三维建模
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三维建模范文第1篇
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）23-0242-02
当代数字化图形、图像技术的应用已逐步深入社会各个领域，CG数字三维建模技术更是走在前列，如CG动漫、游戏、虚拟现实、影视广告、室内设计等领域都广泛应用了这一技术，并取得了很好的经济价值和艺术价值。在这种大背景下国内很多综合类高校及艺术类院校都开设了相关专业，随着专业课程的深入建设，我们也面临诸多教学问题。CG三维建模专业教学一般比较形象地比喻为“数字雕塑”，是在二维的屏幕视觉空间上运用三维动画软件所完成虚拟三维形态的塑造。正是计算机屏幕二维视觉的特性，使得一些学生对计算机屏幕虚拟三维空间理解产生障碍，一旦遇到角色类形象如人物、动物等，特别是这类形象的头部，会导致对角色形态不能很好把握，如何找到一种理性、简单的CG三维角色头部建模法，使学生快速理解三维角色建模技术，是我们亟待解决的教学问题。
一、人物头部建模的重要性和延展性
人类头部不同于一般物体，其面部五官与肌肉在轮廓与形态上既有复杂性也更有很丰富的表情变化、性格体现、心理表达，这就要求我在塑造人物头部形象时不仅要面对五官、肌肉形态变化，也要考虑人物的内在特质与性格的具体体现。CG三维人物头部的塑造不仅要求像传统造型艺术那样造型准确、生动，技术上更要求模型面部五官肌肉布线、结构分面的合理性与科学性，这直接关系到后期三维角色表情动画制作的成败，其制作难点也正多集中于此。因为人物头部形态的复杂性，如果能通过一种简单、理性的建模方法快速掌握人物面部五官的分面与布线规律，就会深入理解三维角色建模的精髓，也会带动对人体其他部位塑造的理解，而其中蕴含的更重要的延展性是所有其他角色的头部建模（如动物、拟人化动物等）都可以从人物头部建模中找到对应规律与方法，并产生重要影响。
二、理性的侧面挤出法
笔者的教学原则是侧重难点，只要难点顺利解决必定会带动其他部分顺畅理解。任何事物都有规律可循，人物头部形态也不例外，人物头部侧面具有很强的轮廓特征，五官的外轮廓明显、清晰、集中，我们可以充分利用这个特点选择人物头部侧面作为模型创建的起始点。
1.根据侧面参考图建立样条线并在关键位置确立基本控制点，如眉弓、眼窝、鼻低、嘴中等，将样条曲线转化为可编辑多边形。（图1）
2.挤出四段，根据参考图对形态做基本调整。模型分面与布线理性、清晰，准确反映出头部基本特征，容易理解。
3.在模型底部删除三面位置选择圆形轮廓线调整形态选择线段并向下挤出脖子两段。
4.切出眼线和嘴线，在眼线十字点的位置切出一个菱形将中点向前做适当的向前拉出，在嘴线的位置上下各加两条线调整出嘴的基本形态。
5.将鼻子位置的三个面挤出，把挤出三个面上面两点焊接回去，并在最上一个面正面加一条线，参考正、侧面图对形态进一步调整。（图2）
6.为眼、嘴做进一步的布线，眼部菱形每边各加一条线呈放射状，嘴部上下纵向各加两线呈放射状。
7.鼻部主面添加五条线，为鼻翼形态调整与口轮匝肌连接做好准备。
8.调整鼻子整体与鼻翼形态，同时添加出四条口轮匝肌的布线。在调整形态的同时保持所有面为四边形。
9.围绕眼部的四边形循环添加三条线，调整出上眼线和下眼睑。并调整鼻子外线与眼部连接关系。
10.根据参考图，深入调整脸部整体分面、布线与眼、鼻、嘴之间的关系，此阶段很关键，要用最少的布线和面反映出面部的肌肉形态、骨骼结构并保持所有的面为四边形，不可避免的五星点控制在眉弓与颧骨处。
11.根据参考图调整发际线形态，耳部添加循环布线两条，中心循环线调出耳朵形态。
12.选择头发部位的面挤出头发厚度并根据参考图调整形态，选择耳部的面挤出耳朵并向外适当挤出放大。
13.为耳朵添加线段并调整出具体细节，耳朵也可作为单体独立制作再焊接上去。
14.镜像模型，根据参考图做全面的形态调整。此阶段模型制作、布线基本全部完成，由于以上制作过程对形态控制得当、结构准确，只需对五官局部形态做一些调整即可，（图3）
三、结论
“侧面挤出建模法”其显著特点是，一开始从侧面就抓住了人物头部基本特征，在侧面关键点挤出的粗模，无论是面的控制还是线的控制以及角色具体形态的把握都非常理性和准确，由于分面简练、准确、布线合理，根据基本型在接下来的制作过程中对头部五官局部塑造都条理清晰、数据明确，没有多余的东西，在连接脸部五官布线时从眼轮匝肌到鼻子再到口轮匝肌，所有的连接部位都具体化，并具体交代出连接过程中如何保持面部所有面为四边形，五星点放在那个位置，如何根据参考图调整形态、特征等，这样学生在初次接触人物头部建模时感觉这种方法既理性又易懂，制作又轻松、愉快。方法的理性化，数据的具体化，建模的思维框架就会在学生头脑里快速形成，模型的制作感觉就会变得简单、顺畅，更重要的是通过这种建模建法立起的思维会深入影响学生的学习自信心与创造能力。
参考文献：
三维建模范文第2篇
关键词：三维建模；建模方法；地理环境；倾斜摄影
目前，各种三维建模方式已经相对比较成熟，倾斜摄影建模、近景摄影测量、激光点云等技术被广泛应用。然而，这几种建模方式都有一定的局限性，并不是在任何地理条件下和环境下都适用，若遇到多种复杂地理条件则存在困难。如何在多种地理环境和条件下完成三维建模是一个值得研究的课题[1-3]。文章以甘肃省敦煌市鸣沙山月牙泉国家级风景名胜区为例，分析景区内特有的地形地貌，结合现今主流的建模方法，如无人机倾斜摄影测量、地面近景摄影测量、三维激光扫描等多种技术手段，对多源数据融合建立景区三维模型的方法进行探索研究。
1常见三维建模方法
1.1基于二维地理信息数据的三维地理信息建模方法
基于二维地理信息数据的三维地理信息建模是以地理信息二维数据为基础，如数字地形图及相关资料提供的空间数据和属性数据，通过一定的手段获取现实实体的纹理、属性信息，以及数字高程模型数据，在三维建模软件中对所获取的地理信息数据及纹理、属性数据进行加工，并建立三维模型，构建虚拟的三维现实世界[4-6]。根据所使用建模软件的不同，又可以分为3DSMAX建模和GIS软件建模等。
1.2倾斜摄影测量三维地理信息建模方法
倾斜摄影技术是国际测绘遥感领域近年发展起来的一项高新技术，指在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直、倾斜等不同角度采集影像，从而获取地面物体更为完整准确的信息[7-8]。这种摄影测量技术被称为倾斜摄影测量技术，所获取的影像为倾斜影像。相对于正射影像，倾斜影像能从多个角度观察地物，能更加真实地反映地物的实际情况，极大程度上弥补了正射影像应用的不足。利用倾斜摄影测量获取外业倾斜影像后，通过配套软件如Smart3D软件等，可直接生成三维模型。
