浅析三维虚拟校园场景模型的创建

来源:用户上传      作者:

　　摘 要：虚拟现实技术可以创建一个逼真的三维虚拟环境，使用三维虚拟技术表现校园布局和环境，对于学校宣传自身形象，扩大学校办学影响力都有很重要的现实意义，本文研究了三维虚拟校园模型的创建方法，重点研究了虚拟校园中大面积的植被模型的创建。
　　关键词：三维；虚拟校园；建模一、三维虚拟校园场景模型的创建
　　三维模型是三维虚拟校园不可或缺的重要组成部分。建模的步骤包括导入CAD参考图→创建模型→UV展开→赋予贴图→创建灯光→渲染输出。创建精确真实感强的建筑物就需要用到上一步工作中收集的数据。在创建虚拟校园时使用的建模方法比较多，主要有三种，分别为：几何建模法、图形图像建模法、图形图像与几何混合建模法，我们在实际操作中第三种应用的比较多。3ds Max的建模方法多种多样，其中包括基本几何体建模、修改器建模、复合对象建模、多边形建模、NURBS建模、、面片建模、网格建模、复制阵列堆积建模、材质建模等方法。虚拟校园三维模型的创建主要采用多边形建模，基本几何体建模，修改器建模这三种常见的建模方法。
　　多边形建模是一种常见的建模方法。建模的方法是对多边形物体的顶点、边、边界、多边形和元素这五个次对象层级的编辑、修改等手段来改变模型形状达到我们想要的模型效果。边形建模技术比较容易掌握，在制作模型细节部分可以任意添加或者删除线，能够使用较少的面很好的表现复杂模型。
　　虚拟校园的各个场景中的建筑物的位置关系式相对的，因此在整体建模时建模的思路和顺序很重要，虚拟校园建模采取先总体再局部的建模顺序。具体的建模顺序是：
　　首先，创建总体模型，创建校园的主要道路，从学院大门前的东西主干道建起，主干道正对新图书馆，北侧是新运动场，新图书馆往里是广场，广场正南对应的是校园的南北主干道。把学院的东西主干道、南北主干道创建好，将校园分为几个区域，校园的主要构造以及各建筑物的相对位置也就基本确定下来了。
　　其次，创建各个区域中的建筑物模型。建筑物的创建可以按照进入校园后的行进顺序，由正大门-运动场-图书馆-实验楼-综合楼-食堂-教学楼-宿舍楼的顺序创建。在建模过程中如果遇到相同特征的建筑物，可以先创建其中一所，其它建筑物通过复制并简单修改得到。比如几栋宿舍楼模型类似，几栋教学楼模型也类似，就可以采用这种方法进行创建，节省建模时间，提高工作效率。
　　第三，创建景观物体，包括花草、树木、花坛、路灯、雕塑等景观模型。由于这些物体是很多个一样的模型的有序的排列，所以在建模时可以采用阵列或者复制等方法，有效提高模型的创建效率。
　　第四，参照CAD图和卫星图对各部分模型进行最终的整合，形成最终的整体三维虚拟校园模型。
　　建筑物模型创建好之后，场景中还有花草树木、亭台廊道、路灯、雕塑等模型需要创建。绿化的设计要遵循真实场景的要求，要根据教学、宿舍、操场等不同的校园区域配备不同的植被，植物的配置应具备科学性与艺术性。艺术性是指利用应用美学原理，植物创造景观；科学性是指种植植被也要注意其生态习性，对植物进行合理搭配。这些物体模型结构较为复杂，我们在制作虚拟校园时不可能把所有植物都制作出来，面对众多的植物建模方法，要选择一些既能很好表现模型效果又能尽可能减少模型面数的建模方法，用最少的模型和面数表现最多的植物。
　　植物的制作。植物的制作方法有很多种，常见的方法有：
　　1、3ds Max中有自带的植物模型，这些植物模型虽然品种较多效果也很好，但是每建一个都需要几千上万个面，浪费大量的系统资源。
　　2、使用3ds max 植物制作插件。常见的植物插件有Forest Pack Pro、TreeStorm、Speedtree等。虽然这些植物插件功能强大，可以快速制作很多类型的植物，但是比较适合制作大面积的树木和植被。
　　3、使用3ds Max软件的多边形建模等常规建模方法来创建植物模型，采用真实的植物纹理赋予模型，这样做非常繁琐，而且表现效果较差。
　　4、采用Billboarding技术创建植物模型。Billboard可以翻译为公告板，广告牌，此建模方法称为面片建模，即使用一张2D图像代替3D物体。先在场景中创建一个简单的平面几何体，然后为平面几何体添加植物贴图，并且使用“黑透白不透”原理使植物以外的空白区域使用透明贴图隐藏，实现植物效果。本文研究的是三维虚拟校园的设计与实现，而单个平面不能表现出立体的效果，因此需要把这个面片拷贝一个并旋转90度，这样，从各个角度看植物都有立体感，也就是Doublebillboarding技术。
　　道路两旁花草树木等植物建模技术解析。道路两旁花草树木模型在三维虚拟场景中特别常见，并且非常多，如果只用一个平面添加贴图表现出来没有真实感，这就需要对花草树木模型单独创建，然后将单独创建的花草树木模型进行复制得到大批量的道路两侧植物模型。但是复制过多会加重系统负担，复制过少会显得不真实，通过反复研究在设计三维虚拟校园时，让花草树木成簇分布于道路两侧，让模型尽可能的大一点并且交叉式的随机分布，得到的效果会很好，而且模型的面数也能得到很好控制。同时在制作时花草树木的品种和类型也不能单一或者太多，单一使虚拟校园场景显得生硬死板效果不好，太多就需要大量的材质贴图和模型数量，不利于优化场景模型。因此我们在创建时一般选择3-5中树木，让这些树木大小高矮交叉分布，让路边的几种花草错落有致的交替出现，这样能够使得虚拟校园场景能够有很好的视觉效果，也能够很好的控制模型面数，达到虚拟现实系统的设计需要。Doublebillboarding技术建模方法简单，效果较好，且占用的面数非常少，因此在三维虚拟校园道路两旁花草树木建模中采用此方法。
　　参考文献
　　[1] 刘国庆.虚拟校园的建模技术研究[D]. 硕士学位论文.北京：中国石油大学，2008.5.
　　[2] 李芳，肖红.杨波等.三维数字校园的设计与实现[J].系统仿真技术，2010（1）：71-75.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-11250986.htm