基于SketchUp的三維圖像建模

摘 要：本文的目的是實現(xiàn)圖書館大門的三維圖像建模。首先通過衛(wèi)星成像圖和內(nèi)部圖紙來對圖書館進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)測量；然后使用SketchUp軟件對圖書館大門進(jìn)行三維圖像建模，主要繪制了大門的外形輪廓和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維模型；接著使用多種計算機圖形學(xué)算法，在所構(gòu)建的圖書館大門三維模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步體現(xiàn)其陰影和紋理細(xì)節(jié)等模型要素；最后通過細(xì)節(jié)優(yōu)化以達(dá)到模型的3D渲染效果。

關(guān)鍵詞：圖像建模；SketchUp；3D渲染

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.164

1 引言

現(xiàn)實生活中具體的事物需要通過大量的測量才可以進(jìn)行進(jìn)一步計算，最終得到分析結(jié)果。但在實際情況中，難以做到全面和精確地測量（如地表結(jié)構(gòu)分析），只能通過將其按照一定的比例轉(zhuǎn)化為抽象的數(shù)字參數(shù)，再通過一些軟件將這些參數(shù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的圖像并構(gòu)成與該實物成一定的比例的模型，這一過程即計算機圖像建模。

2 三維圖像建模基本介紹

計算機在讀取真實的三維物體時會存在信息的丟失，因此不能直接對其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過計算機圖像建模可以有效地將所獲得的二維數(shù)據(jù)重組為三維物體，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)和分析、使用具有強烈真實感的建模工具以及采用不同角度的成像方式等方法，可以幫助設(shè)計者構(gòu)筑模擬真實世界的模型。

圖像建模是一種使用圖形生成原理和圖形算法將二維或三維的現(xiàn)實實物轉(zhuǎn)化為光柵形化的計算機顯示，即利用計算機所能表示的基本圖形與計算機的對圖像的計算、分析、處理和顯示等相結(jié)合，達(dá)到對實體物體的最大程度的模擬實現(xiàn)化。

在運用圖像建模構(gòu)造真實物體尤其是構(gòu)造三維場景時候，設(shè)計者需要明確可以從圖像模型中獲得什么樣的信息。根據(jù)輻射能量守恒定律，設(shè)計可以確定所要建模場景（或物體）的因素，如物體的外觀（內(nèi)部）幾何結(jié)構(gòu)、光照明模型、反射特性和動力學(xué)特性。根據(jù)這些特性所建立的模型含有真實實物或場景豐富信息，因而可以在所建模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行更加深入的數(shù)據(jù)分析。

3 SketchUp開發(fā)環(huán)境

SketchUp又叫“草圖設(shè)計大師”，是一款近年來非常流行的三維建模軟件。它的建模過程分為4步：導(dǎo)入二維幾何數(shù)據(jù)（或者是影像數(shù)據(jù)）；運用SketchUp中的畫線/面工具構(gòu)建所需模型的輪廓（二維），再使用推/拉工具得到三維模型；利用組件庫和材質(zhì)庫里的素材對三維模型進(jìn)行紋理的處理；導(dǎo)出所得模型。

二維布爾運算是指在一個平面內(nèi)兩個或兩個以上的幾何圖形進(jìn)行并集、交集或者差集運算的操作。在圖形設(shè)計中靈活運用圖形的布爾運算，可以大大的提高復(fù)雜圖形設(shè)計的效率。在本文的建模中，巧妙地運用布爾運算可以在SketchUp中畫出圖書館的平面結(jié)構(gòu)圖，然后通過推/拉，達(dá)到建立圖書館三維圖的效果。

4 實驗結(jié)果

在SketchUp中以幾個矩形的二維布爾運算求并集，計算出正門臺階長約為1.055×20=21000（毫米），寬約為0.829×20=16580（毫米）。圖書館門前樓梯分為2段，每段有12階，兩段中間有一個平臺。先建立一個長方體的立體圖，找到長方體x軸上的高的中點，將x-y面上的矩形分為上下兩個部分，分別將上下兩部分平分為12段，再分割每個矩形，得到樓梯的雛形。圖1為實驗效果圖。

5 總結(jié)

本文通過使用SketchUp軟件對圖書館大門進(jìn)行了圖像建模，繪制出圖書館大門的三維圖像模型，并且進(jìn)一步分析了圖書館大門的建筑結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)，體現(xiàn)了圖像建模靈活，高仿真度等特點，為進(jìn)一步提高運用數(shù)學(xué)建模解決實際問題打下了基礎(chǔ)。

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作者簡介：楊雨薇（1993-），女，江蘇南通人，碩士研究生，研究方向：計算機圖形學(xué)。