3Dmax建模在虚拟校园建设中的应用

　　摘要：虚拟校园的建设是未来校园数字信息化的一个重要发展方向。其中，三维模型的构建是虚拟校园建设中重要的组成部分，该文以学校历史博物馆为建模原型研究了3Dmax软件在模型构建、贴图以及渲染等方面的应用，3Dmax多视角观察、快捷键的快速使用以及众多功能的集成均可以使得建模过程更加流畅，同时V-Ray渲染器插件的安装也使得贴图更加便捷，最终得到制作完善的虚拟模型。

　　关键词：3Dmax; 三维建模； 模型贴图；

　　三维数字校园系统是指数字信息化的三维校园，包括校园信息的获取，校内环境的三维展示等[1],该系统通过虚拟模型能够全方位地展示校园的实际地理环境，真实再现校园情境，因此三维模型的创建至关重要。目前三维建模软件数量众多，常用的如3Dmax、Maya、Google Sketchup、Blender、Solidworks、CA-TIA等。本文选用了操作较为便捷的3Dmax软件，完成了学校历史博物馆虚拟模型的创建、模型贴图以及渲染部分。主要应用了标准基本体、样线条、复合对象、修改器等操作简单且强大的功能，同时，更加注意模型细节的处理，最终得到了制作完善的三维模型。

　　1 操作软件简介

　　3Dmax全名为3D Studio Max,是一款基于PC系统的三维动画渲染和制作软件，广泛应用于广告、工业设计、建筑设计、游戏、以及辅助教学等领域。3Dmax功能强大且操作简单上手难度很低，很适合初学者进行使用。同时，它具有强大的动画制作能力以及可堆叠的建模步骤，在国内外都拥有大量的使用者，3Dmax也成为人们进行三维模型创建的首要选择。本文采用的软件是3ds Max 2014.

　　2 建模方法以及准备工作

　　本文中的模型创建使用了两种建模方法，一种是直接在3DMax利用它自身所带的创建标准几何体、样线条、复合对象等功能建模；另一种是到相关网站下载需要的模型，将所下载的模型从外部导入，重新加以修改利用即可。需要注意的是在3DMax中构建模型所设置尺寸的大小是否与实际物体呈比例。利用布尔、挤出、贝塞尔曲线、样线条取样、多边形编辑等基础功能，进行物体模型的搭建。为保证物体模型的真实感，需挑选合适的材质与贴图，灯光的设置也至关重要。到相关网站下载需要的模型可能与整体场景不协调，需要稍加调整，以消除与自己搭建的场景模型的违和感。

　　3 三维模型的设计与制作

　　3.1 整体轮廓建模

　　首次打开3Dmax需要将单位设置为毫米，在对博物馆整体布局做好规划的前提下，开始进行建模。首先构建博物馆整体外围结构，估算出各展厅边长。设置博物馆外墙厚度为225mm,内墙厚度为125mm,高度为5400mm,方形墙面直接在标准基本体中使用长方体构建，而圆形展示厅利用管状体修改成。首先建立内半径为4600mm,外半径为4800,高为5000mm的管状体，将边数设置为100,增加其圆滑度。然后在修改器参数列表中勾选启用切片，使切片起始位置为36,结束位置为-226.5.

　　博物馆整体轮廓较为简单，由于在建模过程中模型搭建的精确程度会影响到后期贴图和制作交互的效果，所以既要避免模型过于简单无法完整展示细节，又要防止过于烦琐，影响后期贴图、交互过程，因此，本系统尽量在不影响细节效果的基础上釆用数量较少的面来模拟博物馆三维模型[2].博物馆整体外围轮廓如图1所示：

