互的实现产生不必要的麻烦。 使用贴图表现细长条的物体。对耗费面数过多的模型和细长条的物体用贴图的方式表现。如窗框、栏杆、栅栏等。 尽量使用三角面模型。尽量保证模型的三角面为等边三角形,不要出现长条型。这是因为长条形的面不利于实时渲染,还会出现锯齿、纹理模糊等现象。 合理使用二维样条线。减少放样物体使用二维样条线代替。使用3dmax的二维样条线转换成为多边形方式来实现电线、绳索等物体。这样创建的物体优点是即可显示,而且面数还为0。如果必须使用放样建模那么就尽量减少放样横截面的线段数。 相同材质的模型合并,对面数过多的模型进行分割。上文提及切忌场景模型过多,因此对同样材质的模型尽量合并,在合并时还要避免跨度较大的模型进行合并,另外面数过多的模型不要进行合并。正确的合并方法可以加快场景的加载速度。反之,如果模型面过多,会增加烘焙物体的数量和时间,影响到整个模型的效果。同时也会降低运行速度。因此如果遇到过多面数模型可以采取分割的 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 来解决。 重新创建简模比改精模的效率更高。在实际工作中,对原有的高精度模型进行优化,可能需要更多的时间,甚至还无法达到满意的效果。重新创建一个低模要比将一个精模优化成低模更快。 下面以虚拟校园的建筑物模型为例,原始模型面数在14600面,在使用上面叙述的优化方式,将楼体模型不可见的面删除全部。由于窗框占有整个模型大量的面数,所以对它进行优化是必要。删除不可见的面数的同时,将相同材质的模型合并,避免过多的模型出现。楼体走廊、主楼模型的楼梯使用重新创建简模方式,平滑度较低到只要能在视觉上可以接受即刻,楼梯模型也要采用重新建模的方式来实现。窗户由于细长条的物体,使用贴图表现,可以大大降低模型的面数。最后将其他次要部分模型也使用贴图的方式进行优化建模。这样模型从优化前的1.4万个面减少到7千个面,这样模型才适合后面虚拟校园的应用。 树木:树木花草等自然景物是虚拟校园中最为常见的模型,由于树木本身复杂性和随意性,其模型创建也成为虚拟校园实现的难题之一。树木创建方法分三大类:AEC三维树木创建方法、公告牌技术的创建方法、伪三维模型的创建方法。本文具体分析它们的优缺点,并进行比较,最终选择最适合虚拟校园系统中树木的表现方法。 AEC三维树木创建方法:AEC是3dmax中一个创建植物树木工具。AEC创建的树木是完全三维的树木,树木全部由多边形模型组成。面数多,且文件大。远距离观察非常精细,而近距离观察树叶,全部由凌乱的多边形模型,效果反而更差。因此不适合在虚拟校园中应用。 公告牌技术,是使用带透明贴图的四个面片进行交叉建模方式,并且使模型始终朝向摄像机的方法来模拟树木物体。这种创建树木模型方法显示速度最快、面数最少、文件最小,但是真实感稍差。不过在虚拟校园中使用这种方法是个比较好的选择之一。 伪三维模型的创建方法:是使用二维、三维技术的结合方法进行创建。创建的模型树干和主要树枝是用多边形建模来模拟。而树叶和其他次要树枝使用赋予透明贴图的面片来代替,伪三维模型的树木面数少,文件小。远近距离观察均可达到比较真实的效果。创建100颗伪三维模型的树木,只相当于一颗AEC三维树木面数。使用这种方法应用于虚拟 校园中也是个比较好的选择。 本文推荐使用公告牌技术模拟树木群,而对需要突出表现的地方选择了伪三维模型的创建方法,这样效果即做到了有效的精简,又在局部达到了应有的逼真的效果。 天空:在虚拟校园中,天空的表现是必不可少的。对于天空的仿真模拟,有四种模拟方法:蓝色背景模拟法:简单、粗糙、逼真度差。天空盒模拟法:正方体模型赋予无缝贴图模拟天空;逼真度好,但是对纹理的要求非常高。八棱锥模拟法:赋予纹理贴图的八棱锥模型模拟天空,其逼真度不如天空盒。半球型模拟法,创建半球体模型并赋予无缝贴图模拟天空,其符合天空笼罩在大地自然规律。这种方法更符合虚拟校园应用。通过上面分析比较得出最终的结论。推荐的半球型天空模型创建方法。 本文主要介绍了建模的理论基础、建模方法与优化技术。以及在遇到问题时,具体解决方案。总之,在模型的创建中,始终把“优化”为指导思想,以实现既有逼真的效果,又适用于网上的浏览与交互为目标,最终构建一个效果与效率两者兼得的虚拟校园系统。 [1]董辉,王维忠.基于OpenGL的虚拟校园漫游系统设计与实,2009.02 [2]冯玉芬.基于Virtools的虚拟小区漫游系统的设计与实现.计算机仿真,2009.06 [3]谭人崇,姜小奇.基于VR实现虚拟校园建设与设计.衡阳师范学院学报,2009.12