基于3Dmax的建筑物三维模型构建

方明

【摘 要】Nowadays,smart city becomes an important landmark for urban developments.The studies about 3D city modeling are more and more widespread.This paper makes a discussion on 3D modeling of the smart city,analyses the modeling method based on 3Dmax,the optimization of 3D models,related problems of modeling,etc.,and provides a reference for building 3D modeling.The result of this research has great help for the construction of digital city,and also has some help to improve the

management level of city planning.%智慧城市是目前城市发展建设的重要方向,三维城市建模的研究与应用也越来越深入;文中对\"智慧城市\"中的城市三维建模进行探讨,分析基于3Dmax的建模方法、三维模型的优化、建模中关键问题的解决等,为建筑物三维模型构建提供借鉴. 【期刊名称】《交通科技与经济》 【年(卷),期】2017(019)003 【总页数】4页(P68-71)

【关键词】智慧城市;三维建模;3Dmax;纹理贴图 【作 者】方明

【作者单位】广州南方测绘科技股份有限公司,广东广州510665 【正文语种】中 文

【中图分类】TP31

“智慧城市”是目前城市发展建设的一个重要的里程碑，在“智慧城市”的建设过程中有关三维城市建模的研究也越来越广泛，数字三维城市建设已成为各行业管理中重要的目标[1-3]。由于三维模型能够将实际建筑物的三维状态展示出来，所以，三维建模已经成为目前研究的热点。文中对基于3Dmax的建筑物三维模型构建进行探讨。

3DStudioMax，常简称3DMax，它广泛应用于广告、建筑设计、多媒体制作、游戏以及工程可视化等领域。3Dmax拥有丰富的插件，如渲染插件：Insight、Luminaire等；景观插件：Digital Nature Tools、Mountain等；贴图插件：Deeppaint、3DPainterPrototype等；角色动画制作工具：ACT、JetaReyes等；建模插件：PowerSolids、PowerBooleans、Ncruncher等。其中的一些插件专业水平高，可以做出很炫目的3D效果[4-5]。3Dmax是近年来在数字城市三维建模中比较常用的软件，它拥有完善的建模、材质制作等功能。

目前，城市三维建模是当代数字城市发展的重要目标，常用的建模方法主要有：基于图像的建模与制作；利用遥感影像重建三维城市模型；利用激光扫描数据与影像数据的融合制作三维城市模型；基于线划图的建模，通过CAD与GIS的集成来建立三维模型[6]。

3Dmax软件比较单一，一次只能创建一个场景。但是，它可以打开多个副本，可以在副本中打开不同的场景。由于打开多个3Dmax副本会需要大量的计算机内存，为了使计算机性能更好，一般一次只编辑一个副本。

基于3Dmax的建模过程：首先，选定需要建模的建筑物，然后利用数码相机对建筑物进行取景，详细地照出建筑物的结构，各个窗户的纹理，然后在3Dmax里进行建模操作，用Photoshop对采集的照片进行纹理修图；最后在已经建好的模型上贴图，在保证真实清晰的前提下，生成.MAX的文件。

建模的流程主要有以下4个关键步骤：

1)外业取景。利用数码相机对建筑物进行拍摄，利用外业拍摄的相片获取建筑物的纹理。

2)数据导入。将已经处理好的CAD矢量线导入到软件内，结合近期已经拍摄好的相片和航片获得完整的建筑模型结构。

3)PS处理纹理。对外业拍摄的相片数据进行内业处理，使其符合建筑物结构，例如：窗户、门、墙面等。并相应的进行贴图。

4)三维模型的生成。进行优化压缩模型，并将其隐藏的面全部删除，以减少模型中的点、线、面的数量，减少占据的内存，提高运行速度。建模流程如图1所示。 2.1 数据的导入

首先，将已经处理好的建筑物基底轮廓，即CAD矢量线(如图2所示)，导入到3Dmax中，由于它是线状的，首先需要将其转换成可编辑的多边形，然后将其坐标清零，以防止在作图过程中，不小心移动图形，改变坐标，如图3所示。 2.2 建立模型 过程如下：

1)获取矢量数据。从1∶500地形图数据矢量底图中按1∶1比例拷贝单幢建筑体边界封闭线到新建单位封闭线AutoCAD文件中。

2)规范Max单位。Max中自定义/单位设置/系统单位设置：设置1个单位等于1 m；显示单位比例为：“公制”,下面需选择“m”。目的在于使模型能以相同比例导入数据库，如图4所示。

