基于3DS MAX的校園三維模型室內(nèi)外一體化制作

劉 虎，陳漢文

（1.江西理工大學(xué) 建筑與測繪工程學(xué)院，江西 贛州 341000；

2.湖北省水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430022）

基于3DS MAX的校園三維模型室內(nèi)外一體化制作

劉 虎1，陳漢文2

（1.江西理工大學(xué) 建筑與測繪工程學(xué)院，江西 贛州 341000；

2.湖北省水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430022）

研究了基于3DS MAX軟件的校園三維模型的制作步驟和方法，討論了校區(qū)建模的數(shù)據(jù)采集、紋理生成、模型修改等關(guān)鍵技術(shù)；特別闡述了室內(nèi)建模的制作方法和技巧，彌補(bǔ)了三維室內(nèi)建模的空白。

3DS MAX；三維模型；室內(nèi)外一體化

在科技日益發(fā)達(dá)的今天，隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們已經(jīng)可以直觀、清楚地描述地理空間物體。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為人類觀察自然環(huán)境和景觀建筑、了解實(shí)體提供了身臨其境的感覺[1]，可以通過電腦和網(wǎng)絡(luò)瀏覽城市地理三維實(shí)體模型，可視化效果刻畫得更加形象生動(dòng)。為了更好地展示南京師范大學(xué)的風(fēng)貌，本文運(yùn)用3DS MAX軟件制作了校園三維圖。

1 校園三維圖的設(shè)計(jì)

校園三維圖的制作流程如圖1所示。

圖1 三維圖制作流程圖

筆者為了作圖時(shí)有真實(shí)感，且不偏離實(shí)際，對南京師范大學(xué)校園進(jìn)行了實(shí)地勘查。通過拍攝照片獲得建筑物的紋理信息，并繪制草圖，把實(shí)際建筑物的形狀和信息記錄下來（如樓房的層數(shù)、層高、區(qū)域位置等），為以后的模型修改、整理提供參考。

2 建模方式的選擇

在3DS MAX中，建模即生成建筑物的三維模型，是作圖最重要的一步，其包括4種方式：網(wǎng)格、多邊形、NURBS及面片建模。建筑物一般使用簡便快捷的多邊形建模；網(wǎng)格和NURBS建模一般較少用到；面片即Bezier面片，可以使面模型內(nèi)部變得光滑，用較少的細(xì)節(jié)表示出，與輪廓更加相符的形狀。處理時(shí)靈活使用4種不同的方法，得到的結(jié)果可能是無限的[2]。

3 校園建筑三維圖的制作和修改

3.1 三維模型的制作

首先在AutoCAD中把建筑物的底圖畫好，或者提取出現(xiàn)有CAD圖紙中建筑物輪廓，再導(dǎo)入3DS MAX。當(dāng)模型的墻體拉出來以后，其基本形狀和實(shí)際差不多，再對該模型進(jìn)行編輯和修改等。

門窗的制作有2種方式：一種是通過布爾運(yùn)算把門和窗從墻中摳除，然后把做好的門窗模型加進(jìn)去；另一種是直接通過貼圖將帶有門的圖片貼在墻上。先用Photoshop將貼圖設(shè)置Alpha通道，然后再將3DS MAX中材質(zhì)編輯器的通道輸出設(shè)置為Alpha通道，這樣窗戶就具有透視效果。

3.2 布爾運(yùn)算

在使用3DS MAX軟件建模時(shí)，布爾運(yùn)算可以簡化建模的操作步驟。通過2個(gè)模型的交和并運(yùn)算，可以產(chǎn)生很多特殊效果，如建筑物中間是空心的，可以生成這部分空心模型，再用建筑物的模型減去空心模型，那么中間就空出來了（見圖2）；如果建筑物模型有突出部分，可以利用擠出命令把這個(gè)面擠出來。3DS MAX中布爾運(yùn)算可以概括如下：Union——并運(yùn)算；Intersection——交運(yùn)算；Subtraction（B-A ）——從B中減去A；Subtraction（A-B ）——從A中減去B。

3.3 破面修改

在處理過程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生破面，這對以后的貼圖不利，為此要求把破面上的線刪除掉。萬一破面上的線太多或刪不掉，只能把整個(gè)破面刪除，再重新畫出一個(gè)面。其具體操作步驟是：把破面刪除，選中模型墻體，右鍵菜單選中創(chuàng)建，在模型的墻角頂點(diǎn)就出現(xiàn)了藍(lán)色小點(diǎn)，把藍(lán)色小點(diǎn)連接起來就構(gòu)成了一個(gè)平面，這樣生成的平面和模型是整體結(jié)構(gòu)。

圖2 布爾效果圖

4 校園三維圖建筑物紋理的生成

4.1 紋理的采集

可利用數(shù)碼相機(jī)或較高像素的手機(jī)實(shí)地拍攝紋理，獲得建筑物的圖像。若采用實(shí)地拍攝，照相時(shí)最好選擇晴朗天氣，盡量正對建筑物拍攝每個(gè)面，同時(shí)避免向陽面和背陽面的拍攝，保證每張照片亮度一致，否則會(huì)導(dǎo)致模型紋理差別。

