3DS MAX 建模及其虚拟现实中的应用
摘要：3DS MAX 软件拥有十分强大的建模技术，运用它可以非常方便和真实地把动画及图像展示出来，另一方面，虚拟现实技术本质上其实是一种人机界面技术，它可以十分逼真地模拟人在自然环境中的视觉、听觉、嗅觉、运动等行为。文章通过介绍 3DS MAX的建模方法，分析虚拟现实技术建模特性，从而来研究 3DS MAX模型在虚拟现实系统中的应用。
关键词：3DS；MAX 建模应用虚拟现实
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2015）10-0087-02.
3DS Max 是目前全球拥有最多使用者的三维制作软件，特别是在建筑、影视动画以及游戏开发等领域，毋庸置疑，现在 3DS Max 已经成为个人 PC 机上使用最广泛的软件，也成为相关制作者的首选软件，它在中国市场的占有率越来越高。
虚拟现实技术可以十分逼真地模拟人在自然环境中地视觉、听觉、嗅觉、运动等行为，是一种的人机界面技术。它将计算机图形学、计算机仿真技术、人工智能、传感器技术、网络信息技术、字图像处理技术、多媒体交互技术，以及多个信息技术和高度并行的实时计算机技术相结合。虚拟现实环境中的大多数模型它们都是使用三维软件设计制作出来的模型，它利用计算机设备制作出一个逼真的三维虚拟世界，从而让处于虚拟世界中的人有一种身临其境的感觉。
因此，实现虚拟现实技术的最重要的条件无疑就是 3DSMax 建模技术的发展和应用。
1 3DS MAX 建模技术简介
3DS MAX 是 3D Studio Max 的简称，是基于 PC 系统的三维动画制作和渲染的软件，由 Discreet 公司开发，它的前身是 DOS 操作系统的 3D Studio 系列软件。工业级的 CG 制作，在 Windows NT 出现之前，是被 SGI 图形工作站垄断的。3DSMAX 出现以后，和 Windows NT 相结合，大大地降低了 CG 制作的成本，许多电脑游戏的动画制作中开始使用此技术，之后又进一步地运用在电影、电视片的特效制作上。
1.1 旋转建模方法
属于中心轴对称的物体，例如大部分的水果，以及各种柱 型物体、铜器、陶器等，经常会使用这种建模方法。因为这类物体的造型相对容易，能够先使用 line 工具绘制出对称的截面，然后再加入lathe （旋转）修改器，这样大家就可以看见三维实体了。有时候有的物体还需要增添一些特殊形状，才能够表现出更加逼真的实际效果。
1.2 loft 放样的建模方法
一般在一段路径中，在拥有一致的截面或少数截面的情况下，我们会用到此种建模方法。因为在制作这类模型时，需要绘制出截面的走样路径的截面形状和二维线形，所以要得到最终目标，就要进行 loft 放样。在个别的时候，使用单一截面，同时把放样路径设置为直线，再使用 extrude 修改器会相对更简便。这种造型方法在绘制建筑物的时候用得很多，并且十分实用。3DS MAX 还可以对俯视图以及侧视图进行放样适配，从而得到最后的目标造型，例如常见的鼠标、电话等。
在制作时，我们是在它的正视图上进行放样，而且同时需要对放样体进行 fit deformation 修改，之后再分别选取 x、y 轴的二维图形，完成适配。
1.3 Boolean 的建模方法
一般情况下，在我们需要把两个物体造型进行Boolean合成时，会用到这个方法。常规的合成方法有 intersection、cut、u-nion和subtraction这四种，在这之中前面三种方法相当于数学集合领域中的交、差、并，而最后的一种方法，它虽然不会对造型的本身产生较大影响，可是还是会引起子物体的重定义，以便于我们进行后续的修改，例如设计面上挖孔等的造型常 常用这个方法。
1.4 复制、堆积建模方法
如果遇到形体阵或是不规则形态的堆积，例如树木、石块、云等，我们常常用肤质、堆积建模的方法。这些物体常常需要我们对单个的物体造型做详细地绘制。其中一小部分的物体可以经过复制、旋转、不等比例放缩、位移等途径形成不规则的排列；但是大部分的物体，例如头发等，则需要我们将其加入Scatter修改器，然后通过输入确定的变参数，最终形成不均匀的排列。
1.5 依附建模方法
当建模时遇到物体扭曲或空间变形的情况，我们通常采用依附建模的方法。在现实中，有一部分物体常常不是独立存在的，它们的存在形式与它们所依附的物体的形态息息相关，例如水纹、水波中的荷叶等。它们这样的造型是根据自己已经创建好的模型为基础，再结合上一定的变形或空间扭曲才产生的。举个例子，对于桌布的处理，可以先简单地绘制圆柱，设置其height值为零，然后拾取包裹对象，此时指的是桌子，通常我们会使用 Compoun 中的 Wrap 工具。接着添加 FDD 命令到包裹体上，通过选取合适的点，向下拖拽形成下垂的桌布，如果还需要更逼真的造型，那么还必须再进行进一步的处理。水波中的荷叶与之类似，它需要同时建立荷叶造型和空间扭曲 Wave或ripple，然后将荷叶物体与空间扭曲相结合，因为这样可以通过改变 Wave 或 ripple 的参数，来改变荷叶的最终造型。
