摘 要：虛擬場景的建模是建筑效果圖制作以及虛擬場景漫游系統(tǒng)實現(xiàn)的重要基礎。本文重點闡述了使用3ds Max軟件創(chuàng)建建筑及其周邊環(huán)境模型以及進行模型優(yōu)化的技術和方法。

關鍵詞：虛擬場景；3ds Max；三維建模；模型優(yōu)化

中圖分類號：TP391.41

隨著計算機軟硬件技術的發(fā)展，三維技術以及虛擬現(xiàn)實技術在建筑設計表現(xiàn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。利用計算機軟件可以制作建筑效果圖，或以建筑虛擬場景漫游來表現(xiàn)設計師的意圖，讓觀眾體驗建筑的空間感受。制作三維模型是三維效果表現(xiàn)的關鍵步驟，是整個建筑虛擬場景漫游系統(tǒng)建立的基礎。3ds Max是目前PC機上使用最廣泛的三維建模軟件，它的建模功能強大、制作流程高效簡潔，并且擁有大量優(yōu)秀的輔助插件，廣泛應用于建筑設計、場景漫游等方面。使用3ds Max建模，建筑場景的規(guī)模越大，場景越復雜，建模時所形成的多邊形就越多。如果整個場景中模型的數(shù)量和面數(shù)太多，那么就會影響場景顯示的實時性。因此必須針對不同的對象運用適合的建模方法，并且采用一定的優(yōu)化方法來解決模型精度與實時性之間的矛盾。

1 建筑虛擬場景模型的創(chuàng)建流程

圖1 建筑虛擬場景模型的創(chuàng)建流程

（1）數(shù)據(jù)收集與處理。在場景建模之前，首先要對建筑場景實地取景拍攝、收集地形圖、建筑圖紙等，對于設計規(guī)劃中的建筑場景，則應獲得設計規(guī)劃圖紙或沙盤照片等，然后將圖紙掃描存儲待用。建模前的取景拍攝，一方面可以作為建模的參照，另一方面還可以通過Photoshop軟件處理后作為模型貼圖使用。對于場景中大量應用的貼圖，在保證真實清晰的前提下，可以借助壓縮軟件壓縮圖片的大小，減少圖片的數(shù)據(jù)量。

（2）CAD底圖繪制。為了便于在3ds Max中進行三維建模，如果沒有現(xiàn)成的建筑CAD圖可以用，則需要根據(jù)收集整理的數(shù)據(jù)在AutoCAD中繪制出場景的二維平面地形圖和每棟建筑的二維截面圖。

（3）模型創(chuàng)建。包括主體模型的創(chuàng)建與地物環(huán)境模型的創(chuàng)建。首先導入單個封閉的CAD矢量底圖，擠出建筑造型，進行3ds Max建模。然后創(chuàng)建花草樹木、人物、汽車和噴泉等，豐富整個場景。

（4）優(yōu)化處理。為了提高后期渲染和實時顯示速度，對創(chuàng)建的場景模型進行優(yōu)化處理，減少模型中面和點的數(shù)量，刪除不可見面，簡化模型。

（5）材質(zhì)和貼圖。給模型賦予材質(zhì)和貼圖。

（6）場景合并。將分開處理的各部分建筑和場景模型進行合并。

2 基于3dsMax的虛擬場景建模

2.1 主體建筑三維模型創(chuàng)建

3DS MAX中有多種三維建模方法，包括多邊形建模、面片建模、NURBS建模、細分建模、復合建模等。建模時可針對不同對象的特點選用簡單、快捷、優(yōu)化的方法來進行建模，減少模型復雜度，便于后期場景合并和渲染輸出。多邊形建模方法簡便快捷，可以創(chuàng)建任何表面，且能滿足細節(jié)要求，通常用于創(chuàng)建場景中的主體建筑模型。

