谈虚拟校园模型的创建与优化技术.doc

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