劉 理，劉 楊

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采用123D Catch建立建筑設(shè)備3D模型

劉 理，劉 楊

（阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程系，安徽 阜陽 236031）

文章主要介紹了采用Autodesk 123D Catch軟件，基于真實照片的3D建模技術(shù)，把高職建筑類課程教學(xué)中所需的建筑構(gòu)配件和設(shè)備制作成3D模型的過程，同時闡釋了3D模型的應(yīng)用價值。

123D Catch；建筑設(shè)備；3D建模

在傳統(tǒng)的高職建筑類課程教學(xué)中，我們往往利用二維的圖紙、圖片來給學(xué)生講解分析，這使得學(xué)生很難理解建筑物的實際結(jié)構(gòu)，學(xué)生的抽象思維能力往往會成為課程學(xué)習(xí)中的一個瓶頸。為了解決這個問題，教師就需要帶領(lǐng)學(xué)生到工地實地參觀，但是時間和場地方面往往有局限，而且學(xué)生的人身安全也是個問題。利用3D建模軟件，把課程中研究的建筑構(gòu)配件和設(shè)備制作成3D模型，然后通過多媒體設(shè)備對這些3D模型進(jìn)行任意的翻轉(zhuǎn)、切割、拆裝。這樣，教師的課堂教學(xué)會更加的形象、生動，學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)也會變得更加簡單、有趣。

基于二維圖像的3D建模技術(shù)是一種新型的建立3D電子模型的方式。利用該技術(shù)，我們可以從單一圖像、圖像序列或視頻中，通過識讀圖像中的物體或場景的三維幾何信息實現(xiàn)建模。因其成本低、操作簡單、逼真性高等優(yōu)勢，逐漸得到研究者的重視?；谡鎸崝?shù)碼照片的三維建模技術(shù)，是其中的一種類型，主要是通過不同視角的二維圖像識別和計算得到三維信息。伴隨著圖像識別和3D建模及打印技術(shù)的發(fā)展，以Autodesk公司的123D Catch軟件為代表，實現(xiàn)了基于真實照片的全自動化三維建模方式，值得進(jìn)一步關(guān)注和研究。本研究通過123D Catch軟件建立建筑設(shè)備的3D電子模型，其合成的3D電子模型具有成像立體、靈活度高、表達(dá)完整、精確細(xì)致等特點。相對于傳統(tǒng)的3DMAX和AutoCAD等軟件的3D模型繪制，這種方式具有效率高、入門快、易實現(xiàn)等優(yōu)勢。

1 123D Catch軟件簡介

123D Catch軟件是美國Autodesk公司發(fā)布的Autodesk 123D系列軟件中的一款。該系列軟件為用戶提供多種生成3D電子模型的方式，其有一個比較大的特點就是任何人不需要復(fù)雜的專業(yè)知識，都可以輕松使用。

其中123D Catch軟件可以直接將拍攝好的數(shù)碼照片在云端處理為3D模型。它利用云計算的強大能力，可將數(shù)碼照片直接轉(zhuǎn)換為逼真的3D電子模型。只要使用手機、數(shù)碼相機或單反相機抓拍物體、人物或場景，任何人都可以利用123D Catch將照片轉(zhuǎn)換成生動鮮活的3D模型。同時，此款應(yīng)用程序還帶有內(nèi)置共享功能，可供用戶在移動設(shè)備及社交媒體上共享短片和動畫。

圖1 123D Catch主界面

2 3D模型的制作

2.1 準(zhǔn)備工作

準(zhǔn)備制作3D模型采用的設(shè)備，包括：安裝有123D Catch軟件的計算機一臺，佳能EOS 750D數(shù)碼相機一部。拍攝對象為一室外配電箱。拍攝工作宜在晴天進(jìn)行，拍攝對象的周圍不宜過于潮濕。

2.2 拍攝過程

拍攝的目的在于獲得用于生成3D電子模型的電子照片。123D Catch軟件對照片的質(zhì)量要求比較高，照片的質(zhì)量將直接影響3D建模的效果。

拍攝要求相機圍繞拍攝對象至少進(jìn)行一周的連續(xù)拍攝。拍攝時，光線要充足穩(wěn)定且不能過亮，物體表面反光的照片，會造成軟件難以識別。首先保持拍攝對象固定不動，然后進(jìn)行圍繞該物體的水平旋轉(zhuǎn)360°的拍攝，每轉(zhuǎn)動10°左右按一次快門。拍攝對象如果細(xì)節(jié)較為復(fù)雜，可將轉(zhuǎn)動角度控制在5°左右，角度越密集，合成的3D電子模型越準(zhǔn)確、精細(xì)。照片的數(shù)量一般在20張至50張以內(nèi)，過少會導(dǎo)致無法合成，過多會降低合成速度。高像素的照片可以保證模型細(xì)節(jié)的清晰，但合成速度會有相應(yīng)下降。拍照時對焦要準(zhǔn)確，使背景足夠虛化，否則云端處理無法識別背景與主體。

