基于3DMAX的隧道工程施工動(dòng)畫建模研究★

李 芳 王 軼 柳志丹 陳軍程 秦鈺娟

(1.中電建路橋集團(tuán)有限公司，北京 100048； 2.中原工學(xué)院，河南 鄭州 451191)

0 引言

三維制作軟件眾多，常用的如Maya,3DMAX,Sketchup,CINEMA4D等，但并不是每一款三維軟件都適合施工動(dòng)畫的制作，例如Maya是一款高端的大型三維動(dòng)畫制作軟件，主要運(yùn)用于動(dòng)漫和影視當(dāng)中，學(xué)習(xí)難度比較大，需要具備一定的計(jì)算機(jī)編程基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)周期比較長(zhǎng)，對(duì)于施工動(dòng)畫的制作來說其學(xué)習(xí)投資過大，并不是一個(gè)好的選擇[1]；CINEMA4D也是一款強(qiáng)大的三維動(dòng)畫軟件主要用于產(chǎn)品包裝，但是對(duì)于建筑模型構(gòu)建的便易程度和廣度就有些捉襟見肘，它不適于建筑可視化的表達(dá)；Sketchup是一款專門針對(duì)于建筑設(shè)計(jì)的三維軟件，操作簡(jiǎn)單容易上手，數(shù)字化程度高，但是異形建模難度較大，而且動(dòng)畫功能也相當(dāng)有限，用于制作施工動(dòng)畫是不可能完成復(fù)雜的施工流程的；3DMAX是一款大型的三維動(dòng)畫軟件有相當(dāng)強(qiáng)大的建模、材質(zhì)、燈光、動(dòng)畫、渲染系統(tǒng)，可以輕松的創(chuàng)建各種模型和動(dòng)畫，而且操作相對(duì)簡(jiǎn)單，非常的適宜于施工動(dòng)畫的制作[2]。

通過對(duì)主流三維軟件的分析和對(duì)比可以明顯的看出3DMAX在施工動(dòng)畫的制作方面具有不可多得的優(yōu)勢(shì)，下面我們將對(duì)3DMAX在施工動(dòng)畫模型制作過程中的方法進(jìn)行闡述。

1 基于3DMAX的建模方法

首先，選取需要建模的對(duì)象，收集所建對(duì)象的工程資料以及外表高清照片，然后根據(jù)整合的工程資料繪制CAD各方位視圖，并導(dǎo)入3DMAX，根據(jù)圖的輪廓開始建立模型，最后用Photoshop將外表照片進(jìn)行修圖，在建好模型上貼圖，生成.MAX文件[3]。

建模流程主要有以下幾部分:

1)繪制并導(dǎo)入圖紙。收集所建對(duì)象的工程資料，大致將所建模型的各方位視圖繪制出，生成.DWG文件。將生成的CAD圖紙導(dǎo)入3DMAX中，獲得建筑模型的結(jié)構(gòu)。

2)建立模型。根據(jù)導(dǎo)入的圖紙，開始建立模型的主題輪廓。

3)材質(zhì)貼圖。利用PS將對(duì)象的照片或類似外觀的圖片進(jìn)行處理，調(diào)整模型材質(zhì)，貼圖。

下面我們以簡(jiǎn)單的宿舍樓模型進(jìn)行實(shí)際操作。

1.1 數(shù)據(jù)導(dǎo)入

首先，將收集處理好的CAD模型底面圖以“原有AutoCAD(*.DWG)”格式導(dǎo)入3DMAX中，將坐標(biāo)調(diào)制(0，0，0)，凍結(jié)底面圖，防止其移動(dòng)；再導(dǎo)入模型其他視圖，以底面圖為參照進(jìn)行移動(dòng)放置，并凍結(jié)。

1.2 建立模型

此過程方法不一，本文采用以可編輯樣條線為主來建立模型。在宿舍樓這種較為規(guī)范的模型中，每個(gè)墻面以一個(gè)房間為單位進(jìn)行墻體的建模，然后進(jìn)行復(fù)制，達(dá)到整棟墻體的效果。這種做法較為簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確，減少了墻體大量的為窗戶、門框開洞的麻煩操作，同時(shí)對(duì)窗戶、門框也較為精致的制作。

首先，將3DMAX的捕捉按鈕打開，用于捕捉凍結(jié)的三視圖。選擇矩形工具，描出單元房間大小的矩形，然后描出門窗矩形，選中大矩形，選擇可編輯樣條線命令，接著選附加命令，然后賦予門窗，選擇擠出命令，添加240 mm厚度[4]，一個(gè)房間有門窗洞的墻體就完成了，復(fù)制，單個(gè)墻面完成。門窗建模方法相同，不多做敘述。

