3DMAX后期渲染在電廠設計中的應用

王 楠

(中國電力工程顧問集團 東北電力設計院有限公司，長春 130021)

3DMAX后期渲染在電廠設計中的應用

王 楠

(中國電力工程顧問集團 東北電力設計院有限公司，長春 130021)

3DMAX在建筑模擬設計過程中的視覺效果立體化、工業(yè)設計的視覺效果立體化、各類電腦游戲的開發(fā)及電影特效方面都有著非常卓越的貢獻，現(xiàn)代社會對建筑設計的建設已經不局限于紙筆。本文在分析3DMAX渲染技術在電廠設計中的應用，充分的展現(xiàn)了3DMAX的直觀可視性和及時模擬的準確性，對重建模過程進行了詳盡的敘述，并對3DMAX的許多要點有較為深刻的分析。

電廠設計；3D渲染；應用

現(xiàn)階段的電廠設計工程大部分都只是從手工圖紙或者平面繪圖的角度來設計，而電廠設計本身較為復雜，在工程初步設計用渲染出來的效果圖把整個電廠的設計表現(xiàn)出來，可以更直觀的看到設計的效果。

以往工程的初步設計是利用VANTAGE Review進行設計方案的確定，利用VANTAGE Review軟件，可以做到電廠還沒有建立起來，模型就已建好，通過模型的布置，可以對電廠的布局、廠房的色調搭配等進行調整。但是Review的材質編輯過于粗糙，采用的是貼圖的方式，達不到真實材質的效果表現(xiàn)。將 3DMAX運用到電廠設計當中，可以有效的顯示一個更加真實的工廠環(huán)境。Review在光照和背景的選擇太過單一，無法真實的表達電廠的環(huán)境，而3DMAX在光照和背景的處理中，都可以達到較為真實的視覺效果。在后期的處理中，3DMAX可以通過多種圖像輸出的方式進行編輯，可以運用處理方式加入電廠周邊環(huán)境，完成效果圖的制作。圖1為Review后期表現(xiàn)的全廠效果圖，圖2為3DMAX通過后期制作完成的全廠效果圖。

圖1 Review后期全廠效果圖

圖2 3DMAX后期全廠效果圖

1 運用3DMAX建立模型的思路和步驟

從數(shù)字化空間到模擬環(huán)境的真實化實際上是實現(xiàn)三維的展示[1]，并運用建筑表現(xiàn)后期場景完成輸出的過程。3DMAX軟件應用于大部分建筑表現(xiàn)圖的后期展示，建模的大致分為以下幾個步驟：模型建立一初調材質與貼圖一燈光處理一生成動畫一后期渲染。

1.1 建立模型

首先要弄清楚圖紙和設計的意圖，然后導入需要建立模型的圖紙，凍結導入的圖形，根據(jù)參照調節(jié)適合比例。在3DMAX中建立模型的單元格，選擇合適的空間捕捉方式，建立預期模型。也可以導入其它軟件中可以兼容的或者已經完成的模型。

1.2 材質和貼圖的賦予

在場景中整體材質應有一個整體體現(xiàn)的色調[2]，增加特殊效果，讓模型的材質更貼近原型，賦予的材質和貼圖與模型參照物比例大小適合并放置適當位置，讓模型在質感、顏色、紋理等視覺效果上更接近原型。

1.3 光照的處理

對模型賦予材質和貼圖使其與原型更貼近，增加了一定的真實性，但是缺乏光照會導致模型失真，因此需要給予其光照處理，燈光都可以投影和附加質量，這樣可以表現(xiàn)好整體場景物體的立體感和層次感，所以在三維場景中設置相機和燈光，讓模型效果更有色彩感。

1.4 生成動畫

將場景物體生產動畫是指對物體進行移動，旋轉和變形的過程[3]。建立模型、材質和貼圖的賦予，相機和燈光的處理是模型的構建技術。通過對對象尤其是攝像機的移動、旋轉和變形讓模型動起來，生動形象[4-5]，與真實的環(huán)境和狀況一致。

1.5 渲染輸出

Render渲染器功能進行輸出可以保存發(fā)光圖片。VRay可以以場景模式輸出，進行三維漫游的制作。通過渲染效果的明暗對比和色彩對比進行輸出，或者以靜態(tài)圖像的形式輸出，都可以使模型與原型更加貼近[6-7]。

