利用3Ds Max 建立岱廟天貺殿三維立體模型*

牛茂靖，王紅梅，許大亮，費(fèi) 嵐，吳金鑫

(1．安徽理工大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院，安徽 淮南 232001;2．河北中色測(cè)繪有限公司，河北 三河 065201)

0 引言

隨著生活水平的提高，人們對(duì)生活質(zhì)量有了更高的要求，而旅游便越來(lái)越受到人們的重視，成為人們爭(zhēng)相追逐的焦點(diǎn)。岱廟是著名的旅游城市泰安里僅次于泰山的第二大風(fēng)景區(qū)，以其獨(dú)具特色的古色古香的天貺殿而聞名。天貺殿又稱宋天貺殿，始建于北宋宋真宗年間，與北京故宮太和殿、曲阜孔廟的大成殿并稱“中國(guó)古代三大宮殿”。目前這座古殿在網(wǎng)上沒有三維模型，不便于人們整體預(yù)覽。為了便于旅游資源的大眾化和網(wǎng)絡(luò)化，本文利用現(xiàn)有的測(cè)繪技術(shù)結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)建立了岱廟天貺殿的三維立體模型。

要建立岱廟天貺殿的三維立體模型，首先需要實(shí)地進(jìn)行控制測(cè)量和碎步測(cè)量，取得天貺殿各特征點(diǎn)的坐標(biāo)，為后面的建模工作做準(zhǔn)備。然后，將數(shù)據(jù)文件傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中在AutoCAD 軟件中進(jìn)行畫圖，從而取得了天貺殿的平面圖。接下來(lái)，將天貺殿平面圖導(dǎo)入3Ds Max 中進(jìn)行建模，建模完成后進(jìn)行貼圖和渲染，最后將完成的模型導(dǎo)入VRP 中運(yùn)行。

自從1998 年美國(guó)前副總統(tǒng)戈?duì)柺状翁岢鰯?shù)字地球的概念，數(shù)字化的浪潮便開始席卷全球，這種迅雷之勢(shì)標(biāo)志著“數(shù)字時(shí)代”的到來(lái)。數(shù)字地球概念的提出也引起了國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界和政府領(lǐng)導(dǎo)人的高度重視［2］。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，旅游業(yè)已經(jīng)成為當(dāng)今世界上規(guī)模最大和發(fā)展勢(shì)頭最強(qiáng)勁的產(chǎn)業(yè)。而旅游業(yè)是一項(xiàng)十分依賴信息的產(chǎn)業(yè)，把數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于旅游業(yè)并為之服務(wù)，是旅游業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化數(shù)字化的關(guān)鍵。

本研究將數(shù)字化技術(shù)與測(cè)繪技術(shù)相結(jié)合為旅游景點(diǎn)天貺殿建立三維立體模型，建立的模型不僅具有立體逼真的特點(diǎn)，而且可以長(zhǎng)久保存和方便共享。

1 利用3Ds Max 技術(shù)建立三維模型原理

3Ds MAX 是由美國(guó)的AutoDesk 公司開法的一種基于矢量的三維造型和動(dòng)畫設(shè)計(jì)軟件，它可以制作出非常逼真的廣播級(jí)三維實(shí)體及動(dòng)畫［1］。現(xiàn)它已成為世界上應(yīng)用最廣的三維建模、動(dòng)畫、渲染工具，并且廣泛應(yīng)用于游戲開發(fā)、角色動(dòng)畫、電影電視視覺效果和設(shè)計(jì)行業(yè)等領(lǐng)域，完全滿足制作高質(zhì)量動(dòng)畫、最新、設(shè)計(jì)效果的需要。它的主要特點(diǎn)有:

1)功能強(qiáng)大，擴(kuò)展性好。建模功能強(qiáng)大是3Ds Max 被用于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)構(gòu)建的重要原因，另外在角色動(dòng)畫方面具備很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，此外豐富的插件也是其一大亮點(diǎn)。

2)操作簡(jiǎn)單，容易上手。與其強(qiáng)大的功能相比，3Ds Max 可以說是最容易上手的3D 軟件。

3)和其它相關(guān)軟件配合流暢。

鑒于3Ds Max 有如此多的優(yōu)點(diǎn)，不僅功能強(qiáng)大、入手簡(jiǎn)單，而且場(chǎng)景豐富、操作順手，所以本研究選擇3Ds Max 來(lái)進(jìn)行天貺殿三維立體模型的建立。而其他的軟件如VRML 為基礎(chǔ)的基于文本的虛擬場(chǎng)景生成工具存在不能提供可視化環(huán)境、用戶必須有一定的背景知識(shí)、場(chǎng)景搭建人員必須從VRML 提供的基本集合形體出發(fā)搭建復(fù)雜場(chǎng)景，用戶必須熟悉Java 語(yǔ)言以及VRML 動(dòng)畫交互的編程等缺點(diǎn)，使實(shí)際使用難度較大，并且不易實(shí)現(xiàn)。因此提出了一種基于3D 和Virtools 技術(shù)的虛擬開發(fā)方法，即用3Ds MAX 構(gòu)建3D 虛擬場(chǎng)景、制作3D 動(dòng)畫。這種方法具有真實(shí)性、交互性、簡(jiǎn)單和易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，并已被廣泛使用。

2 利用3Ds Max 進(jìn)行天貺殿建模的具體步驟

2．1 地形圖測(cè)繪

各項(xiàng)工程建設(shè)在規(guī)劃設(shè)計(jì)之前，都要進(jìn)行勘測(cè)工作，對(duì)設(shè)計(jì)有關(guān)的自然現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)查了解，而這一階段的測(cè)量工作主要是地形圖測(cè)繪［3］。其中，控制測(cè)量包括平面控制測(cè)量和高程控制測(cè)量，而該模型的建立只需要平面控制測(cè)量即可。平面控制測(cè)量采用一級(jí)導(dǎo)線測(cè)量完成。

