3DMax軟件在建筑工程施工中的應用

呂藝生 田競 王俊杰 張勝瑜 亞森·買買提

(1.華北水利水電大學，河南 鄭州 450045；2.河南華北水電工程監理有限公司，河南 鄭州 450045；3.鄭州大學，河南 鄭州 450003)

0 引言

3DMax(或3DSMax)是3D Studio Max的簡稱。該軟件是由Discreet公司(后被Autodesk公司合并)開發的針對PC端的三維動畫設計與制作軟件。3DMax因功能齊全，上手速度快，能夠滿足各項建模要求等優點，被廣泛應用于諸多領域。無論是簡單三維模型的建模，還是三維動畫的制作，或是從建筑施工的展現到施工漫游，從工業設計到機械仿真、游戲開發、影視后期、建筑設計、多媒體制作等，3DMax都能勝任。隨著3DMax版本的不斷更新，其功能越來越齊全，各種操作及命令的性能都有了大幅度提高，這使得3DMax的制作效果越來越逼真，視覺效果也越來越好。

1 3DMax的優點

3DMax建模軟件具有七大優點。

1.1 渲染效果強

利用3DMax軟件可以對制作的模型進行渲染、附加材質等常用操作。經過渲染過后的模型，其整體更加美觀、更富有立體感和真實性。為制作的模型附加相關材質可以使整體更逼真，與實際更相符。

1.2 設計操作界面簡潔直觀

3DMax三維制作軟件著手于三維模型的制作，與傳統的二維制作軟件有很大不同，大大優化了模型的制作。3DMax可通過擠出、噪波、Cloth、晶格、編輯多邊形等操作完成在工程中模型的建模與制作。

1.3 設計效率高

3DMax軟件采用模塊化標準設計模式，可以直接通過修改操作相關參數，以達到建模的預期目的，完成指定的方案設計。并且，在之后的建模過程中可以根據需要接著對其參數進行修改，十分方便。

1.4 視圖功能直觀強大

3DMax軟件可對所建模型在不同視圖上進行相關建模與制作，主要視圖包括頂視圖、前視圖、左視圖和透視圖。尤其在模型局部的構建過程中可在不同視圖進行操作，更具有針對性，大大提高了模型局部的設計工作效率，使原本立體復雜的設計思路變得簡單、清晰。

1.5 性價比高

3DMax軟件性能價格比很高，軟件自身實用、完善的功能大大超過了其本身的價格，大多數個人使用者及公司都可以承擔，這使得模型的建模與制作成本大幅降低。而且，3DMax軟件對電腦配置要求不高，大多數普通電腦都可以帶得動，這也是3DMax得到廣泛使用的一個重要原因。

1.6 使用者多，便于交流

無論是在國內還是在國外，3DMax都有著眾多的使用者，便于交流學習，再加上發達的互聯網，網上各種學習視頻也非常多，自學起來也很方便。

1.7 上手容易

3DMax模型的建模較為簡單，初次接觸該軟件的人也能很好地使用，即便是一些復雜的操作及命令也可以通過交流學習很好地加以解決。隨著軟件版本的更新及功能的完善，其操作也更加人性化。

2 3DMax建模步驟

建模作為3DMax最基礎、最重要的階段，必須要對其進行熟練掌握。3DMax建模步驟如圖1所示。

圖1 3DMax建模步驟

3 3DMax軟件在建筑工程施工中的應用

3.1 爬模建模

爬模又稱跳模，其全稱為爬升爬模。爬模整體可分為3個部分：爬升模板、爬架(也有的爬模沒有爬架)和爬升設備，其在建設工程施工中十分常見。

爬模整體的建模與制作主要可以分為3個部分：爬模主體(圖2)；施工圍擋；旗幟。

圖2 爬模主體

(1)爬模主體的制作主要是對創建的模型修改其參數并進行移動、旋轉、對齊、鏡像、復制、縮放等命令來完成。這些也是最為基本的命令和工具，貫穿于爬模的整個建模過程，需要對這些基本操作進行熟練掌握。爬模防護網是對創建的面添加晶格修改器，通過修改相應參數制作而成。

(2)施工圍擋的制作是為創建的模型添加擠出修改器，并設置適當的參數。

(3)旗幟的制作。為了使旗幟達到預期迎風飄揚的效果需進行以下三步：首先，對所創建的面進行貼圖處理；其次，給貼圖后的面添加Cloth修改器，并將其屬性定義為布料；最后，創建風并將場景中的風移動到模擬中，可以通過修改風的強度、湍流等參數來調節旗幟的飄揚效果。

