基于3Dmax的三维模型构建

顾天宇

摘要：本文以实际项目为参考，通过3Dmax软件的合理应用，进行三维模型建模，完成相关场景建设，实现VR月球基地三维动画设计。主要基于场景轮廓模拟与定位器应用实现数据采集;随后展开线面建模和数字化建模，完成模型架构场景建设;通过纹理设计使模型达到预期材质的效果;经过多点设置等技术，完成动态场景设计;最终，通过模型渲染优化整体效果，完成三维模型构建。最终设计效果达到预期目标，充分展示了VR月球基地形态样貌。综上，本文主要针对三维模型构建中的设计要点以及问题处理展开论述，以期为后续同行开展该类项目提供实践参考。

关键词：3Dmax软件 三维动画 建模技术 三维模型构建

1 项目概况

近年来，中国为载人登月不断加大投入，相关的准备工作也在如火如荼地开展中，人们对于了解月球的渴望也越发强烈。在此以构建VR月球基地三维动画为实际案例，开展3Dmax的三维模型分析。

本宣传片的制作通过VR技术真实地来模拟未来人类在月球生存状况，主要从人类的吃、穿、住、行、能源、通信、科学实验等诸多方面来进行表现。在项目的实施中，因为该场景的要求较高，需要从策划、脚本、场景等多方面展开规划，并将重点放在细节构建。

2 基于3Dmax的建模流程

2.1数据采集与导入

根据实际的需求，建立在目前已有的图书、网络等资料的基础上，进行场景规划。在此阶段，确定好整个场景的基本布置之后，就可以根据场景轮廓来设定模拟数据，形成参数化的模型。在模型的创建中，通过定位器设定，精确地标定数据采集的点位，随后通过定位器与传感器在特定点位的设定实现数据的采集，而后将采集的数据传输至采集卡，经处理器计算优化后呈现出现基本轮廓。合理的点位标定设置是模型构建的基础，只有数据精准才能保证建模结果不失真。

在建模软件进行建模操作时，首要的是确立基准面，即基准坐标系，只有确立了基准的三维坐标才能进行定位，进而才能建立数字化建模。在工程实践中，模型的建立包括事物点线面建模和数字化建模两种，两种各有利弊，本项目中进行了两种技术的综合应用。点线面建模较为直观，操作者可直接进行点的定位，随后在构建出线与面的基础上进行拉伸、旋转、扫描等建立结构体，缺点是模型构建不够精确，难以保证特征点位置的精准度。数字化建模则主要根据空间的特征点坐标来建立模型的，特征点建模具有良好的定位性，点坐标的精确度也能保证物体的细节呈现。通过点线布局确立在数据的导入中是由点到线，再由线到面来构建的，进而在基础的二维线框设计上，得到后续的单体模型架构。以下图1是飞船内部线框架构示意图。

2.2模型建立

模型架构场景上主要包括有：宇宙飞船内部、温室蔬菜基地、充气住舱等场景，还要设计出人类在月球生活中的单体模型。该单体模型将人和环境实现合理规划的同时，还要表现出人在该环境中运动的路径。由于单体模型大多是异形模型，异形模型是通过多曲面与复杂曲线来构建的，所以在线条构造上不可以使用软件中的Rectangle，Line和andExtrude功能来进行框架构造，在复杂线段构造上也不可以通过样点曲线来实现，在该项目中，采用的是软件中的UnwrapUVW功能，来实现poly搭建的素模uv化的处理。通过输入点数据来建立矢量模型，矢量模型建立的好处在于不会受模型放大而出现失真。在完成结构框架的基础上，需要对结构进行渲染，这里主要采用ps贴图的方式来进行，为节约时间，选择在模型正面贴图完成后，再进行反向贴图处理，这样有利于模型细节表现，对于不必要的场景降低了模型制作的复杂度，而加快场景渲染的建设速度，提高效率。

2.3纹理设计

纹理设计是在定好色调的基础上而展开的，在3Dmax的应用中，纹理的设计是根据场景的需求而展开的，各个场景的纹理设计要考虑场景的材质，在对于各場景纹理设计展示上，主要是调用软件材料库中的多元来表现的。

在条纹设计上，月球上的岩石是代表性的表现物。在场景中，需要对场景进行条纹设计的内容有：月壤;斜长岩，该种岩石富含钾、稀土和磷等;月海玄武岩。月壤是月球的土壤，也是月球场景渲染的基础，材质为一定厚度的土状混合物，且月壤的铺排分布厚度不均匀。月壤的材质中，除了土之外，还包括微小的岩石颗粒，颗粒是由二氧化硅和一些含有色金属的化合物构成，所以在材质渲染上应该结合颗粒的质感来进行。处理考虑材质，还应该结合月球的环境状态，主要是太阳风的影响。为了更加逼真的展示场景特征，参阅资料可知月球土壤会长期处在风化状态，所以土质就需要细致渲染。岩石呈现斜长状并表现出较坚硬的质地，但玄武岩因本身特性，则要表现出气孔多，不光滑的特征。

