三维建模技术引入数字化测图课程实践研究

金剑 周显平 王政通

【摘要】本文指明了将三维建模内容纳入数字化测图课程体系是适应测绘技术发展的必然趋势，深入探讨了三维建模与数字化测图课程体系的结合关系与模式，详细阐述了新增三维建模模块的知识框架与知识体系，并由此建立了能够适应目前人才市场需求的数字化测图课程教学体系和内容。

【关键词】三维建模 数字化测图课程 教学改革

【Abstract】The paper points out that it is an inevitable trend to integrate 3D modeling content into the digital mapping course system to adapt to the development of Surveying and mapping technology. With the in-depth study of the relationship with the mode of 3D modeling and digital mapping course system，the paper elaborated the knowledge framework and system of new 3D modeling module， thus this established teaching system and content can adapt to the current market demand of digital surveying and drawing course.

【Keywords】 3D modeling； Digital Mapping Course； Teaching Reform

【中图分类号】TP39 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）31-0230-02

随着测绘科学技术的飞速发展，数字化测图的工作模式也发生了日新月异的变化，全站仪、GPS-RTK技术等测量仪器以其高自动化、全数字、高精度等优势在测图领域得到了广泛应用，但该作业模式提供的数字地形图等二维专题图件对地物表达较为抽象，认知效率较低，三维空间表达能力不强。随着“智慧城市”工作在全国范围内的推进发展，三维地图正以其丰富的空间属性、卓越的垂向表达能力和良好的实用性越来越多的代替了二维专题地图。为了迎合技术发展，满足行业要求，数字化测图课程改革迫在眉睫，课程改革旨在将三维建模内容纳入数字化测图课程体系，使得测绘工程专业同学具备良好的三维建模能力，能够适应新环境新趋势下的数字化测图成果要求。

1.三维建模与数字化测图课程体系的结合关系

考虑到三维建模相关内容与数字化测图课程的关系，本次教学实践采用后续增设学习单元方式将新增知识模块引入课程体系。这样的教学安排是由于三维建模是在二维数字线划地图基础上完成的，这样的结合方式使得数字化测图课程体系更加完善，能够形成完整的教学体系。另外，在前期讲授图层、图形编辑等知识点时，可适当引入在图形基础上构建的几何建模等基本知识，这样能够保证在不打乱原有课程体系的情况下，逐步渗透三维建模的基本内容，并为后续增设的三维知识模块夯实基础，使得新增模块并不显得突兀，学生也更容易接受。

2.三维建模模块知识体系

2.1三维建模资料收集

为了更好地实现对真实场景的三维模拟再现，需要收集大量涉及空间整体布局、建筑物实体外部特征纹理及相应的资料。

2.2三维建模资料处理

2.2.1建筑纹理的处理

建筑物纹理是利用专业相机在建筑物侧面获取的，所获得的建筑纹理普遍存在着一定程度的变形、色彩饱和度低等问题。想要得到一张规则的建筑物侧方纹理图，就需要从形状、色彩饱和度、亮度对比度等多方面进行调整。经过处理的建筑纹理图形比例均匀、色度、色相饱满、建筑纹理更加明亮，能够使三維仿真场景更加规范、更加逼真。

2.2.2数字线划地图的处理

数字线划地图存在着图形数据冗余、缺失，线状要素碎化，要素描述错误，拓扑关系错误等大量问题，为保证后期三维建模工作的顺利进行，需要对校园数字线划地图进行点、线、面要素的简化处理。经过处理后的数字线划地图存在的空间关系不准确的问题得到了根本性的解决，点、线、面要素空间关系清晰明了，为三维模型的建立打下了良好的基础。

2.3 建筑物建模

建筑物建模是用实景作为基础来实现的，通过前期的数据资料收集，系统参数的设置，再利用简易几何体构造出建筑物的基本结构，进而对其内部结构的处理，消去一些隐蔽的线与面，调整其内部几何位置等，从而完成建筑物几何形态的建模工作。

2.3.1建筑物几何建模

用趋近于实体的三维模型去构建虚拟场景是几何建模的核心部分。建模通常采用简单模型配合材质贴图的方法，即利用一些简单的几何体去构建一些复杂的几何体，或者把简单的几何体与几何体之间相互组合构成复合几何体，从而完成建模任务。若要创建复杂模型，可以先把简单几何体转换成可编辑的多边形，然后对多边形的各个子对象进行加工处理，最终实现几何建模的任务。

为了使构建模型的本身属性和特点得到良好的表达，就需要从明度、暗度参数、Blin基本参数、拓展参数、超级采样以及贴图等方面进行合理的参数设置。然而在实际建模过程中，由于给物体设置的参数不是一个确定数值，所以需要采用分步微调的方法以达到与实际的物体结构特点相符的效果。然后再给选定的模型的每个面一一贴上纹理，并采用到UVW坐标合理调整贴图的方式、位置以及坐标。

2.3.2灯光设置

在虚拟三维模型创建过程中，灯光的设置与三维模型的仿真程度有密不可分的关系。在三维建模软件中常用的灯光有天光、泛灯光、目标平行光以及目标聚光灯，这些灯光经常作为虚拟模型场景的室外光源。为了使三维模型得到真实的效果，建模通常选用以天光为主，结合目标聚光灯及目标平行光加以辅助的综合室外光源：即将创建的天光光源设置到建筑物模型的正上方，作为该场景的背景光，使其散射光在建筑物的每个位置都能够得到很好的光效；然后选用目标聚光灯模拟太阳光，并置于该场景的斜上方，使得建筑物主体显示出极好的光照效果及方向性；最后选用目标平行光来模拟现实生活中光的折射散射等传播作用，用它来补充场景不同侧面的亮度，从而模拟出现实状态下建筑物的光照状态。

2.3.3渲染烘焙

为了让建立的场景拥有真实感、确切感，常常将设置好的灯光效果、调整后的纹理采用贴图的方式融入到场景中。在动用调整后的纹理时，注意检查模型的当前状态，确认烘托的物体是否符合标准，避免出现纹理覆盖、多余面、破面或过多重复面等问题。然后对烘托渲染方式进行设置，最后从不同方面方向对建立的三维模型进行快速渲染。如果渲染效果不满意，就需要重新设置灯光效果，直至达到理想效果。

3.数字化测图课程教学体系改革后反思

为了适应三维地图导航、智慧城市等测绘技术新趋势的要求，数字化测图课程体系增加了三维建模模块，旨在测绘工程专业同学具备良好的三维建模能力，能够适应新环境新趋势下的数字化测图成果要求。虽然课程体系有了一定改变，但教学内容还应以二维数字线划地图内容为主，切实保证同学们夯实基础，三维建模内容为提升部分，该部分要注意保持整体课程体系的连贯性。在上机培养模式上，要以二维数字线划地图制图能力训练与三维建模能力训练并重，让同学们切实掌握二维制图能力及三维建模能力。随着前沿技术的推进与革新，还应对三维建模的教学内容及上机培养模式进行持续改进。

参考文献：

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作者简介：

金剑（1987年-），男，内蒙古包头人，硕士，内蒙古科技大学矿业与煤炭学院教师，主要从事环境与资源遥感方面的研究。