高中信息技术教学论文 在虚拟现实系统构建过程中使用3DS

用心 爱心 专心1 在虚拟现实系统构建过程中使用在虚拟现实系统构建过程中使用 3DS3DS 摘要 摘要 3D Studio MAX 是 Autodesk 公司的子公司 Kinetix 推出的一种优秀的三维动画造型 软件 它广泛用于游戏 广告 建筑等领域 是目前 PC 上最流行的三维动画造型软件 虚 拟现实技术是计算机技术发展到一定阶段的产物 它使计算机适应人而不是人适应计算机 它的发展应用日益广泛 普及 本文拟就 3DS MAX 在虚拟现实系统构建过程中的应用做 一介绍 1 1 虚拟现实简介虚拟现实简介 虚拟现实 VR 是一种由计算机和电子技术创造的新世界 是一个看似真实的模拟环 境 通过多种传感设备用户可根据自身的感觉 使用人的自然技能对虚拟世界的物体进行 考察或操作 参与其中的事件 同时提供视觉 听觉 触觉等多通道的信息 用户通过视 听 摸等直观而又自然的实时感知 并使参与者沉浸于模拟环境中 VR 的三个最突出的 特征 即它的 3 I 特性 交互性 interactivity 沉浸感 Illusion of Immersion 想象 imagination 虚拟现实技术是在众多相关技术如计算机图形学 仿真技术 多媒体技术 传感器技 术 人工智能的基础上发展起来的 虚拟现实技术在最近十年里获得了极大的发展 这主 要归因于计算机软 硬件条件的飞速发展 以及虚拟现实专用设备价格的下降和性能的提 高 目前虚拟现实技术已经获得了广泛的应用 而且日益普及 不仅在诸如 NASA 的大型工 程得到应用 也出现在一些游戏中 在一些高档的 PC 机上甚至可以构建自己的个人 PCVRS 个人虚拟现实系统 设计一个虚拟现实系统除了硬件条件一般个人无法定制外 能够充分发挥个人能动性 的就只能是在系统软的方面下功夫了 设计一个 VR 系统 首要的问题是创造一个虚拟环境 这个虚拟环境包括三维模型 三维声音等 在这些要素中 因为在人的感觉中 视觉摄 取的信息量最大 反应亦最为灵敏 所以创造一个逼真而又合理的模型 并且能够实时动 态地显示是最重要的 虚拟现实系统构建的很大一部分工作也是建造逼真合适的三维模型 2 3D2 3D StudioStudio MAXMAX 简介简介 3D Studio MAX 是 Kinetix 公司推出的一套强大的三维建模软件 由于它是基于 Win NT 或 Win98 平台的 方便易学 又因其相对低廉的价格优势 所以成为目前个人 PC 上最为流 行的三维建模软件 其 3 0 版本的推出 更是巩固了它在个人 PC 平台上的地位 它的 3 0 版本相较以前的版本有了明显的改进 具体表现在以下几个方面 用心 爱心 专心2 工作流模式使得工作组的协调更容易 效率更高 3D Studio MAX R3 引入了工作 流模式 在具体的实现上从外部参考体系 XRef 示意视图 Schematic View 的 引入以及现在 3D MAX 可以使用其他程序从外部加以控制 而不必激活它的工作界面 易用性的改进 操作界面的改进是 Release 3 0 版本的最显著的变化 除了外观的 变化之外 R3 0 版本还增加了诸如用户自定义界面 宏记录 插件代码 变换 Gizmo 轨迹条等功能 渲染的改进 Autodesk 公司在收购了以渲染和视频技术闻名的 Discreet Logic 公 司 吸收了该公司的先进技术 3D MAX R3 对其渲染器几乎做了重新设计 不仅增加 了渲染的速度 而且提高了画面渲染的质量 建模技术的增强 建模技术的增强是 3D Studio MAX 最重要 最突出的改进 这也 是在虚拟现实系统构建中应用它的一个有力的原因 主要的改进包括 细分曲面技术 Subdivision Surface 3DS MAX 包含了细分曲面技术 细分 曲面技术是 1998 年以来业界最流行的建模技术 大有赶超 NURBS 技术之势 它可以使 模型建立更容易 而且效果更好 柔性选择 此项技术可以 部分地 选择顶点 从而在变换顶点时获得光滑 柔和的效果 这对建立复杂物体的模型时非常有用 曲面工具和改进的 NURBS 技术 使用曲面工具可以产生很复杂的 面片 模型 这亦是一种重要的建模方法 Release 3 0 版本中的 NURBS 技术不但速度加快 而且 增加了一系列方便 易用的功能 对游戏的更好支持 3D Studio MAX R3 大大增强了对游戏的支持 而且这些特性也可 以用于其他场合 增加了角色动画功能 Release 3 0 版本内置了制作角色动画的功能 可以方 便制作人物或动物的动作 柔软物体的效果以及变形效果 顶点信息以及加强的贴图坐标功能 现在可以对顶点着色 并增加了顶点的通 道 增强了 UVW Unwarp 的功能 并增加了 World XYZ 贴图坐标 此外 3D Studio MAX R3 也显著增强了动画功能 3 3 3DS3DS MAXMAX 在在 VRVR 系统构建过程中的应用系统构建过程中的应用 如前所述 VR 系统要求实时动态逼真地模拟环境 考虑到硬件的限制和虚拟现实系统的 实时性的要求 VR 系统的建模与以造型为主的动画建模方法有着显著的不同 VR 的建模大都 采用模型分割 纹理映射等技术 目前 VR 中的虚拟场景的构造主要有以下途径 基于模型 的方法和 IBR 基于图像的绘制 方法两种 这两种方法都可以在 3DS MAX 中加以实现和 验证 下面具体展开加以说明 用心 爱心 专心3 3 3 1 1 基于模型的构造方法 3DS MAX 的几何建模方法主要有多边形 Polygon 建模 非 均匀有理 B 样条曲线建模 NURBS 细分曲面技术建模 Subdivision Surface 通常建立一个模型可以分别通过几种方法得到 但有优劣 繁简之分 多边形建模 多边形建模技术是最早采用的一种建模技术 它的思想很简单 就是用小平面来模拟曲面 从而制作出各种形状的三维物体 小平面可以是三角 形 矩形或其他多边形但实际中多是三角形或矩形 使用多边形建模可以通过直 接创建基本的几何体 再根据要求采用修改器调整物体形状或通过使用放样 曲 面片造型 组合物体来制作虚拟现实作品 多边形建模的主要优点是简单 方便 和快速但它难于生成光滑的曲面 故而多边形建模技术适合于构造具有规则形状 的物体 如大部分的人造物体 同时可根据虚拟现实系统的要求 仅仅通过调整 所建立模型的参数就可以获得不同分辨率的模型 以适应虚拟场景实时显示的需 要 NURBS 建模 NURBS 是 Non Uniform Rational B Splines 非均匀有理 B 样条 曲线 的缩写 它纯粹是计算机图形学的一个数学概念 NURBS 建模技术是最近 4 年来三维动画最主要的建模方法之一 特别适合于创建光滑的 复杂的模型 而且 在应用的广泛性和模型的细节逼真性方面具有其他技术无可比拟的优势 但由于 N URBS 建模必须使用曲面片作为其基本的建模单元 所以它