基于SketchUp的三維校園模型繪制方法探討

趙哲 ZHAO Zhe；王曉軒 WANG Xiao-xuan

（廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院，廣州511325）

0 引言

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)高校日益重視校園生活的數(shù)字化、信息化管理[1]，隨著虛擬校園的建設(shè)，對(duì)三維實(shí)體的圖形圖像處理及模型建立的研究也越發(fā)重視。本文基于廣東省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目階段性成果，以廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院為例，在未獲取CAD等圖集數(shù)據(jù)情況下，探討利用SketchUp軟件，在建模過(guò)程中的繪圖思維和方法。

1 立面繪圖法

1.1 簡(jiǎn)約模型繪圖方法

1.1.1 繪圖思維構(gòu)建 目前諸如房地產(chǎn)樓盤、城市建筑群等具有快速建模要求的模型展示，普遍采用簡(jiǎn)約建模，也稱為建立粗模。簡(jiǎn)約模型繪圖思維，是根據(jù)模型使用的實(shí)際情況構(gòu)建，例如在短時(shí)間內(nèi)繪制整個(gè)校園建筑物模型，繪圖思維是以高度不一的規(guī)則幾何體表示實(shí)體模型外殼，通過(guò)紋理映射對(duì)幾何體進(jìn)行貼圖處理。這種模型繪圖思維簡(jiǎn)單，在大規(guī)模的三維模型建立中使用廣泛。

1.1.2 繪圖數(shù)據(jù)類型 在缺少校園圖集數(shù)據(jù)的情況下，建模數(shù)據(jù)一般采用相對(duì)數(shù)據(jù)。校園主體建筑物簡(jiǎn)約建模的主要數(shù)據(jù)包括建筑物樓高、長(zhǎng)度和寬度值，以及建筑物全景圖片。

1.1.3 繪圖關(guān)鍵技術(shù) 立面繪圖法中，簡(jiǎn)約模型繪制的實(shí)質(zhì)就是通過(guò)多個(gè)面域的創(chuàng)建，快速建模。建立高度不同的立面，利用SketchUp推拉工具，在同一場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)多個(gè)規(guī)則幾何體的建立，如圖1所示。然后將處理過(guò)的建筑物全景圖片對(duì)建筑物進(jìn)行紋理貼圖。

1.2 精確模型繪圖方法

1.2.1 繪圖思維構(gòu)建 任何一個(gè)常規(guī)的建筑物體，都是以其四個(gè)面給予人們第一視覺(jué)印象，立面繪圖法的精確模型繪圖思維，是通過(guò)對(duì)建筑物四個(gè)立面進(jìn)行單獨(dú)的繪制，最后拼合面域，構(gòu)成閉合的整體。這種思維模式，適用于立面簡(jiǎn)潔，面上線狀清晰的建筑物。

圖1 立面繪圖示例一

1.2.2 繪圖數(shù)據(jù)類型 校園主體建筑物精確建模的主要數(shù)據(jù)包括建筑物樓高、長(zhǎng)度和寬度值、建筑物全景圖片以及建筑物立面特色構(gòu)件的尺寸和圖片。通過(guò)對(duì)特色構(gòu)件的圖集數(shù)據(jù)采集，能夠逼真還原建筑物立面效果的展示。

1.2.3 繪圖關(guān)鍵技術(shù) 以廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院第一飯?zhí)媒槔?，通過(guò)對(duì)建筑實(shí)景的觀察，飯?zhí)玫拿嬗蚧境是昂髮?duì)稱，左右對(duì)稱，立面構(gòu)件簡(jiǎn)單，立面給人以簡(jiǎn)潔的視覺(jué)印象，建模中只需構(gòu)建兩個(gè)立面。

以側(cè)立面為例，根據(jù)飯?zhí)酶叨群蛯挾鹊南鄬?duì)數(shù)據(jù)值，構(gòu)建面域，面域成組；根據(jù)建筑物全景圖，對(duì)整個(gè)立面進(jìn)行多面域的劃分；根據(jù)特色構(gòu)件（指窗體和承重柱），可以在劃分后的面域上直接進(jìn)行繪圖，如圖2所示。

圖2 立面繪圖示例二

要強(qiáng)調(diào)的是，目前利用SketchUp平臺(tái)進(jìn)行三維數(shù)字校園的建設(shè)處于探索階段，特別是基于GIS軟件對(duì)SketchUp模型的導(dǎo)入并不是很方便，在SketchUp平臺(tái)中，采用立面繪圖法，常規(guī)的繪圖思維是每一個(gè)面域構(gòu)建一個(gè)組，方便后期修改，但是這樣的做法會(huì)使得GIS軟件對(duì)模型信息的讀取不全面，導(dǎo)致模型在GIS軟件中出現(xiàn)構(gòu)件分離，建議在立面繪圖時(shí)，對(duì)于簡(jiǎn)潔立面，可以進(jìn)入面域組進(jìn)行編輯。一個(gè)側(cè)立面的繪制基本完成后，通過(guò)鏡像就可以在SketchUp平臺(tái)中完成飯?zhí)脙蓚€(gè)側(cè)立面的繪制。類似的方法，可以完成飯?zhí)们昂罅⒚娴睦L制，將四個(gè)立面進(jìn)行面域拼接，最終完成一個(gè)精確的飯?zhí)猛庥^模型。

