基于SketchUp的居民小區(qū)三維模型構建

萬 典

(成都理工大學 四川 成都 610059)

基于SketchUp的居民小區(qū)三維模型構建

萬 典

(成都理工大學 四川 成都 610059)

構建城市三維模型是建設數(shù)字城市的基礎，數(shù)字城市向智慧城市的進一步拓展，更需要城市三維模型作為支撐，城市三維模型的構建在城市的規(guī)劃、管理、建筑設計、工程施工等方面具有重要的意義。

本文以某居民小區(qū)的部分住宅樓為例，具體闡述了利用SketchUp軟件進行建筑物三維模型構建的流程，并分別采用不同渲染軟件進行場景渲染和制作三維場景漫游動畫?；赟ketchUp的城市建筑物三維模型和漫游場景的制作，能夠快速地構建一個逼真和低成本的城市建筑物展示平臺，讓人足不出戶就能實現(xiàn)對場景的漫游與交互，從而擁有身臨其境的直觀感受。

三維建模；城市建筑物；SketchUp

數(shù)字城市的快速發(fā)展使得三維建模技術有了質(zhì)的飛躍，用于三維建模的軟件也更加豐富，建模流程更加簡潔快速，功能也越來越強大。利用SketchUp可以直接在電腦上進行十分直觀的構思，其創(chuàng)作過程不僅能夠充分表達設計師的思想而且完全滿足與客戶即時交流的需要，它是一個三維建筑設計方案創(chuàng)作的優(yōu)秀工具。[1]

一、基于SketchUp的三維模型制作流程

為了建立現(xiàn)實場景的虛擬現(xiàn)實環(huán)境，先要將現(xiàn)實世界的建筑物輪廓精確地繪制出來，呈現(xiàn)一個立體的物體，然后對其形狀、光照、材質(zhì)等屬性進行搜集和分析，通過不同的方法創(chuàng)建到三維環(huán)境中，創(chuàng)建一個形象而逼真的環(huán)境[2]。對于依圖而建的三維建模方法，繪制二維圖形的最終目的是建立三維模型，所以基于SketchUp建模的基本方法是從二維平面上勾畫出一個面，再把面推拉出三維的立體模型，在面上構建其他形狀的立體，繪制出模型的輪廓，最后著色貼圖處理。在SketchUp中的建模是緊緊圍繞著以“面”為核心的方式來操作的，這種方式的優(yōu)點是模型很精簡，操作起來很簡單，但缺點是很難建立形態(tài)復雜奇異的模型[3]。

二、數(shù)據(jù)采集與整理

(一)采集屬性及紋理數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)主要是指建筑物的高度、門窗及陽臺的長寬和位置、建筑物及道路名稱等。在不是建立精密三維模型的情況下，這些數(shù)據(jù)可以到實地概測，然后用估算的數(shù)據(jù)在模型上表示出來。對于精密三維建模，還可以使用測距儀和全站儀等測量儀器測出細節(jié)部分的長寬高，但利用測量儀器測量花費的時間較長，成本較高，對大范圍建筑物場景的構建不宜采用這種測量方式，這也是基于圖紙建立城市模型的一個缺陷。

建筑物場景的紋理數(shù)據(jù)主要是建筑物的側面紋理、樓頂紋理和景觀紋理。紋理屬性采集主要是借助相機進行建筑物側面、頂樓及景觀照片的采集，在實地拍攝照片時需要盡可能是正面拍攝出來的照片，這樣利于后續(xù)貼圖工作的進行，對于實際情況無法進行照片拍攝的可以通過網(wǎng)上的地圖街景等方式上截圖獲取。

(二)分析與優(yōu)化CAD圖。已經(jīng)繪制出來的二維平面地形圖，直接導入SketchUp中會出現(xiàn)建模不需要的多余線條和注釋，那么導入前需要整理圖像，需要用CAD將除等高線外的其他線整理到同一平面內(nèi)。

居民小區(qū)地形圖主要有住宅區(qū)建筑物以及景觀道路等，在導入前用CAD軟件將地形圖的點號及多余線條進行刪除，在將原圖備份的情況下將文字、標注和一些不必要的線段刪除，刪除不需要的圖層。

三、三維模型建立方法

(一)導入CAD圖。在導入CAD圖前，在SketchUp中對場景單位進行設置，在軟件窗口欄的場景信息中修改單位，將單位設置為米(m)，精確度數(shù)字盡量設置小一些。對于底圖的采集方式，除了利用已有的二維平面地形圖外，也可以利用百度地圖的衛(wèi)星圖像來制作模型的地圖，可按實地邊長長度將截圖導入到SketchUp中，再依據(jù)圖片描繪建筑物底部輪廓。

