基于Sketchup、Lumion數字化景觀建模和可視化場景生成技術的研究

張開朗 鄧銳 韓聰 徐小茜

1.貴陽學院 貴州貴陽 550005；2.貴州農業職業學院 貴州貴陽 551400；3.銅仁職業技術學院 貴州銅仁 554300

隨著科學的進步，信息數字可視化時代的來臨，景觀規劃設計行業的設計師們需要通過更直接的方式表達自己的意圖和想法，而乙方也希望通過簡單、可視的方式接收到準確的信息。通過Sketchup、Lumion兩個軟件在數字化景觀建模和可視化場景生成的應用研究，給設計人員提供更多表達與構思的途徑與方法，來實現更直觀、更科學、更生動的設計方案。

1 Sketchup、Lumion軟件概述

1.1 Sketchup軟件

Sketchup軟件是由美國Lastsofeware公司推出的一款3D可視化繪圖軟件，用于3d建模，涉及到的領域包括：景觀規劃設計、工業設計、建筑設計等。Sketchup軟件采用簡潔的三維化圖形界面，兼容DWG、DXF、JPG、3DS等格式，同時支持Photoshop、CAD、3dmax、vr、lumion、piranesi等軟件交互式使用。

1.1.1 界面與工具

在軟件中有各種尺寸和各種功能的模板選擇，模板空間由X軸、Y軸、Z軸組成繪圖空間，從工具欄中可調選多種繪圖工具到主界面，分為圖標或者快捷鍵兩種方式調出工具繪圖[1]。軟件自帶有繪圖、陰影、樣式、視圖、數值、相機、切面、沙箱等基礎工具，從擴展程序管理中可加裝一些插件，例如SmartCopy、LSSZone、Chronolux、JointPushPull、BezierSpline等，通過數字化插件的操作能進一步提升數字化建模的表現力和準確性，生成異形的景觀模型。

1.1.2 材質與樣式

軟件中內置有木紋、水紋、玻璃、瀝青、混凝土、石頭、瓦片、顏色等材質，也可根據需求自行編輯；樣式中可進行邊線、平面、背景、水印、建模的編輯，也可以從軟件內置的風格中選擇。

1.1.3 陰影與視圖

陰影：景觀模型可根據實際月份和時間配置模型的陰影關系；視圖：根據需要調整到對應的視圖界面，提取出所需視圖下的素材[2]。

1.1.4 沙盒

沙盒通過等高線、網格、結合湘源控規和GIS生成地形，模擬真實地形，創建可視化環境空間。

1.2 Lumion軟件

Lumion軟件是由荷蘭ACT-3D公司推出的一款實時的3D可視化軟件，用于制作電影和靜幀作品，涉及領域包括景觀規劃設計、建筑設計等。采用圖形化操作界面，兼容SKP、DAE、FBX、MAX、3DS、OBJ、DXF等格式，輸出TGA、DDS、PSD、JPG、BMP、HDR、PNG等格式圖像，通過GPU渲染技術，能夠短時間的渲染和場景創建，并輸出高清MP4視頻文件；時支持3dmax、Sketchup、Rhino3DNURBS等軟件交互式使用。軟件中內置大量素材，例如：建筑、植物、地表、石頭、人物等，通過太陽高度角、光線、云量、天氣、地形、材質等的創建來模擬真實環境，生成可視化的景觀環境。

2 Sketchup、Lumion軟件的應用現狀

2.1 Sketchup應用現狀

Sketchup從1.0版本已升級到目前的最新的2021版，由于Sketchup兼容性強、上手快、操作簡便，在建筑設計、景觀設計、工業設計、室內設計等領域都是設計師方案構思和方案表達最佳選擇之一。前期概念生成階段，任何想法都是模糊而難于理解的，我們可以在手繪草圖中構思，再通過Sketchup中反復推敲，確定更加合適的方案；方案深化階段，建立完整的空間關系，推敲細部構造；作品輸出階段：調整風格與輸出格式，導出成品或導入到其他軟件中再次進行編輯。由于Sketchup功能強大，在3d數字化建模上操作簡單、易上手等特點，是設計院、模型制作公司、專業教育、專業學生建模工具的首選軟件[3]。

2.2 Lumion應用現狀

Lumion從2010年11月份發布以來，由最初的1.0版本到目前已更新到Lumion11.5，目前在建筑設計、景觀設計、室內設計領域都是設計師表達設計效果的途徑之一。由于操作容易上手，內置大素材，在短時間編輯后就能快速生成效果圖和可視化動畫，所以在效果圖公司、設計院、設計公司、專業學生當中都有較廣泛應用。

