3DMAX 在CIM 平臺中的數(shù)據(jù)治理應(yīng)用研究

黃 佳 郭源泉 柴理想

（1、南京市信息中心 綜合處，江蘇 南京210019 2、廣州奧格智能科技有限公司 南京分公司，江蘇 南京210019 3、廣州奧格智能科技有限公司 廣州總部，廣東 廣州510000）

1 概述

城市信息模型[1]作為地球空間信息科學(xué)的一個(gè)基本單元，是打造現(xiàn)代城市最重要的基礎(chǔ)框架數(shù)據(jù)，是智慧城市將其內(nèi)在元素進(jìn)行智慧連接的關(guān)鍵，高效快捷地構(gòu)建CIM對地球信息科學(xué)的應(yīng)用實(shí)踐起著關(guān)鍵作用。

三維GIS[2]作為一種能夠綜合地處理各種空間和屬性信息的工具在城市規(guī)劃、國土監(jiān)測、交通管理、輔助決策等方面都有廣泛的應(yīng)用，隨著人們對三維GIS 的認(rèn)識的不斷深入，對城市三維信息需求的不斷增加進(jìn)而提出了三維城市模型的概念。

三維地理信息系統(tǒng)（簡稱，三維GIS）建設(shè)工作是數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)的重要組成部分。其中三維GIS 中模型數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)，直接影響著三維GIS 的運(yùn)行以及用戶對系統(tǒng)的應(yīng)用與評價(jià)。

因此，本文將介紹結(jié)合虛擬三維建模代表軟件3Dmax[3]-[5]在三維GIS 數(shù)據(jù)治理中的應(yīng)用。此次數(shù)據(jù)治理方案主要為了讓數(shù)據(jù)進(jìn)入Arcgis 平臺后能更美觀更真實(shí)的展現(xiàn)，通過3dmax 烘焙技術(shù)[6]，將明暗陰影直接烘焙在貼圖上，使得數(shù)據(jù)更加逼真。

2 數(shù)據(jù)治理過程

數(shù)據(jù)治理的主要技術(shù)流程如圖1 所示，包括數(shù)據(jù)優(yōu)化，數(shù)據(jù)拆分烘焙，數(shù)據(jù)導(dǎo)出3 個(gè)部分。

圖1 技術(shù)流程示意圖

2.1 原數(shù)據(jù)的優(yōu)化治理

首先確保原數(shù)據(jù)的模型正確，沒有模型面的重疊、缺失、變型以及模型坐標(biāo)的位置是否異常。保證數(shù)據(jù)貼圖沒有丟失，貼圖分辨率為2 的n 次方（不超過1024 分辨率），貼圖指認(rèn)路徑全部為ok 狀態(tài)（確保導(dǎo)出obj 格式是不會(huì)丟失貼圖）。

圖2 優(yōu)化治理示意圖

如果遇到有found 狀態(tài)時(shí)，說明此貼圖不在指認(rèn)的文件夾下，需要把貼圖放進(jìn)指認(rèn)的文件夾中。如果遇到時(shí)MISS 的狀態(tài)時(shí)，說明此貼圖丟失，丟失的情況可能分為兩種，一種是此貼圖被使用但是貼圖缺失，還有一種是此貼圖未被使用貼圖缺失。

第一種情況找到缺失貼圖名字，通過貼圖名字來找缺失貼圖，如果找不到則通過類型的貼圖替換的方式解決，不過會(huì)與原數(shù)據(jù)所有差別。

第二種情況可以通過優(yōu)化場景模型材質(zhì)球，以及重置3DMAX 中的材質(zhì)球來進(jìn)行去除。

優(yōu)化模型數(shù)據(jù)材質(zhì)球，需要去除多余的自發(fā)光貼圖以及環(huán)境顏色貼。去除Self-illumination 貼圖只需要右擊右側(cè)方塊選中cut 就可以去除自發(fā)光貼圖，去除自發(fā)光貼圖主要是為了能烘焙出模型正確的明暗光影，保證所有場景數(shù)據(jù)的統(tǒng)一。去除ambient color 需要重新賦予模型一個(gè)新的材質(zhì)球，將原來的替換掉。

