【文章內(nèi)容簡介】 對象）之間在虛擬世界坐標系中的坐標位置、擺設(shè)方向上要精確匹配；其次是虛擬實體對象幾何模型，在虛擬光源照射下所產(chǎn)生的實體亮度、陰影強度及方向與純粹虛對象的亮度、陰影強度和方向也要準確匹配；另外，這種虛實無縫連接還要滿足實時交互性，即隨著用戶視角、位置的改變要能立即生成新的視點圖像。而且對實體對象的操作要能立即得到反饋。這些都對虛擬現(xiàn)實混合建模的算法提出了很高的要求。GBMR 方法在實現(xiàn)時為了降低場景的復雜度，經(jīng)常也采用圖像作為紋理來替代實體模型的表面細節(jié)，但其對紋理圖像的使用并沒有象IBMR 中對連續(xù)圖像進行拼合、組織、編碼以形成場景，因此。這種圖形與圖像的混合使用與真正意義上的混合建模技術(shù)還有很大的距離。 基于圖形與圖像混合建模的虛擬場景 虛擬現(xiàn)實建模關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)有很多專家學者研究和實踐了面向虛擬現(xiàn)實的建模技術(shù)，比較熱門的關(guān)鍵技術(shù)研究有：（1） 著重提高“實時性”的技術(shù)① 細節(jié)層次模型技術(shù)（Level Of Detail，即LOD 技術(shù)）——LOD 主要通過隨著視點變換改變物體模型的細節(jié)程度來提高顯示速度；LOD 與Mophing 技術(shù)結(jié)合，可以增強LOD 的變換的平滑性。② 基于圖像的圖形繪制技術(shù)（Imagebased Rendering）——基于圖像的建模和動態(tài)顯示技術(shù)是直接利用實際中拍攝得到的視景圖像來構(gòu)造虛擬場景，具有快速、簡單的優(yōu)點，缺點是觀察點及觀察方向受到限制，不能實現(xiàn)完全的交互性操作。③ 模型簡化技術(shù)——雖然已經(jīng)提出了許多模型簡化算法，例如基于頂點聚類的網(wǎng)格簡化算法和基于邊折疊的網(wǎng)格簡化算法等。但對于某些復雜的模型，簡化效果還是不能令人滿意，往往需要手工簡化。而手工簡化的工作量是非常巨大的。如何利用程序?qū)δＰ瓦M行簡化必將繼續(xù)受到人們關(guān)注。④ 場景調(diào)度管理技術(shù)——現(xiàn)在的研究其中在場景地形的分塊調(diào)度和場景模型的動態(tài)調(diào)度上。動態(tài)的選擇小單元地形模型進行調(diào)用，不用調(diào)整個地形模型，能有效地提高系統(tǒng)輸出視景的實時性。⑤ 實例技術(shù)——當三維復雜場景模型中有多個幾何形狀相同但位置不同的物體時，實例技術(shù)可以解決這個問題，相同的幾何體可以共享同一個模型數(shù)據(jù)，通過矩陣變換安置在不同的地方，這時只需要一個幾何數(shù)據(jù)的存儲空間，可以大大節(jié)約內(nèi)存空間。（2） 著重提高“真實感”的技術(shù)① 紋理映射技術(shù)——在一些復雜模型中，利用逼真的紋理既可以提高模型的細節(jié)水平和真實感，又不增加三維幾何造型的復雜度，從而減少了模型的多邊形數(shù)量。② 光照、陰影生成技術(shù)——光照和陰影是提高模型真實感的重要技術(shù)，但是由于實時性的要求，大多虛擬現(xiàn)實軟件采用了靜態(tài)陰影技術(shù)，但是靜態(tài)陰影不能滿足人們的需求，現(xiàn)在動態(tài)陰影的快速生成技術(shù)，也是研究的一個熱點和難點。③ 快速渲染算法——現(xiàn)在的渲染一般都采用zbuffer 算法，也有采用BSP算法的。后者相對前者來說速度上更快，但有個致命弱點，對于3個互相交叉成“Δ”形的物體，它就無能為力了。而人們對畫面質(zhì)量的追求卻是無極限的，在今后，快速渲染算法依舊是一個重要的研究領(lǐng)域，其中還包括各種光影的生成算法。