浅谈Web3D中的建模技术

摘要:创建精简、逼真的三维模型,是构建Web3D虚拟场景的关键技术之一,通过大量的实践,该文归纳出Web3D建模中颇为实用的建模规范,为快速高效的构建符合要求的三维模型奠定了基础。

关键词:Web3D;虚拟现实;建模

中图分类号:TP311 文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)18-5082-02

Preliminary Discussion on Technique of Constructing Models for Web3D

CHEN Xin-lin, LU Wei-na, LI Min

(Henan Vocational College of Agriculture, Zhenzhou 451450, China)

Abstract: Constructing tidy and lifelike three-dimensional models is one of pivotal technique of creating virtual scene for Web3D. The paper describes very applied criterions of constructing models for Web3D based on a great deal practice, which could provide foundation for constructing satisfying three-dimensional models.

Key words: Web3D; virtual reality; constructing models

1 Wed3D的概念及其发展

在过去的二十年间,互联网是站在科技的最前端,带领着人们的思想不断向前迈进。它的出现及飞速发展使IT业的各个领域发生了深刻的变化,因此也必然引发一些新技术的出现,于是Web3D 技术应运而生。Wed3D协会(前身是VRML协会)最先使用Wed3D术语,这一术语的出现反映了这种变化的全貌,没有人能严格定义Wed3D,在这里把Wed3D理解为:互联网上的3D图形技术。

具体的说,web 3D技术就是通过在浏览器中内嵌3D虚拟场景的手段,在保证3D立体效果的同时,有效的降低对网络和硬件的要求,让互联网用户能够快速的体验3D带来的真实感受。Web3D的基本理念是通过创造一个个网络世界,实现三维空间无限的链接共享。通俗的理解为,假如我们去旅游,三维网络将是一个个如梦似幻的风景名胜,而二维网络就像我们去旅游前买的一张张地图。

实时渲染引擎是Wed3D的关键技术,实时渲染引擎的作用是解释并翻译实施场景模型文件的语法,实时渲染从服务器端传来的场景模型文件,在网页访问者的客户端逐帧、实时地显示3D图形。互联网3D图形软件厂商目前通常把实时渲染引擎做成一个插件,在观看前需要先下载并安装在IE浏览器上。显然,实时渲染引擎是实施互联网3D图形的关键技术,它的文件大小、图形渲染质量、渲染速度、以及它能提供的交互性都直接反映其解决方案的优劣。

当前互联网上的图形仍以2D图像为主流。但是未来,Web3D技术必将在互联网上占据统治地位。IBM预测:未来5年互联网将进入三维时代,网站将更像是全互动环境的在线游戏而不是现在的平面、静止的网站,它将产生新的商业模式和巨大的商业价值。中国最早的3D网络游戏公司,利用其先进的3D技术和丰富的互联网经验,终于研发出了web3D技术,并凭借此技术,很好的解决了互联网3D技术应用的一系列棘手的问题。进入新世纪以来,Web3D技术结合虚拟现实技术更是形成了一项先进的新型技术,通过与传统行业的紧密结合,目前已经成功的应用于城市规划、房产营销、文博展览、室内装饰、景点旅游、工程仿真及管理、企业品牌及产品展示推广、远程教育、军事模拟推演等广阔的领域。

2 Web3D中的建模技术

2.1 建模前述

就目前而言,绝大多数的Web3D技术都是主要针对于三维显示技术的网络应用开发,故决定了Web3D技术主要特点就是对3D模型的网上三维交互演示,因此,Web3D技术自然而然地也就和3D建模联系在一起。这就意味着一个Web3D作品创作的好与坏,和它的3D模型创建密不可分。这样的话,要想创作一个令人满意的Web3D作品,在全部内容原创的情况下,对Web3D技术使用者来说,就需要充分运用三维空间想象力,进行作品的空间设计。

虽然绝大多数的Web3D技术提供对3DMAX、Maya等三维软件的输出插件支持,但不是所有的都需要使用者进行软件的辅助建模,像VRML、3DML等都支持用源代码直接进行模型的空间设计。另外,和二维图形文件不同,Web3D文件的大小其实和模型的精细有关,造型越复杂,Web3D就文件越大。

2.2 选择3DS MAX建模的理由

VRML是3D图形和多媒体技术通用交换的文件格式,它基于建模技术,描述交互式的3D对象和场景, 因此,它使得3D图形爱好者能够制作可在互联网上实时渲染的3D场景模型。

然而手工编写VRML的场景模型文件.wrl文件是非常繁琐而复杂的工作,对于大型场景模型几乎是不可能的。所以许多公司在开发web3d软件时,并没有遵循VRML标准,而是开发出自己专用的文件格式和浏览器插件,类似的软件大约有三十几种之多。这些软件各有特色,都比VRML有了进步,在渲染速度、图像质量、造型技术、交互性以及数据的压缩与优化上都有胜过VRML之处。

近几年,许多软件厂商都使用3DS MAX建立场景模型,安装相应的输出插件,再直接建立场景模型文件。现在比较有名的Wed3D图形软件公司,如cult3D 和viwepoint都可以在3DS max中直接输出它们的专用文件格式的场景模型文件。

2.3 应遵循的一些建模规范

Web3D中用到的虚拟模型与游戏类似,因此必须使用简模,把效果图的模型拿过来直接用是不推荐的。因为虚拟现实中的运行画面每一帧都是靠显卡和CPU实时计算出来的,如果使用的是复杂模型,会导致运行速度急剧降低,甚至无法运行;模型面数的过多,还会导致文件容量比较大,在网络上也会导致下载时间增加。在大量的建模实践中,并结合著名的国产Web3D虚拟现实软件webmax的实际应用,从而总结出以下的建模规范:

