計(jì)算機(jī)仿真領(lǐng)域中三維建模技術(shù)探究

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目前，根據(jù)模型的分類差異，三維建模在計(jì)算機(jī)仿真領(lǐng)域中技術(shù)上分為幾何建模類型和動(dòng)態(tài)建模類型。

靜態(tài)三維模型庫(kù)數(shù)據(jù)的獲取

模型庫(kù)建立的難度主要在三維模型建模的精模與低模的轉(zhuǎn)化過(guò)程，在三維模型創(chuàng)建之前，首先需要數(shù)字資源的收集整理,主要包括DWG地圖和地形的測(cè)量數(shù)據(jù)、航拍、設(shè)計(jì)圖紙、以及常用模型的數(shù)據(jù)資源等數(shù)據(jù)資料。三維仿真系統(tǒng)中建立模型資源庫(kù),針對(duì)靜態(tài)三維模型而創(chuàng)建的,為了方便靜態(tài)模型資源的重復(fù)利用,以及方便靜態(tài)模型的資源管理和模型信息升級(jí),因此設(shè)置模型信息分類存儲(chǔ)。靜態(tài)模型資源庫(kù)大致分為以下幾類:建筑三維模型以及公共設(shè)施附屬模型：地標(biāo)性建筑模型；交通設(shè)施模型；公共模型設(shè)施；綠化植被模型；水體模型；景觀及游樂(lè)設(shè)施；模型庫(kù)資源的建立主要是由AutoCAD和3DSMAX來(lái)完成的。在AutoCAD中完成三維場(chǎng)景的平面圖創(chuàng)建后，將其導(dǎo)入3DSMAX中，進(jìn)行地面模型的創(chuàng)建，并且分割地形、地勢(shì)，以便之后三維模型的面數(shù)與貼圖的賦予不產(chǎn)生面的軸向UV問(wèn)題。應(yīng)用3DSMAX進(jìn)行初使模型的創(chuàng)建，由于造型能力強(qiáng)，并且可以很好的與仿真軟件進(jìn)行模型的應(yīng)用導(dǎo)入，因此常用于虛擬仿真的三維建模部分，模型有很強(qiáng)的仿真立體效果。植物模型的創(chuàng)建，一般植物建模通常面數(shù)很高，也就產(chǎn)生了數(shù)據(jù)量的問(wèn)題，因此現(xiàn)今植物建模的各種效果展示中真正的植物模型應(yīng)用比較少，通常是應(yīng)用大量的以面為單位的植物貼圖以達(dá)到場(chǎng)景中需要的視覺效果，尤其是應(yīng)用通道透明貼圖。三維模型創(chuàng)建完成后,通過(guò)三維仿真資源數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理和操作的。三維模型資源庫(kù)將模型分為：高精度模型、中精度模型、低精度模型,方便三維仿真場(chǎng)景中對(duì)于近景、中景、遠(yuǎn)景的不同需求,當(dāng)攝影機(jī)跟隨路徑約束到視圖遠(yuǎn)景時(shí),所顯示的模型為低精度模型,如此可以大量的節(jié)省場(chǎng)景中模型的計(jì)算量,以達(dá)到實(shí)時(shí)交互的刷新頻率要求;當(dāng)攝影機(jī)跟隨路徑約束到視圖近景時(shí),所顯示的模型為高精度模型,保證了實(shí)時(shí)交互,對(duì)三維場(chǎng)景中的近景模型的高精度的視覺要求。三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)的模型資源表現(xiàn)了真實(shí)環(huán)境中的建筑模型合并到虛擬三維場(chǎng)景中的細(xì)節(jié)效果反應(yīng)，包括三維場(chǎng)景中的天空作為一個(gè)球天模型的環(huán)境貼圖對(duì)建筑模型群體的色彩影響。

粒子動(dòng)態(tài)現(xiàn)象的建模

三維場(chǎng)景中的每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)自身坐標(biāo)，物體可以以自身為軸向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，這樣的坐標(biāo)稱為自身坐標(biāo)系統(tǒng)。這個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)的位置隨物體的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、縮放而改變。通過(guò)關(guān)鍵幀的設(shè)置,完成需要的動(dòng)態(tài)模型創(chuàng)建。針對(duì)三維場(chǎng)景還有一個(gè)世界坐標(biāo)，場(chǎng)景中的所有建筑模型都遵從于這個(gè)世界坐標(biāo)。通常動(dòng)態(tài)現(xiàn)象建模應(yīng)用粒子系統(tǒng)，以及動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，表現(xiàn)水景、云霧、風(fēng)、火焰等，水體模型建造在地形變化中起著重要的作用，同時(shí)是建筑表現(xiàn)效果的重要內(nèi)容，場(chǎng)景實(shí)時(shí)渲染的要求，通常應(yīng)用粒子系統(tǒng)完成水景動(dòng)態(tài)特效后輸出動(dòng)態(tài)文件，再將其以貼圖紋理的方式附予場(chǎng)景中的建立好的面片中。虛擬對(duì)象reactor的空間綁定,這是配合粒子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),屬于物理建模方式,通過(guò)對(duì)于虛擬物體的空間綁定,確定reactor的質(zhì)量、重量、摩擦力、慣性,以及物體的反彈參數(shù)值等等，這些特性與三維建模及其虛擬仿真平臺(tái)結(jié)合起來(lái)，形成一個(gè)虛擬模型空間。

結(jié)論

三維場(chǎng)景中的物理建模涉及到動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中比較高層次的模型創(chuàng)建，因?yàn)樗枰锢韺W(xué)中動(dòng)力學(xué)和重力系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相結(jié)合，涉及到動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中力的作用問(wèn)題，主要是三維模型的重力、摩擦力、反彈值。除了人機(jī)交互中相互作用的系統(tǒng)程序應(yīng)用外,還有在計(jì)算機(jī)模擬三維仿真系統(tǒng)平臺(tái)中所呈現(xiàn)的粒子系統(tǒng)和動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，創(chuàng)建粒子系統(tǒng)的動(dòng)畫運(yùn)動(dòng)行為模型。使得虛擬仿真系統(tǒng)平臺(tái)可以自主性控制，也就是設(shè)定場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)信息后,用戶不與之交互,指三維物體的活動(dòng)變化以及周圍環(huán)境和其它運(yùn)動(dòng)實(shí)體模型之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，比如風(fēng)效、雨景特效等，它們不受用戶的輸入控制（也就是說(shuō)用戶不與之交互）。（本文作者：王嘉平 單位：吉林建筑工程學(xué)院城建學(xué)院）