淺議三維模型技術(shù)的實踐應(yīng)用

陳圣國

摘要：三維模型是一個物體使用計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行多邊形表示，并可以在設(shè)備上具體顯示的模型數(shù)據(jù)，任何物理自然界存在的東西都可以用三維模型表示。三維場景建模是將三維與基礎(chǔ)地質(zhì)研究相結(jié)合，以三維的形式，表達(dá)地表的自然地貌與人文社會地物。相對于二維地圖，其具有更加直觀，更加形象的特點。

關(guān)鍵詞：貼圖；模型；3D

1.引言

為適應(yīng)社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，永嘉縣于2013年便積極著力開展永嘉縣基礎(chǔ)地理空間框架建設(shè)，改項目的其中一項重要的工作就是數(shù)字永嘉三維建模及場景建設(shè)項目，具體是建立三維數(shù)據(jù)模型以便對規(guī)劃審批進(jìn)行輔助，而三維場景數(shù)據(jù)作為項目的重要組成部分，擬開展永嘉縣主城區(qū)10平方公里的精細(xì)三維場景數(shù)據(jù)制作和20平方公里體塊模型建設(shè)。

根據(jù)現(xiàn)有項目需求、生產(chǎn)工藝以及軟件成果來設(shè)計，本次項目的成果主要包括三維模型數(shù)據(jù)[1]。三維模型數(shù)據(jù)包括幾何數(shù)據(jù)、紋理數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)。幾何數(shù)據(jù)存儲模型的三維結(jié)構(gòu)，以Max格式存儲。紋理數(shù)據(jù)是指模型表面紋理信息，根據(jù)不同的貼圖類型使用不同的存儲格式，不帶Alpha通道的紋理以JPG格式（*.jpg）存儲，帶Alpha通道的紋理以PNG格式（*.png）或TGA格式（*.tga）存儲，動畫格式以GIF格式（*.gif）存儲。元數(shù)據(jù)是對三維數(shù)據(jù)格式的描述，以XML格式（*.meta）存儲。三維模型數(shù)據(jù)存儲了三維模型的基本信息，每個地物存儲在單獨(dú)文件中。

2.已有資料情況及分析

項目實施的范圍目前有較好現(xiàn)有測繪成果數(shù)據(jù)資料，主要有甌北東2007年1：500數(shù)字地形圖、甌北西2012年1：500數(shù)字地形圖、上塘2009年1：500數(shù)字地形圖和影像數(shù)據(jù)等。1：500數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)是數(shù)字永嘉地理空間框架基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一，該區(qū)域1：500數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)比較完整，精度高，其提取得到框架數(shù)據(jù)擬作為三維建模主要參照數(shù)據(jù)。

三維模型系統(tǒng)是利用GeoDatabase來對三維模型的空間輸數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。GeoDatabase是Arc/Info8基礎(chǔ)上引進(jìn)的一種全新的空間數(shù)據(jù)模型，也就是建立在DBMS之上的統(tǒng)一、智能化的空間數(shù)據(jù)庫。GeoDatabase主要是利用面向?qū)ο蟮姆椒ǎ沟妹總€數(shù)據(jù)要素都具有獨(dú)自的行為和屬性，提高三維模型的真實性。

3.貼圖的制作

3.1無縫底圖的制作

通常情況下三維模型的平面底圖為dwg或者shp，Viritualcampus系統(tǒng)采用永嘉縣基礎(chǔ)地理空間框架建設(shè)1：500的CAD平面圖為底圖，但是原始的二維平面圖存在一些問題，需要對原始的二維平面圖進(jìn)行優(yōu)化處理，才能為后期三維模型創(chuàng)建提供便利條件。基于C#程序語言的基礎(chǔ)上，開發(fā)出用于讀取AutodeskCAD軟件中的構(gòu)件信息，將讀取的信息輸出到指定信息表中，采用XML，xml屬于一種標(biāo)記語言，主要的作用承載數(shù)據(jù)，然后通過CSS進(jìn)行顯示。

底圖是建筑的主體貼圖，項目區(qū)域內(nèi)所有的建筑陽臺、門等特征都基于底圖制作。所以，為了模型更加真實，底圖的無縫性顯得尤為重要。無縫底圖的制作，要以實地采集的照片為基礎(chǔ)，分析貼圖紋理的循環(huán)性，及貼圖的公用性，使用Photoshop等軟件進(jìn)行制作。

