呂藝生 田競 王俊杰 張勝瑜 亞森·買買提

(1.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450045；2.河南華北水電工程監(jiān)理有限公司，河南 鄭州 450045；3.鄭州大學(xué)，河南 鄭州 450003)

0 引言

3DMax(或3DSMax)是3D Studio Max的簡稱。該軟件是由Discreet公司(后被Autodesk公司合并)開發(fā)的針對PC端的三維動(dòng)畫設(shè)計(jì)與制作軟件。3DMax因功能齊全，上手速度快，能夠滿足各項(xiàng)建模要求等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。無論是簡單三維模型的建模，還是三維動(dòng)畫的制作，或是從建筑施工的展現(xiàn)到施工漫游，從工業(yè)設(shè)計(jì)到機(jī)械仿真、游戲開發(fā)、影視后期、建筑設(shè)計(jì)、多媒體制作等，3DMax都能勝任。隨著3DMax版本的不斷更新，其功能越來越齊全，各種操作及命令的性能都有了大幅度提高，這使得3DMax的制作效果越來越逼真，視覺效果也越來越好。

1 3DMax的優(yōu)點(diǎn)

3DMax建模軟件具有七大優(yōu)點(diǎn)。

1.1 渲染效果強(qiáng)

利用3DMax軟件可以對制作的模型進(jìn)行渲染、附加材質(zhì)等常用操作。經(jīng)過渲染過后的模型，其整體更加美觀、更富有立體感和真實(shí)性。為制作的模型附加相關(guān)材質(zhì)可以使整體更逼真，與實(shí)際更相符。

1.2 設(shè)計(jì)操作界面簡潔直觀

3DMax三維制作軟件著手于三維模型的制作，與傳統(tǒng)的二維制作軟件有很大不同，大大優(yōu)化了模型的制作。3DMax可通過擠出、噪波、Cloth、晶格、編輯多邊形等操作完成在工程中模型的建模與制作。

1.3 設(shè)計(jì)效率高

3DMax軟件采用模塊化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)模式，可以直接通過修改操作相關(guān)參數(shù)，以達(dá)到建模的預(yù)期目的，完成指定的方案設(shè)計(jì)。并且，在之后的建模過程中可以根據(jù)需要接著對其參數(shù)進(jìn)行修改，十分方便。

1.4 視圖功能直觀強(qiáng)大

3DMax軟件可對所建模型在不同視圖上進(jìn)行相關(guān)建模與制作，主要視圖包括頂視圖、前視圖、左視圖和透視圖。尤其在模型局部的構(gòu)建過程中可在不同視圖進(jìn)行操作，更具有針對性，大大提高了模型局部的設(shè)計(jì)工作效率，使原本立體復(fù)雜的設(shè)計(jì)思路變得簡單、清晰。

1.5 性價(jià)比高

3DMax軟件性能價(jià)格比很高，軟件自身實(shí)用、完善的功能大大超過了其本身的價(jià)格，大多數(shù)個(gè)人使用者及公司都可以承擔(dān)，這使得模型的建模與制作成本大幅降低。而且，3DMax軟件對電腦配置要求不高，大多數(shù)普通電腦都可以帶得動(dòng)，這也是3DMax得到廣泛使用的一個(gè)重要原因。

1.6 使用者多，便于交流

無論是在國內(nèi)還是在國外，3DMax都有著眾多的使用者，便于交流學(xué)習(xí)，再加上發(fā)達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)上各種學(xué)習(xí)視頻也非常多，自學(xué)起來也很方便。

1.7 上手容易

3DMax模型的建模較為簡單，初次接觸該軟件的人也能很好地使用，即便是一些復(fù)雜的操作及命令也可以通過交流學(xué)習(xí)很好地加以解決。隨著軟件版本的更新及功能的完善，其操作也更加人性化。

2 3DMax建模步驟

建模作為3DMax最基礎(chǔ)、最重要的階段，必須要對其進(jìn)行熟練掌握。3DMax建模步驟如圖1所示。

圖1 3DMax建模步驟

3 3DMax軟件在建筑工程施工中的應(yīng)用

3.1 爬模建模

爬模又稱跳模，其全稱為爬升爬模。爬模整體可分為3個(gè)部分：爬升模板、爬架(也有的爬模沒有爬架)和爬升設(shè)備，其在建設(shè)工程施工中十分常見。

爬模整體的建模與制作主要可以分為3個(gè)部分：爬模主體(圖2)；施工圍擋；旗幟。

圖2 爬模主體

(1)爬模主體的制作主要是對創(chuàng)建的模型修改其參數(shù)并進(jìn)行移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、對齊、鏡像、復(fù)制、縮放等命令來完成。這些也是最為基本的命令和工具，貫穿于爬模的整個(gè)建模過程，需要對這些基本操作進(jìn)行熟練掌握。爬模防護(hù)網(wǎng)是對創(chuàng)建的面添加晶格修改器，通過修改相應(yīng)參數(shù)制作而成。

(2)施工圍擋的制作是為創(chuàng)建的模型添加擠出修改器，并設(shè)置適當(dāng)?shù)膮?shù)。

(3)旗幟的制作。為了使旗幟達(dá)到預(yù)期迎風(fēng)飄揚(yáng)的效果需進(jìn)行以下三步：首先，對所創(chuàng)建的面進(jìn)行貼圖處理；其次，給貼圖后的面添加Cloth修改器，并將其屬性定義為布料；最后，創(chuàng)建風(fēng)并將場景中的風(fēng)移動(dòng)到模擬中，可以通過修改風(fēng)的強(qiáng)度、湍流等參數(shù)來調(diào)節(jié)旗幟的飄揚(yáng)效果。

