基于3Ds Max三维虚拟校园的设计与实现
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作者: 徐杰
［摘 要］ 本文利用全站仪测量内蒙古财经大学西校区地形数据，以Auto CAD 2010、CASS 9.0和Photoshop CS3软件为基础，基于3Ds Max 2010软件建立了内蒙古财经大学三维校园模型，重点阐述了利用3Ds Max 2010来建立三维建模的流程、材质贴图、灯光和摄影机的设置过程，建立了内蒙古财经大学虚拟三维立体的校园场景，更直观地展现了校园的全貌。
［关键词］ 3Ds Max； 三维模型； 虚拟校园
doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2012 . 17. 070
［中图分类号］ TP391.41 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1673 - 0194（2012）17- 0122- 02
０ 引 言
虚拟校园（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｃａｍｐｕｓ）是基于虚拟现实技术、地理信息技术将校园地理信息和其他校园信息结合，以三维可视化和虚拟现实场景界面呈现的信息系统，是数字校园工程的重要组成部分。目前清华大学、武汉大学、北京航空航天大学、杭州大学、浙江大学、西南交通大学等多所高校都已经开展虚拟场景漫游技术的研究，并在视景技术、三维图形算法、建模方法等方面取得了重要成果。
本设计制作过程分为数据收集与整理、底图生成与加工、三维建模、材质与贴图设计、摄像机与灯光设计、渲染输出等几个环节，从三维立体的角度展现了校园全貌，为内蒙古财经大学虚拟仿真校园建设功能（查询、选择、漫游、移动等功能）实现阶段研究奠定了基础。
１ 数据采集
项目实施需要做大量的数据采集工作，包括：校园地形数据、建筑物高程数据、实景照片等。
１．１ 实地测量
采用南方测绘ＮＴＳ ３５０全站仪测得校园地形数据。设置棱镜常数、大气改正值（或气温、气压值）等参数。按照“从整体到局部、由高级到低级，先控制后碎部”的测量原则，将学院校园西门水池处设为起始位置，沿旧教学楼西侧路，顺时针环绕校园，确定控制点。将控制点进行编号，以Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，……命名，准确记录控制点所在的位置。按照闭合导线测量的方法来测各控制点坐标。然后采用闭合差坐标值分配方法：根据测量得出的相邻始终两点间的坐标，按照两点间的坐标增量ΔＸ和ΔＹ来计算两点间的边长，距离公式：Ｄ＝（ΔＸ）２＋（ΔＹ）２，由此依次计算出总边长，把计算得出的闭合差按比例进行分配，通过计算得到改正后各控制点的坐标值。把改正后的控制点坐标作为已知坐标，通过控制点来测所在分区域的具有特征的碎部点坐标，以ａ１，ａ２，……b１, b２,……命名。
由于建筑物高度数据不是本研究所利用的主要数据，对于其精度的要求不高，故采用了较为简便的方式，即依据建筑的形状特点、用途等因子估计层高，再乘以楼层数近似地获得高度数据。
１．２ 实景拍照
本项目成果是实现虚拟校园仿真全景展示，最终的模型场景效果完全模拟现实中的校园全貌，力求客观、精美，符合实际。实景拍照工作，就是将校园所有建筑设施包括学生宿舍、食堂、图书馆、教学大楼、办公楼等主要建筑利用高像素数码相机在不同角度进行取景拍照，拍照时应注意拍摄位置、角度、曝光程度，尽量避开障碍物。拍照后图片先按各建筑进行分类归档，待处理后进行材质贴图。
２ 生成底图
将采集的数据由全站仪以TXT形式导出，导入ＣＡＳＳ ９．０进行数字化成图，再利用Ａｕｔｏ ＣＡＤ２０１０进行处理，生成平面底图，见图１。
