建置虛擬實驗室場景

3ds Max是目前全球暢銷的3D模型建置與動畫製作的軟體，3ds Max廣泛應用 於視覺效果、角色動畫及新一代的遊戲開發，也是一套專門為建築，工業設計專 業人員所量身定制的三維動畫、建模應用軟體。最初的3ds Max的產品名稱為3D Studio，是由Yost Group公司為DOS平台設計製作，由Autodesk公司發行。Autodesk 公司之後從第二版開始買下接下來兩個版本的標誌和核心開發。產品使用平台轉 到Windows NT介面，名字改為「3D Studio MAX」，此版本還是Yost Group公司 製作，由從Autodesk拆分的Kinetix公司發行。產品名稱更改為皆是小寫的「3ds max」，後來Autodesk公司收購，從第八版到目前第十版的產品又重新打上 Autodesk的標誌，名稱則修改成大寫「3ds Max」。

3ds Max軟體輸出檔案相容於其他的3D軟體及虛擬實境的整合軟體，且3ds Max在3D功能上有許多特色，就本研究性質傾向，在製作上會用到下列幾項軟體 上優勢特點：

1. 基於個人電腦(pc)系統所設計的低硬體配置要求的軟體，不是具備超級 電腦或僅是專業與企業的專用工具，對一般使用者並非遙不可及。

2. 3D建模步驟可透過堆疊效果，所以使製作模型有非常大的彈性。

3. 3ds Max於物件模型設計時可自訂多個視角，藉由各個視角可以觀察建模 過程，並可以很輕易掌握模型的情況。

4. 3ds Max於物件建模時，可以輸入 X、Y、Z三向度的座標，準確設定物件 的位置與規格。

5. 3ds Max具強大的外掛支援，多家公司配合設計外掛程式，讓設計者減少 自行開發的時間。

6. 3ds Max可以單獨輸出物件或多個物件群組形成一新物件後輸出至其它虛

擬實境的整合軟體中編輯，例如Virtools。

7. 3ds Max軟體本身可單獨從立體物件的塑造、材質設定、燈光設置、攝影 機應用、動畫製作，完成一部動畫。

8. 設計曲面的功能強大，完成具有真實性的立體圖形。

基於上述理由，本研究選擇此軟體來建立物理虛擬實驗室場景內的模型，以 呈現實驗場景的仿真效果。3ds Max雖可製作物件運動，但匯入Virtools過程中 易造成物件設定上的相互干擾，因此動畫建置部分留置Virtools整合編輯軟體完 成，目的是簡化設計的環境，讓本虛擬實驗室的模擬達到擬真性及科學真實性。

二、3ds Max操作介面介紹

就其最主要介面圖示說明圖3-4-1：

圖3-4-1 3ds Max操作介面圖 a. Drop down menu：下拉式功能選單

b. Main Toolbar：主工具列

c. Viewport：視景工具區

d. Status Bar Controls：狀態列

e. Time Slider and Track Bar：時間軸及時間拉桿 f. Animation and Time Controls：動畫錄製控制區 g. Viewport Controls：視景控制面板

h. Command Panels：功能指示面板

三、3ds Max進行物件、場景建模的基本流程

使用3ds Max軟體製作物件或動畫的流程如下：

1. 建立模型物件(Modeling Objects)：要由電腦繪圖設計一3d立體造型或 動畫，最基本且最重要的第一步是建立模型的物件，3ds Max軟體提供許 多工具協助完成製作一個立體模型物件。

2. 材質處理(Material Design)：設計好的物體模型僅是一個架構，好比是 石膏像一樣，需要為這石膏像選擇適當的外表材質處理。例如選填顏色，

或設定金屬色澤亦或是內建多樣化的材質選項。

3. 燈光與攝影(Lights and Cameras)：物體模型材質處理完後，需要燈光 的照射與不同角度的觀察才能顯現出逼真的效果，例如光源的強弱度、

光亮及陰影的位置等。

4. 動畫(Animation)：完成模型與場景及燈光物件或攝影機設定，若要製作 動畫可經由影格處理產生動畫效果。

5. 著色﹝彩現﹞(Render)：當所有物件作品完成之後，經過場景著色的步 驟就能完整顯示所有場景內元件的色彩，甚至可以輸出成影像圖片與動 畫檔。

本物理虛擬實驗室設計採由3ds Max進行建模，完成的物件匯入Virtools介

面平台，再進行動畫部份的模組程式套用與燈光效果的設定。

四、物理虛擬實驗室中以3ds Max所建模的物件

本牛頓第二運動定律虛擬實驗共有三項物實驗，使用3ds Max所建模物件如 下所列：

表3-4-1 應用3ds Max 建模的物件表

名稱 圖示 功能或特性簡述

實驗桌

放置軌道、滑車等以進 行運動定律實驗桌面

軌道 表面無摩擦力

滑車

與軌道間無摩擦力，與 軌道擋板之間有彈力作 用

偵測器(光電管)

偵測滑車通過時的速度 與時間

斜面菱柱體

共有5度、10度、15度、

20度四種坡度

滑塊 增加滑車重量

法碼 作用外力來源

繩索及滑輪

隨 著 滑 車 與 法 碼 移 動 時，滑輪會旋轉

第五節 虛擬實驗室模組之設計