1.3三维激光扫描点云建模方法
相较于传统测绘技术，三维激光扫描技术具有模型立体测量方法先进、测量精确度高和测量时间短等优点。该技术利用激光测距的原理，通过记录被测物体表面大量的密集点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据，且通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。同时，可以快速、大量地采集空间点位信息，为快速建立物体的三维影像模型提供一种全新的技术手段[9-10]。三维激光扫描系统可以密集、大量地获取目标对象的点云数据，利用三维激光扫描技术获取的空间点云数据，可快速建立结构复杂、不规则场景的三维可视化模型（尤其是建筑物模型），这种能力是现行的三维建模软件所不可比拟的。因此，该技术在文物古迹保护、建筑、规划等领域应用非常广泛，目前室内建模也主要基于三维激光扫描测量技术。
2多种地理环境下的三维建模
2.1研究思路
针对每个区域不同地貌地物特征采用不同建模方法进行数据采集，最终完成整个区域的模型建立。（1）沙漠区域建模。沙漠区域建模是该项目的难点。对于传统的倾斜摄影，沙漠纹理较弱，直接影响图像间的匹配，倾斜摄影照片空三无法解算，且弱纹理区域模型存在大量空洞无法弥补；三维激光扫描属于主动遥感，可以采集沙漠区域三维信息，具有较高的几何精度，但是纹理信息不丰富，建立的模型可视化程度不高。针对该问题，拟采用基于三维激光扫描和现场拍照相结合的技术进行融合建模，具体如下：先对点云数据和照片按照一定的方式进行校正，必要时在现场布设标靶，对校正后的数据进行自动化三维建模，从而增强三维实景模型的可视化效果，更好地表达现场细节信息。（2）重点建筑区域建模。倾斜摄影建模通常较难达到毫米级精度，故针对月牙泉重点建筑采用点云影像融合的方式，由激光点云提供结构信息，能够实现重点区域毫米级超高精度建模。
2.2景区地形地貌
甘肃省敦煌市鸣沙山月牙泉国家级风景名胜区气候干旱，具有降水少、蒸发强、冬寒夏酷、昼夜温差大、日照充足、辐射值高、多大风等特点，属于典型的大陆性干旱气候区。景区包括著名的敦煌月牙泉及其周边的沙漠戈壁景区。景区内覆盖有沙漠、绿洲、重点景观等极具特色的地形地貌，这也对三维建模提出了挑战。需要进行三维建模的区域主要包括景区露营基地、景区服务区、会展中心，约20km2；景区周边居民点及景区重点区域，约2.3km2；月牙泉及周围，约0.94km2；风景名胜区约76.59km2。
2.3景区分区
根据景区内地类分布特点，对建模区域进行分区，将景区分为5个区块，如图1所示。针对每个区域不同地貌地物特征采用不同建模方法进行数据采集。景区界线外区域（区块1）西南、东部和西北角为大面积的沙漠戈壁区域，西北东侧为农田；月牙泉以南的区域（区块2）全部为沙漠地区；景区北侧和露营基地（区块3）西起党河九连湖经一支路至会展中心，区域内地势平坦，分布着居民点、农田、水渠和道路等地物，这些区域地物、地貌复杂；景区重点建筑区域（区块4）延鸣山路、敦月路经鸣沙草堂至敦煌民俗博物院，这些区域是景区的重点区域，分布着诸多古建筑，部分古建筑满足三维建模要求，同时古建筑细节部分也需要进行三维展示；月牙泉以及周边沙漠区域（区块5）主要分布有鸣沙山沙漠、月泉阁和月牙泉，这些区域既是建模的核心区也是难点区。
3分区三维建模
景区界线外的区域如图2所示。为了满足主要地物如道路、河流、水渠、居民点等的采集要求，采用1m分辨率的正射影像作为底图数据提供纹理。这些区域临近景区，不作为景区建模的主要范围，只在整体模型上反映其底图纹理和主要地物，为三维模型制作提供基础数据。因此，数据采用分辨率为1m的DOM作为底图数据，并提取重要的地物信息。景区南侧大范围沙漠区域面积约为72km2，如图3所示。该区域植被稀少且无其他地物，沙漠区域纹理单一，限于倾斜摄影技术上的局限性易形成空洞区，无法通过空中三角测量建立沙漠区域模型，且沙漠属于流动状态，数据的时效性差，不适合进行三维建模。因此，制作三维模型时可基于二维地理信息数据的三维地理信息建模方法，采用精度10m的DEM与精度为1m的DOM数据叠加展示三维效果，满足成果的要求。无人机倾斜摄影具有作业范围广、效率高、拍摄速度快等特点，因此露营基地、景区服务区至会展中心沿线约20km2采用倾斜摄影采集数据，利用自动化处理技术建立三维模型。首先，对空中倾斜摄影数据和补摄数据分别进行空三计算，生成三维点云数据；然后，融合高精度、高密度点云数据并构建TIN，对TIN进行编辑，使之较为平滑，贴合实际地形；最后，根据TIN三维位置信息，获取最优航摄视角原始影像，自动映射纹理，建立航摄分区的实景三维模型。该方案能够对多源异构数据自动化融合建模，实现两种技术的优势互补，建立的模型兼具激光扫描的毫米级几何精度和影像的高分辨率优势，同时能够实现沙漠地区弱纹理建模，突破技术上的瓶颈。通过点云与照片融合建模，毫米级数据精度也能够满足未来古建测绘、文物保护需要。景区重点建筑区面积约2.3km2，包含鸣沙草堂、敦煌历史博览园、敦煌民俗博物院、雷音寺、月牙泉景区游客接待处、会展中心、管理处等，主要以古建筑为主，属于旅游区的核心区。该区域拟采用无人机倾斜摄影、无人机低飞贴近摄影、地面单反高分辨率相机拍照、地面激光雷达等多种方式联合进行数据采集，沿街房屋利用无人机低飞采集房屋立面信息，弥补倾斜摄影有采集盲区的缺陷，确保影像地面分辨率优于1cm。然后将无人机倾斜摄影测量获取的大场景、局部场景、地面细节补拍的数据进行融合处理。利用倾斜摄影测量建模系统进行精细化建模，建模过程中应把控高、中、低三类数据的匹配连接，并根据数据融合效果，对不能满足成果质量的部分及时进行数据补拍，再进行数据融合和处理。无人机倾斜摄影空三处理效果如图4所示。月牙泉及周围的区域面积约0.94km2，采用基于Con-textCapture三维激光扫描和影像融合的方式自动化生成高分辨率实景三维模型，相比传统手动建模，更能反映现场真实环境信息。自动化建模能显著提高建模效率，同时建立的模型兼具三维激光扫描仪的高几何精度和照片的丰富纹理优点，也能够完整地实现沙漠区域实景三维建模。匹配密集点云效果如图5所示。
4结束语
对于甘肃省敦煌市鸣沙山月牙泉国家级风景名胜区内多样的地物地貌，单一的建模手段无法满足景区内多样的三维建模要求。因此，文章基于多源数据融合技术，结合地面三维激光扫描技术、倾斜摄影测量技术对景区进行三维建模。通过各单一数据源建模以及多源数据融合的方式，很好地解决了多种地理环境下的三维建模问题，可以为以后多种地形地貌区域的建模提供参考。
参考文献：
[1]耿利川,王忠丰,史建东,等.一种空地一体化实景三维建模方法[J].矿山测量,2020,48(4):47-50.