(二)三維模型制作。制作居民小區(qū)的整體輪廓主要是制作建筑物的模型。使用“推拉”工具可構建建筑物輪廓的主體，使用“復制偏移”工具可用將輪廓線偏移至所需的距離。對于精度不高的建?？晒罍y出樓層高度。在創(chuàng)建完一棟樓后，通過在地圖上測量和實地觀察，小區(qū)有部分建筑樓是相同的，相同住宅可以通過將整體做成組件或做成群組戶平移、復制和旋轉(zhuǎn)，同理，細節(jié)部分也可以這樣構建。

制作窗體的方法是可以直接繪制或通過插件進行繪制。繪制的方法是將相同的窗體制作好并制作成組件，在組件欄可以隨時選擇已經(jīng)做好的組件進行復制，由于居民樓某連續(xù)層數(shù)窗體相同，可利用陣列方式復制窗體。

(三)模型貼圖。貼圖有三種方式，一種是通過在材質(zhì)里面添加圖片，把圖片做成材質(zhì)貼在需要的地方，這種方式貼圖的看上去比較美觀，但是和現(xiàn)實建筑物的紋理略有差異，如果想要達到逼真的效果，就需要利用繪圖軟件處理紋理。

貼圖時首先調(diào)整貼圖的大小，再調(diào)整貼圖的坐標，在“鎖定別針”模式和“自由別針”模式調(diào)整貼圖的位置，如果需要移動已被貼圖的物體，可將物體制作為組件再進行復制陣列。

四、渲染與動畫制作

(一)三維場景效果圖制作

1、基于V-rayforSketchUp效果圖制作。為使模型更加逼真，想要獲得更具有說服力的效果圖，就要對模型進行場景的渲染。在模型的材質(zhì)以及空間的光影關系方面，利用V-RayforSketchUp能進行更加深入的刻畫，能渲染出照片級別的效果圖。具體的流程是要先安裝V-RayforSketchUp插件，首要工作是檢查模型，比如正反面是否正確，材質(zhì)的分類是否無誤等。檢查好后對一些材質(zhì)進行編輯，選擇V-RayforSketchUp工具欄中的材質(zhì)編輯器，打開材質(zhì)編輯器的面板，注意要隨時清理一些無用的材質(zhì)，在場景材質(zhì)中，選擇清理沒有使用的材質(zhì)，以便無用材質(zhì)占用系統(tǒng)資源影響軟件的速度。在材質(zhì)編輯器中可以對材質(zhì)的相關屬性參數(shù)進行設置。

2、基于Lumion效果圖制作。為了使建筑物的場景更加豐富，效果更加逼真，Lumion軟件出的渲染效果是比較好的，使用Lumion進行場景的渲染可以使人們能直接預覽建筑場景并節(jié)約時間和精力。用Lumion的效果圖制作，首先要把在SketchUp中建立的模型導出來，注意導出的文件在選擇的保存路徑和保存的文件名稱中都最好使用英文，輸出類型為：COLLADA。

輸出模型后，把SketchUp導出來的模型導入到Lumion中，在導入前將SketchUp的模型整體放在原點。Lumion自帶有許多人物、動物、植物等模型，在型庫里選擇想要導入的物體，Lumion中還自帶有大量的材質(zhì)，這些材質(zhì)可以按自己的要求調(diào)節(jié)材質(zhì)屬性。

(二)基于Lumion三維場景漫游動畫制作。為了能讓建筑物場景有更好的展示效果，對場景制作動畫能夠使畫面更加生動，Lumion渲染軟件以其簡潔的操作和強大的動畫制作功能能夠在短時間內(nèi)創(chuàng)建高清動畫電影，大幅降低了制作時間與成本。使用Lumion制作漫游動畫的流程如下：

(1)在Lumion的編輯界面中，直接添加一些物體。

(2)如果只需要制作靜止物體的漫游動畫，依次選取不同角度拍攝照片，最后點擊左側的播放鍵即可看到漫游動畫的生成。

(3)制作運動物體動畫時，調(diào)整好人物或汽車運動的朝向，調(diào)整好后點擊新增特效按鈕，選擇動畫特效的移動，對小區(qū)內(nèi)的人和車設定行走路線。

[1]戴濟平.GoogleSketchUp三維可視化技術[J].測繪科學，2011，36(5)：231-233.

[2]許捍衛(wèi)，房曉亮，任家勇，范小虎.基于SketchUp的城市三維建模技術[J].測繪科學，2011，01：213-214+189.

[3]譚仁春.三維城市模型的研究現(xiàn)狀綜述[J].城市勘測，2007，03：42-43.