3 基于creator和3ds max虛擬場景的構(gòu)建虛擬場景的構(gòu)建是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的一項關(guān)鍵步驟。虛擬場景的構(gòu)建，首先要完成的是對場景的三維建模工作。經(jīng)過對比研究，基于圖形與圖像混合建模的虛擬建模法是一種綜合平衡的方法。本章重點介紹基于3ds max 和MultiGen Creator相結(jié)合的三維場景構(gòu)建技術(shù)方法。 實例場景建模方案3ds max具有非常強大的點、線、面、幾何體編輯功能，如編輯網(wǎng)格、布爾運算、放樣、NURBS曲面等，這些功能用于建立復雜的模型時特別的有效。而且，應用3ds max可以精確的確定物體的位置和尺寸，建模完成后還可以按照需要隨時修改模型的各項參數(shù)、但是在Creator中定位和修改模型卻很難；而Creator建模的優(yōu)勢在于大場景地理環(huán)境的生成還有文件數(shù)據(jù)量大小方面，因此對于大場景的建模，最好的實現(xiàn)方法就是在3ds max建模，然后導入到Creator中進行優(yōu)化。3ds max ： 建模流程（1）數(shù)據(jù)準備數(shù)據(jù)準備是指有多方面的的內(nèi)容。如果場景涉及到要建立大規(guī)模的三維地形，那么就要真實的DEM地形數(shù)據(jù)，這必須要向測繪局索取DEM 數(shù)據(jù)文件。如果場景有建筑模型，那么就要搜集相關(guān)的CAD平面圖。最后是準備好模型貼圖使用到的紋理和照片，運用Photoshop 軟件進行修正和美化。（2）3DS Max建模在3ds max中實體建模有幾種最常用的方法：參數(shù)化的基本物體和擴展物體。即Geometry下的Standard Primitives 和Extended Primitives。① 參數(shù)化的門、窗。即Geometry下的Doors和Windows。② 運用擠壓（Extrude）、旋轉(zhuǎn)（Lathe）、放樣（Loft）和布爾運算（Boolean） 等修改器或工具創(chuàng)建物體。③ 基本網(wǎng)格面物體節(jié)點拉伸法創(chuàng)建物體，即編輯節(jié)點法。④ NURBS建模方式。（3）3ds max簡化模型1) 刪除一些不可見的面。如模型底面、兩個體的鄰接面、柱子的頂面和底面，可以直接刪除。2) 刪除對整體視覺效果影響不大的細節(jié)。如刪除屋頂上的小裝飾雕像。3) 減少模型的段數(shù)。(4)3DS Max模型轉(zhuǎn)化為Creator模型將3DS Max模型轉(zhuǎn)化為Creator模型要經(jīng)歷如下幾個過程：1) 在3DS Max中將格式為max的文件使用polytrans插件導出為flt格式，導出時選擇保留紋理坐標選項。 2) polytrans轉(zhuǎn)換模型的同時會自動轉(zhuǎn)換相應的貼圖，貼圖的格式為RGB格式，但是如果這些轉(zhuǎn)換出來的RGB格式帶有透明通道的話（門窗和植物等），在Vega運行的話會降低性能，所以要將帶透明通道的RGB格式的貼圖用Photoshop轉(zhuǎn)換成RGBA格式。(5)Creator優(yōu)化模型最初導入的3ds模型都是以三角面存儲的，其數(shù)據(jù)量很大，在Creator中利用CombineFace工具可以將所有相鄰的三角面合并成多邊形面?？梢源蟠鬁p少多邊形的數(shù)量。另外， 對于殘留的不可見面也可以在Creator直接刪除。三維場景構(gòu)建是真?zhèn)€建模過程的重點和關(guān)鍵。要在場景地形構(gòu)建的基礎(chǔ)上，再分區(qū)完成每一分區(qū)中的具體實體建模和環(huán)境景觀的幾何建模，大到復雜的實體建筑，小到路邊的花叢草地。每個模型所描述的物體形狀由構(gòu)成物體的各個多邊形、三角形和頂點等來確定，物體外觀則由其表面紋理、顏色、材質(zhì)、光照系數(shù)等來確定。