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[5]王树臻,郑国强,王光生,等.多源点云数据融合的建筑物精细化建模[J].测绘通报,2020(8):28-32+38.
[6]李红梅,孙炜,李松.无人机倾斜摄影技术在公路勘察设计中的应用[J].地理空间信息,2021,19(2):30-32+6.
[7]杨文竞.基于倾斜摄影和激光扫描技术的历史街区保护测绘[J].测绘技术装备,2020,22(4):77-80.
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[9]薛成永.三维激光扫描技术在地质测绘中的应用[J].工程技术研究,2020,5(13):117-118.
三维建模范文第3篇
关键词：三维建模 SketchUp 虚拟钻孔 矿井巷道
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）04-0143-01
1 引言
我国南方小煤矿众多，煤层地形地貌较复杂，钻探施工条件差，大多煤矿层深埋于地底层且煤层薄，地质构造复杂，开采成本大[1][2]。在煤矿应用三维可视化建模方面，也只是重在研究，真正应用三维地质建模进行开发管理的煤矿企业比不多，特别是小型煤矿三维快速建模的应用是当前三维建模研究的盲区。国外在三维地质建模方面的软件开发与应用上起步早，如加拿大的MicroLYNX和Gemcom，澳大利亚的Surpac和Vulcan，以及英国的Datamine。国内也开发了以3DMINE和DataMINE为代表的矿山三维软件。本文提出基于Google SketchUp 8（以下简称SketchUp）快速构建小煤矿简易三维模型。
2 SketchUp建模特点
传统建模中的模型位置和属性必须要准确地定义，严重影响了初期设计的灵活性和创造性。SketchUp是面向设计方案创作过程的设计工具，它利用二维或三维模型来搭建我们大脑中的生动场景，与设计师构思草图相似，因此也称草图大师。SketchUp与Google地球完美结合，可以将SketchUp 制作的三维模型直接输入到Google地球。SketchUp内置了在线3D模型库和Google地球，用户可以免费下载共享的模型，减少设计时间[3]，用户还可应用Google地球进行地理位置建模。
3 小煤矿建模流程
点线面是构建三维模型的基本元素。本文的点为勘探钻孔点和巷道中心点，线为矿井巷道分布网络，面即是地质结构分布图。在小煤矿三维可视化建模中，首先用勘探钻孔确定地质构造平面图。南方复杂地质造成煤矿钻孔勘探成本也比较大，可以在勘探中使用真实钻孔结合虚拟钻孔技术来判断煤层地质分布情况，绘制煤层地质分布图。虚拟钻孔是由工程人员根据经验和相关勘察结果作出推断，实现其对三维地层模型精度的控制[4][5]。
（1）在小煤矿矿井的三维建模中，巷道是最重要的部分。在巷道中，每隔一段距离选择样本巷道截面。根据巷道截面顶部中心位置确定为巷道上中心坐标点，巷道截面底部中心位置确定为巷道下中心坐标点，在巷道上中心坐标点和下坐标中心的中间位置确定为巷道中心坐标点。巷道转折处的钻孔取样要密集些，缩减建模误差，提高建模精度。由巷道中心点按顺序连接形成巷道二维线状平面图[0]，即巷道脉络线。在巷道脉络线上创建巷道横截面图形，通过SketchUp的推拉功能创建巷道三维立体体。矿井巷道横截面形状一般可分为圆拱巷道、梯形巷道、圆形巷道。小煤矿井下巷道较小且结构简单，但延伸比较复杂。
（2）本文选取某地小煤矿分布区域作为试验对象，收集的原始数据包括二维平面图、煤层地质分布图、DEM、地形图、Google地球上实验区域的影像数据、实景环境照片和巷道照片等。使用AutoCAD分别创建井口、巷道截面、通风口、巷道接口等二维模型文件。使用Firework等软件将照片处理成符合要求的图像。
（3）将AutoCAD平面图导入到SketchUp中进行三维建模，导入前需要删除高程、标注等干扰图层，确保AutoCAD和SketchUp单位设置的统一。使用SketchUp对矿井口、巷道、巷道接口等实体进行三维可视化建模，同时对三维模型进行优化处理，综合得到小煤矿三维模型，通过将三维模型与DEM和DOM处理后得到的集成模型。对模型贴图的纹理既可选择SketchUp自带材质纹理，也可选择真实的照片纹理或者Google地球影像图。通过VRay for SketchUp渲染器将煤矿三维模型进行外观材质渲染，导出三维模型。
至此，已经完成小煤矿的简易三维建模全部步骤。在实际应用中，我们还可以根据需要结合其他辅助软件在三维建模不断扩展功能，如在矿井巷道布设视频监控系统、应用瓦斯传感报警器设备以及延伸数字煤矿可视化管理的功能。
4 结语
SketchUp重在构思设计，支持与多种三维辅助设计软件协同工作，相对于其它软件更易学，操作更简便。利用SketchUp创建的三维模型可在Google地球网络平台上进行展示，为三维软件的应用提供了新的思路，但是生成的图像不够细腻光滑。最新版AutoCAD等软件可能会出现打不开SketchUp导出文件的现象，此时需要安装稍低AutoCAD版本就可以使用。
参考文献
[1]高扬文.中国小煤矿问题的来龙去脉（上篇）[J].煤炭经济研究，1999，06：4-7.
[2]金戈，童有德.从实际出发，促进南方煤矿的发展[J].煤炭科学技术，1993，05：25-28.
[3]马素颜，吴建平，周美娟，胡天硕.SketchUp构建GIS三维模型方法研究[J].计算机与信息技术.2008，9：16-18.
