【文章摘要】

虚拟现实中的三维建模技术是最近几年才发展起来的高新技术，不过这项高新技术以其强大的功能正广泛的应用于人类的各个领域。本文主要阐述了虚拟现实技术中的Open GL 三维图形建模方法。

【关键词】

虚拟现实；三维建模；技术方法

1 虚拟现实技术

虚拟现实技术是最近几年才出现的高新技术，简称为VR，它是实时三维计算机图形技术、广角立体显示技术、跟踪技术等多种技术的综合。虚拟现实技术之所以能够让使用的人感觉到身如其境是因为它利用电脑模拟技术产生了三维空间的虚拟世界，这个虚拟的世界可以给使用的人提供听觉、视觉、触觉等感官模拟。虚拟现实技术现在广泛的被应用于医学、军事航天、室内设计、工业仿真、游戏、娱乐等领域，它对人类的生产、生活以及科技发展提供了非常大的作用。本文主要分析虚拟现实中Open GL 三维图形建模方法。

2 Open GL 三维建模方法

Open GL 是近几年发展起来的三维图形标准，以其卓越的性能、强大的功能和调用的方便被广泛的应用于三维图形应用程序的接口和底层图形库。在世界上几家大的计算机公司的全力倡导下Open GL 现如今已经发展成为国际三维图形标准。Open GL 三维建模方法主要包括分割重组法、曲面合成法、三角形拼接法和利用面向对象技术进行三维图形建模等方法。

2.1 分割重组法

拆分和重组是分割重组法生成宏观物体的最基本的两个步骤。

2.1.1 拆分

图1 是对一个旋转物体进行纵平面切分，切分是时候要保证好每两个切面之间的回转体是柱体或者锥体，为了方便重组和提高绘制速度在切分的时候要根据物体的具体形状选择好适当的切分点，这样才能保证切分之后的物体变得规则、简单。切分后的物体可以组成多边形、椭圆形、圆形等多种切分面，拟合成多边形之后找出适合的多边形，这时就能够确定出重组物体所需要的长方体侧面数。

图1 回转体切分示意图

2.1.2 重组

寻找图形对象的点、线、面的过程就是重组的过程。还以图1 锥体为例来说明重组的过程，把Ⅰ截面和Ⅱ截面的各个顶点编好号然后逆时针方向连接两个面的所有对应点，以此来形成我们所需要的图形。图2 当中的切面Ⅰ、切面Ⅱ，以及由切面Ⅰ、和切面Ⅱ对应的各个线段连接而成的侧面组成了封闭的台柱体，对这些柱体进行绘制就能够得到旋转体的三维图形。

图2 重组示意图

2.2 曲面合成法

在虚拟建模当中经常会制作闭合曲面、光滑曲面等，比如说制作地球、被子、盘子等物体造型。在建造曲面模型的时候我们可以根据成熟的Bezier、NURBS 等样条曲面理论结合Open GL 强大的功能来完成这类曲面的制作。下面是利用Bezier 曲面构造仿真对象的具体步骤：

①把所构的物体沿着它本身的对称轴线剖分成几个对称的部分，接着只需要对一个或者几个部分进行曲面的构造并镜像。

②按照所选择的部门来进行相似多边形的选择，保证好多边形的顶点位于曲面外围，在曲面的凹凸极点位置必须要有控制点，控制点的数量在曲面变化急速的地方多，在曲面变化平缓的地方比较少。

③接下来是调整好多边形的位置，让它适合曲面的形状

④对封闭曲面来说，在曲面的结合处要安排好相同的控制点，这样才能够保证好曲面连接平滑。

2.3 三角形拼接法

在虚拟建模中对于岩石、冰川、人体器官等形状复杂、棱角突出的物体的建模时采用最为广泛的是三角形拼接法。三角形拼接法以其容易实现图形变化多端的特点广泛的应用于大地勘探、海洋测量、飞行控制等领域。下面重点来说说三角形拼接算法和局部三角形的重构。

2.3.1 三角形拼接算法

计算可删除顶点、删除顶点和局部三角形重构是三角形拼接算法中的三个关键步骤，可删除顶点的判别方法主要是根据定义先判别出顶点是边界顶点、复杂顶点还是简单顶点，如果是边界顶点的话则使用点到线的距离来简化标准，直线是用来连接两个边界顶点；如果是复杂顶点的话就是不可删除的顶点；如果是简单顶点的话则可以根据点到面的距离来简化标准，判断的方法和边界顶点一样，对那些可以删除的顶点对其进行删除。

2.3.2 局部三角形重构

在仿真三维地景的显示当中一般需要使得地面景物在不同的时刻具有不同的细节，比如在飞行仿真当中当飞行的高度不同时俯瞰的地面景象也要有所变化，在高度升高的时候地面变得粗糙，在高度下降的时候地面变得精微。三角形的增删能够实现同一处地形三角形网格由疏到密或者由密到疏的变化过程，如图3 所示。

图3 三角形网格的增删

2.4 利用面向对象技术进行三维建模

传统图形建模方法一般都是利用现有的软件资源来逼真的描述所需要的实体景物，在构件实体的过程中由于整体规模的庞大一般需要编制非常多的语句来实现，模型一旦建立大部门都是不能够重复利用，这就导致了每次仿真模型的建立都需要重新进行这么繁琐的重建工作。但是利用面向对象技术来进行三维模型的建立就不存在传统图形建模的问题，它抓住了仿真模型的本身特点，把所要解决的问题列为主要的对象，这些主要对象单元不仅可以构成一幅画面，而且单元本身又是独立存在的实体。下图是利用面向对象技术进行图形对象组建的过程。

图4 形象的变现出了新图形对象的组建过程，而且从上图我们可以看出如果建立一个丰富多彩的图元系统的话就可以通过多个图元的组合衍生出各种各样复杂的新的仿真图形对象。

3 结束语

通过对虚拟现实中Open GL 三维建模方法进行简单的分析研究之后我们发现虚拟现实以及它的建模技术有着非常大的发展前景。我国已经有一部分科研院所对这个领域有所研究，相信在不久的将来我国在这方面的技术一定能够赶上世界水平，把虚拟现实中的三维建模技术广泛应用于我们现实的生产生活当中。

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图4 面向对象技术图形对象组建051