3.2同底紋貼圖的制作

從采集的照片中裁切下陽臺等結(jié)構(gòu)，并移動至底紋圖層上，進(jìn)行底紋去除處理。將制作的所有貼圖都放在同一畫布上，分好圖層，方便素材使用，確保貼圖無縫對齊。

4.模型制作

4.1整理白模

以現(xiàn)有地形圖為底圖，直接依據(jù)封閉的底圖線建立模型，同時將模型頂部、底部、和所有重疊的面刪除，并焊接頂點，按輪廓檢查，只有頂部和底部兩個輪廓線。如圖1。

4.2分析照片

對應(yīng)白模分析照片，分析貼圖紋理的循環(huán)性及貼圖的共用性。

4.3模型分線

根據(jù)照片，對模型進(jìn)行布線，保證裁切線裁切到所有的面。

4.4法線對齊

軟件默認(rèn)為是正北的世界坐標(biāo)系，為方便建模操作，特使用法線對齊工具，對模型進(jìn)行法線效正，暫時將單獨(dú)模型臨時修改為模型自己的獨(dú)立坐標(biāo)系。

4.5模型整體貼圖

在三維建模的時候，為避免漏貼面，在對模型單獨(dú)面進(jìn)行貼圖之前，先將整個模型貼一個常用的純色貼圖。

4.6分層建模

針對建筑樓層比較高的，建議分層制作，即如下圖，貼圖為2層一循環(huán)，故2層一制作，也不致于貼圖的重復(fù)性太高。

每個面因?qū)嶋H情況不同，所以面的比例位置結(jié)構(gòu)方向也會相應(yīng)的有所區(qū)別，故要調(diào)整每個面的UV，如下圖建筑的一個單獨(dú)面進(jìn)行調(diào)整。

按照CAD數(shù)據(jù)及照片數(shù)據(jù)，根據(jù)建筑規(guī)范，進(jìn)行結(jié)構(gòu)貼圖表現(xiàn)，和結(jié)構(gòu)實體建模，并按照上面的貼圖方法，將每個面貼上貼圖，如下圖所示，藍(lán)框中為結(jié)構(gòu)實體建模，紅框為結(jié)構(gòu)貼圖表現(xiàn)。

在輪廓的級別下，保持UV（保證線可循環(huán)的前提下），將Z軸坐標(biāo)輸入之前的11層的高度值，即可得到如下效果。

最后細(xì)化模型，將剩余屋頂結(jié)構(gòu)制作完成。

5.問題及解決

5.1地形圖的導(dǎo)入

5.1.1地形圖導(dǎo)入出現(xiàn)的問題

地形圖是根據(jù)各地情況，在現(xiàn)場所勘察采集的地面矢量地圖，具有各自的空間地理信息，因此，各地的坐標(biāo)各異，且離原坐標(biāo)較遠(yuǎn)，坐標(biāo)數(shù)值較大[2]。但是3DMax作為專業(yè)空間建模軟件，并非專業(yè)的地理信息軟件，因此，當(dāng)?shù)匦螆D導(dǎo)入Max軟件中，因誤差原因容易產(chǎn)生圖形變形的問題。

5.1.2地形圖導(dǎo)入誤差解決

從上面5.1.1地形圖導(dǎo)入出現(xiàn)的問題中，已分析了地形圖產(chǎn)生誤差的原因是地形圖的坐標(biāo)數(shù)值太大，故此，為了避免底圖變形產(chǎn)生誤差，可以先將地形圖在專業(yè)的地理空間軟件中（如CAD）將整體地形圖往原坐標(biāo)進(jìn)行偏移，統(tǒng)一設(shè)置一個偏移值，讓地形圖的坐標(biāo)數(shù)值盡可能的小，最后再將底圖導(dǎo)入3DMax軟件中。如圖5.1，在地形圖上設(shè)置一個點，以此點位基準(zhǔn)，將整個底圖根據(jù)此點偏移到原點上。

結(jié)束語：地理空間框架是空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，是經(jīng)濟(jì)社會信息化發(fā)展的基礎(chǔ)平臺。三維場景的建設(shè)適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，也順應(yīng)了社會空間服務(wù)的需要。三維場景建設(shè)包含內(nèi)容十分豐富，在某些方面專業(yè)性極強(qiáng)，是一項系統(tǒng)的工程，如果能夠得到充分的應(yīng)用，將帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。

參考文獻(xiàn)

[1]李振，楊建鳴.機(jī)械三維建模教程[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2011

[2]程鵬根.三維空間數(shù)據(jù)建模及算法. [M] .國防工業(yè)出版社，2012