针对月球岩石的纹理设计进行具体操作分析：首先调出3D max中的材质球，参考文献资料进行斜长岩和月海玄武岩颜色基色的调和。该项目利用falloff和黑白图控制的方式确定玄武岩上孔洞位置和数量分布，随后再经过bump和材质面板中的diaplacement处理，增加岩石表面的凹凸感细节表现。随后，针对月壤质感问题进行处理，采取符合月壤的贴图来进行铺排，在贴图要与模型结合中提前加上vraydisplace修改器，而后在修改器里面贴入前面月壤贴图的黑白图，经过上述处置，在参数和贴图的调整混合后，就可以得到预期的月球材质。

2.4动画设计

模型的建立不仅仅是静止状态的，动态场景也是整个系统架构中的核心内容。在此动画设计的核心就是要在原有的场景里面的物体的动作绑定动画。为完全按照实际来模拟月球车等交通工具的运动动作，动作建模过程中需要根据实际的运动状态进行轨迹设计。在整个动画的设计中，因为模型是装配体，所以在运动设定上要表现出装配体的联动性，这种联动性设置需要多点设置;此外，在月球矿区有很多挖掘机的运动动作设计也需要依赖多点设置技术。故而，在月球车和运输车等交通工具设计时，通过madcar来模拟车在地面上行驶的效果，在该插件中通过多点设置来表现运动状态，月球车的形状为六边形的地盘结构，所以在路径规划上更需要细节处理。根据月球的场景特点，多为山地地势，在该项目中采用madcar插件制作交通工具运动动画。交通工具是整个月球VR设计的核心，以下图4就是以某交通工具内部观测的运输工具工作场景图示。

此处以月球车为例展开撰写。月球车的移动需要符合在月球实际状况下进行，在本项目的操作上是在月球车的各运动自由度上绑定bone，对于月球车各关键的运动性组件调用了madcar的ObjectType里面的系列化插件实现动作，在动画制作方面除了动作的处理之外，还包括方向，运动轨迹状态等诸多内容。在各项自由度都进行定义之后，就可以通过电击drvie按键来进行运动表现了，为表现运行动画的精准性，可以通过按键盘A（left）表示左转，D（right）表示右转，W（throttle）表示熄火，PUP（fwd/bwd）表示前进等按键来及时地对车辆的运行状态进行方位调控，在速度与方位不断变化下，通过动画测试可演示动画最后呈现出的运行效果。

3 模型优化

模型优化包含的具体方向相对较多，目的是使整个模型更为逼真。在模型的优化过程中，需要对原有模型进行更多元的细节调整，主要涉及倒圆角，细节修改等等，模型修改的重要特点之一就是要对整个架构模型中不可见面的处理与修正，避免整个模型在表现上出现漏洞。

模型优化中还应该调整好Scale值，调整好Scale值是为观众提供最佳视角的基础，在此状况下进行合理优化是整个模型架构建设完成的重要基础。在Scale优化的过程中也可结合模型的不可见面进行巧妙地优化，通过角度的选择可规避不可见面设置的不充分，这样可在很大程度上减少模型不可见面优化，所以设定好Scale值必要是可根据色彩定位来标定设置。

而在模型的渲染阶段，需结合多层次色彩应用，不同色差的结合模型细节依据装配关系来确定，突显场景特征，使场景模拟更为真实。

4 问题处理

4.1坐标问题

导入基础点坐标时，需要将常规三维空间坐标进行归零处理，这样在后续的增加坐标点过程中可方便点的计算与作图，同时在模型架构上，会有大量坐标点位，若相关点发生错位，在整体连接空间模型上，坐标模型均会发生错位，不同模型的约束状况不同，使得后期渲染和装配也会较大差别。故而，提前规划好相应的基础坐标，使得后续在各分段模型定位上，可有序的将各点关键点有效地导入到3Dmax，提前处理好该模型的真实坐标标记，方便后期在模型修改时，可以将坐标更改回基本坐标值。

4.2闪面问题

闪面问题也是模型构建中的常见问题，闪面的出现将对整个画面的品质造成很大影响。该问题的根源在于不同的面会相处在同一个位置，故而使整个结构呈现出两个相同的面片重合的情景。通过删除消除双面重合的问题，进而来阻止闪面出现。

4.3贴图问题

贴图问题的核心是在于所贴图形的纹理表现。纹理通常是通过手工处理的方式来实现的，即通过Photoshop处理相关图形，而后将其统筹调配到对应的场景，但是未必就能与所建的模型完全符合，会出现纹理拉伸的情况。一般根据3Dmax中的UVW来移动贴图的位置及所展开的數量，直到与实际的模型一样为止。

5 建模效果

通过基于3Dmax进行三维模型构建，有效地实现了对宣传片中所用到的场景加以表现，达到了预期的效果，形象生动得表现出了以VR月球基地三维动画为例的实况场景，建模效果逼真且具科幻感，有效地吸引力参观者的驻足观看与鉴赏。在此建模过程中，根据现实图景景象，清晰明了的表现出月球探测的神秘性与可视性，达到了寓教于乐的科学教育目的。建模效果的完美呈现，也为后续人们深入的探测分析月球，提供了形象的想象基础。

6 结论

随着社会经济与航天工程的不断推进，人们对于探月的渴望也在不断提升，建模仿真成为了解日常难以接触的事物的有效手段之一。在此通过3Dmax软件的有效应用，通过技术建模、模型优化、问题处理三个阶段实现月球基地探索三维动画设计，最终呈现出了良好效果。期望本文的撰写，可以为类似项目提供参考。

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