CT檢測室的3D模型設計

陳紅　謝勤嵐

摘 要 結合CT機和CT室的相關知識，介紹了一種對CT機和簡易CT室的3DS MAX模型設計方法。設計步驟為：安裝軟件和插件、準備建模的工作、制作3D數據模型、渲染并得到結果。論文簡介了3DS MAX的基本內容和工作步驟，3D建模技術的定義和原理。最終獲得的模型可用于醫學影像學和醫療器械專業的虛擬實驗教學，或用于放射科或影像科的實習教學中，也可用于醫學工程師的業務培訓中，提高實踐教學或專業培訓效果。

關鍵詞 三維建模建設 3DS MAX CT室 數據模型 VR渲染器

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.08.018

3DS MAX Model Design of Simply Constructed CT Room

CHEN Hong[1]， XIE Qinlan[2]

（[1] Experimental teaching center， South-Central University for Nationalities， Wuhan， Hubei 430074；

[2] School of Biomedical Engineering， South-Central University for Nationalities， Wuhan， Hubei 430074）

Abstract A method of designing model of CT and simple CT room with 3DS MAX is introduced. Combining with of CT and CT room. The design steps include installing the software and plug-ins， preparing the modeling work， making the 3D data model， rendering and getting results. In the paper some related knowledge such as the basic contents and designing steps of 3DS MAX， the definition and principle of 3D modeling technology， the feature and requirement of the CT and CT room are also introduced. The final results obtained from the design can be used for the virtual teaching of medical imaging and medical device professionals， practice teaching of interns in radiology or radiology departments， and business training of hospital equipment department and medical worker.

Keywords 3D modeling technique； 3DS MAX； CT room； data model； VR renderer

隨著科學技術與市場競爭的不斷發展，三維建模技術在各個領域的應用越來越廣泛和深入。在數字城市、工程設計、國防軍事、科技教育和文化娛樂等領域，3D（Three Dimensional三維）建模技術都起到了關鍵的作用。隨著信息技術的快速發展，以智能手機和三維掃描儀為代表的場景采集設備性能的快速提升，計算機圖形學、色彩學、機器學習和立體視覺等學科領域得到了蓬勃發展，這使得數據模型的獲取更加便捷，為計算機的快速構建和工作站的實景渲染提供了強有力的支持，極大地推動了三維模型設計軟件在相關領域的深入應用。

在眾多建模軟件中，3DS MAX（3D Studio Max）是一個廣泛應用于工業制造、游戲開發、機械設計及影視特效領域的三維設計軟件。作為主流的設計軟件，它功能強大，能夠提供建模、渲染、動畫一體的三維解決方案，有著卓越的表現力和強大的功能。

1 3D建模介紹

3D建模就是使用三維制作軟件，通過虛擬三維空間構建出三維數據表達的模型。在現實世界里，真正的三維空間有真實的距離和方向，計算機軟件中的操作空間只是看起來像真實世界。因此計算機上顯示的3D圖形，只能讓人眼看上去像真的一樣，而人眼有一個特性，就是近大遠小，因此才能形成立體感。計算機的屏幕是平面二維的，之所以能夠欣賞到真實的三維建模圖像，是因為計算機屏幕上所顯示的色彩灰度的不同，而使人的眼睛產生視覺上的錯覺，從而將二維的計算機畫面感知化為大腦可接受的三維圖像。

一直以來，互聯網的形態都是2D模式，但是隨著3D建模技術的不斷發展和進步，在未來時間里，會有越來越多的互聯網應用以3D影像的方式呈現給用戶，包括網絡游戲、虛擬社區、電子商務、網絡視訊、電子閱讀、遠程教育等。甚至對于旅游業和娛樂業，3D互聯網及其附屬產業也能夠起到大大地推動作用，一些世界名勝、雕塑、古董、明星將以3D的形式來讓用戶知曉和體驗，這種體驗的真實與震撼程度要遠遠超過2D。