由于ArcGIS 只支持png 作為透明貼圖的格式，須將所有透明貼圖轉(zhuǎn)換成png 格式的貼圖，確保進(jìn)入ArcGIS 平臺后能夠正確的顯示透明貼圖。

2.2 數(shù)據(jù)拆分烘焙

數(shù)據(jù)拆分烘焙示例如圖3。

圖3

2.2.1 處理原理

由于ArcGIS 平臺不支持多通道，所以原數(shù)據(jù)三通道光影貼圖無法使用，導(dǎo)致原數(shù)據(jù)沒有明暗陰影，影響的整體數(shù)據(jù)真實(shí)性以及美觀性，為解決此問題，故而使用了模型拆分烘焙方法，將光影貼圖直接烘焙的模型的貼圖上，這樣不需要其他額外通道就能使模型有明暗陰影。

2.2.2 模型拆分

圖4 數(shù)據(jù)拆分示意圖

（1）透明模型貼圖拆分

透明貼圖不需要進(jìn)行烘焙光影，主要因?yàn)楹姹和甑馁N圖都是jpg 格式不支持透明，透明貼圖往往都是欄桿，標(biāo)志牌之類的模型數(shù)據(jù)，不影響整體效果。

（2）不透明模型貼圖拆分

對不透明的模型進(jìn)行拆分，需根據(jù)不同類型的模型拆分不同的精細(xì)程度，可用最少的數(shù)據(jù)量實(shí)現(xiàn)最好的效果。

單一的小建筑可以不進(jìn)行拆分直接烘焙。比較普通的建筑可以進(jìn)行相對數(shù)量少的一點(diǎn)的拆分，保證在一定視距下清晰即可。某些商業(yè)大樓或者是重地的建筑可以適當(dāng)?shù)脑黾硬鸱值臄?shù)量，保證數(shù)據(jù)的清晰度。

進(jìn)行拆分模型時(shí)注意對某個(gè)模型進(jìn)行拆分的時(shí)候，拆分出來的模型命名要規(guī)范，確保烘焙反貼后可以按照模型命名重新把模型合并在一起，展UV 時(shí)候保證拆出的模型的UV 能夠充分利用（拆模型的時(shí)候也有相應(yīng)的技巧，比較細(xì)長的不建議與大面積分在一起，會(huì)影響UV 利用率）。

2.2.3 數(shù)據(jù)烘焙

圖5 數(shù)據(jù)烘焙示意圖

（1）制作燈光文件

制作一個(gè)用來烘焙整體場景的燈光文件，以某個(gè)時(shí)間段的太陽照射方向?yàn)闊艄夥较?，調(diào)整燈光光線的強(qiáng)度，保證模型受光處不會(huì)曝光，陰影處不會(huì)過黑，確保烘焙出的貼圖美觀。

（2）導(dǎo)入模型

將模型導(dǎo)入已經(jīng)配置好的燈光文件中，把需要烘焙的模型進(jìn)行UV 的展平，保證模型的UV 能夠充分利用，不要有重疊的面。

（3）參數(shù)設(shè)置

在烘焙面板里面進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置。保存烘焙貼圖路徑，設(shè)置烘焙貼圖擴(kuò)邊參數(shù)，烘焙使用的是展平UV 所在的3 通道，根據(jù)展平UV 的通道將模型1 通道的貼圖結(jié)合燈光一起烘焙到3通道。

烘焙的模式選擇ComlpeteMap, 貼圖格式選擇只有RBG 三通道的JPEG 格式（降低貼圖大?。?，貼圖尺寸選擇1024（太大的貼圖可能導(dǎo)致平臺不穩(wěn)定，太小的貼圖降低數(shù)據(jù)貼圖的清晰度）。

