3Dmax在虛擬校園模型制作中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

周正 司占軍 賀瑞玲

摘要：虛擬校園的建設(shè)是未來校園數(shù)字信息化的一個(gè)重要發(fā)展方向。其中，三維模型的構(gòu)建是虛擬校園建設(shè)中重要的組成部分，該文以學(xué)校歷史博物館為建模原型研究了3Dmax軟件在模型構(gòu)建、貼圖以及渲染等方面的應(yīng)用，3Dmax多視角觀察、快捷鍵的快速使用以及眾多功能的集成均可以使得建模過程更加流暢，同時(shí)V-Ray渲染器插件的安裝也使得貼圖更加便捷，最終得到制作完善的虛擬模型。

關(guān)鍵詞：3Dmax;三維建模;模型貼圖

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）33-0245-02

三維數(shù)字校園系統(tǒng)是指數(shù)字信息化的三維校園，包括校園信息的獲取，校內(nèi)環(huán)境的三維展示等，該系統(tǒng)通過虛擬模型能夠全方位地展示校園的實(shí)際地理環(huán)境，真實(shí)再現(xiàn)校園情境，因此三維模型的創(chuàng)建至關(guān)重要。目前三維建模軟件數(shù)量眾多，常用的如3Dmax、Maya、Google Sketchup、Blender、Solidworks、CA-TIA等。本文選用了操作較為便捷的3Dmax軟件，完成了學(xué)校歷史博物館虛擬模型的創(chuàng)建、模型貼圖以及渲染部分。主要應(yīng)用了標(biāo)準(zhǔn)基本體、樣線條、復(fù)合對象、修改器等操作簡單且強(qiáng)大的功能，同時(shí)，更加注意模型細(xì)節(jié)的處理，最終得到了制作完善的三維模型。

1操作軟件簡介

3Dmax全名為3D Studio Max，是一款基于PC系統(tǒng)的三維趣渲染和制作軟件，廣泛應(yīng)用于廣告、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、游戲、以及輔助教學(xué)等領(lǐng)域。3Dmax功能強(qiáng)大且操作簡單上手難度很低，很適合初學(xué)者進(jìn)行使用。同時(shí)，它具有強(qiáng)大的動(dòng)畫制作能力以及可堆疊的建模步驟，在國內(nèi)外都擁有大量的使用者，3Dmax也成為人們進(jìn)行三維模型創(chuàng)建的首要選擇。本文采用的軟件是3ds Max 2014。

2建模方法以及準(zhǔn)備工作

本文中的模型創(chuàng)建使用了兩種建模方法。一種是直接在3DMax利用它自身所帶的創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)幾何體、樣線條、復(fù)合對象等功能建模;另一種是到相關(guān)網(wǎng)站下載需要的模型，將所下載的模型從外部導(dǎo)人，重新加以修改利用即可。需要注意的是在3DMax中構(gòu)建模型所設(shè)置尺寸的大小是否與實(shí)際物體呈比例。利用布爾、擠出、貝塞爾曲線、樣線條取樣、多邊形編輯等基礎(chǔ)功能，進(jìn)行物體模型的搭建。為保證物體模型的真實(shí)感，需挑選合適的材質(zhì)與貼圖，燈光的設(shè)置也至關(guān)重要。到相關(guān)網(wǎng)站下載需要的模型可能與整體場景不協(xié)調(diào)，需要稍加調(diào)整，以消除與自己搭建的場景模型的違和感。

3三維模型的設(shè)計(jì)與制作

3.1整體輪廓建模

首次打開3Dmax需要將單位設(shè)置為毫米，在對博物館整體布局做好規(guī)劃的前提下，開始進(jìn)行建模。首先構(gòu)建博物館整體外圍結(jié)構(gòu)，估算出各展廳邊長。設(shè)置博物館外墻厚度為225mm，內(nèi)墻厚度為125mm，高度為5400mm，方形墻面直接在標(biāo)準(zhǔn)基本體中使用長方體構(gòu)建，而圓形展示廳利用管狀體修改成。首先建立內(nèi)半徑為4600mm，外半徑為4800，高為5000mm的管狀體，將邊數(shù)設(shè)置為100，增加其圓滑度。然后在修改器參數(shù)列表中勾選啟用切片，使切片起始位置為36，結(jié)束位置為一226.5。

博物館整體輪廓較為簡單，由于在建模過程中模型搭建的精確程度會(huì)影響到后期貼圖和制作交互的效果，所以既要避免模型過于簡單無法完整展示細(xì)節(jié)，又要防止過于煩瑣，影響后期貼圖、交互過程，因此，本系統(tǒng)盡量在不影響細(xì)節(jié)效果的基礎(chǔ)上采用數(shù)量較少的面來模擬博物館三維模型≈。博物館整體外圍輪廓如圖1所示：