三维建模范文第4篇
关键词：透明贴图；窗户纹理；布尔运算
中图分类号：O343.2； 文献标识码：A ； 文章编号：
随着三维城市的快速推进和立体建模的发展，三维建模已渗入我们生活的各个角落，从三维地图到3D打印机，从三维动画到模型设计，三维建模技术的逐渐完善让越来越多的人进入这个领域。三维建模主要由以下四部分组成：
数据获取途径不外乎航空摄影、遥感影像、地形图等，数据主要包括数据导入、场景编辑、场景优化、三维引擎、数据输出，在此我们主要讨论涉及三维建模和纹理贴图两部分的问题，在最初使用3D MAX建模的阶段，解决这些问题可以提高建模效率，同时也使模型更满符合要求。
一、透明贴图
建模过程中经常涉及到在模型的精细度和成果的容量大小取舍的问题，做精模需要尽量详细地制作模型的各个面，若考虑到最终成果的容量大小和侧重主题的不同，则可以适当地选择用透明贴图来替代一部分模型，这样可以大大减少模型的面，又能保证透视性的显示效果，提高真实性。透明贴图一般可用在小区的树木、栅栏、围墙、阳台的护栏等处。
透明贴图需要配合photoshop制作，方法有很多，这里介绍用tga和png做通道的两种方法。
第一种采用tga格式，这是以创建alpha通道为通道信息的图像文件：打开图片后新建一个图层，用魔棒选中需要镂空的地方，赋予黑色，反选，将需要保留的地方赋予白色，在通道中选中红色通道，复制此通道，此时出现一个通道副本，再删除图层里已经做好的图层，保存成tga格式（32位），再次打开此文件可以看到通道栏里多了一个Alpha 1的通道。回到3d max中，打开材质编辑器，在Diffuse里贴原来的jpg彩图，在Opacit贴上tga格式的黑白图，选中双面，然后勾选Alpha,就行了。如图所示，若选择逐个复制圆柱体柱子，则会增加非常多的面，占用很大空间，在满足条件的前提下可以选择用透明贴图代
2：在Photoshop中也可以使用png方法来做透明贴图：在Photoshop中打开要编辑的图片，新建一个文件（宽度和高度必须是2的N次方），背景内容选择透明，将jpg格式的图片拖进来，用魔棒工具将白色的背景选中后删除，储存为png格式文件，再导入max中，在Diffuse一栏选择Bitmap，贴上原来的jpg彩图，在Opacity透明一栏贴上png格式图片，然后在贴图属性设置里的 Mono Channel Output 选项下选择Alpha模式。png格式文件是以透明背景为通道信息的图像文件，不能简单地把文件存储为png格式，那样不属于透明贴图。
二、窗户纹理
建筑物建模中不可避免的涉及到窗户，一般窗景贴图在Photoshop中完成，大量的室外窗户由于反光，要做得效果逼真，往往需要根据实际情况将周围环境的背景映射到玻璃上，高层窗户由于视野较大，用一张整体的照片即可，而低层的窗户鉴于围墙、树木、房屋等的多层重叠，在窗景制作上也需要将多个物体视实际距离远近层叠。在 Photoshop中打开要编辑的图片，首先新建一个图层，将窗户的玻璃部分镂空，填充玻璃的颜色，留下窗户边框，再根据实际位置关系由远及近地拖入房屋、树木等多个层，同时调节图层透明度，最后选择滤镜中扭曲选项里的玻璃，夏天由于地面温度高，空气密度相差较大，对流明显，扭曲度可稍大，亦可根据实际情况适当采用高斯模糊效果来增加模糊度.
三、布尔和超级布尔
布尔运算是由英国的数学家布尔发明的处理二值之间关系的逻辑计算法，包括Union（并集）、Intersect（交集）、和Substraction（差集）。在三维建模中引用了这种逻辑运算方法，将两个图形组合运算产生新的图形。
超级布尔是布尔运算的加强版，功能更强大，可以一次拾取多个物体，也可以更灵活的改变对象间的运算关系。一般在布尔运算（Boolean）出现bug和丢失情况时，我们使用超级布尔（Proboolean）来解决。
当需要在一个物体上进行多次布尔运算时，应该在完成第一次布尔运算之后点选空白处使其恢复，再选中物体去布尔第二个物体，若连续执行布尔运算，则第二次布尔运算时被布尔物体会消失。所以要一次进行多个物体的布尔运算时，一定要首先把多个物体Attach起来，而不是Group，因为Group只是打组，运算时仍是逐个运算。超级布尔在执行此类多次布尔运算时功能比布尔运算强大许多，可以连续拾取物体而不出错。布尔运算在处理结构简单的立方体时尚能保持结构，在遇到结构较复杂的立方体时结构会变得非常混乱，线条多且不好编辑，这是由其复杂运算造成的，如图：
因此在布尔运算时需要注意：
1、不要在两个复杂程度差别很大的模型之间进行布尔运算；
2、对一个物体进行多次的布尔运算时，要在一次运算完成后先退出，这能减小破面的可能性；
3、对多个物体切割时，最好先将多个物体Attach起来；
4、用超级布尔代替布尔运算。
三维建模范文第5篇
关键词：虚拟现实技术 三维建模软件 Creator
虚拟现实技术是利用电脑模拟产生出三维空间的虚拟世界，给用户提供视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让用户如同身临其境一般。目前，虚拟现实技术的应用已广泛涉及军事、教育培训、工程设计、商业、医学、影视、艺术、娱乐等众多领域，并带来了巨大的经济效益。
在船舶领域，通过虚拟现实技术不仅能提前发现和解决实船建造中的问题，还为管理提供了充分的信息，真正实现船舶设计、建造、管理一体化。虚拟设计涵盖了建造、维护、设备使用等传统设计方法无法实现的领域，真正做到产品的全寿期服务。因此，通过面向船舶整个生命周期的船舶虚拟设计系统的开发，大大提高了船舶设计的质量，减少船舶建造费用，缩短船舶建造周期。本文结合“航道维护船舶虚拟机舱漫游系统研究与开发”项目，在对整个机舱内管路系统有了深入了解以后，利用creator软件对机舱内部管路系统进行一个详细的三维建模。
Creator三维建模工具介绍
1、Creator基本介绍
Multigen Creator系列软件，由美国Multigen-Paradigm公司开发。Creator软件拥有实时应用的Open Flight数据格式，强大的多边形建模、矢量建模、大面积地形精确生成功能，以及多种专业选项及插件，能高效、优化地生成实时三维（RT3D）数据库，并与后续的实时仿真软件紧密结合，在视景仿真、模拟训练、城市仿真、交互式游戏及工程应用、科学可视化等实时仿真领域有着世界领先的地位。
2、Creator软件特点
Creator的模型文件采用Multigen开发的OpenFlight数据格式。 Open Flight采用几何层次结构和节点（数据库层次、组、物体、面等）属性来描述三维物体，其逻辑层次结构及细节层次、截取组、 绘制优先级、分离面等功能，极大地提高了实时系统的性能。该文件格式已经成为视觉仿真领域最为流行的标准文件格式，也是 Creator优于其它建模软件的重要原因之一。
Creator软件具有优良的操作界面。Creator界面简洁、直观，并包含一套功能强大的建模工具， 建模操作简单、 易用。如图1所示， Creator在所见即所得的环境中创建可视层级数据库， 能够随时观测到在数据库的动态。
