基于3DSMax的城市三维建筑模型建模方法研究_陈丽金.pdf

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1、 测绘技术装备 季刊 第 14 卷 2012 年第 1 期 学术研究 7 基于 3DS Max 的城市三维建筑模型建模方法研究 陈丽金（福建省国土测绘院 福建厦门 361012）摘 要：讨论了 3DS MAX 和 PandaDXExporter 相结合的建模方法，阐述了模型构建和模型优化的过程，介绍了模型整合等后期处理工作，为城市三维建筑模型的构建工作提供了一种新思路，研究了该方法的可行性。关键词：3DS MAX PandaDXExporter 建筑模型 1 引言 随着科学技术的不断发展，特别是近年来，信息技术及网络技术的高速发展，人们可以直观、形象地描述地理空间实体。数字地球、数字城市的核心

2、技术虚拟现实为人类了解实体提供了身临其境的感觉。地图制图的技术正在经历从纸张图到数字化图的过渡，从传统的二维地图向三维立体图的转变，人们可以通过网络浏览数字化城市，可以查看形象逼真的地理实体的三维图件。2 模型总体设计 模型采用 3DS max 软件进行城市建筑物建模，首先选定需要建模的建筑物，在航片上绘出外业工作底图，接着利用数码相机对需要建模的建筑物进行外业逐幢取景，然后在 3DS max 里建立建筑物模型，贴上表面纹理，生成单幢.max 文件，最后对模型进行一些优化处理，在保证真实清晰前提下，使文件量尽可能小，以便挂接数据库。建模流程主要涉及七个关键的步骤：1、外业取景，采用广角数码相机

3、对建筑进行实际野外采集，通过外业取景拍摄的相片获取纹理；2、PS 处理纹理，采用专业的图像处理软件Photoshop，对外业取景的数据进行内业处理，使之符合建筑体外观贴图要求；3、以 CAD 矢量底图为主，结合近期航片或卫片影像获得精确完整的建筑模型结构；4、3DSMAX 建模，导入单个封闭的 CAD 矢量底图，通过线条描出矢量图，挤出建筑造型；5、三维模型生成，模型生成后进行表面贴图，最后优化压缩模型，将看不到的面全部删除，减少模型中面和点的数量，简化模型，以提高运行速度；6、生成单幢.X 模型，简化后的.MAX 模型通过PandaDXExporter 插件导出生成.X 模型；7、数据集成，

4、将所有导出的单幢.X 模型通过Skyline 进行数据集成工作。具体建筑建模作业流程见图 1。图 1 城市建筑物建模作业流程图 3 模型制作流程 3.1 3DS MAX 工作流程简介 建筑外观模型主要利用 3DS max 软件进行制作，建筑形体三维模型的建立在整个工作流程起了非常重要的地位，其后材质元素的添加，都是以这个三维模型为基础的，可以说建模是万丈高楼的根基。3DS MAX 软件是单文档应用程序，即一次只能编辑一个场景。但是，可以打开 3DS MAX 的多个副本并在每个副本中打开不同的场景。不过打开多个 3DS MAX 副本需要占用大量计算机内存。为了获得最佳性能，应该计划好一次只打开一

5、个副本并只编辑一个场景。应用 3DS MAX 制作三维立体模型的工作流程如图 2 所示。8 学术研究 测绘技术装备 季刊 第 14 卷 2012 年第 1 期 图 2 模型制作的工作流程 3.2 建筑物模型生成 根据建筑多边形在 3DS max 软件中进行建筑外观的建立，对于底层骑楼、走廊、立柱等尽量做到与实际相符，房屋不同层次区分正确，具有外观特征的特殊建筑部位应基本准确。建筑物的高度严格按照建筑物竣工测量总平图中标示的建筑真实高度，非规则建筑体参照周边已知建筑物进行估算，根据要求所有单体模型均按 1:1 构建。建筑三维模型的生成过程：(1)获取矢量数据：从 1:500 地形图数据矢量底图（

6、或房产竣工总平图）中按 1:1 比例拷贝（复制）单幢建筑体边界封闭线到新建单位封闭线AutoCAD 文件。(2)规范 Max 单位：Max 中“自定义/单位设置/系统单位设置：1 个单位=1 米；显示单位比例：公制/米”。以便模型数据能以 Scale:1 导入数据库。(3)Max 造型：在 Max 中导入新建单个封闭线AutoCAD Dwg 底图，全部成组，XYZ 坐标全部归零。描出矢量图，做出造型。(4)楼的层数严格按 CAD 矢量图的标注，楼高严格按照竣工平面图中建筑物的真实高度。个别不规则建筑物参照周围已知建筑物的比例来做。(5)顶楼造型：以航片与照片为依据做出顶楼造型。A、照片上没有楼

7、顶造型的一律做成厚度为 0.2米的女儿墙，再“挤出”比例高度，最后使用最接近航片的材质贴图。B、有造型的，酌情用最简单容量最小的做法做出相似的造型。3.3 建筑物模型的材质设计 建筑物模型的材质在进行纹理映射前，采用专业的图像处理软件 Adobe Photoshop 对外业取景的照片进行内业处理，使之符合建筑物外观贴图要求。由于受拍照时间、角度、光线等影响，外业取景时受拍摄角度的限制一般是从下往上进行拍摄取景，这样就造成采集纹理数据上小下大，对于这样的数据需进行变形处理；同时由于建筑体不同面与不同高低层间向光与背光的差别，可能造成同一幢楼采集的纹理数据各部分明暗不一，需进行光亮度和色调的处理。

