基于3ds Max的城市三维建模技术

赵子龙

【摘 要】本文以实际的三维建模数据生产工作来说明3ds Max软件建立城市三维模型的流程.主要对外业数据采集要求,数据的导入、格式转换、场景组织及漫游实现等所遇到的具体技术要点进行阐述.最后,对3ds Max软件与其他建模软件进行了分析比较.实践证明,基于3ds Max的城市三维建模技术为基础模型的建立提供了有效的手段,是一种可行的解决方案.%This paper cited the actual digital city construction projects in illustration of a 3ds Max-based workflow of the building of 3D city model. Mainly on the specific technical points Field data collection, Data Import, Format conversion, Scenes, Roam etc. are encountered will be explained and finally makes further analysis of the merits and drawbacks of 3ds Max tool used for 3D modeling in a digital city by comparison with other softwares.

【期刊名称】《价值工程》

【年(卷),期】2013(032)004

【总页数】2页(P184-185)

【关键词】3ds Max;Skyline;城市三维模型;数字城市

【作 者】赵子龙

【作者单位】昆明理工大学国土资源工程学院,昆明650000

【正文语种】中 文

【中图分类】TP31

0 引言

3ds Max是近年来出现在计算机平台上的优秀的三维动画软件。它拥有完善的建模、材质制作、动画制作、渲染等功能，因此在影视特效、栏目包装、影视广告、动画片以及工业设计等领域中一直有非常重要的地位，并且可以与常用的后期软件结合，使整个制作流程更为流畅。近年来，随着数字城市的兴起，利用3ds Max软件的建模功能进行城市三维建模也成为了一种趋势。

目前，三维城市建模已成为数字城市研究的热点。常用的建模方法主要有：基于图像的建模与绘制，从遥感影像重建的三维城市模型；基于点云的建模，利用激光扫描数据与影像数据的融合；基于线划图的建模，通过CAD与GIS的集成来建立三维模型。

本文以昆明市某区域三维建模项目为基础，介绍了利用3ds Max建立城市三维模型的流程及遇到的相关问题。

1 模型的分类及细节层次

城市三维模型一般分为地形模型、建筑模型、交通设施模型、管线模型、植被模型以及其他模型等，各类模型按照表现细节的不同可以分为LOD1、LOD2、LOD3、LOD4四个细节层次，并应符合表1的规定。在同一地区可根据重要性建立不同细节层次的模型[1]。本文中提到的主要是基础建筑模型。

表1 模型分类与细节层次[1]

2 三维建模原始数据的获取

利用3ds Max建模采用依图而建的思想，主要涉及的数据有：原始的地形图及竣工图；数字正射影像（DOM）；实地照片等。

外业数据采集内容包括：三维模型纹理、三维模型空间结构及空间关系、三维模型尺寸及属性信息。

总体原则：保证制作人员能够获取建（构）筑物纹理及其建筑之间相互间关系的信息，这些信息包括建筑结构、对象之间的空间关系、建筑色彩、建筑立面、建筑部件（门、窗等）等。

对建（构）筑物属性信息的采集，按照《城市三维建模技术规范》要求，主要包括：建筑编号、建筑名称、权属单位、地上建筑层数、地下建筑层数、建筑结构、建筑高度、现状使用情况、建筑性质、建筑面积、建筑基地面积、停车位、门牌号码、建成时间、备注[1]。

3 3ds Max建模

3.1 数据的导入 以处理好的1：500地形图中建筑物的基底轮廓为参考，导入到3ds Max软件中。然后再以某一明显的特征点为基准，把底图平移到3ds Max界面的中心(归零)，并冻结底图，防止在模型制作过程中移动底图。

3.2 建立模型 利用3ds Max的建模功能进行模型的创建。在不损坏模型正确性的原则下，最大程度的精简模型的面数，所有不可见的面都必须删除，以提高交互场景的运行速度。严格禁止模型出现两面重叠和浪费数据量的情况。

三维模型的纹理应该符合以下要求：①应真实的反映建模物体的颜色、质地和图案等，同一区域同种类物体纹理应协调一致。②应与几何模型细节层次相匹配，纹理应清晰可见。③纹理尺寸应为2的n次幂，贴图最大尺寸不要超过1024x1024最小尺寸不要小于16x16，不要出现16x512、32x512、64x512等类似贴图。④以共享的模式建立纹理库，节约存储空间。