2.3 3D模型生成

在Autodesk的官方網(wǎng)站上下載最新版本的123D Catch。軟件支持多個版本的windows操作系統(tǒng)。本研究所采用計算機的運行環(huán)境為Windows7，同時安裝了最新版本的Direct3D和Microsoft .NET Framework等支持軟件，并在123D Catch的使用過程中保證處于互聯(lián)網(wǎng)連接狀態(tài)。

圖2 在123D Catch中添加素材

下載并安裝123D Catch軟件后，打開應(yīng)用程序會先進(jìn)入軟件主界面，如圖1所示。選擇第一項“Create a New Capture”，登錄所注冊的賬戶，彈出相應(yīng)對話框后，選定之前拍攝的電子照片作為素材添加，如圖2所示，之后點擊“Create Project”完成操作。軟件會將電子照片上傳至云端進(jìn)行處理，經(jīng)過一段時間的等待，如果所添加的素材符合要求，即可生成相應(yīng)的3D電子模型，如圖3所示。需要等待的時間大約為30分鐘左右，具體情況根據(jù)照片大小和數(shù)量略有不同。如果照片不符合要求，系統(tǒng)會提示錯誤，則需要重新拍攝，并重復(fù)上述步驟。

圖3 初步生成的3D模型

2.4 3D模型的編輯和保存

生成后的3D模型可能會存在多余物體或細(xì)節(jié)缺失等不足之處，采用123D Catch自帶的編輯功能可以對3D模型進(jìn)行編輯修改。對于上述生成的室外配電箱的3D模型來說，還存在著除拍攝對象之外的物體。利用圖4中上方的“Rectangular Selection”或“Lasso Selection”按鈕可選取多余的部分，按 Delete 鍵刪除。根據(jù)實物的特征和細(xì)節(jié)修改后，最終只保留所需要的3D模型。之后，可將文件保存為多種格式，本研究選擇的是3dp格式，該格式的優(yōu)點在于適用范圍廣、通用性強，可用于多種不同的3D建模軟件和3D打印設(shè)備。

圖4 3D模型的修改

3 3D模型的應(yīng)用

3.1 教學(xué)展示

已生成的3D模型可通過123D Catch軟件打開并進(jìn)行360°全方位縮放展示，如圖5（a）所示。打開室外配電箱的3D電子模型后，通過操作區(qū)菜單或快捷方式可對圖像進(jìn)行空間操作，如旋轉(zhuǎn)、位移、縮放、測距，以完整地觀察該設(shè)備的形狀和特征及放大后的局部細(xì)節(jié)，如圖5（b）所示。123D Catch軟件的3D建模技術(shù)輕松解決了高職建筑類課程教學(xué)中建筑構(gòu)配件、設(shè)備分析與展示上的難題，簡化了教學(xué)程序，豐富了教學(xué)內(nèi)容。

3.2 其他應(yīng)用

在建筑構(gòu)配件、設(shè)備和建筑物的研究方面，常規(guī)的圖文記錄難以完整、形象地展示其特征。3D電子模型可以多角度、完整、形象地展現(xiàn)物體的特征，且也有利于相關(guān)數(shù)據(jù)的收集整理，較傳統(tǒng)方法更加科學(xué)有效。同時，3D電子模型可進(jìn)一步用于3D打印機?？傊?D建模技術(shù)建立建筑設(shè)備的電子模型，可以實現(xiàn)資源共享，并通過形象逼真的3D技術(shù)手段來表達(dá)抽象的空間內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者主動地認(rèn)識事物的本質(zhì)。

（a）旋轉(zhuǎn)

（b）放大

圖5 室外配電箱的3D模型展示

4 結(jié)語

基于123D Catch的全自動3D建模技術(shù)，在只需要一般電子照片，無需專業(yè)設(shè)備和材料的前提下，就能構(gòu)建豐富的建筑3D模型庫，可進(jìn)一步形成師生共同參與、可持續(xù)發(fā)展的3D模型庫建設(shè)模式，為高職建筑類課程提供了新的教學(xué)方式。有助于推動教育信息化的發(fā)展，滿足信息化社會提出的新要求，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教師的教學(xué)質(zhì)量和效果。

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TP319

A

1672-4437(2017)03-0044-03

2016-10-28

阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研項目（2016KYXM14）。

劉理（1987-），男，安徽阜陽人，阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教，合肥工業(yè)大學(xué)在讀碩士，主要研究方向：電子信息系統(tǒng)設(shè)計；劉楊（1990-），男，安徽五河人，阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教，合肥工業(yè)大學(xué)在讀碩士，主要研究方向：電子信息系統(tǒng)設(shè)計。