8、贴图在保证真实清晰的前提下，数据量尽可能小。纹理的象素尺寸应该是 2 的 N 次方。保存时分辨率为 72，保存品质为 8；保存纹理尺寸最好是正方形的，宽和高的象素大小不宜超过 512，贴图长宽比尽量为 11 或 12，如果贴图实在太长或太宽，则将贴图与模型面进行分割。模型和贴图生成后，下一步工作就是给模型赋予材质和贴图，在 3DS Max 中有很多种贴图方法,最简单的方法是位图，在三维模型制作中，位图是较为常用的一种二维贴图。本次设计就是采用该种方法。具体制作过程如下：利用 Photoshop 处理得到所需贴图单元，保存为 jpg 格式，在 3DS Max 中，利用材质编辑器，给材质球赋于经过

9、处理后的图片，运用修改工具中的 UVW 贴图坐标进行贴图。3.4 模型优化 虽然一个 500KB 的模型数据量不算大，但相对于整个三维城市而言却很可观。为了使整个场景运行得更快，需要将模型优化压缩，主要从三个方面进行优化。(1)删除多余面。根据模型数据量大小由面片数决定原理，通过删除不可见面片来达到减小数据量的目的。例如，墙体用 line 挤出后，除了顶楼墙体是可见的，其余楼层均被顶楼地板遮挡，不可见。据此判断，逐步找出所有不可见面片并删除，减少模型中面和点的数量，达到优化压缩模型的目的。(2)面的修改。在模型制作过程中，圆柱体或球体往往是导致数据量大的重要原因之一。以圆柱体为例，一个圆柱体一

10、般有 812 个面即可满足精度要求，删除多余的面，把保留面连接完整即可。一般的处理方法如圆柱体与球体的优化：圆柱体的sides 值优化为 12；Height Segment 与 Cap Segment都优化为 1。球体的 Segment 优化为 16。测绘技术装备 季刊 第 14 卷 2012 年第 1 期 学术研究 9 (3)建模时应该根据实际大小建模，即导入场景中使模型的 scale 值为 1。建模时各数据（如平铺的 UVW 值，挤出数值等）的小数点前后的位数不应太多，以提高运行速度。优化后的模型如图 3 所示。图 3 建筑三维模型 4 PandaDXExporter 后期处理 单 幢 建

11、 筑 三 维 模 型 生 成 后，通 过PandaDXExporter 插件导出生成.X 文件。.X 文件是结构化的、上下文无关的文件格式，存储了三维模型的材质和纹理信息，它有文本和二进制两种存储形式，这里我们使用的是二进制的存储形式。当所有模型完成后，将所有.X 模型通过 Skyline进行数据集成工作。Skyline 软件由三个相互独立的子系统构成:TerraBuilder、TerraExplorer Pro 和TerraGate，通过这三个子系统可以把不同的地理数据联系起来,并且可以把它们快速地分发到各个用户。数据加载到 Skyline 系统的 TerraBuilder 软件中，并对这些

12、数据的格式进行转换，得到 Skyline系统的 TerraExplorer Pro 软件所需要的数据集。接下来在 TerraExplorer Pro 中加载数据集，在TerraExplorer Pro模块中导入矢量数据集及相关数据，为 MPT 文件添加建筑模型，进行二维、三维模型的建立，进而生成真实的三维城市景观。在模型建立的过程中，对照建筑物 ID 值为模型的 ID 赋值，建立三维场景中的模型对象与现实坐标的接口。5 结束语 本文通过 3DS MAX 和 PandaDXExporter 相结合的方法，构建一套完整的建筑三维建模的解决方案。通过提取底图、纹理处理方面说明了资料的预处理方法，以

13、CAD 地形图为数据源，skyline 系列软件为平台，完成了城市三维建模，最后利用 skyline 提供的开发包实现了城市三维展示系统。结果表明这种三维建模方式是切实可行的，能够高效快速地建立大场景的城市三维景观，直观快速地显示和浏览三维信息，能满足城市三维建模的需求，为虚拟现实技术中的模型构建工作提供了一种新思路，达到了理想的效果。参考文献 1胡晋山,康建荣,吴庆忠.基于 3ds Max 3 维校园地图漫游的实现J.测绘与空间地理信息,2008,31(5):6-11.2李为民,张庆河,朱世勇,王镇.厦门市建筑物 3DS Max 建模作业手册R.厦门市测绘与基础地理信息中心,2009.3冯莉

14、莉,武卫玲.基于 3ds Max 的虚拟校园三维模型的创建J.林业科技情报，2009,41(1):10-11.4 黄艳 芳,祝 国 瑞,庞 前聪.3DS MAX 和 MultiGen Creator 相 结 合的 虚拟 城市 建 模方 法J.测 绘 信息 与工程,2005,30(5):37-39.5赵娟,何宗宜,阮晴.校园三维图的研制J.测绘科学,2006,31(4):155156.6徐克科,姚笛.基于 Supernatural GIS 的复杂三维模型建模方法研究J.测绘通报,2009（7）:2830.7段海朋,关振华.中文版 3ds Max 2010 完全学习手册M.北京:清华大学出版社,2010 8程亮.集成影像与 LiDAR 数据重建三维建筑物模型研究J.测绘学报，2009,38(6):494-501.