（4）執(zhí)行烘焙

最后Render 執(zhí)行烘焙命令。

把烘焙好的貼圖按照對應(yīng)的名稱貼到對應(yīng)的模型上面，并將其UV 通道從3 改為1。（因?yàn)楹姹旱臅r(shí)候采用的是通道3 UV 進(jìn)行烘焙，而模型貼圖采用的都是通道1，所以需要將3 通道改為1 通道，才可以正確顯示烘焙貼圖）。

2.2.4 烘焙數(shù)據(jù)合并

將原本同一個(gè)模型拆分出來的數(shù)據(jù)重新合并起來并且使用焊接將斷開的點(diǎn)連接。建議焊接數(shù)值給的小一點(diǎn)，避免把原本不連接的點(diǎn)也連接起來。

2.3 烘焙數(shù)據(jù)檢查以及導(dǎo)出

2.3.1 烘焙數(shù)據(jù)檢查

（1）檢查處理完數(shù)據(jù)的命名和數(shù)量是否與原數(shù)據(jù)（轉(zhuǎn)下頁）一致。

（2）透明貼圖是否存在被烘焙的現(xiàn)象（被烘焙過的透明貼圖透明部分會(huì)顯示黑色）。

（3）反貼貼圖的數(shù)據(jù)是否存在貼圖錯(cuò)誤的情況。（發(fā)現(xiàn)貼圖錯(cuò)誤可以通過重新烘焙等方式修正，發(fā)現(xiàn)純黑色的貼圖則是因?yàn)樵瓟?shù)據(jù)沒有給正確的UVMAP 導(dǎo)致）。

（4）確保數(shù)據(jù)路徑Asset Tracking 都是OK 狀態(tài)。

2.3.2 烘焙數(shù)據(jù)導(dǎo)出

確認(rèn)數(shù)據(jù)沒有問題后，按照物體名稱依次導(dǎo)出obj。（不要勾選Filp YZ-axis,在Map-Export 中將輸出路徑改為./，這樣輸出的貼圖就和OBJ、Mtl 在同一級目錄下）。

3DMAX 數(shù)據(jù)導(dǎo)出分別可以導(dǎo)出wrl 格式或obj 格式，之所以選擇obj 格式是因?yàn)樵谝字侨鸬臄?shù)據(jù)庫打包后的數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)wrl 小很多，對于后續(xù)在CIM平臺中加載更快，前端調(diào)用效率也會(huì)更高。

3 結(jié)論

通過長時(shí)間的測試分析找到了兼顧效果、效率和穩(wěn)定性最好的解決方案。通過數(shù)據(jù)貼圖合并壓縮到了原來體量的三分之一實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的優(yōu)化、貼圖陰影烘焙技術(shù)將明暗陰影疊加在貼圖上實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)效果的提升、數(shù)據(jù)經(jīng)過反復(fù)測試后，導(dǎo)出的格式比之前減少了50%的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)數(shù)量，有效減少了前端調(diào)用的數(shù)量，從而保證了數(shù)據(jù)以最優(yōu)的形式進(jìn)入平臺，為后續(xù)打包以及發(fā)布服務(wù)奠定了基礎(chǔ)。

由于CIM 平臺的建設(shè)范圍往往是一座城市，因此數(shù)據(jù)量大，大數(shù)據(jù)的運(yùn)行必然會(huì)給系統(tǒng)帶來壓力，系統(tǒng)運(yùn)行的速度也是評判一個(gè)系統(tǒng)的重要方面，所以數(shù)據(jù)優(yōu)化是三維地理信息系統(tǒng)建設(shè)中非常重要的環(huán)節(jié)，研究結(jié)論可以為CIM平臺建設(shè)項(xiàng)目及其相關(guān)研究的開展提供參考和借鑒。本研究以3DMAX 烘焙貼圖技術(shù)方案為例介紹了3DMAX 在CIM 平臺中的數(shù)據(jù)治理[7]研究，后續(xù)還需要繼續(xù)對三維建模數(shù)據(jù)的優(yōu)化深入研究。