2．2 利用AutoCAD 繪制平面圖

AutoCAD 也是Autodesk 公司開發(fā)的一種工程類制圖軟件，常用的有AutoCAD2004、AutoCAD2007 等。選擇AutoCAD 的另一個(gè)原因是它與3Ds Max 有較好的接口。盡管如此，在制圖時(shí)也應(yīng)該注意繪制的圖要與三維作圖相適應(yīng)，如不要繪制太多的細(xì)節(jié)，否則在將CAD 圖導(dǎo)入3Ds Max 中后直線會(huì)發(fā)生變形。未修改的CAD 圖，如圖1 所示。

圖1 未修改的CAD 圖Fig．1 Unmodified CAD map

未修改的CAD 圖存在如下問題:

1)高程點(diǎn)應(yīng)該刪去，以減少導(dǎo)入時(shí)的負(fù)擔(dān)。

2)注記及一些地物也應(yīng)該刪去，原因同上。

3)需要再加必需的地物標(biāo)記，如柱子、欄桿和臺(tái)階，因?yàn)檫@些是建模必需的。修改后的CAD 圖，如圖2 所示。

2．3 利用3Ds Max 建模

CAD 圖修改完畢后便可以將它導(dǎo)入3Ds Max 中進(jìn)行建模工作。建模是指將二維空間中繪制的草圖作為基本對(duì)象在三維空間中形成物體的過程。建模是三維工具中最有挑戰(zhàn)性的工作，也是最重要的一部分。而天貺殿是個(gè)極不規(guī)則的建筑物，因此在建模上花費(fèi)了較多的時(shí)間和精力。

圖2 修改后的CAD 圖Fig．2 Modified CAD map

運(yùn)用2D 配合修改器轉(zhuǎn)3D 建模以及標(biāo)準(zhǔn)幾何體和擴(kuò)展基本體以及AEC 擴(kuò)展對(duì)象建模相結(jié)合的方法。前者2D 轉(zhuǎn)3D 建模是指把由樣條曲線和形狀組成的圖形經(jīng)擠出或倒角或車削等操作轉(zhuǎn)為三維形體的方法。用修改器中的擠出命令建模的地基和柱子，如圖3 所示。

圖3 用修改器中的擠出命令建立的地基和柱子模型Fig．3 The base and posts modeled with squeeze command in modifier

而標(biāo)準(zhǔn)幾何體和擴(kuò)展基本體以及AEC 擴(kuò)展對(duì)象建模的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單易學(xué)，容易上手。簡(jiǎn)單的物體可以用幾何體模型類似搭積木的方法進(jìn)行搭建，通過參數(shù)調(diào)整其大小、比例和位置，最后成物體的模型。而對(duì)于較復(fù)雜的物體，可以先由幾何體模型進(jìn)行搭建再利用編輯修改器進(jìn)行彎曲、扭曲等等變形操作，最后形成所需物體的模型。最常用的命令是擠出命令，由于前期已經(jīng)實(shí)地準(zhǔn)確測(cè)量過各部分的實(shí)際高度，所以這時(shí)便可方便地進(jìn)行建模。利用AEC 擴(kuò)展對(duì)象建立的欄桿模型，如圖4 所示。

圖4 AEC 擴(kuò)展對(duì)象建模的欄桿Fig．4 Railings modeled with AEC extension object

在建模工作完成后，便可以利用材質(zhì)編輯器進(jìn)行貼圖:材質(zhì)編輯器(每個(gè)圖片分別建立一個(gè)材質(zhì)小球)—貼圖—none—位圖—編輯網(wǎng)格—點(diǎn)選模型面—賦予材質(zhì)，模型每個(gè)面都貼圖后，選擇模型—修改—UVW 貼圖—長(zhǎng)方體。貼圖結(jié)果，如圖5所示。

圖5 材質(zhì)編輯器貼圖Fig．5 Texture map built with material editor

使用以上所述的各命令建立起天貺殿各個(gè)構(gòu)造的模型，然后再給臺(tái)階、墻壁、欄桿、殿頂、假山等賦上材質(zhì)，并添加樹木和在外圓加上天空貼圖使界面更逼真。最終結(jié)果，如圖6 所示。

圖6 已建好的天貺殿模型Fig．6 Constructed Tiankuang palace model

2．4 VRP 中運(yùn)行

要在VRP 中運(yùn)行模型，首先需要先將3Ds Max 模型導(dǎo)出為VRP 格式的文件。安裝VRP 時(shí)便自動(dòng)在3Ds Max 中安裝導(dǎo)出插件。生成的VRP 模型，如圖7 所示。

圖7 天貺殿的VRP 模型Fig．7 Tiankuang palace running in VRP platform

3 結(jié)束語(yǔ)

利用3Ds Max 建立的天貺殿三維模型具有立體逼真的特性，將模型導(dǎo)入到VRP 中可以方便用戶使用，取得較好的人機(jī)交互模式。

［1］ 李積元．基于3DMAX 三維虛擬景觀的設(shè)計(jì)技術(shù)探討［J］． 大眾科技，2010(7)，40 -41．

［2］ 梁勇，袁銘，朱紅春，刁海亭． 數(shù)字城市建設(shè)與管理［M］． 北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2005:1．

［3］ 張正祿，李廣云，潘國(guó)榮，等． 工程測(cè)量學(xué)［M］． 武漢:武漢大學(xué)出版社，2011:109．