淺析建筑模型中數字化3D 技術的重要性

杜麗娜 桂林師范高等專科學校

1946 年在美國賓夕法尼亞大學，誕生了世界上第一臺電子計算機ENIAC，科學家馮 諾依曼 (John voneumann)是現代計算機之父，是他率先奠定了現代計算機的基本內部結構。我國的第一臺電子計算機在1958 年也誕生的，這象征著中國在現代計算機領域的開端，我們計算機開始了飛速的發展。計算機最基本的原理就是存儲程序和程序的控制，簡單說就是把程序（計算機如何操作的序列指令）和數據通過一定的輸入設備，輸入到計算機的內部運行。

一、3D 技術發展的大時代背景

3D 是英文“three-dimensional”的簡稱，我們簡單可以理解3D 就是立體的物體，相對2D 即平面設計有長、寬而言，立體是既有長寬，還有高度的三維空間。其實我們生活的世界就是一個可以用眼睛和身體感知的立體三維空間，和時間維度（時間的無觸感的存在）的四維立體空間。這些三維的實物給人豐富的視覺感受、觸感感受、嗅覺感受，我們與他們有著錯綜復雜的關聯和時空聯系，其實人類對世界認知學習的原始動力就是三維客觀存在的。這一種學習過程歷經了千年的變化，直至今天，人類文明的飛速進步、科技的高速發展、電腦的發明和發展普及、互聯網技術的延生改變了傳統固有的學習模式。三維數字化技術讓虛無的二維的網絡世界，也有現實三維空間的感受，無論生活中的方方面面的實物都可以用電腦的三維技術來建模、渲染仿真出來，大到宮殿城市、小到鍋碗瓢盆等。

3D 數字化也可以稱為三維數字化，其基本原理就是通過觀察獲取客觀事物的外形特定數據，其大數據信息通過在電腦設備上三維工具軟件，進行加過處理并節點虛擬創建、修改、完善建造模型，模型繼續貼圖和渲染處理好就成為我們需要的三維模型了。模型很好的還原了客觀事物的實際外形和內部結構，真實的讓我們感覺到實物的客觀存在，而不是簡單的平面視覺效果，我們還可以通過大數據，設計建筑自己構思的實物。在電影這個行業3D 技術等到了非常好發展，同時還在深入研究4D 和5D 的視覺效果，不簡單的用3D 技術讓人們身臨其境的感受到電影畫面和情節，還在硬件上提供吹風、噴水、晃動等效果，讓人們的視覺、聽覺、觸覺、嗅覺讓人們完全融入電影之中。

二、3D 數字化技術在建筑設計模型已經是不可或缺的一個環節

人類社會的建筑發展歷史是伴隨著人類的起源，不斷發展和變遷。中國的故宮、希臘的雅典衛城(Acropolis)、帕特農神廟、古羅馬斗獸場、法國的凡爾賽宮到現在的北京奧運鳥巢、悉尼歌劇院都是見證了人類的發展文明。一個優秀建筑的誕生是需要付出巨大的人力、物力的代價，建筑設計最大的價值體現就是滿足人們實用上的需求，同時建筑設計的優劣對人們的使用和生活有起了巨大的影響。簡單說就是一個優秀合理的建筑作品，不簡單為人們遮風擋雨，滿足基本的生理需求，更加追求注重對人們精神需求和審美需求挖掘，也只有在深入研究人和建筑的關系的基礎上，總結建筑經驗，才能促進建筑設計的繼續發展。

建筑模型更好的完善了建筑設計，建筑設計的初期體量和難度非常大，設計師的很多建筑設計上的問題，容易被二維的圖紙的單一性而忽略。建筑模型的出現就非常好解決了設計中的一些問題，三維的建筑模型比二維設計圖紙來說，能全面和直觀的表達建筑最終的效果，可以把建筑的優缺點展現出來，方便設計師不斷修改完善。建筑模型分為三維電腦虛擬效模型和實體的建筑模型。三維虛擬模型也可以稱為設計模型，通過電腦建筑設計軟件3DS MAX、Sketchup建筑草圖大師、MAYA 等。3DS MAX 是建筑三維模型制作中用的最廣泛的，它的功能非常強大可以模擬制作室內和室外不同建筑的模型，通過渲染器還可以渲染出不同季節環境變化、不同分建筑風格特色。但是3DS MAX 自帶的渲染器雖然可以光能傳遞和高級照明渲染場景，但是軟件渲染技術設計很長，全景照明時候力不從心不建議使用。Vray 渲染器的出現就彌補了她的渲染的缺點，在全局照明、高級照明、表現建筑玻璃效果、高級反射金屬質感等，都可以渲染出逼真的建筑內外部效果圖，其運算速度快也受到大家的喜愛。建筑設計從設計、施工建設、到最后的完成每一個環節都是環環相扣的，特別是建筑設計階段，很多復雜的結構在平面圖紙上很難準確的體現，但是建筑體必須要堅固耐用，保證安全性和實用性基本的要求，特別是一些造型具有特色的外形設計，必須要不斷驗證其設計的安全性和可實施性。電腦三維模型出現，可以幫助我設計人員更加直觀的分析建筑設計中存在的問題，及時修改完善， 并驗證設計的，獲取最準確的數據，最終幫助設計師完成建筑設計。

電腦三維技術的高度發展，新的3D 打印技術出現，更加促進了建筑設計的發展，3D 打印技術是（3D printing，又稱增材制造、積層制造）是在完成電腦三維數字模型文件為前提，運用特色材料（塑料、石膏材料、陶瓷、、橡膠類材料、砂、尼龍玻纖、金屬粉末、鍍銀、鍍金、鋁材料、鈦合金、不銹鋼等材料）通過3D 打印機，立體打印的方式來構件物體。其實簡單的說，3D 打印機和我們日常用的普通打印機的工作的結構原理一樣，只是普通打印機是平面輸出，而3D 打印機是把多種的材料，通過層層疊加的方式，把電腦虛擬的模型變成實實在在的物體。我們建筑設計，可以利用3D 打印技術把建筑的部件打印出來，通過拼接最終成為實際的建筑模型，比如一些房地產商的銷售部，我們都會看到很多建筑沙盤，沙盤上的建筑模型等比例的縮小，配上綠色植被和燈光，栩栩如生的展示在我們眼前，消費者可以非常直觀的看到建筑環境，大大提高了房地產的銷售。當然3D 打印技術不單單用在建筑設計中，還可以用在汽車設計、家電設計、玩家設計、醫學上也可以運用，比如打印假肢。可以說社會的行行業業都可以使用數字化3D 技術。

其實建筑模型無論是虛擬的模型，還是實體的建筑模型都是得益于現代數字化技術的高度發達，科技的高速發展為現代建筑設計打下了堅實的基礎。三維數字化技術在建筑設計中的地位與日俱增，很多高層建筑和結構特殊的建筑，人們已經無法簡單的靠筆和紙去完成建設設計，需要在建筑設計的圖紙這一環節，來確保建筑設計的合理性和安全性。數字化3D 技術下孕育的建筑模型，幫助了設計師更好的完成建筑設計。隨著科技的發展，我相信只要合理利用，數字化科技會給我們提供更多的幫助和便利，促進社會行行業業的發展。