具體過程如下：首先要簡化前期繪制的CAD底圖，刪除圖紙中的圖框、輔助線、數(shù)字、文字、填充圖形等不屬于建模的部分，將簡化后的CAD圖紙導入到3ds Max中，注意單位和位置，一般盡量讓圖紙中心在坐標原點。然后在二維底圖上選擇相應的多邊形，為其添加Extrude（擠出）修改器，根據(jù)真實情況設置一定的擠出高度或數(shù)量，從而生成三維模型。再使用可編輯多邊形工具，通過點的移動、邊的連接、面的倒角、面的擠出等操作，為模型添加細節(jié)以接近真實形狀[1]。此外，為了使模型制作盡量精簡，建模中需要進行的布爾運算最好在二維圖形中完成。例如，建筑物中窗戶的制作，就是利用了圖形合并的功能。最后再對生成的模型進行材質(zhì)和貼圖設置，即可完成主體建筑物的三維建模。

2.2 地物環(huán)境模型的創(chuàng)建

整個建筑場景中，除了主體建筑模型以外，還需要添加樹木花草、道路、路燈、指示標、車輛、人物等地物模型，以更加真實地表現(xiàn)場景環(huán)境和氛圍。

（1）環(huán)境中的植物模型創(chuàng)建。在創(chuàng)建建筑場景中的植物配景時，通?？梢允褂?ds Max支持的眾多樹木和花卉的綠化插件工具來完成，這樣可以在很多程度上提高工作效率。常用的插件包括Speed Tree、Tree Storm、Forest Pack Pro、全息模型RPC等，并且大部分插件都可以使用事先制作好的“庫”直接調(diào)取使用。其中，Speed Tree是一款非常實用的樹木制作插件，它可以使用較少的多邊形創(chuàng)建出高度逼真的樹木和其他植物，一般用來創(chuàng)建近景樹木。Tree Storm通過使用自身的庫文件可以制作出自然界中大多數(shù)的樹木模型，并且根據(jù)場景的需要對樹木的樹干、樹枝等的數(shù)量進行設置，可以制作出不同精度的樹木效果。Tree Storm通常用于制作要求不是很高的近景樹木和中景樹木。Forest Pack Pro插件是一款能在自定義區(qū)域、隨坡度變化的表面制作出大面積樹林、草叢、人群等場景的插件。它的面數(shù)相當少，主要通過貼圖的形式來制作大量的環(huán)境，分布方式可以通過黑白圖控制，是遠景樹木的首選制作插件。另外，RPC全息數(shù)據(jù)庫也是場景環(huán)境創(chuàng)建的常用插件，它通過兩個交叉面片加上貼圖來實現(xiàn)花草樹木等模型的顯示，并且利用360°可旋轉(zhuǎn)貼圖，可以有效地減少場景中的面數(shù)[2]。

（2）其他配套輔助模型創(chuàng)建。對于場景中的平坦路面，可以根據(jù)CAD底圖中提供的道路圖形，使用編輯多邊形工具完成道路的制作。可以在修改面板中對道路進行調(diào)整，必要時可以通過添加點來細化使道路接合準確。然后使用Extrude（擠出）命令修改Extrusion Height（擠出高度）設置路面高度，最后再賦予對應的材質(zhì)。而對于其他輔助模型，如汽車、路燈、指示牌等的制作，則可以采用多邊形建模并賦予透明材質(zhì)來完成，這樣既可以降低建模面數(shù)，又可以烘托主體建筑。

（3）遠景配樓創(chuàng)建。某些規(guī)劃類項目或大型場景中經(jīng)常大量用到配樓，配樓一般不要求精致，但是形狀的變化也是必不可少的，通?？梢岳肎reeble城市插件來快速創(chuàng)建。Greeble其實是一個Mesh修改器，它可以在一個三邊面或四邊面的平面對象上生成疏密不同、分布隨意的樓體，樓體外觀效果則可通過側(cè)面貼圖來表現(xiàn)[3]。

3 三維模型優(yōu)化

多邊形建模方法是使用3ds Max進行三維建模時最常用的方法，建模效果也較好。但是由于場景中包含有很多建筑模型和地物裝飾模型，那么如果模型越精致，面數(shù)就會越多，整個場景模型的數(shù)據(jù)量就會增加，從而會影響場景渲染和顯示的實時性。為解決這一問題，我們可以在不影響真實性的情況下，盡可能地對所建模型進行優(yōu)化，降低場景面數(shù)和規(guī)模，減少場景的數(shù)據(jù)量。

