CT检测室的3D模型设计

陈红　谢勤岚

摘 要 结合CT机和CT室的相关知识，介绍了一种对CT机和简易CT室的3DS MAX模型设计方法。设计步骤为：安装软件和插件、准备建模的工作、制作3D数据模型、渲染并得到结果。论文简介了3DS MAX的基本内容和工作步骤，3D建模技术的定义和原理。最终获得的模型可用于医学影像学和医疗器械专业的虚拟实验教学，或用于放射科或影像科的实习教学中，也可用于医学工程师的业务培训中，提高实践教学或专业培训效果。

关键词 三维建模建设 3DS MAX CT室 数据模型 VR渲染器

中图分类号：TP391 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.08.018

3DS MAX Model Design of Simply Constructed CT Room

CHEN Hong[1]， XIE Qinlan[2]

（[1] Experimental teaching center， South-Central University for Nationalities， Wuhan， Hubei 430074；

[2] School of Biomedical Engineering， South-Central University for Nationalities， Wuhan， Hubei 430074）

Abstract A method of designing model of CT and simple CT room with 3DS MAX is introduced. Combining with of CT and CT room. The design steps include installing the software and plug-ins， preparing the modeling work， making the 3D data model， rendering and getting results. In the paper some related knowledge such as the basic contents and designing steps of 3DS MAX， the definition and principle of 3D modeling technology， the feature and requirement of the CT and CT room are also introduced. The final results obtained from the design can be used for the virtual teaching of medical imaging and medical device professionals， practice teaching of interns in radiology or radiology departments， and business training of hospital equipment department and medical worker.

Keywords 3D modeling technique； 3DS MAX； CT room； data model； VR renderer

隨着科学技术与市场竞争的不断发展，三维建模技术在各个领域的应用越来越广泛和深入。在数字城市、工程设计、国防军事、科技教育和文化娱乐等领域，3D（Three Dimensional三维）建模技术都起到了关键的作用。随着信息技术的快速发展，以智能手机和三维扫描仪为代表的场景采集设备性能的快速提升，计算机图形学、色彩学、机器学习和立体视觉等学科领域得到了蓬勃发展，这使得数据模型的获取更加便捷，为计算机的快速构建和工作站的实景渲染提供了强有力的支持，极大地推动了三维模型设计软件在相关领域的深入应用。

在众多建模软件中，3DS MAX（3D Studio Max）是一个广泛应用于工业制造、游戏开发、机械设计及影视特效领域的三维设计软件。作为主流的设计软件，它功能强大，能够提供建模、渲染、动画一体的三维解决方案，有着卓越的表现力和强大的功能。

1 3D建模介绍

3D建模就是使用三维制作软件，通过虚拟三维空间构建出三维数据表达的模型。在现实世界里，真正的三维空间有真实的距离和方向，计算机软件中的操作空间只是看起来像真实世界。因此计算机上显示的3D图形，只能让人眼看上去像真的一样，而人眼有一个特性，就是近大远小，因此才能形成立体感。计算机的屏幕是平面二维的，之所以能够欣赏到真实的三维建模图像，是因为计算机屏幕上所显示的色彩灰度的不同，而使人的眼睛产生视觉上的错觉，从而将二维的计算机画面感知化为大脑可接受的三维图像。

一直以来，互联网的形态都是2D模式，但是随着3D建模技术的不断发展和进步，在未来时间里，会有越来越多的互联网应用以3D影像的方式呈现给用户，包括网络游戏、虚拟社区、电子商务、网络视讯、电子阅读、远程教育等。甚至对于旅游业和娱乐业，3D互联网及其附属产业也能够起到大大地推动作用，一些世界名胜、雕塑、古董、明星将以3D的形式来让用户知晓和体验，这种体验的真实与震撼程度要远远超过2D。

