基于SketchUp的三維圖像建模

摘 要：本文的目的是實(shí)現(xiàn)圖書館大門的三維圖像建模。首先通過衛(wèi)星成像圖和內(nèi)部圖紙來對圖書館進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)測量；然后使用SketchUp軟件對圖書館大門進(jìn)行三維圖像建模，主要繪制了大門的外形輪廓和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維模型；接著使用多種計(jì)算機(jī)圖形學(xué)算法，在所構(gòu)建的圖書館大門三維模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步體現(xiàn)其陰影和紋理細(xì)節(jié)等模型要素；最后通過細(xì)節(jié)優(yōu)化以達(dá)到模型的3D渲染效果。

關(guān)鍵詞：圖像建模；SketchUp；3D渲染

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.17.164

1 引言

現(xiàn)實(shí)生活中具體的事物需要通過大量的測量才可以進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算，最終得到分析結(jié)果。但在實(shí)際情況中，難以做到全面和精確地測量（如地表結(jié)構(gòu)分析），只能通過將其按照一定的比例轉(zhuǎn)化為抽象的數(shù)字參數(shù)，再通過一些軟件將這些參數(shù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的圖像并構(gòu)成與該實(shí)物成一定的比例的模型，這一過程即計(jì)算機(jī)圖像建模。

2 三維圖像建模基本介紹

計(jì)算機(jī)在讀取真實(shí)的三維物體時(shí)會(huì)存在信息的丟失，因此不能直接對其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過計(jì)算機(jī)圖像建模可以有效地將所獲得的二維數(shù)據(jù)重組為三維物體，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)和分析、使用具有強(qiáng)烈真實(shí)感的建模工具以及采用不同角度的成像方式等方法，可以幫助設(shè)計(jì)者構(gòu)筑模擬真實(shí)世界的模型。

圖像建模是一種使用圖形生成原理和圖形算法將二維或三維的現(xiàn)實(shí)實(shí)物轉(zhuǎn)化為光柵形化的計(jì)算機(jī)顯示，即利用計(jì)算機(jī)所能表示的基本圖形與計(jì)算機(jī)的對圖像的計(jì)算、分析、處理和顯示等相結(jié)合，達(dá)到對實(shí)體物體的最大程度的模擬實(shí)現(xiàn)化。

在運(yùn)用圖像建模構(gòu)造真實(shí)物體尤其是構(gòu)造三維場景時(shí)候，設(shè)計(jì)者需要明確可以從圖像模型中獲得什么樣的信息。根據(jù)輻射能量守恒定律，設(shè)計(jì)可以確定所要建模場景（或物體）的因素，如物體的外觀（內(nèi)部）幾何結(jié)構(gòu)、光照明模型、反射特性和動(dòng)力學(xué)特性。根據(jù)這些特性所建立的模型含有真實(shí)實(shí)物或場景豐富信息，因而可以在所建模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行更加深入的數(shù)據(jù)分析。

3 SketchUp開發(fā)環(huán)境

SketchUp又叫“草圖設(shè)計(jì)大師”，是一款近年來非常流行的三維建模軟件。它的建模過程分為4步：導(dǎo)入二維幾何數(shù)據(jù)（或者是影像數(shù)據(jù)）；運(yùn)用SketchUp中的畫線/面工具構(gòu)建所需模型的輪廓（二維），再使用推/拉工具得到三維模型；利用組件庫和材質(zhì)庫里的素材對三維模型進(jìn)行紋理的處理；導(dǎo)出所得模型。

二維布爾運(yùn)算是指在一個(gè)平面內(nèi)兩個(gè)或兩個(gè)以上的幾何圖形進(jìn)行并集、交集或者差集運(yùn)算的操作。在圖形設(shè)計(jì)中靈活運(yùn)用圖形的布爾運(yùn)算，可以大大的提高復(fù)雜圖形設(shè)計(jì)的效率。在本文的建模中，巧妙地運(yùn)用布爾運(yùn)算可以在SketchUp中畫出圖書館的平面結(jié)構(gòu)圖，然后通過推/拉，達(dá)到建立圖書館三維圖的效果。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在SketchUp中以幾個(gè)矩形的二維布爾運(yùn)算求并集，計(jì)算出正門臺階長約為1.055×20=21000（毫米），寬約為0.829×20=16580（毫米）。圖書館門前樓梯分為2段，每段有12階，兩段中間有一個(gè)平臺。先建立一個(gè)長方體的立體圖，找到長方體x軸上的高的中點(diǎn)，將x-y面上的矩形分為上下兩個(gè)部分，分別將上下兩部分平分為12段，再分割每個(gè)矩形，得到樓梯的雛形。圖1為實(shí)驗(yàn)效果圖。

5 總結(jié)

本文通過使用SketchUp軟件對圖書館大門進(jìn)行了圖像建模，繪制出圖書館大門的三維圖像模型，并且進(jìn)一步分析了圖書館大門的建筑結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)，體現(xiàn)了圖像建模靈活，高仿真度等特點(diǎn)，為進(jìn)一步提高運(yùn)用數(shù)學(xué)建模解決實(shí)際問題打下了基礎(chǔ)。

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作者簡介：楊雨薇（1993-），女，江蘇南通人，碩士研究生，研究方向：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)。