4.2 紋理的制作

采集的照片需要經(jīng)過Photoshop作進(jìn)一步處理。若同一墻面使用幾幅圖片拼接而成，會(huì)因?yàn)楣饩€、角度的不同呈現(xiàn)不同的顏色，這樣代入模型會(huì)出現(xiàn)明顯的拼接痕跡?？梢栽赑hotoshop中使用一幅拼接圖的底色作為標(biāo)準(zhǔn)，將其他圖幅涂成同一顏色，消除色差。處理后的照片像素大小應(yīng)保存為2的N次冪，以利于紋理的正確顯示[4]。在游戲引擎中，貼圖以2的N次方顯示更能有效利用資源[5]。采集來的照片如圖3所示，圖4是處理后的照片。

圖3 采集的原始照片

圖4 處理后照片

4.3 紋理的粘貼

材質(zhì)球（如圖5所示）的設(shè)置較復(fù)雜。每個(gè)模型用一個(gè)材質(zhì)球，每個(gè)材質(zhì)球可以設(shè)置任意數(shù)量的子材質(zhì)球。當(dāng)選擇模型一個(gè)面的時(shí)候，同時(shí)在材質(zhì)編輯器（如圖6所示）設(shè)置其ID（從1開始），然后從材質(zhì)中選擇所要貼的紋理圖像，并對該子材質(zhì)球命名，為以后的貼圖修改操作提供索引。貼圖相同的面可以設(shè)置相同的ID。貼圖時(shí)選用UVW貼圖。

圖5 材質(zhì)編輯器材質(zhì)球框

圖6 材質(zhì)編輯器

5 校園建筑三維圖的燈光設(shè)計(jì)

建筑物燈光的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了建筑物的獨(dú)特魅力，特別是在夜間，燈光的設(shè)計(jì)顯得格外重要。本文列舉了2個(gè)燈光設(shè)計(jì)的例子，圖7為聚光燈效果，圖8為泛光燈效果。

圖7 聚光燈效果圖

圖8 泛光燈效果圖

6 校園建筑室內(nèi)分層建模設(shè)計(jì)

建筑物建模不僅停留在室外，室內(nèi)也同樣重要（如圖9所示）。室內(nèi)建模遠(yuǎn)比室外建模更精細(xì)更復(fù)雜，但制作方法基本一致。校園室內(nèi)建模一般是按樓層制作的，先在AutoCAD中把室內(nèi)外的墻線繪出來，然后導(dǎo)入3DS MAX直接擠出，便可以把模型的一層室內(nèi)結(jié)構(gòu)擠出來。

圖9 室內(nèi)結(jié)構(gòu)示意圖

對各層室內(nèi)結(jié)構(gòu)相同的建筑，待模型第一層做好后，把第一層的墻上各個(gè)頂繪成多邊型，擠出就可以得到層與層的隔板，把第一層模型全部復(fù)制并在Z軸向上移動(dòng)特定高度（樓層的高度），便可生成多個(gè)樓層（見圖10）。此時(shí)模型室外還不能貼圖，因?yàn)闆]形成完整的面，本文通過布爾運(yùn)算把墻合并構(gòu)成一個(gè)整體，便可以進(jìn)行紋理貼圖。對于每層室內(nèi)結(jié)構(gòu)不同的建筑模型，按照上面所述的方法分別生成各個(gè)樓層的模型，再把每個(gè)樓層疊加到一起即可。

圖10 多樓層室內(nèi)結(jié)構(gòu)圖

7 校園建筑三維圖的渲染

建筑物模型建成后，下一步就是渲染圖像。經(jīng)3DS MAX處理得到的渲染結(jié)果往往較生硬、單調(diào)，畫面色彩缺乏層次感?？梢岳肞hotoshop的編輯、修飾和處理功能對整個(gè)圖像進(jìn)行調(diào)整[6]，渲染效果如圖11所示。

圖11 渲染效果圖

[1] 李德仁. 信息高速公路、空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施與數(shù)字地球[J].測繪學(xué)報(bào), 1999, 28(1): 1-5

[2] 趙娟, 何宗宜,阮晴.校園三維圖的研制[J]. 測繪科學(xué),2006,31(4): 155-156

[3] 張祖勛,張劍清.城市建模的途徑與關(guān)鍵技術(shù)[J]. 世界科技研究與發(fā)展, 2003,25(3): 23-29

[4] 吳嬿.Photoshop通道在圖像處理中的應(yīng)用[J]. 計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程, 2010,38(5): 122-123,146

[5] 陳勇, 馬純永，陳戈.基于VC/OpenGL的虛擬海大校園導(dǎo)航系統(tǒng)[J]. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào), 2007,19(2): 263-267

[6] 阮晴,何宗宜.基于3DS MAX的武漢大學(xué)校園立體圖的制作[J]. 測繪通報(bào), 2002(12): 49-51

[7] 廖克.現(xiàn)代地圖學(xué)的最新進(jìn)展與新世紀(jì)的展望[J]. 測繪科學(xué),2004,29(1): 5-9

Production of 3D Campus Model Indoor and Outdoor Integration Based on 3DS MAX

byLIU Hu

The steps and methods of producing the campus 3D model based on 3DS MAX software were discussed in this paper. We specially discussed the methods and techniques of producing interior room configuration, which has make up the blank of the 3D indoor modeling.We also discussed the creation methods of campus modeling processes and 3D structure models using 3DS MAX software.

3DS MAX, 3D model, integration of indoor and outdoor

P208

B

1672-4623（2013）02-0053-02

10.11709/j.issn.1672-4623.2013.02.016

2012-11-08。

項(xiàng)目來源：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（40971234）。

劉虎，碩士，研究方向?yàn)樘摂M地理壞境。