3DMAX后期渲染在电厂设计中的应用

王 楠

(中国电力工程顾问集团 东北电力设计院有限公司，长春 130021)

3DMAX后期渲染在电厂设计中的应用

王 楠

(中国电力工程顾问集团 东北电力设计院有限公司，长春 130021)

3DMAX在建筑模拟设计过程中的视觉效果立体化、工业设计的视觉效果立体化、各类电脑游戏的开发及电影特效方面都有着非常卓越的贡献，现代社会对建筑设计的建设已经不局限于纸笔。本文在分析3DMAX渲染技术在电厂设计中的应用，充分的展现了3DMAX的直观可视性和及时模拟的准确性，对重建模过程进行了详尽的叙述，并对3DMAX的许多要点有较为深刻的分析。

电厂设计；3D渲染；应用

现阶段的电厂设计工程大部分都只是从手工图纸或者平面绘图的角度来设计，而电厂设计本身较为复杂，在工程初步设计用渲染出来的效果图把整个电厂的设计表现出来，可以更直观的看到设计的效果。

以往工程的初步设计是利用VANTAGE Review进行设计方案的确定，利用VANTAGE Review软件，可以做到电厂还没有建立起来，模型就已建好，通过模型的布置，可以对电厂的布局、厂房的色调搭配等进行调整。但是Review的材质编辑过于粗糙，采用的是贴图的方式，达不到真实材质的效果表现。将 3DMAX运用到电厂设计当中，可以有效的显示一个更加真实的工厂环境。Review在光照和背景的选择太过单一，无法真实的表达电厂的环境，而3DMAX在光照和背景的处理中，都可以达到较为真实的视觉效果。在后期的处理中，3DMAX可以通过多种图像输出的方式进行编辑，可以运用处理方式加入电厂周边环境，完成效果图的制作。图1为Review后期表现的全厂效果图，图2为3DMAX通过后期制作完成的全厂效果图。

图1 Review后期全厂效果图

图2 3DMAX后期全厂效果图

1 运用3DMAX建立模型的思路和步骤

从数字化空间到模拟环境的真实化实际上是实现三维的展示[1]，并运用建筑表现后期场景完成输出的过程。3DMAX软件应用于大部分建筑表现图的后期展示，建模的大致分为以下几个步骤：模型建立一初调材质与贴图一灯光处理一生成动画一后期渲染。

1.1 建立模型

首先要弄清楚图纸和设计的意图，然后导入需要建立模型的图纸，冻结导入的图形，根据参照调节适合比例。在3DMAX中建立模型的单元格，选择合适的空间捕捉方式，建立预期模型。也可以导入其它软件中可以兼容的或者已经完成的模型。

1.2 材质和贴图的赋予

在场景中整体材质应有一个整体体现的色调[2]，增加特殊效果，让模型的材质更贴近原型，赋予的材质和贴图与模型参照物比例大小适合并放置适当位置，让模型在质感、颜色、纹理等视觉效果上更接近原型。

1.3 光照的处理

对模型赋予材质和贴图使其与原型更贴近，增加了一定的真实性，但是缺乏光照会导致模型失真，因此需要给予其光照处理，灯光都可以投影和附加质量，这样可以表现好整体场景物体的立体感和层次感，所以在三维场景中设置相机和灯光，让模型效果更有色彩感。

1.4 生成动画

将场景物体生产动画是指对物体进行移动，旋转和变形的过程[3]。建立模型、材质和贴图的赋予，相机和灯光的处理是模型的构建技术。通过对对象尤其是摄像机的移动、旋转和变形让模型动起来，生动形象[4-5]，与真实的环境和状况一致。

1.5 渲染输出

Render渲染器功能进行输出可以保存发光图片。VRay可以以场景模式输出，进行三维漫游的制作。通过渲染效果的明暗对比和色彩对比进行输出，或者以静态图像的形式输出，都可以使模型与原型更加贴近[6-7]。

