萬(wàn) 典

(成都理工大學(xué) 四川 成都 610059)

基于SketchUp的居民小區(qū)三維模型構(gòu)建

萬(wàn) 典

(成都理工大學(xué) 四川 成都 610059)

構(gòu)建城市三維模型是建設(shè)數(shù)字城市的基礎(chǔ)，數(shù)字城市向智慧城市的進(jìn)一步拓展，更需要城市三維模型作為支撐，城市三維模型的構(gòu)建在城市的規(guī)劃、管理、建筑設(shè)計(jì)、工程施工等方面具有重要的意義。

本文以某居民小區(qū)的部分住宅樓為例，具體闡述了利用SketchUp軟件進(jìn)行建筑物三維模型構(gòu)建的流程，并分別采用不同渲染軟件進(jìn)行場(chǎng)景渲染和制作三維場(chǎng)景漫游動(dòng)畫?；赟ketchUp的城市建筑物三維模型和漫游場(chǎng)景的制作，能夠快速地構(gòu)建一個(gè)逼真和低成本的城市建筑物展示平臺(tái)，讓人足不出戶就能實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景的漫游與交互，從而擁有身臨其境的直觀感受。

三維建模；城市建筑物；SketchUp

數(shù)字城市的快速發(fā)展使得三維建模技術(shù)有了質(zhì)的飛躍，用于三維建模的軟件也更加豐富，建模流程更加簡(jiǎn)潔快速，功能也越來(lái)越強(qiáng)大。利用SketchUp可以直接在電腦上進(jìn)行十分直觀的構(gòu)思，其創(chuàng)作過(guò)程不僅能夠充分表達(dá)設(shè)計(jì)師的思想而且完全滿足與客戶即時(shí)交流的需要，它是一個(gè)三維建筑設(shè)計(jì)方案創(chuàng)作的優(yōu)秀工具。[1]

一、基于SketchUp的三維模型制作流程

為了建立現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，先要將現(xiàn)實(shí)世界的建筑物輪廓精確地繪制出來(lái)，呈現(xiàn)一個(gè)立體的物體，然后對(duì)其形狀、光照、材質(zhì)等屬性進(jìn)行搜集和分析，通過(guò)不同的方法創(chuàng)建到三維環(huán)境中，創(chuàng)建一個(gè)形象而逼真的環(huán)境[2]。對(duì)于依圖而建的三維建模方法，繪制二維圖形的最終目的是建立三維模型，所以基于SketchUp建模的基本方法是從二維平面上勾畫出一個(gè)面，再把面推拉出三維的立體模型，在面上構(gòu)建其他形狀的立體，繪制出模型的輪廓，最后著色貼圖處理。在SketchUp中的建模是緊緊圍繞著以“面”為核心的方式來(lái)操作的，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是模型很精簡(jiǎn)，操作起來(lái)很簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)是很難建立形態(tài)復(fù)雜奇異的模型[3]。

二、數(shù)據(jù)采集與整理

(一)采集屬性及紋理數(shù)據(jù)。屬性數(shù)據(jù)主要是指建筑物的高度、門窗及陽(yáng)臺(tái)的長(zhǎng)寬和位置、建筑物及道路名稱等。在不是建立精密三維模型的情況下，這些數(shù)據(jù)可以到實(shí)地概測(cè)，然后用估算的數(shù)據(jù)在模型上表示出來(lái)。對(duì)于精密三維建模，還可以使用測(cè)距儀和全站儀等測(cè)量?jī)x器測(cè)出細(xì)節(jié)部分的長(zhǎng)寬高，但利用測(cè)量?jī)x器測(cè)量花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，成本較高，對(duì)大范圍建筑物場(chǎng)景的構(gòu)建不宜采用這種測(cè)量方式，這也是基于圖紙建立城市模型的一個(gè)缺陷。

建筑物場(chǎng)景的紋理數(shù)據(jù)主要是建筑物的側(cè)面紋理、樓頂紋理和景觀紋理。紋理屬性采集主要是借助相機(jī)進(jìn)行建筑物側(cè)面、頂樓及景觀照片的采集，在實(shí)地拍攝照片時(shí)需要盡可能是正面拍攝出來(lái)的照片，這樣利于后續(xù)貼圖工作的進(jìn)行，對(duì)于實(shí)際情況無(wú)法進(jìn)行照片拍攝的可以通過(guò)網(wǎng)上的地圖街景等方式上截圖獲取。

(二)分析與優(yōu)化CAD圖。已經(jīng)繪制出來(lái)的二維平面地形圖，直接導(dǎo)入SketchUp中會(huì)出現(xiàn)建模不需要的多余線條和注釋，那么導(dǎo)入前需要整理圖像，需要用CAD將除等高線外的其他線整理到同一平面內(nèi)。

居民小區(qū)地形圖主要有住宅區(qū)建筑物以及景觀道路等，在導(dǎo)入前用CAD軟件將地形圖的點(diǎn)號(hào)及多余線條進(jìn)行刪除，在將原圖備份的情況下將文字、標(biāo)注和一些不必要的線段刪除，刪除不需要的圖層。

三、三維模型建立方法

(一)導(dǎo)入CAD圖。在導(dǎo)入CAD圖前，在SketchUp中對(duì)場(chǎng)景單位進(jìn)行設(shè)置，在軟件窗口欄的場(chǎng)景信息中修改單位，將單位設(shè)置為米(m)，精確度數(shù)字盡量設(shè)置小一些。對(duì)于底圖的采集方式，除了利用已有的二維平面地形圖外，也可以利用百度地圖的衛(wèi)星圖像來(lái)制作模型的地圖，可按實(shí)地邊長(zhǎng)長(zhǎng)度將截圖導(dǎo)入到SketchUp中，再依據(jù)圖片描繪建筑物底部輪廓。

