虚拟现实技术在游戏设计中的应用及研究

马远

（马鞍山学院 艺术设计学院，安徽 马鞍山 243000）

随着人工智能和计算机视觉图像处理技术的发展，虚拟现实视景仿真技术逐渐应用于三维动漫游戏设计中。在大型动漫游戏设计中，虚拟视景重构技术可以重建三维动漫游戏场景，结合虚拟视景重构和动态图像处理，可以建立三维动漫游戏的视景分析和灵境模型，图像处理方法能够实现动漫游戏设计中的视景渲染和跟踪识别，提高三维动漫游戏设计的人物及场景的逼真性。因此，对于三维动漫游戏设计方法的相关研究在视景仿真和游戏开发中具有重要意义[1]。

设计三维动漫游戏需要建立在对三维动漫游戏视景图像分析和特征重组的基础上，结合三维动漫游戏视景仿真图像的角点检测和小生境生成模型，进行图像重组和视景仿真，提高三维动漫游戏视景仿真能力，现有的应用技术主要包括灵境生成技术、角点技术和Visual 视景仿真技术，结合Creator 建模工具[2,3]，对三维动漫游戏视景仿真和虚拟现实重组，已取得了较好的三维动漫游戏视景仿真效果。文献[4]中提出基于光线干扰过滤和灵境重组的三维动漫游戏视景仿真设计方法，结合游戏人物的五官特征重构和信息增强处理，进行三维动漫游戏视景过程中的动态追踪识别，提高三维动漫游戏视景仿真的逼真性，但该方法进行计算复杂度较高，三维动漫游戏视景的可靠性不佳。文献[5]中提出基于点跟踪渲染和Harris 角点检测的三维动漫游戏视景仿真和重构方法，通过形态追踪和模态识别，进行三维动漫游戏视景设计，但该方法进行三维动漫游戏视景设计的动态检测能力不好。针对上述问题，本文提出基于虚拟现实技术网络动漫游戏设计方法。这是因为虚拟现实可以打破时间和空间的约束，并且能够模拟在现实中难以达到或体验的场景和活动，甚至创造出在生活中难以达到甚至不可能接触到的情境体验，在网络动漫游戏设计方面存在强大的优势。为此，本文将其引入到该领域，从而实现三维动漫游戏视景仿真和虚拟现实重建。最后进行仿真测试分析，展示了本文方法在提高三维动漫游戏视景仿真能力方面的优越性能。

1 三维动漫游戏视景仿真图像成像和预处理

1.1 三维动漫游戏视景仿真图像成像

为了实现基于虚拟现实的三维动漫游戏视景仿真图像，文章结合视景重构和三维图像处理方法，进行三维动漫游戏视景仿真图像融合处理，采用虚拟视景融合跟踪识别技术[6]，创建一个 X ∈ Rn×p矩阵表示三维动漫游戏视景仿真的融合参数模型，其中X 的每一行的三维动漫游戏视景仿真图像成像像素点，通过点跟踪渲染和特征识别方法，根据每帧的位移分布进行三维动漫游戏视景重构和仿射不变区域融合，通过计算机辅助设计系统或几何学设计[7]，得到三维视景重构的形态学特征量，三维空间分布矩阵 Y ∈Rn×d表示三维动漫游戏视景的像素分割单元，结合Vega Prime 技术[8]，得到三维动漫游戏视景仿真的三维边缘轮廓特征分布集：

其中，( vi, vj)为三维动漫游戏视景仿真图像成像的滤波参数，w( ( vi, vj))表示图像特征像素的分布距离，用σk表示进行三维动漫游戏视景仿真自适应调节函数，其表示RBF 核空间的相对权重系数，首先选定 σk的值，再通过点跟踪滤波和干扰抑制，进行三维动漫游戏视景仿真和成像处理[11]。三维动漫游戏视景仿真图像成像模型如图1 所示。

1.2 图像特征分析

提取三维动漫游戏视景仿真图像的角点信息，结合点跟踪渲染方法进行三维动漫游戏视景图像的跟踪渲染和角点检测，假设三维动漫游戏视景仿真的特征点有N 个点，结合图像滤波检测方法进行三维动漫游戏视景仿真图像的特征提取和信息模糊度筛选，得到一个二维坐标为( ai, bi)，则三维动漫游戏视景仿真的特征分布高维向量 ( a1, b1, a2, b2, …, aN, bN)T，可以通过其进行三维动漫游戏视景仿真图像信息跟踪检测和传感信息识别[12]，使用MulitGen Creator 和ModelBuilder 3D 进行视景重构和建模，得到三维虚拟现实重构的网格模型如图2 所示。

