VR场景建设标准及规范的研究与应用

祝海英

摘  要：虚拟现实技术（Virtual Reality）简称VR技术，是20世纪末逐渐兴起的一门综合性技术，涉及了计算机图形学、多媒体技术、传感技术、人机交互、显示技术、人工智能等多个领域。该文以3ds Max软件制作虚拟场景为例，从低面模型和高面模型的概念、使用3ds Max软件制作虚拟场景的方法、制作低面模型的注意事项等几个方面，阐述基于Unity3D平台的虚拟场景建模方法和技巧。

关键词：Unity3D软件  VR场景  3ds Max建模  应用

中图分类号：TP391.9                        文献标识码：A                   文章编号：1672-3791（2020）12（b）-0026-03

Abstract： Virtual Reality Technology （VR） is a comprehensive technology gradually rising at the end of the 20th century， involving computer graphics， multimedia technology， sensor technology， human-computer interaction， display technology， artificial intelligence and other fields. Taking the virtual scene made by the software of 3ds Max as an example， this paper expounds the modeling methods and skills of virtual scene based on unity3D platform from the concepts of low surface model and high surface model， the method of making virtual scene with 3ds MAX software， and the precautions of making low surface model.

Key Words： Unity3D software; VR scene; Modeling with 3ds Max; Application

目前国内外主流的VR开发引擎有虚幻4（Unreal Engine 4）、CryEngine3、Unity 3D，该文从使用3ds Max软件创建满足Unity3D引擎项目开发需求的VR场景角度，阐述VR场景建设的标准及规范。Unity是跨平台2D、3D游戏和虚拟现实高级应用程序的专业开发引擎，使用Unity可以轻松创建诸如虚拟现实场景再现、三维视频游戏、建筑设计可视化、实时三维动画展现等类型互动内容，而根据应用的平台不同，为了保证互动内容运行的流畅性，对虚拟场景创建的规范性和模型面数提出了较高的要求。

1  低面模型和高面模型的概念

3D建模，有低面模型（简称低模）和高面模型（简称高模）之分，所谓的高模和低模，其实就是模型面数的高低。低模和高模是一个相对的说法，没有绝对值，不是大于多少面就一定是高模。简单来说，低面模型就是对面数有控制的模型，它用很少的多边形（一般为三角面），概括出物体的结构，相对比较粗糙;高面模型就是对面数无控制的模型，它用较多的多边形（一般为四边面）表现物体的结构，并刻画出物体的细节，表现出逼真的效果，具体见图1。

在虚拟现实应用中，高模一般是为低模服务的，为了使用较少的面表现较好的模型细节，可以通过使用高低模匹配，为低模制作法线贴图、凹凸贴图的方法来实现。

2  使用3ds Max软件制作虚拟场景的方法

目前国内使用最为广泛的三维软件主要有3ds Max、Maya、Cinema 4D等，下面以用3ds Max软件制作虚拟展馆三维模型为例，从3个方面介绍一下基于Unity3D平臺的三维场景模型的制作方法。

2.1 制作前的准备

由于在Unity软件中只提供了简单的三维模型的创建方法，对于比较复杂的模型需要借助其他三维软件（如3ds Max）制作完成后，以资源的形式导入Unity中使用，所以，在使用其他三维软件制作三维模型时，要充分考虑到后期模型导出及与Unity软件的衔接问题。

（1）单位设置。

由于Unity软件默认是以“米”为单位的，所以，在3ds Max建模时要注意制作和导出时的单位设置，保证模型导入Unity后，比例是1∶1时，正确显示模型大小，避免因比例调整导致在Unity中进行交互设置时出现错误。

（2）模型规划。

首先，根据场景布局，规划好每部分模型的实现方法，找出最优解决方案。其次，在制作比较大型场景时，要考虑到人物在Unity中穿行时，设置碰撞体等的需要，不该附加在一起的模型，不要附加在一起。比如在左右两面墙中间需要穿行时，这两面墙体不能附加。