圖3 單位設置

2 電廠設計中3DMAX使用的步驟和流程

2.1 圖紙的導入

將CAD圖紙導入3DMAX中，這樣創(chuàng)建模型可以有一個參照。在進行畫圖之前為了保證模型的準確性，必須首先將MAX的單位設為mm，如圖3。

2.2 建模階段

3DMAX在電廠設計上能夠模擬展示不規(guī)則的地形和建筑物，這是其相對于其他3D軟件最為強大的功能[8]。第一步，在頂視圖中，將導入的CAD圖紙凍結，在菜單欄中，選擇繪捕捉設置，用移動工具組合好圖紙的位置；接著，選擇全部線條，在創(chuàng)建面板中，選擇幾何體的下拉菜單，然后選擇符合對象。第三步，右鍵將其轉換為可以編輯多邊形，繪制線條，得到的效果是與地面地形形成一個整體。第四步，凍結該對象，根據(jù)地形，編輯曲面樣條線，這樣就基本完成了等高線的建模；最后，添加uvw貼圖編輯修改器，以保證貼圖的正確設置。

圖4 不規(guī)則的地形

圖5 帶飛檐的建筑物

圖6 燈光及攝像機的布置

圖7 材質編輯

同時可以使用創(chuàng)建幾何體命令構建其他立柱等建筑形態(tài)。使用多邊形建模工具可以解決不規(guī)則山石的繪制，如圖4。而具有頂部為飛檐的建筑物，可以創(chuàng)建特殊物體形式轉換成可編輯多邊形后通過對端點以及曲面的樣條線來實現(xiàn)編輯，如圖5。通過以上的步驟我們就基本實現(xiàn)了對建筑物的模擬和建模。

2.3 處理光照及渲染材質

運用3DMAX軟件構件模型時，賦予模型材質可使其更接近原型，但是只有在攝影機及燈光的創(chuàng)建體現(xiàn)光照的渲染效果。通常電廠設計中需要的是日照模型，如圖6，因此并不需要復雜的燈光效果，也不需要設置復雜的燈光參數(shù)，配上藍天白云背景，簡單地設置自然光，模擬現(xiàn)實的室外光照，就可以達到真實的自然效果，操作方便簡單，效果良好。這種技術的掌握在電廠設計中可以很好地還原真實場景，因此被廣泛地應用于建筑的表現(xiàn)。

同時，在工業(yè)設計中也要注意設置燈光反射的位置。真實場景中電氣的設備大多數(shù)為金屬材質，因此對其真實的表現(xiàn)效果對材質渲染器的要求很高。在電廠設計中，基礎設備大部分是混凝土材質，所以我們需要特別設置燈光陰影參數(shù)。為了是渲染效果，材質貼近真實效果。在三維設計中，3DMAX不僅可以實現(xiàn)設備間距離近產生的陰影擋住的情況，也可以幫助設計人員進行后期的渲染。

因為沒有材質條件的加入，所以模型一般在剛運行的時候多表現(xiàn)出的是黑色的底圖樣，因此我們主張將其轉換成線框式的表現(xiàn)形式以便我們能夠占用更小的顯存。設置環(huán)境材質一般主要包括材質的原質地、色彩、紋理等方面的特性。值得一提的是賦予材質和物體貼圖具有本質上的區(qū)別，通常情況下，材質更多的表現(xiàn)其3D的特性，呈現(xiàn)的是3D的效果，而貼圖多是采用2D的表現(xiàn)形式，多包圍在物體表面。貼圖由于內存小，所以其可以最大程度上節(jié)省資源，如圖7。

通常情況下，在3DMAX模型中，在材質編輯器設置中可以實現(xiàn)多數(shù)的材質效果，如建筑外墻的涂料，鋁塑鋼板，純玻璃幕墻，墻磚等。在3DMAX模型中，設置模型的材質主要包括位圖參數(shù)、Blinn參數(shù)、材質編輯器等多個欄，可以基于此，選擇不同的渲染材質的渲染方式及明暗器來強化三維模型的外在表現(xiàn)形式。比如：

(1)設置不同類型物體的參數(shù)：在物體表面形成的漫反射高光，一般適用于玻璃等反光物體。在涉及到的虛擬場景中，物體桌面、門窗把手及窗戶時應該使用該參數(shù)。

(2)渲染金屬物體的材質：此類多應用于有機及金屬材料，可以凸顯其反光效果，其多用于電氣設備的設計，鋼架、電纜等多用此參數(shù)。

(3)對一些建筑光線進行陰暗處理：其是對Blinn的一種延伸，與其相比具有更有表面色更有力的控制，可以在物體的表面形明暗對比，多用于較為粗糙的物體。

電廠中有著大量的設備和管道，電廠中室內外的模型數(shù)量十分巨大，我們通過運用貼圖技術以及VRay 渲染，如圖8，及3DMAX自帶的預留材質模型，可以在最大程度上提高工作效率。