图1 三维动漫游戏视景仿真图像成像模型

图2 游戏场景三维虚拟现实重构的网格模型

采用自相关特征检测方法进行三维动漫游戏视景仿真的矢量量化分解，得到维动漫游戏视景仿真的向量库[13]，根据点跟踪识别方法，得到三维动漫游戏视景分布的动态特征参数集：

其中，Sc( y) 为三维动漫游戏视景的二维流形向量值， t ( x) 为Sc( y) 的输出特征向量。

2 游戏设计三维虚拟现实重构

2.1 视景仿真重构

为了实现视景仿真重构，需要对重构的三维动漫游戏视景仿真图像进行特征重构和信息融合处理，以进行三维动漫游戏视景设计过程中的动态补偿和图像转换控制。为此，基于LOD（Level of Detail）技术建立三维动漫游戏视景仿真图像特征融合的多分辨识别模型[14]，得到图像像素分布的嵌入维数m=2 ，建立三维动漫游戏视景仿真图像滤波成像分析模型得到三维动漫游戏视景仿真的信息增强模型为

其中，u 为三维动漫游戏视景图像的色差分量，可以进行低分辨率信息重组，v 为三维动漫游戏视景图像的灰度值，m 为三维动漫游戏视景仿真的信息增强参量，采用Harris 角点融合跟踪检测方法，求得三维动漫游戏视景仿真的灰色像素特征分布集，最后得到三维动漫游戏视景图像的尺度信息为

对三维动漫游戏视景图像进行锐化预处理，建立三维动漫游戏视景仿真图像增强型空洞分布集，采用扩张卷积层分析[15]，将三维动漫游戏视景仿真图形分成t 个模板，得到模板匹配模型表示为

图3 游戏设计三维虚拟现实重构的渲染模型

2.2 游戏设计的视景三维重建

根据上述过程进行游戏三维虚拟现实重构的渲染设计，并提取三维动漫游戏视景仿真图像的多分辨边缘特征信息，通过图像RGB 分解模型进行三维动漫游戏视景仿真图像的颜色分解，进行三维动漫游戏视景仿真的特征匹配，得到游戏设计三维虚拟现实重构的动态传递函数记为其中，J ( x )t ( x) 为参考像素信息。通过对三维动漫游戏视景仿真图形VR 重构，得到三维动漫游戏视景的重构模型。进行三维动漫游戏视景设计过程中的动态补偿和图像转换控制，通过三维动画重建的方法，实现三维动漫游戏视景仿真和虚拟现实重建。

3 仿真实验与结果分析

三维动漫游戏视景仿真实验采用Visual C++仿真设计，结合Matlab 信息处理工具进行程序加载，在MFC 应用程序中进行系统配置和C/S 模式构造，得到仿真设计流程如图4 所示。

根据上述仿真设计流程，通过加载响应函数OnViewFullScreen 进行程序启动，得到游戏程序加载窗口如图5 所示。

图5 程序加载窗口

图4 系统仿真设计流程

为了验证所提方法的有效性，分别采用文献[4],[5]以及本文方法，进行对比，得到三维动态游戏虚拟现实仿真输出分别如图6 所示。

图6 虚拟现实仿真输出

分析图6 得知，本文方法能有效模拟三维动态游戏视景，输出图像的质量较好，测试输出信噪比，得到结果见表1。

分析表1 得知，本文方法进行三维动漫游戏视景重构和游戏设计的渲染能力较强，提高了三维动漫游戏设计的逼真性和人机交互性，三维动漫游戏视景界面输出的峰值信噪比较高，说明游戏场景的成像质量较好，面向对象性较强。

表1 输出信噪比测试 dB

4 结束语

本文提出了基于虚拟现实技术网络动漫游戏设计方法。通过图像处理方法进行三维动漫游戏设计过程中的视景渲染和跟踪识别，得到三维视景重构的形态学特征量，提取三维动漫游戏视景仿真图像的角点信息，结合点跟踪渲染方法进行三维动漫游戏视景图像的跟踪渲染和角点检测，使用MulitGen Creator 和ModelBuilder 3D 进行视景重构和建模，基于LOD 技术建立三维动漫游戏视景仿真图像特征融合的多分辨识别模型，采用Visual C++仿真设计，提高三维动漫游戏设计的人物及场景的逼真性。分析得知，设计的三维动漫游戏视景仿真模型的输出质量较好，性能可靠稳定。