為了使爬模整體模型看起來更加逼真，在模型制作最后對部分創建的幾何模型賦予想要的材質或貼圖。為模型添加材質的主要目的是突顯出每個背景或圖案的顏色，就像畫畫中的顏色一樣。既可以利用材質使模型更加形象鮮明，也可以通過材質設置增加高光級別，或通過反光等使模型更具質感。而貼圖能夠有效地將圖片的材質信息投影到模型的表面。這種作用類似于用包裝紙將禮品包裹起來。靈活運用材質與貼圖，會使得模型的整體效果圖更加逼真。如圖3所示。

所用建模工作都完成后，就可以對其進行渲染步驟，通過修改渲染的相關參數以單幀的形式將文件保存為JPEG格式，渲染過后就可以得到爬模最終的視覺效果。

圖3 爬模整體

3.2 滑模建模

滑模是模板緩慢移動結構成型，大多是由牽引設備牽引的固定尺寸的定型模板。滑模工程技術目前是國內現澆混凝土結構工程施工中機械化程度高、施工速度快、現場場地占用少、結構整體性強、抗震性能好、安全作業有保障、環境與經濟綜合效益顯著的一種施工技術，通常簡稱為“滑模”。

滑模的建模與制作主要由模板系統、操作平臺系統、提升機具系統三大部分組成。不同部分的建模側重點也不同：模板系統主要建模與制作的是模板、圍圈、提升架；操作平臺系統主要建模與制作的是操作平臺(也稱“工作臺”)，內外吊腳手架；液壓提升系統主要建模與制作的是液壓千斤頂、液壓控制臺、油路系統、支承桿。

本滑模整體的建模采用最多的命令就是陣列，其次各部分中基本模型的創建也需要修改其參數并對其進行旋轉、移動、對齊等命令來完成。

與爬模一樣，在對滑模模型進行渲染步驟之前，為了使模型整體更為逼真，也需要對部分模型賦予相應的材質或貼圖，得到的最終視覺效果如圖4所示。

圖4 滑模渲染效果

3.3 隧洞建模

在水利工程中有時為了輸水或泄洪，往往需要進行穿山開挖施工，建成一個封閉式的輸水道，稱為水工隧洞。

隧洞的建模相對來說復雜一些，如隧洞細節圖(圖5)與隧洞整體圖(圖6)所示，不僅要對隧洞部分進行建模，還要對隧洞周圍的施工的地形地貌進行建模。除了一些建模的基本操作、貼圖等，還需要為隧洞施工制作與添加必要的施工設施設備的模型。

如圖6所示雨滴的添加，是在粒子系統中添加噴射命令，通過調節其參數，以達到更真實的雨滴效果。在隧洞的建模過程中在環境里為背景添加了天空貼圖，這樣渲染出來的模型的最終效果會更加貼近實際。

圖5 隧洞細節圖

圖6 隧洞整體

4 動畫制作

此次建模的目的是用動畫的形式展示爬模施工的危險源及對應措施。爬模整體模型完成之后，就需要著手對模型進行動畫制作。模型的動畫制作具體步驟如圖7所示。

圖7 模型的動畫制作步驟

在模型動畫的制作通常以完成的靜態模型為動畫的第一幀，通過調節部分模型的各種變化或場景里的燈光、攝影機的變化來設計想要的動畫效果。反復調試渲染和修改，最后制作成動畫，經過后期的剪輯、配字、配音完成動畫作品。但是在實際的制作過程中，其操作并非一成不變，有時需要交叉進行，反復多次，才能完成滿意的動畫作品。

在整個動畫的制作過程中，最常用操作的就是為模型添加關鍵幀、調節攝影機位置及渲染。為了使模型整體看起來有更真實的光影效果，可以添加燈光效果，根據不同的目的添加不同類型的燈光。

5 結語

隨著科技的飛速發展，3DMax這一功能強大的軟件為諸多行業領域提供了便利，在室內設計、建筑設計、影視動畫設計、游戲設計等領域都得到了廣泛的應用。本文以工程施工為研究對象，分別闡述了3DMax在爬模、滑模及隧洞的建模與制作，通過模型的建模與制作、添加材質、添加燈光、模擬攝影機鏡頭、創建運動和鏈接、動畫渲染等功能，完成了虛擬動畫的制作，將原本靜態的建筑模型變為更加直觀的動畫展示。

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