張龍

摘? 要： sketchup軟件構建顯示三維模型速度快，enscape技術渲染室內燈光效果逼真，融合兩種技術的優(yōu)點設計室內店鋪展示效果，通過實際案例設計研究其應用效果。將店鋪CAD測繪數據轉換成二維GIS數據，Google sketchup Pro 6 GIS Plug?in插件將二維GIS數據導入sketchup軟件后，開始繪制基礎圖形，擠壓得到立體三維模型，通過刪除冗余元素、霧化等操作優(yōu)化模型，同時賦予模型真實紋理。采用enscape自帶的材質賦予模型紋理貼圖，enscape技術從燈光顏色與燈光類型角度渲染室內燈光。實例設計效果顯示：設計效果圖中餐桌椅布局合理，可視化效果優(yōu);燈光渲染逼真，燈光照射陰影明暗變化顯著，細節(jié)處理較好。

關鍵詞： 店鋪室內設計; 燈光效果渲染; 三維模型; 數據轉換; sketchup; enscape技術

中圖分類號： TN02?34; TP391.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2020）03?0050?04

Application analysis of shop interior display and design

based on sketchup and enscape technologies

ZHANG Long

（School of Art and Communications， Wuhan Polytechnic University， Wuhan 430000， China）

Abstract： The sketchup software is fast in building and displaying 3D models， and the enscape technology has a realistic rendering effect of interior lights. The advantages of the two technologies are combined to design the shop interior display， and its application effect is studied by actual case design. After the CAD mapping data of the shop is converted into 2D GIS data， which is then imported into the sketchup software by Google sketchup Pro 6 GIS Plug?in， the basic graphics are drawn and extruded to obtain the 3D model. The model is optimized by deleting redundant elements， atomizing， etc.， and the model is endowed with the real texture at the same time. The texture mapping is given to the model by the material of enscape， and the interior lights are rendered by the enscape technology from the perspective of light color and light type. Example design effect shows that， in the design effect diagrams， the layout of dining tables and chairs is reasonable， the visualization effect is excellent， the lighting rendering is lifelike， the shadow produced by lighting illumination changes significantly， and the details are processed well.

Keywords： shop interior design; lighting effect rendering; 3D model; data conversion; sketchup; enscape technology

0? 引? 言

室內店鋪展示設計為店鋪裝修施工提供可視化虛擬效果圖，保障裝修效果符合客戶預期標準[1]。構建店鋪及其內飾三維模型、渲染模型外觀是室內店鋪展示設計的兩個關鍵步驟，前者創(chuàng)建室內店鋪主體框架，后者增強模型效果，提升模型逼真、可視化效果[2?3]。目前使用頻率較高的三維建模軟件有3DSMax，Sky Line，sketchup等[4]，相對而言，sketchup構建、顯示三維模型速度較快，提升設計人員工作效率;sketchup構建模型精細程度、渲染模型外觀、渲染室內燈光效果突出，更適用于設計室內店鋪展示效果[5?6]。室內環(huán)境設計不存在自然光，所以渲染燈光效果十分關鍵。enscape技術在渲染燈光方面獲取一致好評，使用方便、操作智能。

因此，本文設計室內店鋪展示效果時，結合sketchup軟件與enscape技術的優(yōu)勢，采用sketchup構建室內店鋪三維模型，基于enscape技術渲染室內燈光效果，設計的室內店鋪展示效果符合客戶預期，客戶滿意度較高;在一定程度上節(jié)省了設計人員的工作時間，減少不必要的工作量。

1? 室內店鋪展示設計分析

基于sketchup與enscape技術設計室內店鋪展示思路為：

1） 獲取原始室內店鋪展示CAD數據后，在ArcGIS軟件中完成 CAD數據轉換、編輯與處理[7]，得到有效的二維GIS數據;

2） 利用Google sketchup Pro 6 GIS Plusg?in插件將二維GIS數據導入sketchup軟件中，開始構建室內店鋪展示三維模型[8];