本節(jié)具體介紹基礎(chǔ)場景構(gòu)建，包括真實感地面、天空、建筑以及植物等建模。① 天空構(gòu)建。對天空的模擬有三種構(gòu)建方式：半圓球法、圓柱法、Vega 自動生成法。半圓球法、圓柱法原理相同，采用加蓋一個籠罩整個地形的半球面或棱柱作為“頂”，在其內(nèi)表面上映射相應天氣效果的紋理來實現(xiàn)。這樣，當視點在由地形、邊界立面、頂面組成的內(nèi)空間中移動時，加上適當?shù)墓庹招Ч?，可以使人感到遠景、天空所產(chǎn)生的強烈的縱深感。為了增加動態(tài)效果，還可以采用紋理變換的方法來實現(xiàn)動態(tài)移動的天空云彩。 顯示了半圓球法的天空制作效果圖。 半球型天空模型另外還可以在Vega 中，根據(jù)要求選擇天空呈現(xiàn)晴、多云、陰、多霧，還有清晨、黃昏等效果，自動生成天空效果。本文就采用了Vega中的霧氣效果，達到了非常好的雨天煙霧彌漫的效果。② 建筑的構(gòu)建本實例建筑比較少，但是相對復雜。采用綜合的方法建模，將亭子拆分為屋頂、柱子、臺階和瓦片等幾部分，對于每一部分具體建模。每一部分采用靈活采用不同的建模方式。例如，屋梁和柱子采用擠壓建模的方式；臺階采用基本幾何體拼合的方式。下面以一條簡單的屋梁為例介紹具體建模步驟：第一步，用shapes中的line工具描畫出屋梁的外輪廓，因為屋梁是對稱的，因此只需要畫出一邊的輪廓即可。 畫出屋梁的外輪廓 第二步，使用鏡像工具對屋梁一邊的輪廓線進行鏡像復制。 鏡像復制 第三步，對兩條線段進行附加（attach），并且縫合線條，去除多余的頂點。 附加和縫合線段最后，使用擠壓修改器對屋梁外輪廓線條擠出寬度。完成屋梁的制作。 擠出實體③ 植物的構(gòu)建（1）近景的植物采用實體建模的方式，運用各種建模方式，將芭蕉和其他小植物的三維模型建立出來。并且在3ds max展開UVW，利用已有的素材庫或者拍攝的照片，用photoshop圖像處理工具繪制出植物的貼圖，再在3ds max賦予其貼圖。反復進行修改，使芭蕉和其他植物的模型盡量接近現(xiàn)實中的樣子。 實體芭蕉模型（2）中景的植物：中景的植物有著更高的要求。雖然同樣采用透明貼圖紋理映射的方法，但是采用了一個面片一顆植物的方式。便于在Creator進行Billboard（廣告板）設(shè)定優(yōu)化。 芭蕉樹面片（3）對于遠景的植物，在3ds max搭建好實體植物或者單棵面片植物的場景后，把大片植物的正面角度圖渲染出來，然后通過用一個長方形代替這片植物，貼上帶有透明通道的渲染的圖片，就形成了與實體植物相差不遠的視覺效果。這種方法非常的節(jié)省多邊形面數(shù)。對虛擬場景漫游速度的提升有非常重要的幫助。 芭蕉林面片 max優(yōu)化① 降低分段數(shù)（精細度）在3ds max建模一般都是從基本幾何體的開始的，基本幾何體的精細程度用分段數(shù)來表示。一般虛擬現(xiàn)實建模并不需要很高的分段數(shù)，在外形失真不大的情況下盡量降低其分段數(shù)，可以大大的減少模型的面數(shù)。 分段數(shù)不同的兩個圓柱體② 去除冗余面和小細節(jié)?。╝） 未刪除不可見面 （b）刪除不開局面后 刪除不可見面冗余面是指那些不可見面。例如，樓體的底座面、內(nèi)墻面及屋頂?shù)钠矫娴?，由于場景瀏覽時，它們處于不可見位置，有無均不影響整體效果；還有一些小的細節(jié)，結(jié)構(gòu)細小但是面數(shù)很多（如屋頂上的裝飾物），在這種情況下要消除這些冗余的和細小復雜的多邊形面，去除這些面可以大大降低整個場景的復雜度。③ 使用紋理映射 門窗采用紋理映射這種技術(shù)也稱“面片貼圖法”，對于門、窗、欄桿等較細節(jié)的部分，一般采取紋理映射的方法，即在對應位置的多邊形面上“貼”上相應的紋理圖片，來代替詳細模型。對于中遠景的植物同樣可以用面片貼圖法來處理來減少模型量。用面片貼圖法創(chuàng)建模型時，最重要的是處理好貼圖。而在Creator里面，rgba是