圖8 VRay材質器設置

在透視窗口下觀察顏色效果的基礎上，要更充分的凸顯材質的質感，反映光的特性(諸如陰影方面高質量的感官體驗)，這就需要充分借助高質量的渲染器來加以實現(xiàn)。后期通過將tif格式的圖像導入Photoshop的方式，并在Photoshop調整導入圖像的色彩對比度及顯示亮度，同時，運用特有方法處理下發(fā)電廠周邊的環(huán)境綠化效果，來完成效果圖的設計制作。

傳統(tǒng)的CAD主要是為設計人員而開發(fā)的一款平面設計軟件，在此基礎上完成具體的建設工作，與之不同的是，使用3DMAX軟件的是面向三維效果展示，它的應用不僅能夠給工程建設人員帶去直觀的視覺印象和體驗，還能面向社會上其他非工程專業(yè)人員，通俗易懂，簡單形象，大眾化程度十分高。這種3DMAX模型的直觀的解說，既可以作為多媒體的表現(xiàn)形式，又可以成為上報文件的一個組成部分，以其獨特的優(yōu)勢，實現(xiàn)獨有的價值。

3 3DMAX軟件的優(yōu)點及其具體表現(xiàn)

(1)3DMAX軟件建模方法多，技術性有很強的優(yōu)勢。備受認可的細分曲面技術操作便利，在技術方面不輸于NURBS。使用曲面和NURBS技術進行建模既可構建復雜面片模型，又方便快捷簡單易用，能夠達到快速建模的效果。

(2)模型渲染效率高，速度快，且渲染畫面質量較高，渲染需要設置參數(shù)較少，上手容易，全局光影效果簡單真實，并多用于效果圖方面。

(3)3DMAX可以為用戶提供多種易用、便捷的功能。

(4)在變換定點時，可以選擇部分頂點，將復雜物體中較為光滑柔和的部分物體選擇出來建立模型。

(5)可以從外部引入其他程序的模型，工作操作過程可以實現(xiàn)多人化。

(6)另外，3DMAX擁有強大的動畫功能，完成虛擬現(xiàn)實和培訓，通過虛擬的三維數(shù)字模型，可以漫游在猶如真實環(huán)境的電廠中。可以通過三維數(shù)字模型展示來完成人員對電廠布置的直觀印象。

4 結 論

綜上所述，3DMAX軟件在電廠建筑設計中的廣泛應用。它強大的建模方式，可以體現(xiàn)三維空間圖像以及動畫效果，能很好的描繪出設計工作的整體形象和動態(tài)的各角度布局狀態(tài)。

在運用3DMAX技術之后，可以有效的解決電廠中大量設備模型，室外場景模型模擬。三維設計軟件在設計中只是為客戶展示電廠總體設計概念圖形的渲染，它只是增加了一個設計項目在中標中的展示，使客戶對電廠的總體設計有一個大體的了解。隨著現(xiàn)在科學技術發(fā)展速度越來越快，人類在許多發(fā)展建設當中都離不開先進技術的運用，任何輔助軟件只是幫助實現(xiàn)工作中的想法的一種適合的工具。怎樣將3DMAX這一有效直觀的工具應用到更多工作中，實現(xiàn)更多方便快捷的功能，才是具有真正意義的課題。

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And Late on 3DMAX Rendering in the Application of the Power Plant Design

WANG Nan

(Northeast Electric Power Design Institute of China Power Engineering Consulting Group Co.，LTD.，Changchun 130021)

3DMAX in the visual effect in the process of building simulation design three-dimensional on 3DMAX，industrial design，the visual effect of three-dimensional，and the development of all kinds of computer games and movies have very outstanding contributions，and special effects on architectural design for the construction of the modern society is no longer confined to pen and paper.Based on the analysis of 3 on 3DMAX rendering technology in power plant design，the application of the full display and intuitive on 3DMAX visibility and the accuracy of the simulation in time，the heavy modeling process has carried on the detailed narration，and many key points of production softwares 3 dmax has a deeper analysis.

Power plant；Design 3D rendering； Application

2016-04-12

王 楠(1985-)，女，吉林省公主嶺市人，中國電力工程顧問集團東北電力設計院有限公司工程師，主要研究方向：三維設計.

1005-2992(2016)06-0097-05

TP31，TP391.72

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