3） 對構建完成的三維展示模型實施表面紋理材質貼圖、enscape燈光渲染，最后完成室內店鋪展示效果設計。

依據上述分析總結設計流程如圖1所示。

1.1? 室內店鋪展示三維建模

1.1.1? CAD數據向ArcGIS數據轉換

測繪獲取的室內店鋪展示原始數據為CAD格式，格式轉換、編輯、處理后可作為有效數據使用。采用ArcGIS開發(fā)平臺作為數據轉換工具，ArcGIS自帶處理地理要素的工具，集成在ArcToolbox模塊中。該模塊中，Data Interoperability Tools為數據格式轉換工具，可解決CAD數據向ArcGIS二維數據格式轉換問題。轉換CAD數據格式具體方式為：采用Data Interoperability Tools的Quick Import工具將CAD數據轉換為Geodatabase要素[9]，利用其他工具轉換成Shapefile數據，最終得到用于三維建模的ArcGIS二維數據。

1.1.2? 基于sketchup三維建模技術

1） 構建三維模型

基于二維GIS數據與設計要求確定店鋪設計尺寸。首先，采用sketchup中的拉伸工具營造基礎的室內立體輪廓，包括櫥窗、墻面、地面等元素，不斷完善模型細節(jié)[10];其次，構建店鋪展示所需的全部物件模型，包括展示柜臺、桌椅、家電、照明燈具、裝飾物件等元素?；趕ketchup構建室內店鋪展示三維模型存在三種方案，分別為：設計嶄新的三維模型，對模型素材庫中的模型加以改進和優(yōu)化，在Goole Earth中下載三維模型[11]。設計常見、沒有特殊要求的模型時，后兩種方案較為實用，節(jié)約構建模型時間;相反，設計具有特殊要求和標準的展示柜臺等元素時，必須采用第一種方案，根據實際要求完成三維建模[12]。

基于sketchup重新設計三維模型過程如下：

① 在sketchup軟件中繪制基礎圖形，采用擠壓工具得到立體的三維幾何體，呈現裝飾物件的主體輪廓;

② 優(yōu)化模型細節(jié)部分，此過程中依據“由大至小、由整體至局部”的原則。

2） 三維模型優(yōu)化

三維模型設計數據規(guī)模是影響設計作品傳輸與展示效率的關鍵因素，為精簡模型數據規(guī)模，有必要優(yōu)化設計完成的店內店鋪展示三維模型。僅采用單一模型簡化算法的優(yōu)化效果微乎其微，針對這種情況，通過兩個步驟獲取高質量的模型精簡效果：

① 刪除冗余模型面線等元素;

② 采用細節(jié)層次模型、柔化操作、霧化技術對模型加以優(yōu)化[13]。清除無用模型線、面、材質、組件等元素，實現室內展示建模輕量化：一是通過sketchup清理選項清除，選項有清除圖層、清除未使用組件等;二是采用插件清除，柔化操作可令棱角突出模型變得圓滑，柔化操作步驟如下：點擊橡皮擦工具同時按住ctrl鍵，執(zhí)行“柔化邊線”命令。

1.2? 室內店鋪展示模型貼圖與燈光渲染

enscape技術具有強大的三維模型渲染功能，客戶滿意度較高，因此，采用enscape技術完成室內店鋪紋理材質貼圖與燈光渲染。

1.2.1? 模型紋理材質貼圖

紋理材質貼圖與燈光設計是實現室內店鋪展示逼真、立體的有效方式，室內環(huán)境燈光的合理布局尤其關鍵[14]。紋理貼圖可選擇使用enscape自帶材質，也可獲取原場景真實紋理圖像（真實紋理圖像文件規(guī)模較大），紋理貼圖之前需統(tǒng)一真實圖像色調、明暗程度等因素，改善模型外觀協調程度，紋理貼圖方式的選擇視具體設計要求而定。室內店鋪展示設計無參考原型，并且為保障模型數據規(guī)模的精簡性，選用軟件提供的材質紋理實現模型紋理貼圖，簡化貼圖過程。

1.2.2? 墻面、地面材質渲染

enscape自帶繪圖與填充工具，在工具欄的顏料桶中選取木紋、金屬、玻璃等材質;材質選擇可根據實際情況自定義顏色，也可采用“面”完成材質貼圖，提供更多可供選擇的材質渲染選項，有效改善模型的逼真程度。

1.2.3? 室內燈光渲染

紋理貼圖完成后渲染室內店鋪展示燈光，為貼圖完成的燈具模型設置光線。由于室內不存在自然光線，所以燈光設計效果的好壞直接決定室內陳列展示設計效果。光源類型、場景光源布局、光源顏色與強度、陰影設計是燈光設計必需考慮的幾個方面。設計室內店鋪展示燈光應從空間總體角度分析燈光主次程度、明暗變化，以呈現真實的虛擬設計效果。