1)重新创建简模比改精模的效率更高

实际工作中,重新创建一个简模一般比在一个精模的基础上修改的速度快,在此推荐尽可能地新建模型。例如:从模型库调用的一个沙发模型,其扶手模型的面数为1573个,而重新建立一个相同尺寸规格的模型的面数为176个,制作方法相当简单、精简的程度也很高,同时建模速度也很快。

2)对象的命名

对象的名称不要超过32个字节,并且模型、材质、贴图名称不要使用中文名称,否则在英文的操作系统中浏览虚拟场景会出现问题,同时,在网络虚拟现实开发平台webmax中根本不认中文名称的贴图文件。

3)场景中模型创建所采用的尺寸要合理

场景初始的单位是很重要的,所采用的尺寸需与真实情况保持一致,若没有特殊说明,开始场景的单位一般精确到cm即可。如果一个城市规划,开始单位定义成mm,那么会导致文件编辑的时候,数据很大。一旦场景单位定义好之后,不要随意变动场景单位。

4)单个模型的面数不要太多

严格控制模型面数,弧形结构在保证效果的前提下控制面数,通常在制作一个场景时,单个模型的面数不要太大,毕竟是做网络虚拟现实,而不是制作一张效果图。所以单个物体面数要控制到10000个面以下。在用面片创建模型时,如果不对其表面进行异形编辑时,就可以将其截面上的段数降到最低,以精简模型的面数。

5)烘焙和输出前,注意模型是多边形格式

烘焙的模型如果是多边形格式的模型,要比网格模型更利于贴图的uv分布,在输出场景的时候,多边形也会使场景输出加快,并且程序不易出错。并且要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。

6)要删除多余的面

在建立模型时,看不见的地方不用建模,对于单个模型中看不见的面也要予以删除,主要是为了提高贴图的利用率,降低整个场景的面数,以提高交互场景的运行速度。如柱子的底面和顶面、贴着墙壁物体的背面等等。

7)面片物体的使用

用面片表现复杂造型,可以用贴图或实景照片来表现,例如窗框、树木、复杂的雕塑等。面片所用到的贴图,用带通道的tga或者png格式的文件。要注意一点,tga和png文件必须放到漫反射通道里面,透明通道不要放。

8)拆分物体

避免一个模型占很大一片区域,因为这样不利于剪裁优化运算。可以考虑将它拆分为一个个独立的模型。

9)模型不要有裂缝

模型不要有裂缝,否则画面会抖动,并且锯齿比较厉害。很细小的模型或模型的细节部分尽量用贴图表示,以减少画面闪动。

10)合并物体要合理

相同材质的模型,远距离的不要合并,材质类型相同的模型,如果相隔距离很远就不要将其进行合并,否则会影响运行速度。

11)捕捉功能的使用

在建模过程中,特别是针对于建筑室内的模型,捕捉功能要记得使用,使虚拟画面中锯齿少一些。尤其对于初学者来说,养成一个捕捉模型的习惯对以后来说很重要。

12)物体间的距离要合适

保持模型面与面之间的距离,推荐最小间距为当前场景最大尺度的二千分之一。例如:在制作室内场景时,物体的面与面之间距离不要小于 2mm;在制作场景长(或宽)为 1km的室外场景时,物体的面与面之间距离不要小于 20cm。如果物体的面与面之间贴得太近,会出现两个面交替出现的闪烁现象。同时模型的密度分布要合理,否则对将来的运行速度是有影响的,如果模型密度不均匀,会导致运行速度时快时慢,因此,推荐合理地分布场景模型的密度。

13)可以复制的物体要尽量复制

如果一个1000个面的物体,烘焙好之后复制出去100个,那么它所消耗的资源,基本上和一个物体所消耗的资源一样多。所以,模型要尽量多的复制使用。

14)个别模型应使用贴图的方式加以表现

为了得到更好的效果与更高效的运行速度,在场景中可以用平面替代复杂的模型,然后靠贴图来表现复杂的结构。如植物、装饰物及模型上的浮雕效果等。同时,最好不要将细长条的物体做成模型,如窗框、栏杆、栅栏等。这是因为这些细长条形的物体只会增加当前场景文件的模型数量;并且在实时渲染时还会出现锯齿与闪烁现象。对于细长条型的物体可以像游戏场景一样,利用贴图的方式来表现,其效果非常的细腻、真实感也很强。

3 未来的Web3D

熟练掌握了Web3D建模技术,就把我们生活中的现实用电脑技术模拟出来,它有着十分广泛的应用,例如:国防上的网络模拟作战等,Web3D技术无疑会使网络技术的应用发生一场大革命,使网络世界变得和现实世界更为接近,而反过来互联网的需求成为Web3D技术不断快速发展的动力,互联网的内容提供商和商业网站不断使用新的工具与技术使网站能提供更具吸引力的服务,因此Wed3D技术的应用也不断取得新的进展,从而形成了自己独立的框架,尤其是它和虚拟现实技术的结合应用,可以想象,不久的将来Wed3D技术必将是更具夺目魅力。

参考文献:

[1] 周前祥,姜世忠,姜国华.虚拟现实技术的研究现状与进展[J].计算机仿真,2003(7).

[2] 王文成,虚魏峰.绘制大规模场景的可见性计算技术[J].计算机辅助设计与图形学学报,2006(2).

[3] 张云苑.虚拟现实技术中3DS MAX建模的应用[J].电脑知识与技术,2006(8).

[4] 刘美菊,李志,韩凤艳.基于VRML和3DS MAX的虚拟现实系统构建[J].沈阳理工大学学报,2006(1).

[5] Web3D. Virtual reality modeling language.ISO/IEC14772-1[S].Standard International,1997:34-38.