具有地形表面生成和矢量建模功能。Creator作为专门面向可视化仿真应用的实时三维仿真建模系统，具有一套快速创建大面积地形表面模型的强大工具， 使地形精度接近真实世界，并带有高逼真度三维特征及纹理特征。Creator利用一系列投影算法及大地模型，生成并转化地形， 同时保持与原形一致。通过纹理影射， 可生成逼真的地景，包括道路、河流、市区等特征。
航标船管路三维建模及优化
1、材质的应用
不同物体是由特定质地的材料构成的，比如树木，金属和塑料的质地有着明显的区别。Creator软件为了更形象地模拟现实世界中的不同材质构成的物体，在软件中设置了材质功能，建模时通过应用该功能绘制的三维模型能够更加逼真。
本文中所构建的管路，需要显现出金属的特点，所以需要调整材质和光照的明暗，以达到三维仿真要求。但是要特别注意的是，只有在gouraud，lit或者lit gouraud光照模式下模型对象才能在图形视图里面正确的显示材质的效果。每个数据模型库都用自己的材质调板，材质调板里面包含了可以赋予模型对象的材质，建模时可以通过它所提供的材质调板窗口方便的进行材质的设置操作。单击工具栏上的当前材质按钮，可以弹出如图2所示的材质调板窗口。
默认的材质调板内包括了64种可用的材质，每一种材质都有着唯一的索引值，范围为0-63，当然也可以将某种特定的材质取个特定的名称便于使用。如果需要使当前的材质调板配置为Creator默认的材质调板配置，在保存的时候只需要将该材质配置文件保存至系统默认的配置文件路径下。
虽然系统只提供给了64种材质，但可以通过材质调板窗口中的‘Edit/New’菜单命令弹出的材质编辑器来创建任意数量的材质，如图3所示。
在使用材质的时候要注意到对于同时使用了颜色和材质的面来说，由于材质在显示时优先于颜色属性，所以说如果需要材质的颜色和面的颜色一致最好要调整材质的相应参数。此外，如果所绘制的多边形使用了透明材质的同时有设置了面的本身透明度，则Creator会进行叠加，如果材质透明度是0.7，而该面的透明度是0.5，那么它的实际显示效果是0.35。图4是管路图中辅机所使用的材质参数。
2、多模型的拼接
2.1MultiGen Creator模型合并
在航标船的三维建模中，连接工作量较大，如果整条船都由一个人来完成，工作量可想而知，所以在此项目的实施过程中，将整船分解成若干单元进行建模，包括船舶驾驶台，舵机室，机舱管路系统以及船舶江景的构建，这样一来就存在一个多模型整合的问题。因此当每部分的工作都完成后，最重要的一步就是依据航标船的原始位置，尺寸，相对关系进行整合拼接，将它拼接成一个完整的船体。
小场景的拼接。如果建立的三维场景不大，模型数量不多，也就是说需要合并在一块的文件数目较少的话则可以采用以一个文件为基本，将其他文件拷贝到这个文件中生成最后的文件。将其他模型通过粘贴拷贝到这个基本文件中并置于合适的位置，同时在层级目录结构中调整层次关系，可以达到整合场景的目的。这种方法的优点是方法简单易用.生成后的文件模型不会发生转移储存地址后就丢失纹理的事情，并且便于保存。其缺点是随着局部模型的不断加入，生成的FLT文件越来越大，进人场景的速度慢，刷新时间也长，不利于实时漫游，适用于简单场景。
大场景复杂景物的模型整合。对于一些大型场景，复杂景物的三维建模，例如整船的三维建模，用小场景的建模方式定然会遇到刷新时间过长的问题。因为整船上设备过多，所建三维模型所占空间较大，如果把所有的对象模型都复制到一个文件里面，将会过于累赘，无法加载和刷新场景。这时必须要用到“External Reference”外部引用的方式来完成此类大型场景的拼接，将所有的单体模型导入，这样每个模型对象的三维模型文件和纹理文件都是被单独保存的，互相独立，能够使最后的整合文件变小。当运行视景仿真程序时，计算机将只显示要求通过openflight数据关系进行快速的视景装配，这样计算机的CPU负担会大大减轻，不会因为一次性调入过多的图形和纹理而死机或者使漫游速度过慢。
2.2 3Dmax模型导入MultiGen Creator
众所周知，3Dmax以建模详细著称，在航标船的建模过程中某些精细模型，例如驾驶台的电话，真皮座椅等都是基于3Dmax进行构建的。而精细的代价就是模型文件过大，严重影响视景系统的实时性，因此在3Dmax模型导入之后，还需要对其进行整合优化。在3D MAX的建模完成后，模型以3ds的文件存储。一个3ds的文件包含一系列的有用信息，用于描述由一个或多个物体构成的3d场景的每一个最小的细节。
3ds文件导入MultiGen Creator有两种方法：第一种方法是直接导入，这种转换过程会有一些错误产生，例如遗失或置换面数。这些错误可以用MultiGen Creator的转换，复制工具校正。另一种方法是模型附上3D MAX的网格形式，再导入creator。图5（a）（b）分别是刚刚导入3DS模型层次化结构和一个整理后的creator openflight层级结构。
对比两图可知，图5（a）的子父组的关系紊乱，不便于后续模型的添加与修改，所以要对其节点进行整理优化，优化步骤如下：①忽略看不见的细节。例如，如果管子内部不必显示，则用实心体来代替。②忽略对整体视觉效果影响不大的细节。在机械式的系统中有很多倾斜的边缘，它们在3D MAX中并不重要。如果在3DMAX中对这些细节建模，特别是内圆角，模型的面数会有很大的增加，因此将这些细节忽略。③用纹理表现一些细节。许多机械式系统有铆钉或硬边会占用很多面，改变的方法是渲染模型，即通过凹凸映射表现这些细节，获取位图，然后应用位图到模型的表面。④用简单模型替代复杂模型。在大型仿真场景系统，圆柱体通常用三棱柱或四边形代替，我们在绘制圆管时最多也只用16边形。⑤在不失精确度的前提下缩减模型的段数。段数和视觉效果之间的平衡是很重要的，当模型的段数增加，模型的平滑性会更好，但是数据量也就随之变得更大。⑥编辑模型的子对象和删除对场景效果影响甚微的子节点。
3、模型数据库优化
管路建模时要注意节点的设置，即在建模过程中注意数据库的优化。OpenFlight数据库文件采用层次化的结构来存储三维模型，从上到下主要是根节点、组节点、体节点、面节点和点节点等。节点的层级结构和组织方式影响视景生成中的剔除和绘制，在很大程度上决定了模型数据库的实时性能。实时视景驱动软件是按照从上到下、从左到右的顺序依次遍历数据库节点，进行节点截取计算。模型数据库可以按照线性结构、逻辑结构、空间结构三种形式来组织。逻辑结构是将所有体节点按照逻辑规则分别放在不同的组节点下。例如以船舶机舱为例，船舶机舱为体节点，两个主机归并为主机组，所有管道归并为管道组。按照逻辑结构组织模型数据库，在建模过程中比较方便，便于编辑和修改节点，但会影响到剔除效率。图6所示航标船机舱数据库是典型的逻辑划分特征。
空间结构是按照物理空间对节点进行分组，实时系统可以快速判断出哪些区域在或不在当前可视范围内，而不用对场景中的所有体节点进行遍历操作，所以能够显著提高模型的运行速度。对大型的模型而言，这种速度优势会更加明显。
