基于3DSMax 的虛擬校園模型的建立

張獻(xiàn)偉 張海燕 劉衛(wèi)軍 李 賀

（新疆工程學(xué)院土木工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊830091）

與傳統(tǒng)的GIS 相比，三維GIS 能夠真實(shí)地展示三維空間世界，通過使用立體的造型展示空間地理現(xiàn)象[1]。當(dāng)今三維校園已成各個大學(xué)追捧的對象，數(shù)字校園模型的建立，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字校園三維顯示的重要環(huán)節(jié)[2]。因此，三維建模領(lǐng)域與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合對提高院校的教育教學(xué)水平和研究實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)進(jìn)度[3]是一個很大的發(fā)展機(jī)遇，能搶在別的院校之前發(fā)展出屬于自己的研究方式與方法，作為這一領(lǐng)域的領(lǐng)先者成為眾多高校追求的目標(biāo)[4]。測繪新技術(shù)也由二維測圖大跨步的邁向三維測圖，三維建模結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)這個新領(lǐng)域中，很多高校還是具有很大的發(fā)展空間的，因?yàn)檫@一技術(shù)在很多院校還處于起步階段，所以在這個領(lǐng)域?qū)τ谖覀儗W(xué)校及其他學(xué)校都是一次很好的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

1 3DSMax 建模優(yōu)點(diǎn)

而此次研究之所以選擇用3DSMax 來制作校園模型，是因?yàn)樗幸韵聨讉€優(yōu)勢：

一是性價比高，首先3DSMax 的使用價格非常低廉的，但它所提供的功能是非常強(qiáng)大的，一般情況下個人或是小企業(yè)即可承受的起它的使用費(fèi)用，這樣就可以使用該軟件制作出的模型成本大大降低。而它對計算機(jī)硬件系統(tǒng)的配置要求相對來說也很低，其提供的版本選擇也眾多，一般普通的配置就可以使之運(yùn)行起來。

二是入門簡單。經(jīng)對3DSMax 的初步使用后發(fā)現(xiàn)其制作方法很簡單，界面清晰明了，只要有明確的操作思路是可以很快完成模型的建立的，后續(xù)的新出版本中功能更齊全，素材也更加豐富，非常適合剛接觸建模領(lǐng)域的新人。

三是使用者多，便于交流。國內(nèi)擁有很多該軟件的使用者，相應(yīng)的網(wǎng)上教程也很多，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和普及，關(guān)于3DSMAX 的論壇在國內(nèi)也愈發(fā)火爆，這樣如果遇到問題，在周邊人不太熟悉和了解的情況下可以拿到網(wǎng)上進(jìn)行討論，因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)上有豐富的教學(xué)資源。

四是可以安裝插件，能夠提供3D Studio Max 原本所沒有的功能（例如說3D Max 6 版本以前不提供毛發(fā)功能和石膏功能）以及增強(qiáng)原本的功能。

2 建筑地理數(shù)據(jù)的采集

使用全站儀進(jìn)行特征點(diǎn)數(shù)據(jù)采集,根據(jù)實(shí)地測量得到的大比例尺地形圖數(shù)據(jù)資料,掌握建筑物的高度、各個建筑物的空間分布,保證采集的數(shù)據(jù)精度高、數(shù)據(jù)新的特點(diǎn),著重采集主要建筑物點(diǎn)位[5]。

2.1 校內(nèi)主要建筑圖的整理

將外業(yè)采集到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入至AutoCAD 中進(jìn)行繪制，而該軟件有諸多的快捷鍵命令可以讓我們迅速繪圖，并生成較高質(zhì)量的矢量圖。在繪圖期間要精細(xì)化處理，可以把一些不太需要的點(diǎn)給刪減掉，把相關(guān)的主線條保留下來，最后得到如圖1 中的校園矢量圖。

結(jié)合學(xué)校的建筑施工規(guī)劃圖如圖2 與自己所測數(shù)據(jù)，將這些圖紙規(guī)劃整理好，并逐個修改好備注名，方便后期參考時能快捷準(zhǔn)確的找到相應(yīng)的圖紙。

2.2 收集相關(guān)實(shí)景圖

根據(jù)自己對整個校園布局的了解，借用數(shù)碼相機(jī)和手機(jī)相結(jié)合的方法對整個校園進(jìn)行建筑影像和地形影像的獲取，然后進(jìn)行篩選和處理并單獨(dú)保存至一個文件夾中，方便為后期的建模工作進(jìn)行參考，并為貼圖的制作提供素材。