基于enscape技術渲染室內店鋪展示的燈光效果，從球形光、聚光燈、矩形燈、圓盤燈、線性燈、燈光顏色幾個方面實現。在sketchup軟件中將時間修改至黑夜模式，在enscape object工具欄中選取不同類型光源照亮室內展示空間。

1） 球形光。構建新的Sphere Light，使用enscape雙擊系統(tǒng)布局光線的過程相對簡單、智能，使用鼠標點擊起點與終點即可創(chuàng)建光線。燈光強度設置工具為Luminous Intensity，滑動滑塊調整光強（見圖2）。關閉enscape自動曝光功能后，光強度對室內畫面的影響效果逐漸展現。

燈光設計具備復制功能，復制燈光組成模型組，組中任意燈光強度發(fā)生變化時，其他燈光也隨之改變;若任意燈光添加至實例中時，其他燈光也添加至實例中。光源半徑修改效果只能在鏡子一類反射材質中看見，光源半徑一般以m為單位規(guī)范光源大小。燈光三維模型的粗糙程度控制反射光的外觀樣貌，相對粗糙的燈光模型導致光纖散射呈現的光源面積較大[15]，光線不清晰。

2） 聚光燈。聚光燈光線設置同樣遵循雙擊系統(tǒng)，但是放置光源需點擊操作四次才能完成。確定燈光起點與方向時各點擊兩次。點擊創(chuàng)建光源弧上的點設置燈光光束角度，在滑塊中也可調整光束角度。IES文件提供一種高等級逼真程度的照明配置文件，優(yōu)化光源照射效果。

3） 矩形燈與圓盤燈。典型區(qū)域燈有矩形燈與圓盤燈兩種，放置光源過程中，點擊光源起點后，提供鍵盤箭頭方向鍵鎖定燈光，放置在某個軸上，確定光源方向同樣需點擊兩次。雙擊燈光，利用滑塊改變燈光大小時，光線呈圓形區(qū)域，以原點為中心向四周縮放。

4） 線性燈。相對其他類型光源而言，線性燈布局位置決定光照范圍，由于線性燈具有一定長度，所以產生的光線偏柔軟，線性燈兩端點的燈光針對性較強。同樣利用滑塊改變線性燈的強度，點擊線性燈上一點拖動鼠標即可旋轉燈光，但是這種方法旋轉的燈光角度沒有數值約束，存在一定的隨機性與誤差，為此采用sketchup原生工具旋轉燈光，實現精準旋轉。

5） 燈光顏色。利用enscape設置燈光顏色，選取合適的顏色點擊燈光即可完成設置。

上述元素設置完成后，在自發(fā)光或者材質編輯器的材料中寫入Emmissive為燈泡添加點亮效果，室內展示燈光渲染完成。

2? 設計方法測試

本文基于sketchup與enscape技術設計室內店鋪展示效果圖，具體采用sketchup構建店鋪及其室內物體的三維模型，通過enscape技術渲染室內燈光效果，賦予室內店鋪展示逼真的燈光效果。以室內餐廳設計為例，對本文設計方法展開測試研究，分析設計室內店鋪的效果。

2.1? 設計效果展示

與店鋪業(yè)主溝通設計理念后，采用本文方法設計的餐廳主體三維模型如圖3所示。此效果圖為未渲染前的餐廳大廳場景模型，可以看出，只有地面賦予簡單的紋理效果，桌椅、墻面等元素均為單一顏色。模型中餐桌椅布局合理，可視化效果優(yōu)，給用戶身臨其境般的感受。

在餐廳三維模型基礎上基于enscape技術渲染燈光，局部包間渲染后的球形燈光效果如圖4所示，不同顏色燈光渲染效果展示如圖5所示。

enscape技術渲染的燈光逼真，與現實中開燈效果基本沒有差別。燈光照射后在墻面留下陰影形成顯著的明暗變化，燈光照射細節(jié)處理較好。設計人員可根據自身個性化需求調整光源顏色，滿足店鋪設計的個性化定制需求。

2.2? 不同建模軟件優(yōu)劣勢對比

本文采用sketchup軟件構建店鋪展示模型，同類型使用頻率較高的建模軟件有3DSMax，Sky Line等，三種建模軟件的三維建模優(yōu)勢與劣勢分析如表1所示。