雖然3D建模技術已經在工業的各個方面取得了長足的進步，但是實際生產中仍然出現了許多問題亟待解決。在許多并非可視的建模過程中，如虛擬冶金、虛擬電磁環境等，工程師們無法獲得具體數據，又缺乏相應數據包而出現工作困難。而在許多超大型建模工作中，如3D城市規劃、3D礦山模型等，建模時間過長和成本過高導致的各種問題也讓使用者們為難不已。這些都是當前亟待解決的問題。

2 3DS MAX軟件介紹

3DS MAX是Discreet公司所開發的基于PC的三維動畫渲染制作軟件，其前身是基于DOS系統的3D Studio系列軟件（現為Autodesk公司所有）。在Windows 系統出現以前，計算機圖形學（Computer Graphics，CG）技術被SGI圖形工作站壟斷。3DS MAX + Windows 的組合的出現，立刻就降低了CG和計算機建模的門檻。它首先被運用在電腦游戲的動畫制作中，不久之后開始參與影視片的特效制作，例如星球大戰系列，最后的武士等等。

2.1 3DS MAX軟件的特點

3DS MAX的界面由幾部分組成：標題欄、工具欄、菜單欄、命令面板、視圖控制區、繪圖區域、動畫控制區。該軟件有幾個突出特點：基于Window系統的低配置要求；非常強大而細膩的角色動畫制作能力；安裝插件可以提供3DS MAX所沒有的功能并增強原本的功能；可堆疊的建模步驟以使制作模型獲得非常大的彈性。另外該軟件還有幾個應用優勢：學習和上手容易；使用的工程師多，便于進行數據交流；性價比高；智能化；多元化。該軟件應用范圍：廣告、影視、工業設計、建筑設計、三維動畫、多媒體制作、游戲、輔助教學和工程可視化等。

3DS MAX 軟件提供了基本造型和高級造型工具。基本造型工具可以制造圓柱、圓管、圓環、（非）切角立方體、（半）球體、椎體和多邊形。高級造型工具可以制作出波紋、波浪、山、水、顆粒以及非規則形體。三維形體的模型可以通過非常簡單的鼠標和快捷鍵操作進行縮放、搖擺、扭曲、彎曲、角度變形、雕刻和錐孔。3DS MAX及其渲染插件能提供豐富的材質和質感數據包，能夠對整個或部分實體模型進行色裹、反射、顏色、明暗、凹凸和透明度等編輯操作，并通過設定合適的光源、相機、物體和路徑來制作簡單動畫。

2.2 3DS MAX軟件的應用

3DS MAX軟件在現代機械工業中占有相當重要的地位。在各型網絡游戲、城市規劃項目、房地產建設規劃項目中，3DS MAX優秀的虛擬效果也都已成為工程師的首選。3D虛擬技術能使用戶在虛擬場景中自由地走動，并且以360€骯劭錘鞣較蟶先媲蟻肝⒌某【叭畔ⅲ鄹懈又憊郟畔⒏油暾δ芤哺臃岣唬筇岣吡聳褂謎叩畝鑰占淅斫廡剩蚨還惴河糜詬鞲魴幸島筒棵牛紓航煌ā⑴┝幀⒒繁！⒐磷試礎⑺取？

作為時下各種虛擬現實應用技術的基礎，3DS MAX建模越來越受到人們的關注。虛擬現實技術（virtual reality，VR）和增強現實技術（Augmented reality，AR）也在航空航天、旅游、游戲、醫學等多種行業都得到了快速發展與技術突破。在不遠的將來，現實生活中的所有可見信息，都有望能在虛擬系統中完全再現，從而突破時間與空間的限制。

2.3 3DS MAX VRay3.0渲染器

由Chaos group和Asgvis公司出品并由曼恒公司負責推廣的V-Ray渲染器是一款質量非常高的渲染軟件，也是業界目前最受歡迎，使用人數最多的渲染引擎。Maya、Sketchup、3DS MAX、Rhino等諸多版本都是基于V-Ray內核開發的，這些插件為不同領域、不同功能的各種3D建模軟件，提供了高質量和大數量的圖片和動畫數據包。