為了使爬模整體模型看起來更加逼真，在模型制作最后對部分創(chuàng)建的幾何模型賦予想要的材質(zhì)或貼圖。為模型添加材質(zhì)的主要目的是突顯出每個(gè)背景或圖案的顏色，就像畫畫中的顏色一樣。既可以利用材質(zhì)使模型更加形象鮮明，也可以通過材質(zhì)設(shè)置增加高光級(jí)別，或通過反光等使模型更具質(zhì)感。而貼圖能夠有效地將圖片的材質(zhì)信息投影到模型的表面。這種作用類似于用包裝紙將禮品包裹起來。靈活運(yùn)用材質(zhì)與貼圖，會(huì)使得模型的整體效果圖更加逼真。如圖3所示。

所用建模工作都完成后，就可以對其進(jìn)行渲染步驟，通過修改渲染的相關(guān)參數(shù)以單幀的形式將文件保存為JPEG格式，渲染過后就可以得到爬模最終的視覺效果。

圖3 爬模整體

3.2 滑模建模

滑模是模板緩慢移動(dòng)結(jié)構(gòu)成型，大多是由牽引設(shè)備牽引的固定尺寸的定型模板。滑模工程技術(shù)目前是國內(nèi)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)工程施工中機(jī)械化程度高、施工速度快、現(xiàn)場場地占用少、結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)、抗震性能好、安全作業(yè)有保障、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)綜合效益顯著的一種施工技術(shù)，通常簡稱為“滑模”。

滑模的建模與制作主要由模板系統(tǒng)、操作平臺(tái)系統(tǒng)、提升機(jī)具系統(tǒng)三大部分組成。不同部分的建模側(cè)重點(diǎn)也不同：模板系統(tǒng)主要建模與制作的是模板、圍圈、提升架；操作平臺(tái)系統(tǒng)主要建模與制作的是操作平臺(tái)(也稱“工作臺(tái)”)，內(nèi)外吊腳手架；液壓提升系統(tǒng)主要建模與制作的是液壓千斤頂、液壓控制臺(tái)、油路系統(tǒng)、支承桿。

本滑模整體的建模采用最多的命令就是陣列，其次各部分中基本模型的創(chuàng)建也需要修改其參數(shù)并對其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、對齊等命令來完成。

與爬模一樣，在對滑模模型進(jìn)行渲染步驟之前，為了使模型整體更為逼真，也需要對部分模型賦予相應(yīng)的材質(zhì)或貼圖，得到的最終視覺效果如圖4所示。

圖4 滑模渲染效果

3.3 隧洞建模

在水利工程中有時(shí)為了輸水或泄洪，往往需要進(jìn)行穿山開挖施工，建成一個(gè)封閉式的輸水道，稱為水工隧洞。

隧洞的建模相對來說復(fù)雜一些，如隧洞細(xì)節(jié)圖(圖5)與隧洞整體圖(圖6)所示，不僅要對隧洞部分進(jìn)行建模，還要對隧洞周圍的施工的地形地貌進(jìn)行建模。除了一些建模的基本操作、貼圖等，還需要為隧洞施工制作與添加必要的施工設(shè)施設(shè)備的模型。

如圖6所示雨滴的添加，是在粒子系統(tǒng)中添加噴射命令，通過調(diào)節(jié)其參數(shù)，以達(dá)到更真實(shí)的雨滴效果。在隧洞的建模過程中在環(huán)境里為背景添加了天空貼圖，這樣渲染出來的模型的最終效果會(huì)更加貼近實(shí)際。

圖5 隧洞細(xì)節(jié)圖

圖6 隧洞整體

4 動(dòng)畫制作

此次建模的目的是用動(dòng)畫的形式展示爬模施工的危險(xiǎn)源及對應(yīng)措施。爬模整體模型完成之后，就需要著手對模型進(jìn)行動(dòng)畫制作。模型的動(dòng)畫制作具體步驟如圖7所示。

圖7 模型的動(dòng)畫制作步驟

在模型動(dòng)畫的制作通常以完成的靜態(tài)模型為動(dòng)畫的第一幀，通過調(diào)節(jié)部分模型的各種變化或場景里的燈光、攝影機(jī)的變化來設(shè)計(jì)想要的動(dòng)畫效果。反復(fù)調(diào)試渲染和修改，最后制作成動(dòng)畫，經(jīng)過后期的剪輯、配字、配音完成動(dòng)畫作品。但是在實(shí)際的制作過程中，其操作并非一成不變，有時(shí)需要交叉進(jìn)行，反復(fù)多次，才能完成滿意的動(dòng)畫作品。

在整個(gè)動(dòng)畫的制作過程中，最常用操作的就是為模型添加關(guān)鍵幀、調(diào)節(jié)攝影機(jī)位置及渲染。為了使模型整體看起來有更真實(shí)的光影效果，可以添加燈光效果，根據(jù)不同的目的添加不同類型的燈光。

5 結(jié)語

隨著科技的飛速發(fā)展，3DMax這一功能強(qiáng)大的軟件為諸多行業(yè)領(lǐng)域提供了便利，在室內(nèi)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、影視動(dòng)畫設(shè)計(jì)、游戲設(shè)計(jì)等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。本文以工程施工為研究對象，分別闡述了3DMax在爬模、滑模及隧洞的建模與制作，通過模型的建模與制作、添加材質(zhì)、添加燈光、模擬攝影機(jī)鏡頭、創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)和鏈接、動(dòng)畫渲染等功能，完成了虛擬動(dòng)畫的制作，將原本靜態(tài)的建筑模型變?yōu)楦又庇^的動(dòng)畫展示。

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