三维模型在虚拟现实中的应用研究

三维模型在虚拟现实中的应用研究

彭甫梅

四川幼儿师范高等专科学校

摘要：近年来，三维建模技术在信息技术的支持下快速发展，技术应用场景更是遍布动画制作、教育教学、文化传播等各个领域，成为虚拟现实场景打造、虚拟形象制作的重要技术，同时也是关键数字资源。本文将简要介绍虚拟现实中常用的三维建模技术，针对三维建模技术在虚拟现实中的优化应用要点进行讨论，以供参考。

关键词：三维模型；建模技术；虚拟现实；优化应用

引言部分

虚拟现实技术是依托于现代化信息技术的一种感官模拟与现实交互技术，该技术能够通过三维模型在虚拟世界中构建不同的场景，给人们带来更加真实的感官刺激。虚拟现实技术不仅能够营造视觉画面，更加利用三维模型构建听觉、触觉等感官场景，给用户以超强的沉浸感与体验感。虚拟现实技术正处于飞速发展阶段，当前已经被应用于建筑结构设计、工程自动管理、飞行模拟训练甚至医学训练场景模拟等方面，逐渐改变人们的工作、学习、娱乐方式。三维模型是虚拟现实场景构建的基础，也是目前虚拟现实技术研究的重点，下文将具体论述。

一、常用的三维建模技术

（一）多边形建模

多边形建模方法是目前应用较多的建模技术，其收集一组点的全部信息完成建模，这些点分别具有不同的位置信息，相互连接后形成边，而三个点就能够形成面，再加一个点可构成面片，超过四条边即形成多边面，以上不同形态的边面就可以用于模型信息描述，经创作者组合后即形成三维体。形体是多边形建模的基本单位，之后创作者将不断增加分段并根据自己的想法编辑构建不同的形状，最终构建三维场景。简单来讲，多边形建模即通过对每根线布线的方式实现对每个点的控制，再通过点、线、面、体的管理构建模型，之后再借助细分对整体布线做一个平均，即从基本形到高面数模型的转换。

（二）CAD建模

建筑或工业模型很难通过单纯的网格（MESH）系统来全面描述，因为顶点坐标虽然构成模型的基础，但并非解决所有制造难题的万能钥匙。MESH技术主要服务于虚拟环境，适用于那些无需物理制造、仅供数字展示或模拟交互的模型，但MESH的一个关键局限在于它只能近似模拟物体形状，无法完美复制真实世界的精确度和细节，因此不能作为实际生产制造的直接依据。相比之下，计算机辅助设计（CAD）方法是创建真实可制造模型的首选途径。CAD技术通过精确的数学参数定义物体的形状、尺寸及其他属性，这些参数远比简单的顶点位置坐标更为严谨和准确。当CAD图纸完成后，这些精确的参数指令被传输给生产设备，设备据此解析并规划出精确的工作路径，直接在材料上进行加工，从而确保最终产品的精确度和质量[1]。

（三）雕刻建模

雕刻建模技术主要是针对粗模的细刻方法，适用于精度与真实度要求较高的模型，如影视模型、动画模型、次世代模型等，此时创作者可选用Zbrush 数字雕刻工具对粗模进行细节刻画，包括人物皮肤纹理、毛发走势等，这样就能够增强场景、人物或画面的真实性和感染力。

（四）扫描建模

以上介绍的建模技术都依赖于数字建模软件，而扫描建模则属于逆向建模，其通过扫描现实中真实的物品并分析、捕捉其参数，之后进行参数的重构进而将现实的事物转化为虚拟现实的构件。目前扫描建模包括激光扫描和摄影测量两种方式，前者需配备专业激光扫描设备对物品进行切片、分层扫描，获取物品每个点的空间位置信息，当点位信息足够多时其构建的虚拟现实模型也更加精准。摄影测量则主要通过多角度拍摄图像与合成模型算法得到虚拟形象，整体精准度不如激光扫描，常用于历史建筑群信息收集与模型构建中[2]。

二、虚拟现实中三维建模优化方法

（一）流程优化

虚拟现实中三维建模环节与流程的优化可有效提高场景构建速度与最终呈现效果，我们从结构、纹理、模型场景三个方面进行技术优化。首先是结构优化，设计人员应深入剖析虚拟场景，从场景分块节奏或模块分割方面重新分析结构层次，而后根据层次建模的基本原则开展结构优化调整与处理。其次是纹理优化，设计人员需根据数据开展纹理预处理，之后再分析建模实际要求分类处理数据，接着进行简单分量纹理处理、纹理格式优化以及纹理拼接处理等工作。完成以上基本的模型创建工作之后，设计人员应通过可见消隐技术活实例化技术等进行模型优化处理，实现多边形数目的优化调整，达到场景或画面的构建要求。最后是虚拟场景优化，设计人员可通过纹理映射技术活外部引用技术等进行整体场景的调整和优化，改变场景的氛围[3]。

（二）结构优化

模型结构是虚拟现实环境设计的关键，即使是最简单的模型也需接受多次层次结构调整与优化，这样才能够达到理想中的虚拟现实场景创设要求。这里的结构主要指虚拟场景结构，设计人员需根据不同场景的特征进行层次划分，而后根据层次和模块分别建模，制定不同的组织计划。不同场景建模的目标和要求存在差异，设计人员应明确构建目标并完善组织计划，进而提高场景模型构建的效率。之后设计人员将根据构建计划逐步搭建三维场景，期间主要以前期几何结构、物品类型等为构建基础，分别从微观和宏观视角进行层次结构优化与场景模型搭建工作，提高虚拟现实场景的真实性

[4]。

结束语：

综上所述，在现代信息技术、大数据技术等新兴科技蓬勃发展的背景下，三维建模技术成为虚拟现实场景构建的关键技术，而虚拟现实更是被广泛应用于教育、文化、工业生产和建筑设计等诸多领域，深刻影响着各行各业。本文以此为出发点，简要阐述虚拟现实建模的核心要素，并深入剖析如何通过策略性改进与优化，来完善三维场景构建的全过程，以期达到更高效、更精细的创建效果。

参考文献：

[1] 王浩淼, 桑胜举, 段晓东, 张伟华, 陶体伟, 马婷. 虚拟现实环境下的协同式三维建模方法[J]. 图学学报, 2024, 45 (01): 169-182.

[2] 何梦雪. 基于Maya和Virtools虚拟现实三维建筑模型建模技术[J]. 信息与电脑(理论版), 2022, 34 (21): 82-84.

[3] 张丽敏. 基于大数据技术的虚拟现实场景展示系统设计[J]. 太原学院学报(自然科学版), 2021, 39 (03): 60-65.

[4] 何成. 虚拟现实场景中三维建模的关键技术研究[J]. 科技视界, 2018, (35): 244-245.