3.2內(nèi)部裝飾建模

以石拱門建模過程為例，首先通過圖形一樣線條在前視圖中制作一個(gè)寬4000mm的矩形，然后打開捕捉工具，捕捉矩形的寬，畫出一條長度為4000mm的線，然后制作一個(gè)650mm*850mm的矩形，使用復(fù)合圖形工具點(diǎn)擊線條，分別在路徑的百分之零、百分之一百、百分之四十處，進(jìn)行放樣操作一獲取圖形一選擇650*850mm矩形，形成高為4000mm，長寬分別為650mm、850mm的長方體。最后在修改器處，對照新建的長方體，插入腳點(diǎn)，通過移動(dòng)、縮放控制點(diǎn)的操作，調(diào)整柱體的形狀，完成石柱門的制作，石拱門模型如圖2所示。其余的模型如展示柜（圖3）、燈具、墻壁掛畫等，可以通過復(fù)合對象面板的取樣、布爾、超級(jí)布爾，編輯器中擠出、FFP4*4*4以及轉(zhuǎn)化為可編輯多邊形進(jìn)行操作完成。將博物館模型全部構(gòu)建完成之后，為保證節(jié)省內(nèi)存，需要對這些模型進(jìn)行優(yōu)化處理：使用塌陷功能對多模型重復(fù)的地方進(jìn)行處理，焊接模型中一些需要合并的點(diǎn)或線，刪除相鄰兩個(gè)平面的公共邊，盡量使得每個(gè)面都形成凸多邊形。另外，對已完成的三維模型的位置、大小、角度進(jìn)行調(diào)整并優(yōu)化，確保模型的構(gòu)建簡單、美觀且無錯(cuò)誤。

4模型貼圖

在校史館三維模型構(gòu)建完成后，為保證模擬三維建筑物的真實(shí)效果，需要對校史館內(nèi)外模型進(jìn)行貼圖、賦予材質(zhì)操作，使用3Dmax給模型賦予材質(zhì)與貼圖的過程中，共采用了三種不同的方式分別為：

4.1利用基本材質(zhì)

在3Dmax中，通過對三種Blinn基本參數(shù)的調(diào)整可以構(gòu)成基本材質(zhì)，從而創(chuàng)建建模對象表面。這三種參數(shù)分別為：Ambi-ent Color（環(huán)境光顏色），Diffuse Color（漫反射顏色），Specular Color（高光反射顏色），通過對這三種參數(shù)的調(diào)整能夠生成有效的渲染效果，同時(shí)基本材質(zhì)也可以通過調(diào)整自發(fā)光顏色參數(shù)以及不透明度來模擬發(fā)光對象、形成透明或半透明對象等。本次博物館三維模型中的墻面、柱子、天花板等的材質(zhì)制作均采用了這種方法。

4.2利用位圖

位圖是一種二維貼圖形式，通過將構(gòu)建模型本體利用數(shù)碼相機(jī)拍攝，或者收集其原本的材質(zhì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行貼圖，能夠增加與實(shí)體的吻合程度。貼圖過程比較簡單：在安裝好與所使用的3Dmax相適配的V-ray渲染器的基礎(chǔ)上，只需要將下載好的圖片拖拽至材質(zhì)球上，再將該貼圖從材質(zhì)球上直接拖到相應(yīng)位置即可。本次博物館三維模型中展示墻中人物圖片貼圖、地板等都使用了這種方法來完成。圖4展示了部分博物館中墻面的貼圖。

4.3復(fù)合材質(zhì)

復(fù)合材質(zhì)就是將基本材質(zhì)、程序貼圖以及位圖等方法綜合運(yùn)用來制作比較復(fù)雜的材質(zhì)，本次博物館三維模型中玻璃材質(zhì)制作就是用這種方法完成的。在未找到合適玻璃材質(zhì)的基礎(chǔ)上，先下載了磨砂玻璃的材質(zhì)，拖拽人材質(zhì)球后，調(diào)整不透明度為40%，效果如圖5所示：

5結(jié)束語

在三維模型構(gòu)建過程中，雖然能夠在形體尺寸上進(jìn)行還原，但是不論是建模還是貼圖、材質(zhì)的選擇，均偏向技術(shù)性，模型真實(shí)感欠缺，真實(shí)還原場景方面的技術(shù)還需要不斷的加工。不可否認(rèn)的是，在技術(shù)有望得到解決的基礎(chǔ)上，未來3Dmax在建模方面所具有的優(yōu)勢會(huì)更廣泛地發(fā)揮出來，本文通過3Dmax對校園歷史博物館展開模型創(chuàng)建，所制作的三維模型場景非常細(xì)膩，另外將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在校園文化建設(shè)中，也是學(xué)校邁向數(shù)字化管理的重要一步。