2 幾何組件繪圖法

2.1 繪圖思維構(gòu)建 由于建筑物一般為對(duì)稱的平面形式，立面門窗也比較統(tǒng)一，類型簡(jiǎn)易，外墻飾面材質(zhì)變化較少，可將建筑物拆分為幾個(gè)部分進(jìn)行建模[2]。與利用平面圖集數(shù)據(jù)進(jìn)行建模的方法不同，幾何組件繪圖法繪圖思維是將建筑物拆分成2個(gè)或者2個(gè)以上的幾何構(gòu)件，分別建立成組，利用組件簡(jiǎn)化重復(fù)形狀的構(gòu)建[3]，然后進(jìn)行拼合，完成建筑物的模型制作。這種繪圖思維，可以形象的比喻成“堆積木”，適用于繪制對(duì)象復(fù)雜，構(gòu)成組件較多的模型制作，特別是建筑物的主體構(gòu)件，一般又由小構(gòu)件組成，使用幾何組件繪圖法可以較快捷地完成主體構(gòu)件的繪制。

2.2 繪圖數(shù)據(jù)類型 校園主體建筑物幾何組件建模的主要數(shù)據(jù)與前面提到的幾種繪圖數(shù)據(jù)最大的不同，是幾何組件繪圖需要對(duì)建筑物進(jìn)行分解，不同的繪圖人員有不同的空間思維，通過(guò)這種無(wú)形的空間幾何數(shù)據(jù)來(lái)完成“積木”的堆疊。

2.3 繪圖關(guān)鍵技術(shù) 對(duì)于走廊、陽(yáng)臺(tái)、護(hù)欄、門廳等區(qū)域，只要配合已有的簡(jiǎn)單幾何知識(shí)，再進(jìn)行一些細(xì)致的處理即可，就可以得到一棟建筑物的初始模型[4]。以廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院學(xué)生活動(dòng)中心的主體構(gòu)件為例，如圖3所示。通過(guò)對(duì)實(shí)體建筑的分解，在SketchUp中建立多個(gè)幾何構(gòu)件，通過(guò)“堆積木”的方式完成主體構(gòu)件繪制。

圖3 幾何組件繪圖法示例

3 分層疊置繪圖法

3.1 繪圖思維構(gòu)建 一般的建筑物除首層以外，2層以上樓層建筑風(fēng)格基本一致，對(duì)于需要繪制內(nèi)部構(gòu)造的建筑物，分層疊置繪圖思維的構(gòu)建非常重要。繪圖基本思想是，通過(guò)細(xì)致深入的繪制單獨(dú)層，真實(shí)還原樓層的每一個(gè)空間，并賦予墻體等構(gòu)件，然后通過(guò)疊置方式，快速成樓。

3.2 繪圖數(shù)據(jù)要求 除了前面提到的幾種繪圖方法中涉及的數(shù)據(jù)類型，分層疊置繪圖法還需要對(duì)建筑物內(nèi)部空間的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

3.3 繪圖關(guān)鍵技術(shù) 以廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院綜合大樓為例，3層以上的建筑樓層布局一致，樓層空間劃分為4：3：4，每層樓呈現(xiàn)左右對(duì)稱，可先繪制一張平面底圖，按照4：3：4的布局進(jìn)行面上拉線，通過(guò)推拉工具完成墻體繪制，構(gòu)件樓層空間，在利用幾何組件繪圖法完成樓層的模型制作，最后進(jìn)行樓層疊置，如圖4所示。

圖4 分層疊置繪圖法示例

4 三種繪圖方法綜合應(yīng)用

以設(shè)定數(shù)值方法輸入精確的三維幾何參數(shù)是建立等比例仿真3D場(chǎng)景的最佳方式。SketchUp正是采用這一最佳的方式，在系統(tǒng)中重建一比一的場(chǎng)景[5]。目前，SketchUp平臺(tái)的應(yīng)用廣泛，根據(jù)不同建模要求構(gòu)建不同建模思維，使用不同的繪圖方法，是三維模型繪制成敗的關(guān)鍵。

本文所列的立面繪圖法、幾何組件繪圖法和分層疊置繪圖法在實(shí)際應(yīng)用中相輔相成，繪圖的思維模式一般不獨(dú)立存在，只有三種繪圖方法綜合運(yùn)用，三維造型的設(shè)計(jì)才會(huì)更加靈活。

以廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院主體建筑物的建模為例，通過(guò)分層疊置進(jìn)行樓層內(nèi)部繪圖，立面繪制進(jìn)行樓層外部雕琢，幾何組件的堆積進(jìn)行建筑物主體構(gòu)件或者特色構(gòu)件的繪制，將繪圖思維融入多樣的手法予以表現(xiàn)，使得成果展現(xiàn)新穎突出，如圖5所示，是廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院學(xué)生活動(dòng)中心模型效果展示圖。

圖5 綜合方法建模示例

5 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)手法的發(fā)展及變革，會(huì)影響設(shè)計(jì)思維的擴(kuò)展，基于SketchUp進(jìn)行三維校園模型的繪圖方法探討，為構(gòu)建虛擬校園模型提供了一種便捷的解決方式。在模型制作前期形成繪圖思維，才能確保模型制作過(guò)程的高效性。

[1]張穎.虛擬圖書館在SketchUp中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].海峽科學(xué),2011(11):39-41.

[2]于志剛，張晨晰.基于Sketchup的建筑物三維建模研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2012(11):57-59.

[3]周靖斐，章皖秋等.GIS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)規(guī)模化建筑物的三維建模方法[J].地理空間信息,2011(2):85-90.

[4]趙勝,羅方權(quán),顧東.基于GoogleSketchUp的三維虛擬校園的建立[J].礦山測(cè)量,2012(2):36-38.

[5]檀曉翔.鐵路站點(diǎn)GIS信息可視化方法研究[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊),2012(10):288-289.