图3 单位设置

2 电厂设计中3DMAX使用的步骤和流程

2.1 图纸的导入

将CAD图纸导入3DMAX中，这样创建模型可以有一个参照。在进行画图之前为了保证模型的准确性，必须首先将MAX的单位设为mm，如图3。

2.2 建模阶段

3DMAX在电厂设计上能够模拟展示不规则的地形和建筑物，这是其相对于其他3D软件最为强大的功能[8]。第一步，在顶视图中，将导入的CAD图纸冻结，在菜单栏中，选择绘捕捉设置，用移动工具组合好图纸的位置；接着，选择全部线条，在创建面板中，选择几何体的下拉菜单，然后选择符合对象。第三步，右键将其转换为可以编辑多边形，绘制线条，得到的效果是与地面地形形成一个整体。第四步，冻结该对象，根据地形，编辑曲面样条线，这样就基本完成了等高线的建模；最后，添加uvw贴图编辑修改器，以保证贴图的正确设置。

图4 不规则的地形

图5 带飞檐的建筑物

图6 灯光及摄像机的布置

图7 材质编辑

同时可以使用创建几何体命令构建其他立柱等建筑形态。使用多边形建模工具可以解决不规则山石的绘制，如图4。而具有顶部为飞檐的建筑物，可以创建特殊物体形式转换成可编辑多边形后通过对端点以及曲面的样条线来实现编辑，如图5。通过以上的步骤我们就基本实现了对建筑物的模拟和建模。

2.3 处理光照及渲染材质

运用3DMAX软件构件模型时，赋予模型材质可使其更接近原型，但是只有在摄影机及灯光的创建体现光照的渲染效果。通常电厂设计中需要的是日照模型，如图6，因此并不需要复杂的灯光效果，也不需要设置复杂的灯光参数，配上蓝天白云背景，简单地设置自然光，模拟现实的室外光照，就可以达到真实的自然效果，操作方便简单，效果良好。这种技术的掌握在电厂设计中可以很好地还原真实场景，因此被广泛地应用于建筑的表现。

同时，在工业设计中也要注意设置灯光反射的位置。真实场景中电气的设备大多数为金属材质，因此对其真实的表现效果对材质渲染器的要求很高。在电厂设计中，基础设备大部分是混凝土材质，所以我们需要特别设置灯光阴影参数。为了是渲染效果，材质贴近真实效果。在三维设计中，3DMAX不仅可以实现设备间距离近产生的阴影挡住的情况，也可以帮助设计人员进行后期的渲染。

因为没有材质条件的加入，所以模型一般在刚运行的时候多表现出的是黑色的底图样，因此我们主张将其转换成线框式的表现形式以便我们能够占用更小的显存。设置环境材质一般主要包括材质的原质地、色彩、纹理等方面的特性。值得一提的是赋予材质和物体贴图具有本质上的区别，通常情况下，材质更多的表现其3D的特性，呈现的是3D的效果，而贴图多是采用2D的表现形式，多包围在物体表面。贴图由于内存小，所以其可以最大程度上节省资源，如图7。

通常情况下，在3DMAX模型中，在材质编辑器设置中可以实现多数的材质效果，如建筑外墙的涂料，铝塑钢板，纯玻璃幕墙，墙砖等。在3DMAX模型中，设置模型的材质主要包括位图参数、Blinn参数、材质编辑器等多个栏，可以基于此，选择不同的渲染材质的渲染方式及明暗器来强化三维模型的外在表现形式。比如：

(1)设置不同类型物体的参数：在物体表面形成的漫反射高光，一般适用于玻璃等反光物体。在涉及到的虚拟场景中，物体桌面、门窗把手及窗户时应该使用该参数。

(2)渲染金属物体的材质：此类多应用于有机及金属材料，可以凸显其反光效果，其多用于电气设备的设计，钢架、电缆等多用此参数。

(3)对一些建筑光线进行阴暗处理：其是对Blinn的一种延伸，与其相比具有更有表面色更有力的控制，可以在物体的表面形明暗对比，多用于较为粗糙的物体。

电厂中有着大量的设备和管道，电厂中室内外的模型数量十分巨大，我们通过运用贴图技术以及VRay 渲染，如图8，及3DMAX自带的预留材质模型，可以在最大程度上提高工作效率。