V-Ray同樣可以提供單獨的渲染程序，方便使用者渲染各種圖片并顯示其效果。該渲染器提供了特殊的材質——VRayMt，它能讓場景中獲得更加準確的光能分布效果（物理照明），并且獲得更快的渲染速度，更方便的反射和折射參數調節功能。VR渲染器用不同的紋理貼圖，來控制光線的反射和折射，增加置換貼圖與凹凸貼圖的效果，強制而直接地進行全局照明和數據計算。

2.4 3DS MAX建模的設計步驟

使用3DS MAX軟件構建模型的主要工作步驟為：（1）3D建模前，建立一個空文件，每個.max文件都用這個文件為開始。（2）調試各種參數，劃分場景單元。（3）建立地形、遠景和單獨特寫鏡頭。（4）建立主要物體和次要物體模型。（5）使用VR渲染器進行渲染工作。

3 CT及CT室簡介

3.1 CT介紹

CT（Computed Tomography中文名：計算機斷層掃描）的工作原理是根據不同人體組織對X線的吸收、透過率的不同，使用X線管向病人發射適合劑量的射線，用靈敏度極高的傳感器測量透過人體后的射線情況，獲得測量所獲取的數據。在將數據輸入計算機后，專業的醫學軟件會對數據進行處理，建立出被檢查部位的斷面圖像或立體圖像。顯示在屏幕上的圖像就能幫助醫生發現體內部位的細小病變。它可以利用的射線有：精確準直的X線束、 射線、超聲波等，具有掃描時間快，圖像清晰準確的特點，能用于許多種疾病的檢查。它的缺點是輻射劑量較普通X線機大，成本較高，需謹慎使用。

3.2 CT室介紹

CT室是醫院科室的重要組成部分它需要滿足以下幾個條件：振動小、無嚴重電磁場、干擾、噪聲低、空氣凈度較高的機房環境；兼顧機器運行安全、維修留有空間、病員進出通暢、醫生操作方便和通風換氣良好等幾個方面的CT機部件位置；抗靜電、防火、防塵、耐壓和耐磨擦的地面設計和線纜鋪設；掃描室和控制室的安全緊急裝置；掃描室、控制室、計算機室的溫度、濕度應符合規定要求，一般掃描室、控制室室溫控制在18€癈-26€癈，相對濕度為65%以下。

這里建立的3DS MAX模型由CT機數據模型，簡易CT室（包括三面墻壁，天花板和地板，以及室內燈光和攝影機）的模型構成。

4 簡易CT室3DS MAX模型設計

4.1 單元模型設計及渲染

4.1.1 建立CT機和CT室模型

根據CT機的結構原理，完成了CT機的數據模型。完成的一組3D視圖如圖1所示。模型包括外形、三個視面的模型等，每個模型都可以靈活旋轉、移動、縮放。

4.1.2 設計CT室的數據模型

如圖2所示的CT室圖，是此次設計工作的模板。

打開圖2的小圖，建立地面和墻壁模型（平面建模），制作模型的框架。在墻壁弧形連接處建立坐標系，進行合適的分段，并編輯穹頂、地面和墻壁模型的材質和顏色。調整后方墻壁背景及CT機模型的位置，進行合適的分段，并與CT室模板圖進行對比。進行多邊形建模，完成后進行環繞觀察，完成內容如圖3所示。

4.1.3 模型渲染

開始進行初步渲染，選擇墻壁的不同分段所使用的渲染材質和顏色，結果如圖4所示。

在墻壁上添加立柱，并選擇渲染材質，初步渲染結果如圖5所示。

對模型的其他部分（如天花板和地板）進行渲染，按照模板圖選擇渲染材質，結果如圖6所示。

4.2 最終的模型結果

CT室模型結果如圖7、8，最終渲染效果圖如圖9。

5 結論

通過簡易CT室的3D MAX 模型設計來介紹3D MAX的模型設計方法。設計的簡易CT室3D MAX模型和最終效果可以用作教學素材，以提高課堂教學效果；或者作為實踐教學材料，以豐富實踐教學內容，改進教學手段。本設計還只是一個初步的設計，下一步將模型引入到Unity 3D等開發軟件，來設計相應的虛擬實驗教學軟件。

參考文獻

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