3Dmax在虛擬校園模型制作中的設計與應用

周正 司占軍 賀瑞玲

摘要：虛擬校園的建設是未來校園數字信息化的一個重要發展方向。其中，三維模型的構建是虛擬校園建設中重要的組成部分，該文以學校歷史博物館為建模原型研究了3Dmax軟件在模型構建、貼圖以及渲染等方面的應用，3Dmax多視角觀察、快捷鍵的快速使用以及眾多功能的集成均可以使得建模過程更加流暢，同時V-Ray渲染器插件的安裝也使得貼圖更加便捷，最終得到制作完善的虛擬模型。

關鍵詞：3Dmax;三維建模;模型貼圖

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）33-0245-02

三維數字校園系統是指數字信息化的三維校園，包括校園信息的獲取，校內環境的三維展示等，該系統通過虛擬模型能夠全方位地展示校園的實際地理環境，真實再現校園情境，因此三維模型的創建至關重要。目前三維建模軟件數量眾多，常用的如3Dmax、Maya、Google Sketchup、Blender、Solidworks、CA-TIA等。本文選用了操作較為便捷的3Dmax軟件，完成了學校歷史博物館虛擬模型的創建、模型貼圖以及渲染部分。主要應用了標準基本體、樣線條、復合對象、修改器等操作簡單且強大的功能，同時，更加注意模型細節的處理，最終得到了制作完善的三維模型。

1操作軟件簡介

3Dmax全名為3D Studio Max，是一款基于PC系統的三維趣渲染和制作軟件，廣泛應用于廣告、工業設計、建筑設計、游戲、以及輔助教學等領域。3Dmax功能強大且操作簡單上手難度很低，很適合初學者進行使用。同時，它具有強大的動畫制作能力以及可堆疊的建模步驟，在國內外都擁有大量的使用者，3Dmax也成為人們進行三維模型創建的首要選擇。本文采用的軟件是3ds Max 2014。

2建模方法以及準備工作

本文中的模型創建使用了兩種建模方法。一種是直接在3DMax利用它自身所帶的創建標準幾何體、樣線條、復合對象等功能建模;另一種是到相關網站下載需要的模型，將所下載的模型從外部導人，重新加以修改利用即可。需要注意的是在3DMax中構建模型所設置尺寸的大小是否與實際物體呈比例。利用布爾、擠出、貝塞爾曲線、樣線條取樣、多邊形編輯等基礎功能，進行物體模型的搭建。為保證物體模型的真實感，需挑選合適的材質與貼圖，燈光的設置也至關重要。到相關網站下載需要的模型可能與整體場景不協調，需要稍加調整，以消除與自己搭建的場景模型的違和感。

3三維模型的設計與制作

3.1整體輪廓建模

首次打開3Dmax需要將單位設置為毫米，在對博物館整體布局做好規劃的前提下，開始進行建模。首先構建博物館整體外圍結構，估算出各展廳邊長。設置博物館外墻厚度為225mm，內墻厚度為125mm，高度為5400mm，方形墻面直接在標準基本體中使用長方體構建，而圓形展示廳利用管狀體修改成。首先建立內半徑為4600mm，外半徑為4800，高為5000mm的管狀體，將邊數設置為100，增加其圓滑度。然后在修改器參數列表中勾選啟用切片，使切片起始位置為36，結束位置為一226.5。

博物館整體輪廓較為簡單，由于在建模過程中模型搭建的精確程度會影響到后期貼圖和制作交互的效果，所以既要避免模型過于簡單無法完整展示細節，又要防止過于煩瑣，影響后期貼圖、交互過程，因此，本系統盡量在不影響細節效果的基礎上采用數量較少的面來模擬博物館三維模型≈。博物館整體外圍輪廓如圖1所示：

3.2內部裝飾建模

以石拱門建模過程為例，首先通過圖形一樣線條在前視圖中制作一個寬4000mm的矩形，然后打開捕捉工具，捕捉矩形的寬，畫出一條長度為4000mm的線，然后制作一個650mm*850mm的矩形，使用復合圖形工具點擊線條，分別在路徑的百分之零、百分之一百、百分之四十處，進行放樣操作一獲取圖形一選擇650*850mm矩形，形成高為4000mm，長寬分別為650mm、850mm的長方體。最后在修改器處，對照新建的長方體，插入腳點，通過移動、縮放控制點的操作，調整柱體的形狀，完成石柱門的制作，石拱門模型如圖2所示。其余的模型如展示柜（圖3）、燈具、墻壁掛畫等，可以通過復合對象面板的取樣、布爾、超級布爾，編輯器中擠出、FFP4*4*4以及轉化為可編輯多邊形進行操作完成。將博物館模型全部構建完成之后，為保證節省內存，需要對這些模型進行優化處理：使用塌陷功能對多模型重復的地方進行處理，焊接模型中一些需要合并的點或線，刪除相鄰兩個平面的公共邊，盡量使得每個面都形成凸多邊形。另外，對已完成的三維模型的位置、大小、角度進行調整并優化，確保模型的構建簡單、美觀且無錯誤。

4模型貼圖

在校史館三維模型構建完成后，為保證模擬三維建筑物的真實效果，需要對校史館內外模型進行貼圖、賦予材質操作，使用3Dmax給模型賦予材質與貼圖的過程中，共采用了三種不同的方式分別為：

4.1利用基本材質

在3Dmax中，通過對三種Blinn基本參數的調整可以構成基本材質，從而創建建模對象表面。這三種參數分別為：Ambi-ent Color（環境光顏色），Diffuse Color（漫反射顏色），Specular Color（高光反射顏色），通過對這三種參數的調整能夠生成有效的渲染效果，同時基本材質也可以通過調整自發光顏色參數以及不透明度來模擬發光對象、形成透明或半透明對象等。本次博物館三維模型中的墻面、柱子、天花板等的材質制作均采用了這種方法。

4.2利用位圖

位圖是一種二維貼圖形式，通過將構建模型本體利用數碼相機拍攝，或者收集其原本的材質結構，進行貼圖，能夠增加與實體的吻合程度。貼圖過程比較簡單：在安裝好與所使用的3Dmax相適配的V-ray渲染器的基礎上，只需要將下載好的圖片拖拽至材質球上，再將該貼圖從材質球上直接拖到相應位置即可。本次博物館三維模型中展示墻中人物圖片貼圖、地板等都使用了這種方法來完成。圖4展示了部分博物館中墻面的貼圖。

4.3復合材質

復合材質就是將基本材質、程序貼圖以及位圖等方法綜合運用來制作比較復雜的材質，本次博物館三維模型中玻璃材質制作就是用這種方法完成的。在未找到合適玻璃材質的基礎上，先下載了磨砂玻璃的材質，拖拽人材質球后，調整不透明度為40%，效果如圖5所示：

5結束語

在三維模型構建過程中，雖然能夠在形體尺寸上進行還原，但是不論是建模還是貼圖、材質的選擇，均偏向技術性，模型真實感欠缺，真實還原場景方面的技術還需要不斷的加工。不可否認的是，在技術有望得到解決的基礎上，未來3Dmax在建模方面所具有的優勢會更廣泛地發揮出來，本文通過3Dmax對校園歷史博物館展開模型創建，所制作的三維模型場景非常細膩，另外將虛擬現實技術應用在校園文化建設中，也是學校邁向數字化管理的重要一步。