３ 建 模
３．１ 建筑物建模
针对数据采集阶段所采集的数据进行整理，对实地测量采集的数据进行分析，按照各建筑物实际朝向、各建筑相对位置、垂直结构，根据矢量底图对照实际建筑结构进行三维建模，方法是：将底图导入３Ｄｓ Ｍａｘ ２０１０软件中，利用节点捕捉工具生成二维模型，然后对二维模型进行挤出命令的操作，并将产生的三维模型转化为可编辑多边形，通过编辑使简单的三维模型生成复杂的三维建筑模型。为了减少建模时的干扰，可将已经建好的单体模型进行隐藏或者冻结（注意：模型制作过程中要尽量减少布尔运算，以免在之后进行的材质贴图时遇到不必要的麻烦）。
３．２ 道路和植被的制作
３．２．１ 道路建模
道路建模的前几个步骤与三维建模基本一致，即在二维图形的基础上进行挤出命令的操作，使其生成三维模型，然后进入修改面板，对不准确的地方进行调整，必要时可以细化添加一些控制点。
３．２．２ 植被制作
植被的制作分两种情况：一是近景植被制作，近景植被要求能看到细节，因此可以利用 ３Ｄｓ Ｍａｘ创建面板ＡＥＣ Ｅｘｔｅｎｄｅｄ 中的Ｆｏｌｉａｇｅ创建精细树木、花草模型等，或者可以直接利用软件本身带有的植被模型；二是远景植被制作，远景植被可以直接创建十字交叉的平面，再赋予带透明通道的树木花草贴图即可。
将制作好的单体建筑、道路、植被等模型统一布局，相同的模型可以直接复制，修改细节，添加辅助设施，最终形成校园全景。
４ 材质与贴图
模型建好之后就要给模型赋予材质和贴图。在３Ｄｓ Ｍａｘ 中可以采用3种方法给模型赋予材质和贴图：利用基本材质、利用位图和利用复合材质。根据不同的材质贴图需要来选择不同的方法，其中位图主要来源于Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ ＣＳ３处理过的实景图片。
利用Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ ＣＳ３对实景拍摄照片进行裁剪，获取所需的材质，贴图要求真实、清晰、美观；不符合要求的照片利用自由变换、仿制图章、魔棒工具、剪裁等命令进行处理，控制材质图片单边最大像素和分辨率，以保证后续模型转换时软件的要求，然后建立各建筑的材质资料库。
５ 灯光和摄影机的设置
灯光是３Ｄｓ Ｍａｘ中的一种特殊对象，它本身不能被渲染显示，只能在视图操作时被看到，但它却可以影响周围物体表面的光泽、色彩和亮度。通常灯光是与材质、环境共同作用的，它们的结合可以产生出丰富的色彩和明暗对比效果。３Ｄｓ Ｍａｘ内置有两种类型的灯光：［标准］灯光和［光度学］灯光。通过［添加默认灯光到场景］菜单命令，将默认的照明方式转换为灯光对象，从而对场景灯光进行设置。在［显示］面板中可以设置灯光是否在场景中显示及灯光的各项参数。
摄影机也是一个场景中必不可少的组成单位，最后完成的静态、动态图像都要在摄影机视图中表现。３Ｄｓ Ｍａｘ中的摄影机拥有超过现实摄影机的能力，更换镜头可以瞬间完成，无级变焦更是真实摄影机所无法比拟的。将摄影机放在不同角度，设置渲染参数，渲染出所需要的效果图，见图２。
６ 结 语
本研究应用３Dｓ Ｍａｘ ２０１０、Ａｕｔｏ ＣＡＤ ２０１０、ＣＡＳＳ ９．０和Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ ＣＳ３等多种软件实现了内蒙古财经大学虚拟校园立体模型与场景的构建，建成了校园已建建筑及小品的三维建模，并对校园三期在建建筑进行了规划建模，基本展现了内蒙古财经大学的实景全貌，为后续实现内蒙古财经大学虚拟校园建设的功能实现阶段研究打下基础。
主要参考文献
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