相對而言，sketchup軟件構建模型速度快，節(jié)省設計人員的工作時間，且sketchup軟件貼圖與渲染功能強大，適合設計室內店鋪展示效果。3DSMax是一種常用的建模軟件，建模功能比較全面，但是貼圖、渲染工具使用方式較為復雜，智能化水平較低。Sky Line適用于大規(guī)模數據建模，如樓盤模型設計、校園場景設計等，但是構建單個精細模型時，Sky Line建模缺點突出，設計效果較差。

2.3? 用戶認同程度分析

本文方法基于sketchup與enscape技術設計室內店鋪展示效果，3DSMax，Sky Line軟件均具備建模與渲染功能，因此采用三種設計方法設計5種（西式餐廳、中式女裝店、珠寶店、快餐廳、電子產品銷售店鋪）店鋪展示效果圖。調查設計人員、店鋪業(yè)主對三種軟件制圖效果的認同程度，結果如圖6，圖7所示。

圖6，圖7顯示，分別有65%設計人員、71%店鋪業(yè)主認同本文方法設計的室內店鋪展示效果，另外兩種建模軟件的用戶認同程度較低。

3? 結? 論

本文詳細展示了sketchup軟件建模與enscape技術渲染過程，以往關于sketchup軟件建模的研究較多，該軟件的建模功能被大部分設計人員認同。enscape技術作為一種模型渲染技術能夠展示逼真、立體的燈光渲染效果，該技術新增了凹凸貼圖、反射貼圖等功能，提升了材質貼圖智能化、多樣化程度。總體看來，sketchup與enscape技術融合設計的室內店鋪展示效果較優(yōu)，為室內環(huán)境設計提供了一種有效途徑。

參考文獻

[1] 張新榮，馬杰，張才斗，等.基于Matlab倒立擺可視化建模仿真與控制[J].計算機工程與設計，2018，39（10）：222?227.

[2] 溫佩芝，朱立坤，黃佳.半透明三維物體表面光澤真實感實時渲染方法[J].計算機應用，2016，36（10）：2842?2848.

[3] 楊麗潔，徐添辰.中國水墨畫的交互式三維建模方法[J].小型微型計算機系統(tǒng)，2017，38（3）：572?577.

[4] 孫鈺珊，張力，艾海濱，等.傾斜影像匹配與三維建模關鍵技術發(fā)展綜述[J].遙感信息，2018，33（2）：5?12.

[5] 律睿慜，陳偉，孟磊，等.周期性動態(tài)對白框的傅里葉模型及渲染技術[J].計算機工程與應用，2016，52（9）：170?176.

[6] 羅月童，周全，周俊，等.面向具有重復結構的大規(guī)模CAD模型的快速渲染[J].中國圖象圖形學報，2018，23（1）：106?113.

[7] 吳聰聰，藍貴文，耿繼軍，等.CAD數據向GIS數據轉換的方法比較[J].測繪科學，2017，42（2）：183?186.

[8] 賈超，龍建輝.SketchUp虛擬建模在工程地質信息化建設中的應用[J].煤炭技術，2015，34（5）：94?97.

[9] 程星華，胡迪，俞肇元，等.政區(qū)多粒度時空對象建模及其Geodatabase實現[J].地球信息科學學報，2017，19（9）：1228?1237.

[10] 楊帆，梁思成，郭愛偉，等.基于SketchUp平臺的城市庭院雞舍設計研究[J].中國家禽，2016，38（17）：36?40.

[11] 張?zhí)駶?，康志?融合深度相機點云與光學影像的室內三維建模[J].測繪科學，2016，41（12）：217?223.

[12] 崔鐵軍，馬云東，王來貴.基于下落法的PFC3D巖土模型構建及應用[J].安全與環(huán)境學報，2016，16（3）：130?134.

[13] 汲夢宇，劉利剛.基于感知的室內場景的多視點渲染優(yōu)化[J].中國科學技術大學學報，2018，48（2）：140?147.

[14] 趙黎，彭愷，焦曉露.室內VLC系統(tǒng)光源布局設計[J].紅外與激光工程，2017，46（11）：240?245.

[15] 劉北勝.基于云渲染的三維BIM模型可視化技術研究[J].北京交通大學學報，2017，41（6）：107?113.