（3）模型导出前的检查。

检查每个模型的轴心点是否正确：使所有模型各自轴心点居中。

检查是否有缩放的模型：为有缩放的模型添加“实用程序”“重置变换”命令，然后将其“转化为可编辑多边形”，即塌陷，去除缩放影响。

将所有模型坐标轴调整为Y轴向上，使其与Unity软件中坐标轴方向一致。

2.2 展馆模型制作

在3ds Max中的主要建模方法有堆砌建模法、二维型建模法、三维修改器建模法、复合建模法、多边形建模法等，其中使用最多的是多边形建模法，在实际模型制作中，还要根据模型特点，选择适合的建模方法制作模型。对于复杂模型而言，要注意将其分解为简单模型，只有清晰地掌握模型的结构，才能制作出标准的模型。另外，在制作模型时，注意要将所有模型的“背面消隐”属性打开，避免导出的模型在Unity中不可見。

以制作展馆模型为例，可以先根据展馆的尺寸，使用AutoCAD绘制出展馆的平面布局图，然后将其导入到3ds Max中，根据平面布局图，制作墙体模型，具体见图2，然后依次制作地面、室内模型、屋顶模型等。

2.3 纹理贴图制作

模型制作完成后，纹理贴图的制作也至为重要。纹理贴图包括漫反射贴图、高光贴图、不透明度贴图、法线贴图、凹凸贴图、AO贴图等。可以使用3ds Max烘焙获得，也可以配合使用Substance Painter，结合使用Photoshop软件处理得到。赋材质、贴图的操作可以在Unity中完成。

3  制作低面模型注意事项

根据项目应用的平台不同，通常对模型的面数都有一定的限制要求。为了用较少的多边形更好地表现物体结构，在制作低面模型时有以下几点需要注意。

3.1 要把主要的线卡在模型的结构上

在能准确表达模型结构形体的情况下，要最大限度地减少线的存在，模型中的每一条线，都要发挥实质性的作用，具体见图3。

3.2 模型中相对密集布线的控制方法

模型中相对密集布线主要有3个用途：一是强调模型的轮廓与特点，如为了表现平滑表面，需要适当增加布线密度;二是用来表现丰富的细节，在需要重点表现的细节结构处适当增加布线密度;三是为了满足动画需求，在模型需要做转折、伸展等运动的地方增加布线密度。比如在角色建模中，眼睛、嘴等需要做表情动画的部位，具体见图4;手肘、膝盖等需要做转折动画的地方都需要适当加线，具体见图5。

3.3 不要出现大于四边的面，这个也是低模最需要注意的地方

建模中最好的结构是单纯的“井”字型结构，最平整，可以在充分表现模型的前提下节省系统资源，渲染较快，且不容易出错。但在实际建模中不可避免地会出现五边面或六边面等，这些大于四边面的存在，会对模型最终效果产生影响，所以，一般可通过连接顶点、切割等方法，将其变成三角面或四边面。另外，顶点过于分散或不在同一面内的四边面，显示效果也会出现问题，也需要将其连接为三角面。

3.4 注意对低面模型面数的优化

模型制作完成后，要注意对模型面的优化和整理。删除在模型内部看不到的多边形，具体见图6;优化布线，删除对模型结构没有影响的多余的线，精简次要结构的线;优化模型面数，检查处理多于四边的面。

3.5 可以用贴图来表现的模型尽量用贴图表现

这可以有效降低模型的面数，图7为花、草等植物采用贴图表现的效果。

4  结语

虚拟现实系统以其特有的多感知性、沉浸性、交互性和构想性特征，吸引越来越多的用户，也吸引越来越多的开发者专注其应用研究，而用户体验最直接、最直观的第一感受就是系统的流畅性，所以VR场景创建的规范性与模型的优化也至为重要，一个好的系统要注意每一环节都要精益求精，只有这样，才能开发出更多的精品项目。

参考文献

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