图8 VRay材质器设置

在透视窗口下观察颜色效果的基础上，要更充分的凸显材质的质感，反映光的特性(诸如阴影方面高质量的感官体验)，这就需要充分借助高质量的渲染器来加以实现。后期通过将tif格式的图像导入Photoshop的方式，并在Photoshop调整导入图像的色彩对比度及显示亮度，同时，运用特有方法处理下发电厂周边的环境绿化效果，来完成效果图的设计制作。

传统的CAD主要是为设计人员而开发的一款平面设计软件，在此基础上完成具体的建设工作，与之不同的是，使用3DMAX软件的是面向三维效果展示，它的应用不仅能够给工程建设人员带去直观的视觉印象和体验，还能面向社会上其他非工程专业人员，通俗易懂，简单形象，大众化程度十分高。这种3DMAX模型的直观的解说，既可以作为多媒体的表现形式，又可以成为上报文件的一个组成部分，以其独特的优势，实现独有的价值。

3 3DMAX软件的优点及其具体表现

(1)3DMAX软件建模方法多，技术性有很强的优势。备受认可的细分曲面技术操作便利，在技术方面不输于NURBS。使用曲面和NURBS技术进行建模既可构建复杂面片模型，又方便快捷简单易用，能够达到快速建模的效果。

(2)模型渲染效率高，速度快，且渲染画面质量较高，渲染需要设置参数较少，上手容易，全局光影效果简单真实，并多用于效果图方面。

(3)3DMAX可以为用户提供多种易用、便捷的功能。

(4)在变换定点时，可以选择部分顶点，将复杂物体中较为光滑柔和的部分物体选择出来建立模型。

(5)可以从外部引入其他程序的模型，工作操作过程可以实现多人化。

(6)另外，3DMAX拥有强大的动画功能，完成虚拟现实和培训，通过虚拟的三维数字模型，可以漫游在犹如真实环境的电厂中。可以通过三维数字模型展示来完成人员对电厂布置的直观印象。

4 结 论

综上所述，3DMAX软件在电厂建筑设计中的广泛应用。它强大的建模方式，可以体现三维空间图像以及动画效果，能很好的描绘出设计工作的整体形象和动态的各角度布局状态。

在运用3DMAX技术之后，可以有效的解决电厂中大量设备模型，室外场景模型模拟。三维设计软件在设计中只是为客户展示电厂总体设计概念图形的渲染，它只是增加了一个设计项目在中标中的展示，使客户对电厂的总体设计有一个大体的了解。随着现在科学技术发展速度越来越快，人类在许多发展建设当中都离不开先进技术的运用，任何辅助软件只是帮助实现工作中的想法的一种适合的工具。怎样将3DMAX这一有效直观的工具应用到更多工作中，实现更多方便快捷的功能，才是具有真正意义的课题。

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[3] 郭瑞熊，王成儒，牛晓霞，等.三维人脸建模中关键点的自动定位[J].计算机应用，2010，30(10)：2705-2708.

[4] 沈辉，曾祖勤.太阳能光伏发电技术[M].北京：化学丄业出版社，2005.

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And Late on 3DMAX Rendering in the Application of the Power Plant Design

WANG Nan

(Northeast Electric Power Design Institute of China Power Engineering Consulting Group Co.，LTD.，Changchun 130021)

3DMAX in the visual effect in the process of building simulation design three-dimensional on 3DMAX，industrial design，the visual effect of three-dimensional，and the development of all kinds of computer games and movies have very outstanding contributions，and special effects on architectural design for the construction of the modern society is no longer confined to pen and paper.Based on the analysis of 3 on 3DMAX rendering technology in power plant design，the application of the full display and intuitive on 3DMAX visibility and the accuracy of the simulation in time，the heavy modeling process has carried on the detailed narration，and many key points of production softwares 3 dmax has a deeper analysis.

Power plant；Design 3D rendering； Application

2016-04-12

王 楠(1985-)，女，吉林省公主岭市人，中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司工程师，主要研究方向：三维设计.

1005-2992(2016)06-0097-05

TP31，TP391.72

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