3DMAX城市3维模型制作

3ds max 是一个功能强大的，面向对象的三维建模、动画和渲染程序。对于本次培训，我们的主要任务是：在城市建筑平面测量图的基础上，运用3ds max 建立3维城市建筑模型。分成3个步骤：一、平面建筑模型处理；二、根据建筑高度建立3维建筑模型；三、对3维建筑模型贴图，使模型显得真实。

将重点放在三维建模上，利用3ds max 强大的建模功能，为GIS 建立需要的模型。

1. 平面建筑模型处理

由平面模型通过高度拉伸建立立体模型，要求平面模型是一个封闭的、无毛刺的多边形模型。通过实际测绘得到的平面模型由于精度的影响可能出现“未封闭”、“ 有毛刺”两种缺陷（如图1.1所示），对于连体建筑图形，需要取出整个建筑的外轮廓多边形。

这两种缺陷的存在会影响到后续的3维模型建立，必须在建立3维模型前加以消除。

实际建筑平面图一般由测绘单位通过实地测量得到。以全站仪、GPS 和Cass 软件为代表的数字测绘技术是目前实际测绘工作中使用的主流技术，得到的建筑平面图一般是AutoCAD 图形文件格式(即dwg 格式)。运用AutoCAD 软件可以方便地打开常用的建筑平面图，同时运用AutoCAD 可以方便地消除平面建筑图中的缺陷。

涉及到的AutoCAD 工具是“延伸”和“修剪”。

1. 延伸（Extend ）命令功能

Extend 命令用于将对象的一个端点或两个端点延伸到另一个对象上。可延伸的对象包括：直线、圆弧、椭圆弧、开放的二维和三维多段线和射线，可作为延伸边界的对象包括直线、圆弧、椭圆弧、圆、椭圆、二维和三维多段线、射线、参照线、面域、样条曲线、字符串或浮动视口。

2. 延伸调用方法

AutoCAD 提供了三种等价的调用方法：

（1）在命令行输入Extend 命令（如图1.2所示）。

（2）在菜单栏选择：修改→延伸（如图1.3所示）。

（3）在“修改”工具栏中（如图1.4所示）选择“延伸”命令图标。

未封闭 图 1.1 两种可能存在的缺有毛刺

取轮廓

输入命令 图1.2 在命令行输入“extend ”命令

图1.4 从“修改”工具栏中调用“延伸”命令

图1.3 在菜单栏选择 “延伸”命令

3、延伸操作方法

在执行“延伸”命令时，首先用鼠标选择基准边，按E n t e r 键结束选择，被选择的基准边以虚线形式显示；然后用鼠标，选择一个或多个要延伸至基准边界的对象后按E n t e r 键结束命令。

这里要注意的是作为平面建筑的多边形，根据测绘人员的输入差异，其组成有两种情况，一是一个多边形由一根折线组成，而是一个多边形由多根直线段组成。在这两种情况下，延伸操作方法完全一致，只是在以虚线显示基准边时有所差异，如图1.5、1.6所示。

修剪（Trim ）功能可以将平面建筑图形中多余的毛刺去掉。修剪的调用方法与延伸类似，也有3种。修剪的输入命令是：Trim ；修剪的菜单项位于延伸的上一项（如图1.3所示）；修剪在“修改”工具栏中的位置正好位于延伸的前一位（如图1.4所示）。修剪的操作方法也与延伸类似。

取轮廓实际上就是把非轮廓线剪掉，因此可以用修剪功能完成。图1.7显示了取轮廓的基本操作过程。

在对一幅完整平面建筑图的操作过程中，“平移”和“缩放”也是两个常用的功能，它对我们显示整体和局部细节很有帮助。“平移”和“缩放”功能可以从“标准”工具栏中通过对应的命令图标调用（如图1.8所示）。

a) 原始图 b) 选基准边

图1.5 折线基准边显示情况

图1.6 直线段基准边显示情况

2. 建立3维模型

在得到建筑模型的二维平面图后，就要建立3维模型了。用于3维模型建立的软件很多，这里介绍如何使用3ds max 建立3维模型。

2.1 3ds max 的用户界面

当启动3ds max 后，显示的主界面见图2.1。

图2.1 3ds max 主界面

3ds max 用户界面的最大区域被分割成四个相等的矩形区域，称之为视口（Viewports ）或者视图（Views ）。视口是主要工作区域，每个视口的左上角都有一个标签，启动3ds max 后默认的四个视口的标签是Top （顶视口）、Front （前视口）、Left （左视口）和Perspective （透视视口）。

Top 视口、Front 视口和Left 视口显示的场景没有透视效果，对2维平面建筑模型的操作在Top 视口中进行。 实时平移 实时缩放 图1.8 从“标准”工具栏中调用“平移”和“缩放”命令