1.3 材質(zhì)貼圖

通過調(diào)整模型的材質(zhì)，可以增加模型的質(zhì)感，貼圖后，使模型更加接近現(xiàn)實(shí)。

選擇材質(zhì)編輯器，將玻璃附上較為接近的顏色，調(diào)整透明度，使玻璃模型在3DMAX中更加的真實(shí)。墻體材質(zhì)選擇“位圖”命令，將制作的外觀圖片貼入墻面上，調(diào)整比例，基本的三維模型就構(gòu)建完畢。

本節(jié)簡(jiǎn)單介紹了建立模型的基本操作，基本滿足隧道工程施工動(dòng)畫所需模型的要求。

2 隧道工程施工動(dòng)畫模型

三維模型大致按結(jié)構(gòu)特征可分為規(guī)則模型和不規(guī)則模型。規(guī)則模型例如房屋、隧道、工程車等，其有明顯的對(duì)稱、規(guī)則等外觀特征可以精確表達(dá)物體形狀，因其有明確的規(guī)格、形狀參數(shù)，利用3DMAX強(qiáng)大的復(fù)制功能，將模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)制組裝，達(dá)到最終使用要求。不規(guī)則模型例如人物外觀、地形地貌等，其在細(xì)節(jié)上具有隨機(jī)性、任意性特點(diǎn)，沒有規(guī)律可循，沒有參數(shù)可參考。在制作此模型時(shí)，想要將模型制作的惟妙惟肖難度極高，不規(guī)則模型沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，只能依靠作者的視覺感官，反復(fù)修改，達(dá)到可使用狀態(tài)[5]。

2.1 隧道模型

隧道模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)稱屬于規(guī)則模型，規(guī)則模型本文在第二章已做簡(jiǎn)單描述，在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單對(duì)稱性好的房屋、隧道等隧道工程模型均可采用以上方法進(jìn)行。

首先，選擇圖形欄的圓形進(jìn)行繪制，右擊可編輯樣條線，選擇將圓形修剪為隧道的馬蹄形，然后擠出，馬蹄形隧道大致出現(xiàn)，如圖1所示。選擇材質(zhì)編輯器，將隧道模型賦予材質(zhì)，貼上混凝土色圖片，如圖2所示，隧道模型基本做好，可以滿足工程施工動(dòng)畫使用。

2.2 山體模型

不規(guī)則模型以隧道山體為例進(jìn)行簡(jiǎn)單描述，山體連綿起伏，不易將其外形精確繪制，只能依靠視覺感官來大致描繪。

首先，在幾何體工具欄中選擇平面，隨意繪制一張平面，在右側(cè)參數(shù)一欄對(duì)長(zhǎng)度分段、寬度分段進(jìn)行復(fù)制，分段越多，細(xì)節(jié)把控越準(zhǔn)確，右擊選擇可編輯多邊形—頂點(diǎn)，如圖3所示。然后勾選軟選擇，調(diào)整衰減參數(shù)，衰減參數(shù)越大，變化范圍越大。然后再平面的頂點(diǎn)上選取合適點(diǎn)位，上拉或者下沉，制作出大致山體模型，如圖4所示。有了初步的山體雛形后，使用工具中的渦輪平滑，山體結(jié)構(gòu)的基本造型已成型，再賦予山體模型材質(zhì)，山體模型基本完成，如圖5，圖6所示。

將制作好的隧道模型和山體模型組合，3DMAX隧道模型就大致完成，如圖7所示，可以用于施工動(dòng)畫。施工動(dòng)畫所用到主要模型鋼筋網(wǎng)、墊木、混凝土井壁、挖掘機(jī)、推土機(jī)、塔吊、混凝土車等都可以通過多邊形建模技術(shù)進(jìn)行構(gòu)建并為其賦予標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)。

3 結(jié)語

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，3DMAX建模在隧道工程施工動(dòng)畫領(lǐng)域被越來越廣泛的應(yīng)用。隧道工程施工動(dòng)畫在工程招投標(biāo)、員工教育培訓(xùn)、專家方案論證等方面，推動(dòng)了土木工程領(lǐng)域的信息化發(fā)展為土木工程行業(yè)注入了新的活力。本文簡(jiǎn)單敘述了三維模型制作的要領(lǐng)，并結(jié)合實(shí)際案例展現(xiàn)了隧道工程施工動(dòng)畫的建模流程，是對(duì)隧道工程施工動(dòng)畫制作方式的一次探討。筆者相信，隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展施工動(dòng)畫技術(shù)將不僅會(huì)在大項(xiàng)目中普遍應(yīng)用，也會(huì)在中小型項(xiàng)目中推廣開來，成功的為建設(shè)項(xiàng)目增值服務(wù)。