虽然3D建模技术已经在工业的各个方面取得了长足的进步，但是实际生产中仍然出现了许多问题亟待解决。在许多并非可视的建模过程中，如虚拟冶金、虚拟电磁环境等，工程师们无法获得具体数据，又缺乏相应数据包而出现工作困难。而在许多超大型建模工作中，如3D城市规划、3D矿山模型等，建模时间过长和成本过高导致的各种问题也让使用者们为难不已。这些都是当前亟待解决的问题。

2 3DS MAX软件介绍

3DS MAX是Discreet公司所开发的基于PC的三维动画渲染制作软件，其前身是基于DOS系统的3D Studio系列软件（现为Autodesk公司所有）。在Windows 系统出现以前，计算机图形学（Computer Graphics，CG）技术被SGI图形工作站垄断。3DS MAX + Windows 的组合的出现，立刻就降低了CG和计算机建模的门槛。它首先被运用在电脑游戏的动画制作中，不久之后开始参与影视片的特效制作，例如星球大战系列，最后的武士等等。

2.1 3DS MAX软件的特点

3DS MAX的界面由几部分组成：标题栏、工具栏、菜单栏、命令面板、视图控制区、绘图区域、动画控制区。该软件有几个突出特点：基于Window系统的低配置要求；非常強大而细腻的角色动画制作能力；安装插件可以提供3DS MAX所没有的功能并增强原本的功能；可堆叠的建模步骤以使制作模型获得非常大的弹性。另外该软件还有几个应用优势：学习和上手容易；使用的工程师多，便于进行数据交流；性价比高；智能化；多元化。该软件应用范围：广告、影视、工业设计、建筑设计、三维动画、多媒体制作、游戏、辅助教学和工程可视化等。

3DS MAX 软件提供了基本造型和高级造型工具。基本造型工具可以制造圆柱、圆管、圆环、（非）切角立方体、（半）球体、椎体和多边形。高级造型工具可以制作出波纹、波浪、山、水、颗粒以及非规则形体。三维形体的模型可以通过非常简单的鼠标和快捷键操作进行缩放、摇摆、扭曲、弯曲、角度变形、雕刻和锥孔。3DS MAX及其渲染插件能提供丰富的材质和质感数据包，能够对整个或部分实体模型进行色裹、反射、颜色、明暗、凹凸和透明度等编辑操作，并通过设定合适的光源、相机、物体和路径来制作简单动画。

2.2 3DS MAX软件的应用

3DS MAX软件在现代机械工业中占有相当重要的地位。在各型网络游戏、城市规划项目、房地产建设规划项目中，3DS MAX优秀的虚拟效果也都已成为工程师的首选。3D虚拟技术能使用户在虚拟场景中自由地走动，并且以360€肮劭锤鞣较蛏先媲蚁肝⒌某【叭畔ⅲ鄹懈又惫郏畔⒏油暾δ芤哺臃岣唬筇岣吡耸褂谜叩亩钥占淅斫庑剩蚨还惴河糜诟鞲鲂幸岛筒棵牛纾航煌ā⑴┝帧⒒繁！⒐磷试础⑺取？

作为时下各种虚拟现实应用技术的基础，3DS MAX建模越来越受到人们的关注。虚拟现实技术（virtual reality，VR）和增强现实技术（Augmented reality，AR）也在航空航天、旅游、游戏、医学等多种行业都得到了快速发展与技术突破。在不远的将来，现实生活中的所有可见信息，都有望能在虚拟系统中完全再现，从而突破时间与空间的限制。

2.3 3DS MAX VRay3.0渲染器

由Chaos group和Asgvis公司出品并由曼恒公司负责推广的V-Ray渲染器是一款质量非常高的渲染软件，也是业界目前最受欢迎，使用人数最多的渲染引擎。Maya、Sketchup、3DS MAX、Rhino等诸多版本都是基于V-Ray内核开发的，这些插件为不同领域、不同功能的各种3D建模软件，提供了高质量和大数量的图片和动画数据包。