2.2 视口大小、布局和显示方式

在默认的状态下，四个视口的大小是相等的。我们可以改变某个视口的大小，但是，无论如何缩放，所有视口使用的总空间保持不变。可以通过移动视口的垂直或水平分割线来改变视口的大小。

尽管改变视口的大小是一个非常有用的功能，但是它不能改变视口的布局。假设希望屏幕右侧有三个垂直排列的视口，剩余的区域被第4个大视口占据。仅仅通过移动视口分割线是不行的，但是可以通过改变视口的布局来得到这种结果。

下面我们就来改变视口的布局：在菜单栏中选取Customize / Viewport Configuration，出现Viewport Configuration对话框。在Viewport Configuration对话框中选择Layout标签，见图2.2。

图2.2 Viewport Configuration对话框

2.3 命令面板

命令面板中包含创建和编辑对象的所有命令，命令面板包含Create、Modify、Hierarchy、Motion、Display和Utilities 6个面板。

Create Modify Hierarchy Motion Display Utilities

图2.2 命令面板

当使用命令面板选择一个命令后，就显示该命令的选项。例如当单击Sphere创建球的时候，Radius、Segments和Hemisphere等参数显示在命令面板上。

有些命令有很多参数和选项。所有这些选项将显示在卷展栏上。卷展栏是一个有标题的特定参数组。在卷展栏标题的左侧有加号（+）或者减号（–）。当显示减号的时候，可以单击卷展栏标题来卷起卷展栏，以便给命令面板留出更多空间。当显示加号的时候，可以单击

标题栏来展开卷展栏，并显示卷展栏的参数。

在某些情况下，当卷起一个卷展栏的时候，会发现下面有更多的卷展栏。在命令面板中灵活使用卷展栏并访问卷展栏中的工具是十分重要的。在命令面板中导航的一种方法是将鼠标放置在卷展栏的空白处，待光标变成手形状的时候，就可以上下移动卷展栏了。

2.4 打开和处理图形文件

在3ds max 中，可以用主菜单上的“文件”菜单中所包含的“输入（Import）”功能打开多种类型的图形文件，其中包括AutoCAD生成的DWG和DXF格式文件（如图2.3所示）。

图2.3 3ds max软件的“输入（Import）”功能

具体操作就是依次点击“文件（File）”、“输入（Import）”菜单项，在图2.3所示的窗口中选择“AutoCAD Drawing (*.DWG, *.DXF)”文件类型，然后选择并打开磁盘中的、由AutoCAD 生成的二维平面建筑图形文件。在弹出的输入选择窗口，要清除“Combine Objects by Layer”选项（如图2.4所示），以保证每个建筑图形的独立性。

图2.4 “输入”弹出窗口处理方式

在3DS Max软件中打开的二维平面建筑图形文件如图2.5所示，一共有四个窗口，它们是等效的，只是观察场景的方向不同。其中在顶视图窗口可以看到平面建筑图，因此，对每一个具体建筑物的选择在顶视图窗口进行。如前所述，可以通过鼠标拖动改变每一个窗口的大小。

图2.5 AutoCAD图形在3DS Max窗口中的分布方式

为了有效地观察全景或细节，需要使用“缩放”和“平移”功能，这两个功能的按键在3DS Max软件主界面的右下角（见图2.1），具体功能键如图2.6所示。

缩放

平移

图2.6 AutoCAD 图形在3DS Max 窗口中的分布方式

对每一个要进行操作的建筑物，必须首先选择它。选择工具在主工具栏上（见图2.7），其中常用的两个选择工具是“点选”和“框选”。

图2.7 3DS Max 的主工具栏

构成一个建筑物轮廓的是一个封闭多边形。前面已经讲到，这个轮廓可能由若干条线段组成，也可能由一个封闭多边形组成（如图1.5、图1.6所示），这完全取决于在绘制建筑物轮廓时采用的手法。而建立三维模型要求轮廓图是一个整体，而不是由多条线段组成的线段集合。3DS Max 提供了一种方式可以将构成建筑物轮廓的若干条线段组合成一个整体。方法如下：1、在顶视图窗口中，用“框选”功能选择一个建筑物轮廓的所有线段；2、依次点击主菜单中“组（G ）”→“组（G ）”（如图2.8所示），然后给新的组合起一个名字。这样，这个建筑轮廓图就成为一个整体。

图2.8 将一个建筑物轮廓图组合成一个整体

在透视窗口将能够看到3维模型效果图。一次只能打开一个场景。打开和保存文件是所有Windows 应用程序的基本命令。这两个命令在菜单栏的文件菜单中。

在3ds max 中打开文件是一件非常简单的操作，只要从菜单栏中选取File / Open 即可。发出该命令后就出现Open File 对话框（见图2.9），利用这个对话框可以找到要打开的文件。在3ds max 中，只能使用Open File 对话框打开扩展名为max 的文件。