总结
本文以航标船管系三维建模为例，简述了基于三维建模工具MultiGen Creator的三维建模基本方法。重点介绍了creator中的材质设定，多模型拼接以及模型优化功能。除此之外，Creator 的层次化模型数据结构OpenFlight也是一大亮点。
接下来，拟对管路模型的逼真度进一步改进，比如：对管路表面的老化及生锈现象进行表现；针对教学培训，将重要阀件用特殊颜色或纹理表示等。
参考文献：
[1] 《虚拟设计》--高等教学参考书全文数据库
[2] 丁骏，钟彬华，崔振东. 三维虚拟校园的设计与实现[J]. 科技信息. 2011（13）
[3] Moloney J，Janssen P.New Generation Simulation Technology. Architecture Australia . 2006
[4]《虚拟现实中三维显示技术的研究与应用》--北邮记忆数据库
三维建模范文第6篇
关键词:精确建模;斜齿轮;参数化;扫掠
引言
齿轮传动是机械传动中应用最广泛的一种传动方式,由于渐开线的特点,渐开线齿轮又是齿轮传动最常用的齿轮类型。近年来随着CAD/CAE/CAM/CAPP技术的迅速发展,为了便于利用计算机仿真软件对齿轮传动进行运动、振动噪音、轮齿修型等分析,齿轮的精确参数化建模已经成为一个必要过程,而齿轮的建模精度又对计算结果起到决定性的作用。渐开线直齿圆柱齿轮由于螺旋角为零,因此精确建模已经没有问题,而渐开线斜齿轮由于齿面为空间渐开线螺旋面,且其端面齿形与法面齿形不同,三维精确参数化建模过程比较困难。在目前所能查找的论文中提出了很多斜齿轮精确参数化建模的方法,但仔细研究发现里面所提到的很多方法根本就无法实现斜齿轮的精确参数化建模,为此先从理论上对斜齿轮参数化精确建模进行讨论。
一、参数化建模中齿数与模型分析
在斜齿轮的精确建模中有一部分文献没有考虑到齿数对建模的影响[1][3][4][5][6][7][8]。没有考虑齿根圆与基圆之间的大小关系,根据斜齿轮的齿根圆与基圆公式有:
df=d-2・mn(h*an+c*n)(1)
db=d・cosat(2)
df=db=d-2・mn(h*an+c*n)-d・cosat(3)
由公式(3)可以得到
=z・--2.5(4)
如果斜齿轮的齿根圆 与基圆 相等,则公式(4)右边等于零。
z・--2.5(5)
对应标准齿轮有an=200,这样斜齿轮的齿根圆与基圆之间的大小关系就是螺旋角β、齿数z和法面模数mn的函数。当齿根圆与基圆相等时,那么斜齿轮的齿数z与斜齿轮的螺旋角β就成一函数关系,在此把这个函数关系用z=f(β)来表示,这说明斜齿轮的齿根圆与基圆相等的分界线是变化的,而不是恒定的。
齿轮精确建模时,当齿根圆小于基圆的时候,齿根圆与基圆之间是没有渐开线的,这部分曲线是刀具的齿顶加工出来的过渡曲线;当齿根圆大于基圆时,齿廓曲线全部为渐开线。所以斜齿轮精确建模一定要分这两种情况来讨论,为了方便在此用表格来给出两者的数据关系。
二、螺旋角与斜齿轮模型的关系分析
现有很多论文中斜齿轮的精确参数化建模都是先利用渐开线表达式生成渐开线一条齿廓曲线,把这个端面曲线沿螺旋线进行沿引导线“扫掠”或“曲面已扫掠”命令来生成一个斜齿轮的轮齿,然后利用环形阵列生成斜齿轮的精确模型[1][2][3][4][5][6][7][8]。
(一)螺旋角的关系推导
斜齿轮的螺旋角是指分度圆上螺旋线的切线与轴线之间所夹的角度。由下推出[10]:
tanβ=(6)
L-螺旋线的导程;
π・d-斜齿轮分度圆上的直径;
可以看出螺旋角是齿轮分度圆的一个函数,在同一齿轮中,任意圆周di上的螺旋角为:
tanβi=(7)
通过公式(7)可以看出,在不同的圆周上螺旋角是不同的。
(二)沿引导线扫掠策略
扫掠体的数学模型是,先进行路径规划,即将扫掠路径进行离散,求解出t时刻通过扫掠路径曲线上节点si的坐标,然后确定在每个节点上的投影面(法平面)方程,然后将物体向投影面(法平面)投影,当时间间隔足够小时,在满足一定的精度情况下,把时刻t和t+t时刻之间生成的扫掠体看成是由这些投影曲线组成的面域绕转动极轴转动生成的实体。
为了简化求解过程, 扫掠路径通常写成式的参数形式:
那么要想对一个物体进行扫掠必须给出扫掠路径和扫掠物体,在斜齿轮精确建模中,扫掠路径是空间螺旋线,扫掠物体为渐开线的齿廓,这样扫掠出来的齿形随可以参数化,但在齿形上的每一点的法线都为扫掠路径的切矢量,如果在创建时,给定的扫掠路径是分度圆上的螺旋线(在软件中这个命令是单参数的),则得到的轮齿是任意一点的螺旋角都等于分度圆上的螺旋角,通过公式(7)可以看出这是不正确的。三维模型图参考图1.4。
(三)沿多条引导线已扫掠策略
一条螺旋线不可能得到正确的轮齿,如果采用多条螺旋线做扫掠路径只能使用软件中的“曲面已扫掠”命令来实现,当扫掠路径比较多的时候可以得到比较精确的轮齿模型,但这个命令是不支持参数化的,也得不到参数化模型。
下面用一个实例进行验证:
图四是将端面的一个齿廓面沿引导线扫掠生成的轮齿形状,此螺旋角为β=200,可以看出轮齿的形状发生了严重的扭曲,且随着螺旋角的度数增大,扭曲现象就越明显。
图五是将端面的一个齿廓面利用曲面里面的已扫掠生成的轮齿形状,可以看出当使用一条螺旋线的时候,轮齿发生了扭曲,不可能产生精确地轮齿。当增多引导引导线串时,扭曲程度降低,另外通过图三与图二的对比可以看出两个操作都产生了扭曲,但扭曲程度是不一样的。
通过上述论证,要想得到参数化的精确模型,必须使用扫掠命令来实现,可以对此命令进行二次开发,给定分度圆上的螺旋角,然后设定渐开线上上段的个点螺旋角的值是线性递增的,下半段式线性递减的,使递增和递减的值分别等于齿顶圆上螺旋角和齿根圆上的螺旋角,这样既可以参数化又可得到精确的模型
三、阵列操作与参数化分析
在很多文献中当单个齿生成后通过阵列的方法来生成整个斜齿轮模型,通常在软件中有两种生成方法:第一种是特征操作下的阵列(引用下的环形阵列)第二中方法是变换下的环形阵列,这两种方法本质上是不同的,引用下的环形阵列是不能参数化的,而特征操作下的环形阵列是可以参数化的。
所以要想进行参数化设计必须采用特征操作下的沿引导线扫掠来生成轮齿,然后再进行特征操作下的环形阵列来得到参数化模型。
四、结束语
本文主要对已有的斜齿轮精确参数化建模的方法进行分析,推导出其不能得到精确参数化模型的理论原因,为以后斜齿轮的精确建模提供理论上的参考依据。精确模型一定是理论上推导证明出来的精确,还要注意当通过计算机算法去实现出来后一定存在误差的,那么必须对误差进行分析,确定误差的范围是不是在后续分析的允许范围内。
参考文献:
[1]白剑锋等.UG在渐开线斜齿轮参数化设计中的应用[J].机械设计与制造,2006,(70).
[2]邵家云,任丰兰.UG中渐开线斜齿轮的全参数化精确建模[J].农机使用与维修,2009,(1).
[3]赵向前,徐洪涛.基于UG4.0的斜齿圆柱齿轮的三维精确参数化建模[J].金属加工,2008,(2).