3 Sketchup、Lumion軟件的優勢

Sketchup和Lumion在可視化建模軟件中相對來說操作比較簡單，容易上手，可在短時間內生成可視化作品，現通過幾個常用軟件進行對比，如表1所示。

表1 可視化建模軟件對比

4 基于Sketchup數字化景觀模型創建

4.1 建模前期準備

確定一個方案的主題后，進行草圖方案構思推敲，此階段可采用Sketchup輔助設計，進行空間推敲，最終形成一套可行性方案。草圖方案用CAD軟件繪制出來，將地形圖復制到總平面規劃圖中，快捷鍵Pu清理多余的圖層、線條和塊，并命名后保存成DWG格式文件備用[4]。

4.2 創建場景模型

從“文件導入”中將之前的DWG文件導入，設置好單位，分別將地形圖和平面圖組成兩個組建，并分別放置在兩個圖層上，后將平面圖與地形圖重疊，對齊共有部分，參照圖紙創建模型[5]。

4.2.1 地形

（1）一般性地形建模。對于梯田式地形，可采用推拉工具，設定好等高線高差，依次進行推拉；如果有等高線的地形，將平面的等高線按照設計的等高距沿Z軸方向垂直拖動每一根等高線到相對應的位置，并采用沙盒中從等高線生成地形；不需要十分精確，只需要粗略的創建一個地形空間，可采用沙盒中的“從網格生成地形”，激活后，輸入網格間距數值，雙擊進入編輯狀態，點擊曲面拉伸，輸入半徑數值，在網格中拾取不同的區域或者點進行拉升，最終反復的調節后形成地形[6]。

（2）結合湘源控規制作地形。從CAD地形圖的GCD圖層獲取地形高程點，導入到湘源控規中，在工具欄中執行地形選項中的“字轉高程”，根據提示，輸入場地的標高最低值和最高值，然后選擇場地內所有高程標注，接著在工具欄中執行地形選項中的“三維模型”，選擇場地根據提示設置間距和沿Z軸縮放倍數，確定后生成網格，點擊選擇生成的網格寫塊后保存為外部圖塊備用，將保存的文件導入Sketchup中，設置好單位，生成地形后，執行柔化命令，微調后完成地形建模[7]。

（3）結合ArcGIS制作地形。從BIGMAP中獲取某場地的地理信息數據，導入GlobalMapper轉換所獲取的地理信息數據為DEM數據文件、邊界線shp數據文件、衛星圖tif文件和地標tif文件，運行ArcScene軟件，依次導入轉換好的地理信息數據，調整參數后，執行ExportScene命令后導出三維模型，打開Sketchup軟件，導入由ArcScene編輯的三維地形，然后優化模型細節，執行“將面翻轉”和“柔滑邊線”，生成精確的地形模型[8-9]。

4.2.2 道路

參照平面圖繪制出道路面，按照要求的尺寸進行推拉，從平面生成立體模型，賦予道路各部分相應材質，并創建成組建。

4.2.3 水體

根據設計方案，確定好水景的造型，將水體的主體造型按照平面圖、剖面圖、立面圖的尺度創建好后，賦予各表面對應的材質（水體部分賦予具有透明度的水體材質）。

4.2.4 建筑、景墻和園林小品

根據建筑、景墻園林小品的CAD平面圖、剖面圖、立面圖的尺寸和外觀造型創建模，型，賦予相應的材質[10]。

5 基于Lumion可視化場景生成

通過Sketchup軟件，將場景中的元素建好后，對場景內的模型進行反復檢查與清理，確保場景內的模型可視表面呈現正面朝上的狀態，然后導出為DAE格式文件備用。運行Lumion后，先選擇一個lumion提供的適合的場景，導入DAE文件，并將建立的場景模型導入到lumion場景中，根據具體需要，可在天氣系統設置天氣的太陽高度角、云彩、天氣、影子等參數；地形系統中設置山體、水面等參數；導入模型中設置材質、模型位置、模型編輯等；物件系統中設置植物、交通工具、人物等。將場景添加配置好后就完成了可視化場景的創建，最后根據具體需要可輸出場景、照片和視頻。

6 結語

基于Sketchup、Lumion數字化景觀建模和可視化場景生成技術，建成精確的三維場景和可視化影像，能夠讓設計師思路呈現更為直觀，整個環境空間得到了全面展示。大數據、VR、ARCGIS、地理信息系統和各種設計軟件的發展，必將為景觀規劃設計提供更多科學參考依據和精準的展示途徑。