(二)三維模型制作。制作居民小區(qū)的整體輪廓主要是制作建筑物的模型。使用“推拉”工具可構(gòu)建建筑物輪廓的主體，使用“復(fù)制偏移”工具可用將輪廓線偏移至所需的距離。對(duì)于精度不高的建?？晒罍y(cè)出樓層高度。在創(chuàng)建完一棟樓后，通過(guò)在地圖上測(cè)量和實(shí)地觀察，小區(qū)有部分建筑樓是相同的，相同住宅可以通過(guò)將整體做成組件或做成群組戶平移、復(fù)制和旋轉(zhuǎn)，同理，細(xì)節(jié)部分也可以這樣構(gòu)建。

制作窗體的方法是可以直接繪制或通過(guò)插件進(jìn)行繪制。繪制的方法是將相同的窗體制作好并制作成組件，在組件欄可以隨時(shí)選擇已經(jīng)做好的組件進(jìn)行復(fù)制，由于居民樓某連續(xù)層數(shù)窗體相同，可利用陣列方式復(fù)制窗體。

(三)模型貼圖。貼圖有三種方式，一種是通過(guò)在材質(zhì)里面添加圖片，把圖片做成材質(zhì)貼在需要的地方，這種方式貼圖的看上去比較美觀，但是和現(xiàn)實(shí)建筑物的紋理略有差異，如果想要達(dá)到逼真的效果，就需要利用繪圖軟件處理紋理。

貼圖時(shí)首先調(diào)整貼圖的大小，再調(diào)整貼圖的坐標(biāo)，在“鎖定別針”模式和“自由別針”模式調(diào)整貼圖的位置，如果需要移動(dòng)已被貼圖的物體，可將物體制作為組件再進(jìn)行復(fù)制陣列。

四、渲染與動(dòng)畫制作

(一)三維場(chǎng)景效果圖制作

1、基于V-rayforSketchUp效果圖制作。為使模型更加逼真，想要獲得更具有說(shuō)服力的效果圖，就要對(duì)模型進(jìn)行場(chǎng)景的渲染。在模型的材質(zhì)以及空間的光影關(guān)系方面，利用V-RayforSketchUp能進(jìn)行更加深入的刻畫，能渲染出照片級(jí)別的效果圖。具體的流程是要先安裝V-RayforSketchUp插件，首要工作是檢查模型，比如正反面是否正確，材質(zhì)的分類是否無(wú)誤等。檢查好后對(duì)一些材質(zhì)進(jìn)行編輯，選擇V-RayforSketchUp工具欄中的材質(zhì)編輯器，打開材質(zhì)編輯器的面板，注意要隨時(shí)清理一些無(wú)用的材質(zhì)，在場(chǎng)景材質(zhì)中，選擇清理沒(méi)有使用的材質(zhì)，以便無(wú)用材質(zhì)占用系統(tǒng)資源影響軟件的速度。在材質(zhì)編輯器中可以對(duì)材質(zhì)的相關(guān)屬性參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

2、基于Lumion效果圖制作。為了使建筑物的場(chǎng)景更加豐富，效果更加逼真，Lumion軟件出的渲染效果是比較好的，使用Lumion進(jìn)行場(chǎng)景的渲染可以使人們能直接預(yù)覽建筑場(chǎng)景并節(jié)約時(shí)間和精力。用Lumion的效果圖制作，首先要把在SketchUp中建立的模型導(dǎo)出來(lái)，注意導(dǎo)出的文件在選擇的保存路徑和保存的文件名稱中都最好使用英文，輸出類型為：COLLADA。

輸出模型后，把SketchUp導(dǎo)出來(lái)的模型導(dǎo)入到Lumion中，在導(dǎo)入前將SketchUp的模型整體放在原點(diǎn)。Lumion自帶有許多人物、動(dòng)物、植物等模型，在型庫(kù)里選擇想要導(dǎo)入的物體，Lumion中還自帶有大量的材質(zhì)，這些材質(zhì)可以按自己的要求調(diào)節(jié)材質(zhì)屬性。

(二)基于Lumion三維場(chǎng)景漫游動(dòng)畫制作。為了能讓建筑物場(chǎng)景有更好的展示效果，對(duì)場(chǎng)景制作動(dòng)畫能夠使畫面更加生動(dòng)，Lumion渲染軟件以其簡(jiǎn)潔的操作和強(qiáng)大的動(dòng)畫制作功能能夠在短時(shí)間內(nèi)創(chuàng)建高清動(dòng)畫電影，大幅降低了制作時(shí)間與成本。使用Lumion制作漫游動(dòng)畫的流程如下：

(1)在Lumion的編輯界面中，直接添加一些物體。

(2)如果只需要制作靜止物體的漫游動(dòng)畫，依次選取不同角度拍攝照片，最后點(diǎn)擊左側(cè)的播放鍵即可看到漫游動(dòng)畫的生成。

(3)制作運(yùn)動(dòng)物體動(dòng)畫時(shí)，調(diào)整好人物或汽車運(yùn)動(dòng)的朝向，調(diào)整好后點(diǎn)擊新增特效按鈕，選擇動(dòng)畫特效的移動(dòng)，對(duì)小區(qū)內(nèi)的人和車設(shè)定行走路線。

[1]戴濟(jì)平.GoogleSketchUp三維可視化技術(shù)[J].測(cè)繪科學(xué)，2011，36(5)：231-233.

[2]許捍衛(wèi)，房曉亮，任家勇，范小虎.基于SketchUp的城市三維建模技術(shù)[J].測(cè)繪科學(xué)，2011，01：213-214+189.

[3]譚仁春.三維城市模型的研究現(xiàn)狀綜述[J].城市勘測(cè)，2007，03：42-43.