[4]鲁春艳.基于UG的齿轮齿条式转向器的虚拟设计与分析[J].苏州市职业大学学报,2009,(3).
[5]徐雪松,毕凤荣.基于UG的渐开线斜齿轮参数化建模研究[J].机械设计与制造,2003,(12).
[6]孙江宏,姚文席,吴平良.基于UG的斜齿轮三维参数化设计方法-扫描成型法[J].2003,(2).
[7]徐江敏,孟慧亮,苏石川.渐开线斜齿轮的参数化设计与应用[J].计算机应用技术,2008,(11).
[8]沈军,文军.斜齿圆柱齿轮三维参数化建模运动仿真及其在机床设计中的应用[J].组合机床与自动化加工技术,2004,(11).
三维建模范文第7篇
关键词:3ds max;教学方法;教学内容;教学特色;教学改革
1课程的性质与作用
“三维建模”课程是专业实用技能课程、与行业紧密结合。它不仅是多媒体技术专业的主干课程,也是其他相关专业的限选课程。其前继课程是Photoshop平面设计、AutoCAD技术等课程;后续课程是三维灯光与渲染,室内外设计。通过本课程的学习使学生可以清楚地掌握三维建模的流程,顺利而迅速地创建实用的三维模型,为后续课程打下良好的基础,同时对于学生满足岗位需要、培养学生在工作岗位上的再学习能力有重要的作用[1]。
2教学内容的改革
2.1教学内容的针对性与适用性
根据市场需求以及技术领域和职业岗位的要求,通过企业专家论证分析,确定将三维效果图制作作为多媒体技术专业的培养目标之一。为了与多媒体技术专业人才培养体系改革相适应,体现高职高专多媒体技术教学目标的特点,本课程建设组将“三维建模”课程的教学培养目标表述为:使学生获得本课程所辐射相关岗位的直接上岗能力。
本课程的授课体系主要针对建筑行业的设计师助理(效果图制作员)展开教学内容的安排。这个岗位对“三维建模”课程的知识和能力目标具体分解如下。
(1) 知识目标:①了解3ds max的用途、特点,熟悉3ds max的基本工作环境;②掌握3ds max的工作界面、菜单、命令面板、视图工作区、视图控制区,以及视图之间的切换和界面布局的更改等;③掌握二维物体的创建和修改;④掌握二维物体转化为三维物体的命令;⑤掌握三维物体的创建和修改;⑥熟悉材质编辑器窗口,掌握常用材质的制作方法。⑦掌握渲染窗口设置。
(2) 能力目标:①会下载、安装3ds max软件;②能制作家具模型;③能制作窗户;④能制作房子框架模型;⑤能把家具模型合并到房子框架中;⑥能给房子模型制作材质与贴图;⑦能将做好的模型渲染输出。
配合专业能力培养的同时,本课程还突出强调职业通用能力的训练,具体分解如下:①时间观念。制作一个模型可以有多种方法,要对各方法进行比较,选择一个最快的、渲染时间最短的方法。②模仿能力。从模仿别人的模型开始,逐渐培养自己的设计风格。③信息技术运用能力。可以从相关网站上下载一些家具模型和材质。④团队协作能力。⑤与教师、同学的沟通能力。⑥克服困难能力[2]。
除了培养学生上岗所必须的专业能力和通用能力之外,本课程的部分教学内容还针对了效果图制作员上岗所必须获得的一系列证书打下一定的理论和实践基础。
2.2教学内容的组织与安排
本课程的教学建立在美术基础、Photoshop平面设计、AutoCAD技术等先行基础课程已经完成的基础上。该课程为60学时,每周为4学时,具体课程内容及学时分配如表1所示:
该课程利用3ds max制作一个综合性的项目――室内模型,为实现这一目标,把此项目分成十个小项目,最后通过学生自己独立创建一个大项目,作为考核的一部分。
2.3教学内容的具体表现形式
教学内容的具体表现形式为项目。
经过归纳,三维建模最为常见的大项目为:客厅模型、卧室模型、书房模型、洗手间模型、餐厅模型和厨房模型的制作,其中客厅模型和卧室模型的制作最常见。这也就是学习多媒体技术专业的学生就业后最有可能参与的项目类型,因此设计一个最常见的客厅模型是学生就业后最常见的项目。将该项目划分为10个子项目,每个子项目设计覆盖了项目操作必需的知识点和岗位能力的目标。
按职业岗位的工作过程,所有的项目教学以贯穿“项目一体化”的模式,实施教师项目教学和学生项目实践一体化教学。教师以实际岗位的知识、能力、素质为出发点,按模型制作流程设计子项目,运用一个实际项目设计贯穿教学全过程,在这个过程中按项目的操作,逐步穿插相关的理论知识。而学生在教师带领下,完成相应的项目制作,打造“现状――改造――总结和提升”的学习模式。具体分为以下几个阶段:
(1) 临摹阶段:每个项目具体操作从现有的效果图出发(建模过程要总结出建模方法,找出各方法的优点、缺点)。
(2) 改造阶段:将该项目进行改造,制作出自己认为更好的模型。
(3) 总结和提升阶段:对该项目进行总结,并推广至多个相近模型。
教学模式和学习模式,除了体现高职理论教育的“必需、够用”之外,还培养和训练了学生的“自我学习能力”,也体现了高职适应性强的专业岗位技能训练和融入社会的综合职业素质训练。
3教学方法的改革
3.1教学模式的设计
本课程是一门实践性、应用性很强的课程,以实践教学为主,教学别重视基本技能训练和项目实训,项目实训内容与实际工作要求一致,培养学生的岗位职业能力,教学模式主要表现为:
(1) 以学生为主体,以职业需求确定综合项目,单向任务和理论知识;与学生一起“学中做,做中学”;教师为主导,指出学习目标,正确引导,了解学生对实际项目操作的困惑并加以指导。
(2) 以项目为课程能力训练的载体,构建“项目一体化”的教学模式。从实际问题出发,精心选取各个子项目,在整个教学过程中,子项目一个接一个的、循序渐进被展现、被传授、被实现,当这些子项目被完成后,构建一个综合项目。
3.2多种教学方法的运用
根据课程特点及对应的岗位能力要求,在教学过程中既要培养学生高水平的专业技能,也要培养学生自学、创新能力等综合素质,因此教学中采用了项目驱动、方案讨论、角色模拟等多种教学方法[3]。
(1) 从“临摹”练习到“个性”创作再到实战。
通过“临摹”练习法,学生能够快速熟悉作图流程,掌握设计要点。按照岗位职业能力,精心设计实践教学内容和过程,强化技能训练,使得学生增强职业能力。通过改造设计后的大讨论升华了个人创作效果,激发学生创作热情。
(2) 项目驱动法。用项目驱动专业基本理论与基本技能的学习,实现了“学中用”;通过项目“临摹”练习,学生能快速提高专业技能;通过项目“改造”练习,专业技能与实际工作接轨,实现了“用中学”。
(3) 项目分析讨论法。在“临摹”项目中,教师特别注重项目设计思路及专业技术的分析;在学生“创作”项目后,由教师引导学生对作品进行分组讨论,每组中有学生扮演“设计师”,有学生扮演“客户”,鼓励学生大胆提出自己的看法,让学生站在不同的角度评价作品效果,这样既提高了专业技能又培养了学生的语言组织能力和随机应变能力;在各子项目,对同一个模型,学生做出的不同设计方案,再对比效果,分组讨论和评价,使同学认识自己专业知识的不足之处,明确努力方向。
