La modélisation constitue un point très important dans la simulation d'un monde virtuel. Par définition, la modélisation est la technique, ou l'étape, consistant à restituer sous une forme compréhensible par l'ordinateur des objets solides tridimensionnels. Cette étape de la simulation d'un monde virtuel décrit mathématiquement les processus sous-jacents et les ressources matérielles qu'il faut allouer.

Dans la modélisation, le développement d'une application commence impérativement par une analyse des tâches, après quoi, il faut développer les bases de données objet et optimiser le modèle. La modélisation consiste donc à définir la forme de l'objet, son apparence, son comportement, ses contraintes…

La modélisation matérielle de la scène à simuler se divise en trois modèles différents : modèle géométrique (forme de l'objet), modèle cinématique (position et déplacement), et modèle physique (rugosité, surface, aspect de l'objet).

Afin de réaliser la simulation complète d'un monde virtuel, on ne doit pas s'occuper uniquement de la modélisation matérielle de la scène à simuler, mais aussi de la modélisation acoustique, qui crée un son interactif qui accompagne l'utilisateur ou les actions d'objets.

Ainsi, il existe différentes composantes dans un cycle de modélisation en réalité virtuelle, rattachées à l'outil utilisé de composition de la scène RV, et qui sont les suivantes : adaptation E/S, modèle acoustique, modèle géométrique, modèle physique, contraintes cinématiques, et segmentation du modèle.

Le modèle géométrique définit la forme de l'objet virtuel (par polygones, sommets, triangles,…) et son aspect (texture, couleur, coefficient de réflexion de la surface,…). Néanmoins, on comprend que spécifier la géométrie statique tridimensionnelle d'un objet ne peut suffire pour son animation et donc pour la simulation complète d'un monde virtuel. Or, le comportement de l'objet dans la scène de RV implique des changements dans sa position, des collisions, des saisies, des déformations de surface,… Ainsi, on voit qu'il va être nécessaire, dans l'étape de modélisation, de définir un modèle cinématique. On doit donc, pour le modèle cinématique, définir un système de coordonnées. En RV, on s'intéresse de plus, aussi bien aux positions relatives qu'aux positions absolues des objets 3D. Ainsi, chaque objet d'un scène de RV aura son propre système de coordonnées qui bougera avec lui. Le modèle physique, quant à lui, attribue aux objets virtuels, une masse, un poids, une inertie, une texture de surface, une compliance (solide ou élastique) , un mode de déformation,… Ces caractéristiques sont ajoutées au modèle géométrique et aux lois de comportement pour donner un modèle virtuel plus réaliste.

Il existe différents types de modélisations : les modélisations symboliques et les modélisations par approximations.

On peut passer de l'une à l'autre mais, comme son nom l'indique, la seconde perd de l'information et donc de la précision.

Un moyen très simple de les différencier est de créer une sphère; dans une modélisation par approximations, elle n'aura pas l'air parfaitement ronde car elle sera faite de points reliés par des faces planes (il existe en fait des techniques pour éviter ce type de désagrément).

Cependant ces deux techniques n'ont pas les mêmes utilisations: la modélisation symbolique sert pour les techniques de rendu par Ray-Tracing (Lancé de Rayon) et pour la radiosité, alors que les techniques par approximation sont des cas particuliers associés à différents types de rendu pour en accélérer le calcul.

Il existe également des méthodes supplémentaires qui affinent la modélisation.