图2.9 图形文件输入窗口

在3ds max 中保存文件也是一件简单的事情。对于新创建的场景来讲，只需要从菜单栏中选取File / Save 即可保存文件。发出该命令后，就出现Save File As 对话框，在这个对话框中找到文件即将保存的文件夹即可。在File 菜单栏上还有一个命令是Save As ，它可以以点选 框选

一个新的文件名保存场景文件。

2.5 根据建筑物轮廓创建3维建筑物

在顶视图窗口，经过适当缩放和平移，既可以方便地看到整个建筑物平面图，也可以看到某个具体的建筑物轮廓图细节。“点选”工具点击一个建筑物轮廓图，然后根据建筑物的高度参数使用拉伸工具可以建立该建筑物的3维模型，当然这样的模型忽略了建筑物的全部细节变化情况，是一个粗略的模型。具体方法如下：

1、选择一个建筑物轮廓图；

2、用鼠标打开Modify命令面板，在Modifier List下拉列表中选择“拉伸”编辑器（如

图2.10所示）；

图2.10 选择拉伸编辑器图2.11 输入建筑物高度窗口

3、在“拉伸”编辑器参数表中，输入建筑物实际高度值（如图2.11所示），在3维场

景中，可以看到该建筑物的3维模型已经生成；

4、按照这种方法，可以建立所有建筑物的3维模型。

3. 模型贴图

用忽略了大量细节的简化3维模型来表示真实场景，会极大地降低场景的真实性。一般常用的方法是在模型表面贴上增强真实性的图象，这些图象就叫贴图。贴图可以来自对真实场景的实际拍摄相片。但要注意的是，实拍的场景相片是点投影影象，而贴图最好是平行投影影象。另外，由于拍摄时间和气象条件的差异，不同的贴图可能存在亮度上的不一致。因此，贴图在使用前应该做必要的处理。本文不讨论如何处理贴图的问题，只介绍如何将不同的贴图贴在3维模型的各个面上的具体技术，使用的贴图也是任意选择的。下面举例说明。

如图，在场景中有一个作为建筑物的长方体，其中可视面为前、后、左、右、上五个面需要贴图。方法如下：

1、在场景中选定3维建筑物；

2、打开Modify 命令面板，在Modifier List 下拉列表中选择“编辑面片”编辑器（如图

3.1所示），以便为每个平面设置ID 参数；

图3.1 选择编辑面片编辑器 图3.2 确定子物体

3、在“编辑面片”编辑器中选择“面片”（如图3.2所示）；

4、在场景窗口中用鼠标选择面片，被选中的三角面片呈现红色（如图3.3所示），然后按住“Ctrl ”键，继续选择其它三角面片，直到整个平面被选满；

5、在“编辑面片”编辑器中，移动编辑器面板，在面板的下部，可以为被选定的平面设置ID 参数（如图3.4所示）；

图3.3 选择一个面片图3.4 确定子物体ID参数

6、重复步骤4、5直到为每一个将要贴图的平面赋予ID参数；

7、点击主工具栏“材质编辑器”按钮，打开材质编辑器（材质编辑器在主工具栏后部，需要先用鼠标拖动主工具栏，才能看到“材质编辑器”按钮）；

8、确认第一个样本球被激活（有白色框），点击“标准材质“按键”（如图3.5所示）；

图3.5 打开材质编辑器图3.6 选择材质种类

9、在打开的“材质/贴图浏览器”中选择“多维/次物体材质”（如图3.6所示），并在“替换材质”窗口中选择“抛弃旧材质”；

10、在材质编辑器的“多维/次物体材质基本参数”卷展栏下，根据贴图数量设置数目，并点击ID参数为1所对应的“（标准材质）”按键（如图3.7所示）；

图3.7 开始贴图选择图3.8 选择贴图

11、在随之打开的“反射基本参数”卷展栏下，点击“表面光”对应的灰色小按键（如图3.8所示）；

图3.9 贴图选择图3.10 开始新的贴图选择

12、在随之打开的“材质/贴图浏览器”中选定“二维贴图”，并点击“位图”（如图3.9所示），在磁盘中为1号平面选择贴图；

13、系统在样本球中显示被选择的贴图（如图3.10所示），点击“返回上一级”按键

两次，回到步骤10，重复上述过程，为其它平面选择贴图；

14、在场景中选中建筑物，在“材质编辑器”点击“Assign Materail to Selection”按键

（如图3.10所示）,将几种贴图赋给指定的平面。

4. 模型输出

建立的模型可以保存3ds max文件，也可以文件菜单中的输出功能，转化为其它类型的模型文件（如图4.1所示）供GIS软件使用。

图4.1 模型的格式转化