此過程的主要目的有以下三點(diǎn)：

（1）拍攝建筑主體樓的整體實(shí)景，需要采集建筑主體結(jié)構(gòu)的各個方向的影像，可以讓人更好的了解整個建筑的結(jié)構(gòu)，也為后期制作出較逼真的場景圖例提供一個的參考。

（2）拍攝建筑主體樓的細(xì)節(jié)圖，包括樓體的外圍結(jié)構(gòu)、樓層結(jié)構(gòu)、附屬設(shè)施以及大致的布局。

（3）獲取建筑主體外圍及地面鋪裝紋理圖，為以后場景的烘焙提供貼圖素材。

3 3DSMax 的建模流程

3.1 基本體的建立

在繪圖過程中如遇到需要創(chuàng)建簡單的基本體，只需打開軟件中的標(biāo)準(zhǔn)幾何體的建立，可以直接生成長方體、圓錐體、球體、圓柱體、管狀體等諸多基本幾何體。在建模面板創(chuàng)建幾何體后，點(diǎn)擊右邊屬性欄中可輸入正確的長寬高，以此保證模型的總體正確并完成基本模型的建立，如圖1。

圖1 構(gòu)建基本體

圖2 師資樓側(cè)面成果圖

3.2 復(fù)雜墻面的建立

在繪制模型的過程中不可能都是簡單的幾何體，在這里需要借助樣條線來完成墻面的繪制，參照建筑圖來嚴(yán)格繪制墻體，學(xué)校師資樓的墻面窗戶相比于其他窗戶較為特殊，而創(chuàng)建圖形里的墻矩形正好滿足這個需要。再將細(xì)節(jié)進(jìn)行一下優(yōu)化即可得到初步的模型，即常說的“白模”，圖2 就是師資樓的初步模型。

3.3 建筑場景的優(yōu)化

當(dāng)前面的操作步驟都完成后就可以進(jìn)行場景的優(yōu)化加工了，在這一步主要是對前面的模型成果進(jìn)行細(xì)節(jié)修改與檢驗(yàn)，使其更加符合實(shí)際情況。

在這里構(gòu)建場景需要用到前面的校園矢量圖作為數(shù)據(jù)參照，然后將導(dǎo)入進(jìn)來的圖進(jìn)行凍結(jié)處理當(dāng)做底圖，在這個底圖的基礎(chǔ)上，使用創(chuàng)建樣條線進(jìn)行地塊的繪制，在此過程中因?yàn)榈貕K是呈曲線的，需將拖動類型設(shè)置成平滑的然后繼續(xù)操作，當(dāng)所需的建筑模型和場景全部完成后，就可以將這些模型放置一起，選擇好需要合并的模型文件進(jìn)行合并。

將建筑模型按照指定位置擺放好后，即可利用3D Max 軟件自帶的ACE 擴(kuò)展包來添加植物的模型，而素材中的美洲榆比較接近校園內(nèi)的樹木，經(jīng)過對其紋理特征的修改，可以由它來替代現(xiàn)實(shí)中的樹木。

添加完植物后可以再檢查檢查自己所做的模型跟實(shí)際是否有出入，位置是否合適，并對現(xiàn)實(shí)校園進(jìn)行多加觀察，可以把一些附屬設(shè)施盡可能多的加入進(jìn)來，這樣才更加符合校園的真實(shí)情況，而不是單純的獨(dú)棟建筑，如圖3 所示。

圖3 添加綠化植被

圖4 虛擬校園成果圖

場景建模的最終意義就是將現(xiàn)實(shí)世界呈現(xiàn)在虛擬世界中，便于觀察者從計算機(jī)設(shè)備中直接快速且宏觀的觀測到現(xiàn)實(shí)世界，虛擬校園的建立意義也亦是如此。如圖3 和圖4 就是最終成果的展示。

4 結(jié)論

本次研究在數(shù)據(jù)的采集環(huán)節(jié)時，是嚴(yán)格按照測繪規(guī)范收集的，利用自己的測繪專業(yè)知識得到了需要的地理數(shù)據(jù)，并大量采集了校園的實(shí)景照片當(dāng)做參照依據(jù)。收集到眾多的數(shù)據(jù)與素材后要與現(xiàn)場進(jìn)行比對，模型的一切都得以實(shí)地實(shí)物為準(zhǔn)。