浅议三维模型技术的实践应用

2017-03-24陈圣国

环球人文地理·评论版 2016年11期

陈圣国

摘要：三维模型是一个物体使用计算机技术进行多边形表示，并可以在设备上具体显示的模型数据，任何物理自然界存在的东西都可以用三维模型表示。三维场景建模是将三维与基础地质研究相结合，以三维的形式，表达地表的自然地貌与人文社会地物。相对于二维地图，其具有更加直观，更加形象的特点。

关键词：贴图；模型；3D

1.引言

为适应社会发展和经济建设的需要，永嘉县于2013年便积极着力开展永嘉县基础地理空间框架建设，改项目的其中一项重要的工作就是数字永嘉三维建模及场景建设项目，具体是建立三维数据模型以便对规划审批进行辅助，而三维场景数据作为项目的重要组成部分，拟开展永嘉县主城区10平方公里的精细三维场景数据制作和20平方公里体块模型建设。

根据现有项目需求、生产工艺以及软件成果来设计，本次项目的成果主要包括三维模型数据[1]。三维模型数据包括几何数据、纹理数据和元数据。几何数据存储模型的三维结构，以Max格式存储。纹理数据是指模型表面纹理信息，根据不同的贴图类型使用不同的存储格式，不带Alpha通道的纹理以JPG格式（*.jpg）存储，带Alpha通道的纹理以PNG格式（*.png）或TGA格式（*.tga）存储，动画格式以GIF格式（*.gif）存储。元数据是对三维数据格式的描述，以XML格式（*.meta）存储。三维模型数据存储了三维模型的基本信息，每个地物存储在单独文件中。

2.已有资料情况及分析

项目实施的范围目前有较好现有测绘成果数据资料，主要有瓯北东2007年1：500数字地形图、瓯北西2012年1：500数字地形图、上塘2009年1：500数字地形图和影像数据等。1：500数字地形图数据是数字永嘉地理空间框架基础数据之一，该区域1：500数字地形图数据比较完整，精度高，其提取得到框架数据拟作为三维建模主要参照数据。

三维模型系统是利用GeoDatabase来对三维模型的空间输数据、属性数据、运行数据进行统一管理。GeoDatabase是Arc/Info8基础上引进的一种全新的空间数据模型，也就是建立在DBMS之上的统一、智能化的空间数据库。GeoDatabase主要是利用面向对象的方法，使得每个数据要素都具有独自的行为和属性，提高三维模型的真实性。

3.贴图的制作

3.1无缝底图的制作

通常情况下三维模型的平面底图为dwg或者shp，Viritualcampus系统采用永嘉县基础地理空间框架建设1：500的CAD平面图为底图，但是原始的二维平面图存在一些问题，需要对原始的二维平面图进行优化处理，才能为后期三维模型创建提供便利条件。基于C#程序语言的基础上，开发出用于读取AutodeskCAD软件中的构件信息，将读取的信息输出到指定信息表中，采用XML，xml属于一种标记语言，主要的作用承载数据，然后通过CSS进行显示。

底图是建筑的主体贴图，项目区域内所有的建筑阳台、门等特征都基于底图制作。所以，为了模型更加真实，底图的无缝性显得尤为重要。无缝底图的制作，要以实地采集的照片为基础，分析贴图纹理的循环性，及贴图的公用性，使用Photoshop等软件进行制作。

3.2同底纹贴图的制作

从采集的照片中裁切下阳台等结构，并移动至底纹图层上，进行底纹去除处理。将制作的所有贴图都放在同一画布上，分好图层，方便素材使用，确保贴图无缝对齐。

4.模型制作

4.1整理白模

以现有地形图为底图，直接依据封闭的底图线建立模型，同时将模型顶部、底部、和所有重叠的面删除，并焊接顶点，按轮廓检查，只有顶部和底部两个轮廓线。如图1。

4.2分析照片

對应白模分析照片，分析贴图纹理的循环性及贴图的共用性。

4.3模型分线

根据照片，对模型进行布线，保证裁切线裁切到所有的面。

4.4法线对齐

软件默认为是正北的世界坐标系，为方便建模操作，特使用法线对齐工具，对模型进行法线效正，暂时将单独模型临时修改为模型自己的独立坐标系。

4.5模型整体贴图

在三维建模的时候，为避免漏贴面，在对模型单独面进行贴图之前，先将整个模型贴一个常用的纯色贴图。

4.6分层建模

针对建筑楼层比较高的，建议分层制作，即如下图，贴图为2层一循环，故2层一制作，也不致于贴图的重复性太高。

每个面因实际情况不同，所以面的比例位置结构方向也会相应的有所区别，故要调整每个面的UV，如下图建筑的一个单独面进行调整。

按照CAD数据及照片数据，根据建筑规范，进行结构贴图表现，和结构实体建模，并按照上面的贴图方法，将每个面贴上贴图，如下图所示，蓝框中为结构实体建模，红框为结构贴图表现。

在轮廓的级别下，保持UV（保证线可循环的前提下），将Z轴坐标输入之前的11层的高度值，即可得到如下效果。

最后细化模型，将剩余屋顶结构制作完成。

5.问题及解决

5.1地形图的导入

5.1.1地形图导入出现的问题

地形图是根据各地情况，在现场所勘察采集的地面矢量地图，具有各自的空间地理信息，因此，各地的坐标各异，且离原坐标较远，坐标数值较大[2]。但是3DMax作为专业空间建模软件，并非专业的地理信息软件，因此，当地形图导入Max软件中，因误差原因容易产生图形变形的问题。

5.1.2地形图导入误差解决

从上面5.1.1地形图导入出现的问题中，已分析了地形图产生误差的原因是地形图的坐标数值太大，故此，为了避免底图变形产生误差，可以先将地形图在专业的地理空间软件中（如CAD）将整体地形图往原坐标进行偏移，统一设置一个偏移值，让地形图的坐标数值尽可能的小，最后再将底图导入3DMax软件中。如图5.1，在地形图上设置一个点，以此点位基准，将整个底图根据此点偏移到原点上。