V-Ray同样可以提供单独的渲染程序，方便使用者渲染各种图片并显示其效果。该渲染器提供了特殊的材质——VRayMt，它能让场景中获得更加准确的光能分布效果（物理照明），并且获得更快的渲染速度，更方便的反射和折射参数调节功能。VR渲染器用不同的纹理贴图，来控制光线的反射和折射，增加置换贴图与凹凸贴图的效果，强制而直接地进行全局照明和数据计算。

2.4 3DS MAX建模的设计步骤

使用3DS MAX软件构建模型的主要工作步骤为：（1）3D建模前，建立一个空文件，每个.max文件都用这个文件为开始。（2）调试各种参数，划分场景单元。（3）建立地形、远景和单独特写镜头。（4）建立主要物体和次要物体模型。（5）使用VR渲染器进行渲染工作。

3 CT及CT室简介

3.1 CT介绍

CT（Computed Tomography中文名：计算机断层扫描）的工作原理是根据不同人体组织对X线的吸收、透过率的不同，使用X线管向病人发射适合剂量的射线，用灵敏度极高的传感器测量透过人体后的射线情况，获得测量所获取的数据。在将数据输入计算机后，专业的医学软件会对数据进行处理，建立出被检查部位的断面图像或立体图像。显示在屏幕上的图像就能帮助医生发现体内部位的细小病变。它可以利用的射线有：精确准直的X线束、 射线、超声波等，具有扫描时间快，图像清晰准确的特点，能用于许多种疾病的检查。它的缺点是辐射剂量较普通X线机大，成本较高，需谨慎使用。

3.2 CT室介绍

CT室是医院科室的重要组成部分它需要满足以下几个条件：振动小、无严重电磁场、干扰、噪声低、空气净度较高的机房环境；兼顾机器运行安全、维修留有空间、病员进出通畅、医生操作方便和通风换气良好等几个方面的CT机部件位置；抗静电、防火、防尘、耐压和耐磨擦的地面设计和线缆铺设；扫描室和控制室的安全紧急装置；扫描室、控制室、计算机室的温度、湿度应符合规定要求，一般扫描室、控制室室温控制在18€癈-26€癈，相对湿度为65%以下。

这里建立的3DS MAX模型由CT机数据模型，简易CT室（包括三面墙壁，天花板和地板，以及室内灯光和摄影机）的模型构成。

4 简易CT室3DS MAX模型设计

4.1 单元模型设计及渲染

4.1.1 建立CT机和CT室模型

根据CT机的结构原理，完成了CT机的数据模型。完成的一组3D视图如图1所示。模型包括外形、三个视面的模型等，每个模型都可以灵活旋转、移动、缩放。

4.1.2 设计CT室的数据模型

如图2所示的CT室图，是此次设计工作的模板。

打开图2的小图，建立地面和墙壁模型（平面建模），制作模型的框架。在墙壁弧形连接处建立坐标系，进行合适的分段，并编辑穹顶、地面和墙壁模型的材质和颜色。调整后方墙壁背景及CT机模型的位置，进行合适的分段，并与CT室模板图进行对比。进行多边形建模，完成后进行环绕观察，完成内容如图3所示。

4.1.3 模型渲染

开始进行初步渲染，选择墙壁的不同分段所使用的渲染材质和颜色，结果如图4所示。

在墙壁上添加立柱，并选择渲染材质，初步渲染结果如图5所示。

对模型的其他部分（如天花板和地板）进行渲染，按照模板图选择渲染材质，结果如图6所示。

4.2 最终的模型结果

CT室模型结果如图7、8，最终渲染效果图如图9。

5 结论

通过简易CT室的3D MAX 模型设计来介绍3D MAX的模型设计方法。设计的简易CT室3D MAX模型和最终效果可以用作教学素材，以提高课堂教学效果；或者作为实践教学材料，以丰富实践教学内容，改进教学手段。本设计还只是一个初步的设计，下一步将模型引入到Unity 3D等开发软件，来设计相应的虚拟实验教学软件。

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