基于AutoCAD和3DMAX的校園三維建模研究

(天津師范大學(xué)　天津　300000)

隨著測(cè)繪技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字城市的建設(shè)也如火如荼，在新時(shí)代高校校園建設(shè)高度信息化、數(shù)字化，管理精細(xì)化的推動(dòng)下，數(shù)字校園也已經(jīng)成為目前各大高校實(shí)現(xiàn)高效校園管理的重要手段。而其中三維模型作為數(shù)字校園的重要組成部分，對(duì)于數(shù)字校園的建設(shè)意義重大，是數(shù)字校園、三維校園實(shí)現(xiàn)并良好運(yùn)行不可缺少的部分。因此研究基于3dmax的三維校園建模方式，對(duì)三維數(shù)字校園的建設(shè)有著極大的現(xiàn)實(shí)意義。傳統(tǒng)的基于遙感影像的建筑物三維建模方法精度較低，無(wú)法滿足越來(lái)越精細(xì)化的校園管理的需要。因此尋求一種高精度的校園三維建筑物構(gòu)建方法，是建筑物數(shù)字化、校園數(shù)字化的首要任務(wù)。

AutoCAD 具有完善的圖形繪制功能，有強(qiáng)大的圖形編輯功能，可以采用多種方式進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)多種圖形格式的轉(zhuǎn)換，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力[1]。3DMAX 是 Autodesk 公司研發(fā)的一種三維造型、渲染、動(dòng)畫制作軟件，功能強(qiáng)大，應(yīng)用范圍最廣,3DMAX具有豐富的造型工具，材質(zhì)貼圖等，可以制成效果好、直觀、逼真的模型，但是其交互性比較差，精確度不高[1]。因此基于AutoCAD 和3DMAX相結(jié)合的方法，進(jìn)行建筑物三維模型構(gòu)建，對(duì)校園三維模型進(jìn)行重建，能夠滿足數(shù)字化校園的要求。本文研究目的就是以校園某建筑物的三維模型構(gòu)建為例，研究基于Auto CAD和3DMAX相結(jié)合的三維校園建筑物精細(xì)化三維景觀快速建模方法。

利用AutoCAD和3DMAX相結(jié)合的方法，進(jìn)行校園建筑物三維建模的流程包括：建筑物幾何數(shù)據(jù)獲取、數(shù)字線畫圖生成、幾何模型構(gòu)建、紋理數(shù)據(jù)獲取、紋理制作、紋理貼圖和模型輸出，如圖一所示。

圖一　三維建模基本流程

一、建筑物幾何數(shù)據(jù)獲取

建筑的幾何數(shù)據(jù)包括建筑物的位置、外部輪廓、形狀以及建筑物的高度等數(shù)據(jù)。幾何數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集主要業(yè)包括兩個(gè)階段，即控制測(cè)量和建筑物特征點(diǎn)采集。

在建筑物幾何數(shù)據(jù)的獲取中，采用圖根控制測(cè)量與碎步測(cè)量同步進(jìn)行的“一步測(cè)量法”，利用RTK GPS快速地為全站儀數(shù)據(jù)采集進(jìn)行圖根控制，再利用全站儀對(duì)建筑物的外部輪廓進(jìn)行測(cè)量，以提高工作效率。要邊測(cè)量，邊審核，以保證測(cè)量成果的可靠性。

建筑物的幾何數(shù)據(jù)采集主要利用全站儀和RTK GPS相結(jié)合的方法對(duì)建筑物的特征點(diǎn)進(jìn)行采集，作為建筑物的三維建模底圖。為了保證所采集數(shù)據(jù)滿足三維建模精度，利用全站儀和RTK GPS進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，必須在同一坐標(biāo)系下進(jìn)行。