3)Max建模。在Max中导入已经存好的封闭线AutoCAD.dwg底图，全部附加成一个整体，并将其XYZ坐标全部归零。将其转换成可编辑多边形，挤出模型。楼层严格按照片拍出来的数据进行建模，楼高按照规定的数据处理。一些形状不一的建筑物，若不能判断其高度，则可以根据其周围已知高度的建筑物进行判别。

4)顶楼造型。根据航空影像来确定顶楼的构造，若影像上没有楼顶造型，则可将女儿墙的厚度插入成0.2 m，再“挤出”比例高度，最后使用最接近航片的材质贴图；有造型的，就可以按照照片上的造型来做。 2.3 建筑物纹理设计

建筑物模型在进行纹理贴图之前，先用Photoshop对外业拍摄的照片进行内业纹理处理，使其符合建筑物模型所对应的纹理要求。由于相片受拍照角度、时间、光线等影响，外业拍照时受拍摄角度影响是从下往上拍摄相片，容易形成纹理的大小高低不等，需用Photoshop将纹理进行变形处理，并且，由于建筑物不同侧面会有不同的光线，可能会出现同一个建筑物不同亮度的纹理出现，这时需进行光亮度和色调的处理。

纹理在保证具有真实性、纹理清楚的前提下，数据量尽可能小。图片的像素数值应该是2N。保存纹理的形状最好是正方形，宽和高的像素值都不能超过512，贴图长度和宽度尽量为1∶1或1∶2，如果贴图不符合要求，可以用PS将纹理进行适当的分割，如图5所示。

3Dmax中有多种多样的贴图技术，位图在3Dmax中是经常用的贴图方法。贴图过程是将Photoshop处理得到的贴图纹理，保存为jpg格式，在3Dmax中，根据软件内已有的材质编辑器工具，点出材质球，将修好的贴图拉进去，然后运用UVW贴图工具，将纹理展在模型上。 2.4 建筑物照片拍摄要点 建筑物照片分为以下3类:

1)定位照片——标示总图位置作用，可用于地面景观制作时确定位置的参考。 2)说明照片——整体说明作用，可用于地面景观与建筑位置对比或制作材质的参考绿化带。

3)贴图照片——正对物体的立面拍摄作为贴图素材。立面贴图的照片尽量避让行

人、植物、汽车等一些类似遮挡物。

建筑物的每个立面需要一次拍成，若条件不允许，也要根据建筑物进行分割拍照，并保证在能区分的区域进行重合拍照，这样便于内业查找照片。为了说明自己的地理位置，在拍完之后需要在比较远的位置进行拍摄，以便于区分方向。

拍摄时注意天气和光线，尽量采用顺光或侧顺光拍摄，逆光照片不适合用做贴图照片。晴天情况下，不要在早晨或黄昏阳光角度过低时拍摄；阴天情况下，能见度过低或光线过暗时不宜拍摄。

一个模型所占的内存一般在500 KB左右，这个模型的数据量不算大，但是当整个城市的模型结合在一起的时候，数据量就会非常可观。为了使整个场景运行速度更快，需要将模型优化压缩，主要从三个方面进行优化。

1)删除多余的不可见面片。例如，面片挤出后，除了顶楼墙体是可见的，有一些是背面的，不可见，则可以将其删除。

2)面的修改。在模型制作过程中，有的建筑物会有一些柱子或者是球体，在建立这类BOX的时候，可以设置其面数。比如，一般圆柱体都是竖向分1节，横向一般6～8个面即可。

3)建模时应该根据模型实际大小创建，即在导入到3D软件中时，使模型的Scale值为1。建模时各数据，如平铺的UVW值、挤出模型的数值等，位数尽量控制，这样可以提高建模时计算机的运行效率。

1)坐标问题。在导入到3Dmax中时，一般都会将其坐标XYZ归置到零，这样既便于作图，也防止在作图过程中不小心移动模型的坐标，但是在将坐标归零之前一定要记好该模型的真实坐标，在模型建立好以后，将其移回原坐标。

2)闪面问题。就是在同一个位置，有两个相同的面片重合，这样在转动模型的时候就会出现闪面的状况。处理方式：删除一个面片即可。

3)贴图问题。因为所贴的纹理，都是手工用PS处理好的，但是未必就能与所建的

模型完全符合，会出现纹理拉伸的情况。一般根据3Dmax中的UVW来移动贴图的位置及所展开的数量，直到与实际的模型一样为止。 图6—图8为建筑物贴纹理前后对比图。

本文以某建筑物为研究对象，详细介绍了3Dmax的建模过程，并对建模过程中遇到的问题：比如闪面，纹理扭曲，比例不对等关键问题，提出了解决方案。通过本文的建模实践证明，3Dmax的建模功能强大，适合于数字城市建设中建筑物三维模型的构建。