2 虚拟现实建模技术
虚拟现实（VR）是一个由电子技术和计算机一起创造的新世界，它利用多种传感设备为用户创造一个看起来真实的模拟环境，用户可以按照自身的感觉，通过人的自然技能来考察或操作虚拟环境中的物体。人们还可以参与到其中，通过听觉、视觉还有触觉等多个渠道的消息，自然而直观地实时感知，令使用者沉浸在模拟环境中。VR 有三个很重要的特性：沉浸感、想象、交互性。
虚拟现实技术建立在许多相关的技术之上的，例如仿真技术、传感器技术、人工智能、多媒体技术，还有计算机图形学。在近十多年里，随着虚拟现实专用设备性能的提升和价钱的降低，以及计算机技术的迅猛发展，虚拟现实技术也得到了极大的发展。现在虚拟现实技术已经广泛地应用于各个领域，日渐普及。
由于虚拟现实技术是建立于虚拟的数字空间中，并在其中模拟真实世界中的人或物，所以这就需要我们提供一个逼真数字模型，在此基础上，虚拟现实建模技术就由然而生了。
现实与虚拟现实到底一样不一样，这和建模技术是密切相关的，所以对于建模技术的研究，有十分重要的意义。根据建模方法的不同，目前的建模技术主要可以有几何造型、扫描、基于图像等几种方法。
通常设计一个虚拟现实系统，最重要的问题是创建一个虚拟环境，其中包括三维声音、三维模型等，在这么多的元素之中，由于人的感官里，视觉获取的信息最多，反应最快，所以能够动态地实时显示的功能就显得很重要了。
3 3DS MAX 模型在虚拟现实中的应用
3.1 DS MAX 模型在虚拟现实中的主要表现
由于 3DS MAX拥有很强大的三维建模功能，而且简单易学，价钱也相对低廉，所以在个人 PC 及虚拟现实中被广泛地应用，其中主要表现在几个方面： 贴图的绘制：在 3DS MAX 中，我们将虚拟现实中看到的物体的纹理和颜色称为材质贴图。
模型的制作：我们在虚拟现实中见到的物体，例如人、动物、桌椅、汽车、树木、楼房等，都是我们在 3DS MAX中制作的模型。
灯光的制作：我们在虚拟现实中见到的光影，无论是白天的日光、夜晚的月光，还是室内的灯光，都需要我们在 3DSMAX 中模拟。
动作的调整：我们在虚拟现实中，只要见到了动态的动作，例如人的走动、树叶的晃动、汽车的移动等等，都是在 3DSMAX 制作出来的。
曾经，人们利用节点来构建场景，但是由于用节点来创建模型不易描述复杂的面的形状，而且也不够直观，所以我们现在用 3DS MAX 来弥补这方面的缺陷。3DS MAX 软件不仅有强大的功能，可以将实体、三维动画与图像制作融于一体，同时它还集成了VRML97的功能。如果你进入到了3DS MAX8.0的界面，当你采取不同的建模方法构建虚拟现实系统的实体模型时，你就会发现 create/helpers 按钮是可以点击的，在它的下拉列表框中，你可以选取VRML97，此时就会出现一个工具面板，在此面板上提供了 12 个VRML辅助工具，包括：浏览信息、声音、背景、雾、广告牌、细节级别、触动传感器、锚传感器、时间传感器、范围传感器、音频剪裁板和在线帮助，你可以添加你要用的辅助工具，接着选择“File/export”，这时会出现一个“Select file to export”的对话框，你只需要选择“保存类型”的下拉列表框，然后选取“VRML97”类型文件，取名后并单击“保存”就可以了，此时你会发现系统生成了一个以 WRL 为后缀名的文件。
3.2 虚拟现实系统中的建模方法
三维建模技术已经成为实现虚拟现实最重要的条件了，在虚拟现实系统中，有两种主要的建模方法：一种是利用计算机图形学的知识，对虚拟环境进行渲染和建模；另一种它建模并不依赖于任何三维几何，而是通过摄像机或照相机来采集全景、任何方向或多角度的图像，根据这些图像来构建虚拟现实的环境，例如漫游系统常常用这种方法。
3.3 通过 3DS MAX 生成虚拟现实环境
虚拟现实系统的基础就是虚拟环境的创建。而三维虚拟场景的创建无疑是整个建模过程的关键问题，而 3DS Max 软件恰好是实现此场景创建的最合适的软件之一。通常情况下，在场景构建前，应该先对真实的场景进行抽象处理，大体上有三大类：实体建模、环境景观建模、天空及远景建模。对于实体建模，我们可以采用多边形网格建模技术来创建虚拟场景中的三维几何模型，同时确定虚拟场景中的材质模型和光照，最后成功构建整个场景。对于环境景观建模，主要包括：树木、花草、动物、人物、路灯等，我们可以通过 3DS Max软件中完善的插件建模功能来完成构建。对于天空及远景建模，我们可以通过 3DS Max软件中的内置的模型建模技术，比如方体法、几何球体法、球体法等基础模型。
参考文献：
[1] 曾晓明.虚拟现实技术[M].上海交通大学出版社,2001.
[2] 杨晴天.3DSMAX建模技巧与范例[M].清华大学出版社,2003.
[3] 李长山,刘晓明,朱丽萍,李冰.虚拟现实技术及其应用[M].北京:石油工业出版社,2006