模型的命名由建模单元编码、模型类型、模型细节层次和模型顺序号四部分组成。

建模流程图见图1。

3.3 数据导出 在数据导出之前进行质量检查。主要包括：通过人工方式对模型的现势性进行检查，是否与实际情况保持一致；通过插件对模型纹理、命名的正确性、规范性进行检查；其它检查。检查符合相应等级要求后，导出为*.max格式文件。

3.4 与其他建模软件的比较 常用的三维建模软件，国外的如3ds Max，Maya，Sketch Up等；三维模型场景展示软件，如 ArcGlobe、Sky－Line、GeoGlobe 等；国内软件主要包括北京灵图软件技术有限公司的VRMap，适普软件有限公司的IMAGIS等[2]。

Google SketchUp三维建模软件，简单易学能够制作出精细美观的三维建筑模型，从而实现效果逼真的三维景观[3]。但是没有坐标系统。Maya多用于栏目包装，影视制作，目前更多的应用于电影特效方面。3ds Max的工作方向主要是面向建筑动画，建筑漫游及室内设计。因而在建筑模型的制作上功能比较强大。几种软件的性能比较分析如表2所示。

图1 三维建模流程图

表2 3ds Max与其他三维建模软件的性能比较分析[4]

3.5 遇到的问题

①坐标问题：在导入到Max中时，一般以某一明显的特征点为基准，把底图平移到3ds Max界面的中心（归零）。由于相对位置是正确的，记住特征点的真实坐标，通过坐标扭转到正确位置。

②闪面及贴图问题。闪面主要是由于两个面重叠在一起导致的，在不影响整体效果的前提下，直接删除即可。

由于贴图尺寸大小不一，不能和模型面完全吻合，容易出现拉伸现象。在处理贴图时，一般根据Max中的UVW Mapping来调节贴图的大小及数量，使之达到与真实效果的一致。

4 Skyline中的场景展示

3ds Max建模软件在场景展示及漫游方面制作比较繁琐。一般做法是利用3ds Max自带的渲染及动画功能进行漫游场景的制作，缺少空间坐标信息。通常我们利用Skyline软件进行三维场景的展示。

Skyline Globe主要包含三类产品，其中TerraBuilder通过叠加航片、卫星影像、数字高程模型以及各种矢量地理数据，迅速方便地创建海量3D地形数据集。TerraExplorer Family具有强大的客户端三维场景浏览工具；能够编辑、添加二维和三维对象；从本地和远程数据库叠加各种GIS数据层；能够进行多种专业GIS分析以及海量3D模型无缝整合,自由漫游、客户功能定制开发工具等。TerraGate是一种强大的网络数据服务器技术，能够实时传输三维地理地形数据集，通过流方式，地形传输服务器能够同时向数以千计的客户传送三维地形数据集。在Skyline中，三维场景的展示思路如下：

①初始化模型坐标。该步骤把单体模型的坐标设为零，Skyline 5.1.2以上的版本支持批量模型坐标归零,也可在3ds Max软件中使用平移方式来实现。

②转换模型格式。把3ds格式的模型转换成Skyline支持的*.X格式。可以通过以下两种方式实现：1）使用DeepExploration软件，用批量转换工具将3ds格式的模型转

换成*.X格式；2）在3dsMax中通过PandaDXExport插件导出*.X文件，并进行相关属性设置[4]。

③模型中心点提取。使用ArcGIS中的Add XY Data工具，生成SHP点文件，每个点文件中点格式限制在1000个以内，若模型数量较多则生成多个点文件。设置属性表上的路径为模型的绝对路径。

④地形模拟。在TerraBuilder中，地形采用正射影像进行模拟，采用金字塔的方式组织。

⑤场景组合。利用步骤②～步骤④的准备工作进行场景组合。基本思路是以正射影像模拟地形，以模型中心点来定位，然后进行相关设置实现场景的组合。

图2 三维场景展示

5 结束语

实践证明，基于3ds Max与Skyline的城市三维建模技术为基础模型的建立提供了有效的手段，是一种可行的解决方案。在实际的三维城市建设中，应该根据项目的实际情况，建设单位的数据资源、技术力量及经济实力来决定采用何种建模方式及技术路线。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.城市三维建模技术规范.中国建筑工业出版社，

2010.

[2]封雷，万庆，贾庆雷，等.基于WEBGIS的旅游信息服务平台设计与开发.地球信息科学[J].2007；9(5)32-35.

[3]邓洁，夏春林，王润芳.基于Skyline Terrasuite的城市三维景观的建立.遥感技术与应用[J].2008；23(5)：530-532.

[4]许捍卫，房晓亮，任家勇，范小虎.基于SketchUp的城市三维建模技术.测绘科学[J].2011；6(1)：213-214.