3D虚拟场景构建与渲染

张华忠

摘要：针对如何建立一个与现实环境相似的虚拟场景，以及如何实现人机交互。首先阐述了虚拟现实技术的相关理论以及3D虚拟现实技术，然后完成3D虚拟场景构建与渲染，最后利用VF语言完成人机交互的应用程序。

关键词：虚拟场景；构建；渲染；人机交互

中图分类号：TP37 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）30-0197-02

Construction and Rendering of 3D Virtual Scenes

ZHANG Hua-zhong

（Aviation Engineering Institute， Civil Aviation Flight University of China， Guanghan 618300， China）

Abstract： For how to build a virtual environment similar to the real environment， and how to achieve human-computer interaction. Firstly， the theory of virtual reality technology and 3D virtual reality technology are expounded. Then， 3D virtual scene construction and rendering are completed. Finally， VF language is used to complete the application of human-computer interaction.

Key words：Virtual scene； Construct； Rendering； Human-computer interaction

1 概述

现实技术（Virtual Reality，简称VR）是计算机领域的最新技术，VR综合了网络技术、多媒体技术、传感器技术、仿真技术、计算机图形技术、传感器技术立体显示技术以及人机交互技术等多种科学技术，无论在虚拟的网络世界上还是在现实的生活中，到处都能见到电脑制作的数字化的3D模型、动画与仿真[1-2]。3D场景主要可以应用在广告，建筑设计，游戏和动漫。其中，动漫是现代科技及文化艺术高度融合的产业，是文化创意产业的重要组成部分，市场潜力巨大[3]。

2 3D场景的建模

从3D场景的构图、建立流程到3D场景中每个模型的建立，详细地概括了整个3D场景的建立过程。本文场景建模采用3DS MAX平台，创建四季中冬季场景模型（其他三季场景模型类似）。本文根据主题，构思出的场景主要包括以下几个模型：树木、树叶、鸟窝、钉子、藤蔓、森林背景。各个模型分开建立，以鸟窝为主要的模型将其他的模型合并到其中去，形成完整的3D基础场景模型，再根据四季的特点将各个模型进行微调并添加例如鸟蛋，向日葵，覆雪模型，以及去除例如树叶模型，得到春，夏，秋，冬四个模型，完成3D场景的建模。如图1所示。

2.1 场景模型的建模

根据冬季的特点，在3D基础场景模型中增加了覆雪模型，并取出了树叶模型，然后又对其他模型进行了修改[4]，覆雪模型的建模过程：

（1） .在“命令面板”中选择“创建”→“几何体”，选择“长方体”在“视图区域”创建一个长方体。

（2） .选中视图中的长方体，单击右键，在弹出的菜单中选择“转换为”→“转换为可编辑多边形”。

（3） .在“命令面板”中选择“修改”，根据需要添加覆雪模型的位置改变长方体的形状，完成了覆雪模型的制作。

3 3D场景的渲染

完成添加摄影机、灯光和特效及调整他们的参数，利用V-Ray高级渲染器对已建立好的模型进行渲染，最后进行渲染输出，流程图如图2所示。

3.1 渲染场景与输出

在為模型赋予材质和布光时渲染会比较多，可选择“草图”或“实时”方式进行渲染，这样可以在最短的渲染时间里看出较真实的材质和灯光效果，根据实际的需要调整渲染图像的大小。在3Ds max中完成效果图的场景模型的创建，在V-Ray中完成材质和灯光的设置，并渲染出图。

覆雪模型渲染效果图3所示。

3.2 后期处理

渲染输出的过程中需选择哪种渲染器、设置哪种渲染方式等。后期处理效果图是输出前的关键一步，如灯光、太阳等光线会产生一定的折射、散射等效果，冬季场景渲染效果如图4所示。

4 人机界面

本文仿真实验平台：3DS MAX和Visual FoxPro编译平台，以及Intel Core i7-6700， 3.40GHZ CPU台式机。设计的人机界面的功能主要是实现对制作的各个效果图的调用，具体一点就是在程序窗口中预设好春季、夏季、秋季、冬季的按钮，当用户点击按钮时，会在“图片浏览框”和“视频浏览框中”分别显示不同按钮所对应的显示对象。

5 结束语

本文设计中的不足：由于3Ds max的个别高级功能了解较少，整体渲染出来的场景有些许失真。

另外，对场景中的模型赋予材质时未考虑实际的功耗即渲染所占内存的问题，导致最终成型的3D场景渲染所花的时间较长，下一步工作针对性解决。

参考文献：

[1] 刘尚勤，顾耀林.基于X3D构建高效的虚拟场景[J].计算机工程与设计，2006，27（2）：303-306.

[2] 李贞培，李平，吴明.X3D虚拟场景与Java交互研究[J].计算机工程与应用，2010，46（16）：67-70.

[3] 陈旭亮.实时渲染中3D虚拟摄像机的研究与应用[D].江苏科技大学，2012.

[4] 何晓田.基于3D MAX实现虚拟校园场景建模[J].电脑知识与技术，2011，7（22）：5365-5366.endprint