建筑物幾何數(shù)據(jù)采集主要包括以下步驟：場(chǎng)地勘查、控制測(cè)量、建筑物特征點(diǎn)采集。(一)場(chǎng)地勘查：主要是對(duì)周圍環(huán)境、通視情況、位置、結(jié)構(gòu)、形狀、等信息的考察，并對(duì)控制點(diǎn)和測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行選取，同時(shí)進(jìn)行建筑物草圖繪制，在圖紙中標(biāo)注出控制點(diǎn)和測(cè)站點(diǎn)，控制點(diǎn)的布設(shè)要保證至少有兩個(gè)點(diǎn)之間保持通視。(二)控制測(cè)量：對(duì)提前考察好的控制點(diǎn)利用RTK GPS進(jìn)行控制測(cè)量。(三)建筑物特征點(diǎn)采集：對(duì)建筑物特征點(diǎn)采集時(shí)，要注意根據(jù)實(shí)際建模要求，對(duì)特征點(diǎn)的測(cè)量進(jìn)行取舍。在測(cè)量時(shí)可以利用免棱鏡全站儀提高數(shù)據(jù)采集效率，并減小人為立鏡帶來(lái)的誤差。同時(shí)要注意對(duì)所建筑物特征點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，以方便后期的數(shù)字線畫圖繪制。

二、數(shù)字線畫圖生成

數(shù)字線畫圖的繪制借助專業(yè)的數(shù)字測(cè)圖軟件Cass完成。將全站儀所測(cè)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到AutoCAD 中，在AutoCAD 中，利用Cass軟件對(duì)所測(cè)的特征點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)展點(diǎn)，通過(guò)參考建筑物草圖以及各特征點(diǎn)點(diǎn)號(hào)，將特征點(diǎn)連接成為閉合的建筑物線框圖，形成建筑物的數(shù)字線畫圖，最后將繪制好的數(shù)字線畫圖保存為 DWG 格式。

三、幾何模型構(gòu)建

幾何模型的構(gòu)建主要包含建筑物二維矢量數(shù)據(jù)勾畫、建筑物主體構(gòu)造以及模型細(xì)節(jié)調(diào)整。

(一)打開3DMAX軟件，進(jìn)行環(huán)境建模配置，將單位改為“米”。

(二)將數(shù)字線畫圖到入到3DMAX中，開啟2.5維捕捉，利用創(chuàng)建“線”操作對(duì)建筑物輪廓進(jìn)行進(jìn)行勾畫，完成建筑物底部輪廓的二維繪制。其次利用“擠出”操作，以建筑物的實(shí)際高度為基礎(chǔ)，將二維輪廓圖擠出，從而形成建筑物的主體結(jié)構(gòu)。

(三)對(duì)建筑物的細(xì)節(jié)修改和結(jié)構(gòu)調(diào)整。其中包括對(duì)建筑物的柱子、臺(tái)階、女兒墻等細(xì)節(jié)的調(diào)整。

四、紋理貼圖

選擇數(shù)碼相機(jī)收集各個(gè)建筑物外形輪廓，以便獲得三維地建模紋理圖片。在紋理拍攝時(shí)要盡可能正對(duì)建筑物，從而減少后去紋理處理的工作量，同時(shí)要注意利用光照的陰影效果。因?yàn)榻ㄖ锔叨燃芭臄z距離和透視關(guān)系與光照條件等方面因素使得拍攝圖片比例失調(diào)，因此不能直接應(yīng)用，應(yīng)通過(guò)Photoshop 軟件處理，使得圖片成為正射狀態(tài)[2]。具體流程為：

(一)實(shí)地拍攝的數(shù)碼照片，在 Photoshop 中通過(guò)拉伸扭曲而獲得貼圖單元；

(二)3DMAX 中要采用經(jīng)過(guò)處理的圖片貼圖，利用修改工具中的 UVW 貼圖坐標(biāo)來(lái)確定二維貼圖，同時(shí)以任何方式映射于物體上，再施以效果校正以使得貼圖效果更加真實(shí)[2]。

總結(jié)

將AutoCAD和3DMAX相結(jié)合，通過(guò)建筑物數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理對(duì)建筑物三維模型進(jìn)行構(gòu)建的方法，模型結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確、幾何位置精確，能夠達(dá)到數(shù)字校園對(duì)于三維模型的數(shù)據(jù)要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]婁啟業(yè),程效軍,譚凱. 基于AutoCAD和3DMAX的建筑物三維建模[J]. 工程勘察,2013,41(11):71-74.

[2]杜麗. 基于3DMAX的三維虛擬校園建模的方法[J]. 電子技術(shù)與軟件工程,2015,(22):85.