（1）刪除不可見面。由于模型的數(shù)據(jù)量主要由面片數(shù)決定，所以對于不可見面和瑣碎細小的裝飾性表面以及模型之間的重疊面、相交面在建模時應盡量移除。例如，墻體用line擠出后，除頂樓墻體是可見的，其余樓層不可見應刪除。

（2）盡量減少模型面數(shù)。如在制作圓柱體或球體這類數(shù)據(jù)量較大的物體時，如果不需對其表面進行異形或浮雕處理，可將sides值減至10～12，Height Segment值降至1，刪除多余的面，把保留面連接完整即可。因為一般情況下，圓柱體形體有8～12個面就可以滿足精度要求，球體的Segment值設為16即能達到較好效果。又如采用LOFT（放樣）方法建模的曲線形狀模型，通常面數(shù)較多，這時我們可以通過減少放樣的Shape Steps（形狀步幅）和Path Steps（路徑步幅）參數(shù)來精簡放樣物體的總面數(shù)。另外在制作室外場景的地面時，一般會采用Line（線）命令繪制出二維地面區(qū)域，然后將Extrude修改器的數(shù)量參數(shù)設置為0來得到地面模型，但這樣的方法會產(chǎn)生不少多余的面。這時如果給line對象添加Editable Mesh、UVW Mapping、Editable Poly修改器，面數(shù)就會大大減少[4]。

（3）精簡模型個數(shù)。對于場景中所賦材質(zhì)相同的模型，可以分別賦予材質(zhì)，調(diào)整好各自的貼圖坐標，然后再用Attach（附加）或Collapse（塌陷）命令將這些相同材質(zhì)的物體進行合并以減少模型個數(shù)。該方法可以大大減少場景中的路燈、樹木、座椅等模型數(shù)量和總面數(shù)，從而降低內(nèi)存占用率。

（4）用貼圖代替模型。對于場景中的大門、窗戶、圍墻等復雜的鏤空模型，最好使用Plane（平面）加透明貼圖的方法創(chuàng)建，并將分段數(shù)設為最低，以減少模型面數(shù)。

（5）減少小數(shù)點位數(shù)。在建模時對于具體參數(shù)的設置，如Extrusion Height（擠出高度）、平鋪的UVW值等，應盡量保證數(shù)據(jù)小數(shù)點前后的位數(shù)不要太多，以提高運行速度。

4 場景合并

為了能更方便地制作、優(yōu)化模型、調(diào)節(jié)材質(zhì)，場景中的模型應分開創(chuàng)建。在各建筑模型制作完成后，可按照CAD圖紙位置在頂視圖中進行模型對位，再切換到左視圖或其他立面視圖調(diào)整好z軸高度，并對每棟建筑進行塌陷，相同戶型進行成組，不同戶型要單獨塌陷成組，最后再加上草坪路面等細節(jié)處理。

5 結(jié)束語

本文重點研究了使用3dsMax進行建筑虛擬場景建模的方法以及模型優(yōu)化的技術，以解決模型的精細度與實時性之間的矛盾。采用以上建模和優(yōu)化方法創(chuàng)建的建筑虛擬場景效果逼真，渲染和顯示速度滿足實時性要求，為后期場景漫游的實現(xiàn)奠定了良好基礎。

參考文獻：

[1]彭超，張國華.建筑動畫解密——3dsMax大制作[M].北京：清華大學出版社，2011.

[2]火星時代.3ds MaxVRay建筑動畫火星課堂（第2版）[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[3]袁永美.基于3DS MAX的建筑動畫制作技術[J].中國教育信息化，2010（21）：67-69.

[4]鄒紅等.3dsMax在虛擬場景建模中的應用[J].智能計算機與應用，2012，2（04）：75-77.

作者簡介：李瑩（1980-），女，陜西藍田人，碩士，講師，主要研究方向：圖像與動畫設計。

作者單位：陜西工業(yè)職業(yè)技術學院 信息工程學院，陜西咸陽 712000

基金項目：陜西工業(yè)職業(yè)技術學院科研項目（ZK11-08）。