3dsmax環(huán)境下大規(guī)模城市建模研究

摘 要：高效率的大規(guī)模城市建模是虛擬現(xiàn)實(shí)、城市規(guī)劃、數(shù)字娛樂(lè)中重要的技術(shù)支持。本文首先以3dsmax為平臺(tái)，通過(guò)獲取平面網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)的位置作為坐標(biāo)，復(fù)制建筑模型。并建立自動(dòng)刪除機(jī)制。重點(diǎn)研究了刪除參數(shù)的設(shè)置。將模型視作頂點(diǎn)集合，根據(jù)模型頂點(diǎn)分布，采用高斯分布加權(quán)。實(shí)現(xiàn)了根據(jù)模型的形狀進(jìn)行變化的動(dòng)態(tài)刪除參數(shù)。有效的完成了對(duì)重疊模型的清理。

關(guān)鍵詞：大規(guī)模城市建模；重心法；平均距離法；高斯分布

中圖分類(lèi)號(hào)：P283.7

城市場(chǎng)景的構(gòu)建是三維虛擬方針的一個(gè)重要組成部分。本文在構(gòu)建一個(gè)大型場(chǎng)景的工作中，以對(duì)少量模型進(jìn)行批量復(fù)制和排列的原則為基礎(chǔ)。利用3dsmax的腳本編程完成半自動(dòng)復(fù)制、排列以及參數(shù)微調(diào)的方法完成場(chǎng)景模型的初步建造。然后對(duì)排列后出現(xiàn)的重疊現(xiàn)象，對(duì)模型距離進(jìn)行頂點(diǎn)計(jì)算并使用高斯分布參數(shù)加權(quán)，完成自動(dòng)刪除重疊機(jī)制并展示最終結(jié)果。

1 城市的建模

基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)條件是以平面網(wǎng)格模擬地面，首先建立一個(gè)模型復(fù)制機(jī)制，隨機(jī)選取網(wǎng)格上的網(wǎng)格點(diǎn)，抽取選擇集中的模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)復(fù)制，以被選取的網(wǎng)格點(diǎn)的坐標(biāo)作為被復(fù)制模型的新位置。在復(fù)制后必然會(huì)產(chǎn)生重疊。所以將利用腳本的自定義函數(shù)的功能來(lái)定義一個(gè)自動(dòng)刪除函數(shù)，對(duì)場(chǎng)景中的模型進(jìn)行兩兩篩選，以模型的重心坐標(biāo)為基準(zhǔn)進(jìn)行差值計(jì)算。比較之后，若小于標(biāo)準(zhǔn)值則刪除掉一個(gè)模型。本次實(shí)驗(yàn)設(shè)置了3個(gè)不同的刪除參數(shù)。刪除后的效果比較見(jiàn)表1：

表1 三個(gè)參數(shù)的結(jié)果對(duì)比

2 間隔參數(shù)的計(jì)算

通過(guò)上面的實(shí)驗(yàn)已知，使用固定的參數(shù)值，對(duì)于重心距離較近的模型有比較好的效果，對(duì)于重心較遠(yuǎn)而邊緣部分重疊的模型效果不佳。所以下面的研究工作就是建立一個(gè)自動(dòng)計(jì)算的根據(jù)模型形狀不同而變化動(dòng)態(tài)的刪除參數(shù)。

首先，模型是一個(gè)由頂點(diǎn)組成的集合體，每個(gè)頂點(diǎn)都有自己的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。由于在平面上的模型分布，只有模型在X、Y軸的坐標(biāo)參數(shù)參與計(jì)算，Z軸是可以忽略的。因此可以把模型描述成為一個(gè)二維平面坐標(biāo)系內(nèi)的頂點(diǎn)集合。將模型定義為一個(gè)頂點(diǎn)的集合B，復(fù)制后同一類(lèi)型的模型定義為B的集合Ω。計(jì)算Ω內(nèi)每個(gè)元素間的距離。定義兩個(gè)Ω集合間的距離函數(shù)D（Bi，Bj）長(zhǎng)作為初始的距離矩陣。分為X軸

第一步是計(jì)算每一個(gè)頂點(diǎn)到重心之間的距離。因?yàn)槟Ｐ吞幱谕粋€(gè)平面，本文的目標(biāo)是消除XY平面上的重疊效果，所以Z軸的數(shù)值對(duì)結(jié)果不產(chǎn)生影響。所以為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將三維模型視作一個(gè)位于XY平面的二維頂點(diǎn)集合，只抽取同一平面內(nèi)的頂點(diǎn)參與計(jì)算即可。將計(jì)算出的距離值放入數(shù)組D。同時(shí)將最大距離法算出的距離值Dn放入數(shù)組D中，以作為刪除參數(shù)的最大值參考。我們知道每個(gè)模型在4個(gè)方向上的頂點(diǎn)分布不盡相同，應(yīng)該有4組不同的數(shù)據(jù)。為了簡(jiǎn)化任務(wù)本文將模型視為在X、Y軸向上的對(duì)稱(chēng)物體。因此將自刪除函數(shù)簡(jiǎn)化為在X和Y軸的兩個(gè)函數(shù)，各函數(shù)的刪除參數(shù)值并且根據(jù)前面的理論我們將計(jì)算集合的均值并乘上一定的高斯分布系數(shù)作為刪除參數(shù)的參考值。對(duì)于每個(gè)模型都有兩個(gè)參考的刪除參數(shù)，在自動(dòng)刪除是會(huì)根據(jù)模型的種類(lèi)和方向自動(dòng)調(diào)用它們的刪除參數(shù)。使用新的刪除函數(shù)和刪除參數(shù)對(duì)同一平面多次執(zhí)行的重復(fù)率分別為23.36%、21.56%、23.85%?？梢钥吹奖戎暗慕Y(jié)果已經(jīng)降低了不少，證明算法的有效性。最后用改進(jìn)后的方法對(duì)城市場(chǎng)景進(jìn)行模擬搭建，場(chǎng)景由24個(gè)平面組合而成。效果見(jiàn)圖1：

圖1 城市效果圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文在3dsmax下利用少量資源對(duì)大型城市模擬方法進(jìn)行了研究。完成了對(duì)模型的自動(dòng)復(fù)制和排列，并研究了模型間距離的算法，分析并利用了高斯分布的算法特點(diǎn)，結(jié)合各種算法的優(yōu)勢(shì)建立了有選擇性的動(dòng)態(tài)刪除重疊機(jī)制。該方法有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、調(diào)試方便等特點(diǎn)，但是對(duì)于模型間距離的精確計(jì)算以及可控式分布還有改進(jìn)的空間。

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作者單位：大連科技學(xué)院，遼寧大連 116052