淺議三維模型技術的實踐應用

陳圣國

摘要：三維模型是一個物體使用計算機技術進行多邊形表示，并可以在設備上具體顯示的模型數據，任何物理自然界存在的東西都可以用三維模型表示。三維場景建模是將三維與基礎地質研究相結合，以三維的形式，表達地表的自然地貌與人文社會地物。相對于二維地圖，其具有更加直觀，更加形象的特點。

關鍵詞：貼圖；模型；3D

1.引言

為適應社會發展和經濟建設的需要，永嘉縣于2013年便積極著力開展永嘉縣基礎地理空間框架建設，改項目的其中一項重要的工作就是數字永嘉三維建模及場景建設項目，具體是建立三維數據模型以便對規劃審批進行輔助，而三維場景數據作為項目的重要組成部分，擬開展永嘉縣主城區10平方公里的精細三維場景數據制作和20平方公里體塊模型建設。

根據現有項目需求、生產工藝以及軟件成果來設計，本次項目的成果主要包括三維模型數據[1]。三維模型數據包括幾何數據、紋理數據和元數據。幾何數據存儲模型的三維結構，以Max格式存儲。紋理數據是指模型表面紋理信息，根據不同的貼圖類型使用不同的存儲格式，不帶Alpha通道的紋理以JPG格式（*.jpg）存儲，帶Alpha通道的紋理以PNG格式（*.png）或TGA格式（*.tga）存儲，動畫格式以GIF格式（*.gif）存儲。元數據是對三維數據格式的描述，以XML格式（*.meta）存儲。三維模型數據存儲了三維模型的基本信息，每個地物存儲在單獨文件中。

2.已有資料情況及分析

項目實施的范圍目前有較好現有測繪成果數據資料，主要有甌北東2007年1：500數字地形圖、甌北西2012年1：500數字地形圖、上塘2009年1：500數字地形圖和影像數據等。1：500數字地形圖數據是數字永嘉地理空間框架基礎數據之一，該區域1：500數字地形圖數據比較完整，精度高，其提取得到框架數據擬作為三維建模主要參照數據。

三維模型系統是利用GeoDatabase來對三維模型的空間輸數據、屬性數據、運行數據進行統一管理。GeoDatabase是Arc/Info8基礎上引進的一種全新的空間數據模型，也就是建立在DBMS之上的統一、智能化的空間數據庫。GeoDatabase主要是利用面向對象的方法，使得每個數據要素都具有獨自的行為和屬性，提高三維模型的真實性。

3.貼圖的制作

3.1無縫底圖的制作

通常情況下三維模型的平面底圖為dwg或者shp，Viritualcampus系統采用永嘉縣基礎地理空間框架建設1：500的CAD平面圖為底圖，但是原始的二維平面圖存在一些問題，需要對原始的二維平面圖進行優化處理，才能為后期三維模型創建提供便利條件?；贑#程序語言的基礎上，開發出用于讀取AutodeskCAD軟件中的構件信息，將讀取的信息輸出到指定信息表中，采用XML，xml屬于一種標記語言，主要的作用承載數據，然后通過CSS進行顯示。

底圖是建筑的主體貼圖，項目區域內所有的建筑陽臺、門等特征都基于底圖制作。所以，為了模型更加真實，底圖的無縫性顯得尤為重要。無縫底圖的制作，要以實地采集的照片為基礎，分析貼圖紋理的循環性，及貼圖的公用性，使用Photoshop等軟件進行制作。

3.2同底紋貼圖的制作

從采集的照片中裁切下陽臺等結構，并移動至底紋圖層上，進行底紋去除處理。將制作的所有貼圖都放在同一畫布上，分好圖層，方便素材使用，確保貼圖無縫對齊。

4.模型制作

4.1整理白模

以現有地形圖為底圖，直接依據封閉的底圖線建立模型，同時將模型頂部、底部、和所有重疊的面刪除，并焊接頂點，按輪廓檢查，只有頂部和底部兩個輪廓線。如圖1。

4.2分析照片

對應白模分析照片，分析貼圖紋理的循環性及貼圖的共用性。

4.3模型分線

根據照片，對模型進行布線，保證裁切線裁切到所有的面。

4.4法線對齊

軟件默認為是正北的世界坐標系，為方便建模操作，特使用法線對齊工具，對模型進行法線效正，暫時將單獨模型臨時修改為模型自己的獨立坐標系。

4.5模型整體貼圖

在三維建模的時候，為避免漏貼面，在對模型單獨面進行貼圖之前，先將整個模型貼一個常用的純色貼圖。

4.6分層建模

針對建筑樓層比較高的，建議分層制作，即如下圖，貼圖為2層一循環，故2層一制作，也不致于貼圖的重復性太高。

每個面因實際情況不同，所以面的比例位置結構方向也會相應的有所區別，故要調整每個面的UV，如下圖建筑的一個單獨面進行調整。

按照CAD數據及照片數據，根據建筑規范，進行結構貼圖表現，和結構實體建模，并按照上面的貼圖方法，將每個面貼上貼圖，如下圖所示，藍框中為結構實體建模，紅框為結構貼圖表現。

在輪廓的級別下，保持UV（保證線可循環的前提下），將Z軸坐標輸入之前的11層的高度值，即可得到如下效果。

最后細化模型，將剩余屋頂結構制作完成。

5.問題及解決

5.1地形圖的導入

5.1.1地形圖導入出現的問題

地形圖是根據各地情況，在現場所勘察采集的地面矢量地圖，具有各自的空間地理信息，因此，各地的坐標各異，且離原坐標較遠，坐標數值較大[2]。但是3DMax作為專業空間建模軟件，并非專業的地理信息軟件，因此，當地形圖導入Max軟件中，因誤差原因容易產生圖形變形的問題。

5.1.2地形圖導入誤差解決

從上面5.1.1地形圖導入出現的問題中，已分析了地形圖產生誤差的原因是地形圖的坐標數值太大，故此，為了避免底圖變形產生誤差，可以先將地形圖在專業的地理空間軟件中（如CAD）將整體地形圖往原坐標進行偏移，統一設置一個偏移值，讓地形圖的坐標數值盡可能的小，最后再將底圖導入3DMax軟件中。如圖5.1，在地形圖上設置一個點，以此點位基準，將整個底圖根據此點偏移到原點上。

結束語：地理空間框架是空間信息基礎設施的重要組成部分，是經濟社會信息化發展的基礎平臺。三維場景的建設適應社會經濟發展的需要，也順應了社會空間服務的需要。三維場景建設包含內容十分豐富，在某些方面專業性極強，是一項系統的工程，如果能夠得到充分的應用，將帶來良好的經濟效益及社會效益。

參考文獻

[1]李振，楊建鳴.機械三維建模教程[M].機械工業出版社，2011

[2]程鵬根.三維空間數據建模及算法. [M] .國防工業出版社，2012