　　图1 博物馆外围轮廓模型   

　　3.2 内部装饰建模

　　以石拱门建模过程为例，首先通过图形-样线条在前视图中制作一个宽4000mm的矩形，然后打开捕捉工具，捕捉矩形的宽，画出一条长度为4000mm的线，然后制作一个650mm*850mm的矩形，使用复合图形工具点击线条，分别在路径的百分之零、百分之一百、百分之四十处，进行放样操作-获取图形-选择650*850mm矩形，形成高为4000mm,长宽分别为650mm、850mm的长方体。最后在修改器处，对照新建的长方体，插入脚点，通过移动、缩放控制点的操作，调整柱体的形状，完成石柱门的制作，石拱门模型如图2所示。其余的模型如展示柜（图3）、灯具、墙壁挂画等，可以通过复合对象面板的取样、布尔、超级布尔，编辑器中挤出、FFP4*4*4以及转化为可编辑多边形进行操作完成。将博物馆模型全部构建完成之后，为保证节省内存，需要对这些模型进行优化处理：使用塌陷功能对多模型重复的地方进行处理，焊接模型中一些需要合并的点或线，删除相邻两个平面的公共边，尽量使得每个面都形成凸多边形。另外，对已完成的三维模型的位置、大小、角度进行调整并优化，确保模型的构建简单、美观且无错误。

　　图2 石拱门模型 

　　图3 展示柜模型   

　　4 模型贴图

　　在校史馆三维模型构建完成后，为保证模拟三维建筑物的真实效果，需要对校史馆内外模型进行贴图、赋予材质操作，使用3Dmax给模型赋予材质与贴图的过程中，共采用了三种不同的方式分别为：

　　4.1 利用基本材质

　　在3Dmax中，通过对三种Blinn基本参数的调整可以构成基本材质，从而创建建模对象表面。这三种参数分别为：Ambient Color（环境光颜色），Diffuse Color（漫反射颜色），Specular Color（高光反射颜色）[3],通过对这三种参数的调整能够生成有效的渲染效果，同时基本材质也可以通过调整自发光颜色参数以及不透明度来模拟发光对象、形成透明或半透明对象等。本次博物馆三维模型中的墙面、柱子、天花板等的材质制作均采用了这种方法。

　　4.2 利用位图

　　位图是一种二维贴图形式，通过将构建模型本体利用数码相机拍摄，或者收集其原本的材质结构，进行贴图，能够增加与实体的吻合程度[4].贴图过程比较简单：在安装好与所使用的3Dmax相适配的V-ray渲染器的基础上，只需要将下载好的图片拖拽至材质球上，再将该贴图从材质球上直接拖到相应位置即可。本次博物馆三维模型中展示墙中人物图片贴图、地板等都使用了这种方法来完成。图4展示了部分博物馆中墙面的贴图。

　　4.3 复合材质

　　复合材质就是将基本材质、程序贴图以及位图等方法综合运用来制作比较复杂的材质[3],本次博物馆三维模型中玻璃材质制作就是用这种方法完成的。在未找到合适玻璃材质的基础上，先下载了磨砂玻璃的材质，拖拽入材质球后，调整不透明度为40%,效果如图5所示：

　　图5 玻璃材质   

　　5 结束语

　　在三维模型构建过程中，虽然能够在形体尺寸上进行还原，但是不论是建模还是贴图、材质的选择，均偏向技术性，模型真实感欠缺，真实还原场景方面的技术还需要不断的加工。不可否认的是，在技术有望得到解决的基础上，未来3Dmax在建模方面所具有的优势会更广泛地发挥出来，本文通过3Dmax对校园历史博物馆展开模型创建，所制作的三维模型场景非常细腻，另外将虚拟现实技术应用在校园文化建设中，也是学校迈向数字化管理的重要一步。

　　参考文献

　　[1]伊力哈木江·巴图尔，崔龙，张红忠，等。基于Unity3D的三维数字校园漫游系统[J].现代计算机：专业版，2012（36）：90-94.

　　[2]马振，董改香。关于3DMAX的虚拟校园漫游设计的研究[J].教育现代，2017,4（6）：190-192.

　　[3]李芙蓉。基于GIS的三维虚拟校园的设计与实现[D].西安：长安大学，2014.

　　[4]陈立，王文开，胡嫣，等。基于3DS MAX的三维虚拟校园动画漫游的实现[J].中国教育信息化，2010（5）：81-84.