(4) 真实情境教育。从企业中获取成功的工程案例,给学生展示工作流程、最终效果、让学生切身体会学有所用,激发学生的创作能力,提高学生的岗位意识,实现了教学情境与工作情境对接。
3.3现代教学技术手段的应用
教学中采用电子演示文稿、大屏幕多媒体联机演示、网络教学等各种先进的教学手段,使课堂教学生动活泼,提高了教学效果,同时提高了教学效率。教学手段具体包括:
(1) 利用多媒体教学系统广播教学。把学生在学习中面临的共同问题(需要提示的重点)通过“广播教学”,边讲边演示,使学生即时看到操作效果。
(2) 利用网络将课堂教学延伸到课外。学生根据需要通过网络学习有关的内容,下载相关的素材资料,制作有实用价值的作品。
3.4教学特色
本课程的最主要特色是因材施教,我们的学生是高职院校的学生,所以不适合选择本科院校的教材。为适用社会对各类人才的需求,我们采用自编教材。教材以一个项目为中心,将理论与实践融于一体,特色鲜明,浅显易懂,图文并茂,方便学生自学。使学生学完本课程就能完成其他项目。
(1) 教材融汇AutoCAD技术、Photoshop平面设计及美术基础等多学科知识,在“工学结合”的背景下,训练学生的逻辑思维能力和实际操作能力,进一步培养学生在效果图的设计与制作等方面的综合能力。
(2) 引入实际项目,使抽象难解的设计原理变得通俗易懂,使教学轻松实现深入浅出。在上课前,先让学生欣赏一些精美的效果图,每个子项目都用提问题的方式作为引子,从而使课堂氛围更加活跃,提高教学效果。
(3) 教学采用网络教学方式,通过向学生演示PPT和软件的操作,使每个学生只要看着自己的电脑就能轻松理解该堂课的主要内容,掌握课程的重点与难点。教学中注重实践教学,利用大量的素材与模型资料,在每次实践课中按任务分发给学生,丰富了课堂内容,让学生多操作,充分发挥学生的主动性,提高学习效率。
(4) 在教学中,以学生为主体,教师通过项目精心设计的问题,引导学生思考、发言,表达自己的观点和想法,用这种方式培养学生的学习能力、分析问题和解决问题的能力、良好的语言表达能力和创新能力。将学生组织为小组进行学习、讨论和对答问题,以培养学生的团队协作精神。以评价学生的作品的方式鼓励学生多思考、多练习、多动手,从而培养学生的学习兴趣,树立学生的自信心。
4考核方式的改革
考试是教学中非常重要的一个环节, 不但可以检测学生的学习效果, 而且可以帮助教师改进教学, 对教学双方具有促进作用。但是传统的闭卷考试有很多缺陷,不能客观反映出学生理解、掌握、应用知识的实际情况。考核的中心应由重点考核学生掌握知识的多少,转变为考核学生运用所掌握的知识解决实际问题的能力。在“三维建模”课程中,采用了多样化的考核模式,学生成绩由“平时成绩+综合作业+期末成绩”三部分组成,具体的方法如下:
(1) 实验环节要求学生完成多次上机实验操作, 作为学生的平时考查成绩。此部分占总成绩的20%。
(2) 要求学生在规定的时间内设计一个大项目,以此考查学生的实际操作能力,学生完成后将效果图上传到教师的服务器上。主讲教师根据效果图评定学生的成绩,形成对学生专业技能的评价。此成绩占总成绩的30%。
(3) 理论考试重点考查学生对教学知识点的理解和掌握的程度。理论考试试卷要求难易恰当, 符合教学大纲要求。此理论考试占总成绩的50%。
学生的成绩从上机实验、综合作业、期末成绩几方面来综合评定,期末考试只占总成绩的50%。考核方式的改革虽然需要教师付出更多的劳动,但有良好的效果,可以督促学生平时认真学习,认真做好每个实验,同时也加强了学生的动手能力,使其真正掌握课程的内容。
参考文献:
[1] 张强. 高校《3DS Max》课程教学过程与模式探讨[J]. 科技信息,2006(11):114.
[2] 吕磊. 室内与家具设计专业构成设计类课程的教学改革探讨[J]. 浙江工商职业技术学院学报,2006,5(2):81-82.
[3] 胡虹. 室内环境设计专业“表现图技法”课程教学改革的体会[J]. 设计教育2006(157):120-121.
[4] 范永富. 3ds max 6.0 实用教程[M]. 北京:西安电子科技大学出版社,2004:51-71.
Exploring on the Curriculum Reform of Three-Dimensional Modeling in Colleges
LU Li-fang,ZHENG Rong
(Hangzhou Vacation Technology College, Hangzhou 310018,China)
三维建模范文第8篇
关键词：Sketchup 三维建模 纹理映射
中图分类号：P323 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）11-0057-02
1、前言
与二维相比，三维对客观世界的表达能给人以更真实的感受，它以立体造型技术向用户展现地理空间现象，不仅能够表达空间对象间的平面关系，而且能描述和表达它们之间的垂向关系，并能对空间对象进行三维空间分析和操作。因此，对现实世界的事物进行建模和模拟，就是根据研究的目标和重点，在三维空间中对其形状、色彩、材质、光照、运动等属性进行研究，以达到3D再现的过程。因而，对三维实体的图形图像处理及其模型建模研究显得尤为必要。Sketchup是一套直接面向设计方案创作过程的设计工具集合，该软件基于易学易用的设计思想，能创造所见即所得的直观效果，使得设计师能够享受到与自己、与伙伴、与客户直接交流的乐趣。该软件简单易学，避免了其它设计软件的复杂性；可以直接为表面赋予材质、贴图，使得设计过程的交流完全可行，不仅适合于专业地理信息技术人员的使用和操作，而且对于一般的非专业人员，经过简短的学习训练以后也可以完成三维建模的工作[1]。
2、Sketchup三维建模
要建立真实的三维场景，准确的几何建模是必不可少的。Sketchup可以通过用户交互地设置和输入数值，很好地控制几何精度，这一点非常关键[2]。
（1）资料收集整合：在建模前，要分析讨论建模所需要的资料，如CAD 技术图纸、建筑物周围环境、建模所需的贴图材质等。最后将已有资料进行整理，收集所缺资料，获取建筑物的外立面门窗尺寸，层高等数据，补充立面信息。
（2）分析建筑物功能分区，分步建模：由于建筑物一般为对称的平面形式，立面门窗也比较统一，类型简易，外墙饰面材质变化较少，可将建筑物拆分为几个部分进行建模：
1）准备工作：在DWG文件中根据实际情况把不需要的线条、图层全部清除掉。
2）DWG文件的导入：选择菜单中的“文件”选项，点击其中的“导入”命令，在其子菜单中选择“导入DWG/DXF”选项。之后系统会自动跳出一个对话框，点击右下角“选项”，弹出一个新的对话框，在此对话框中选择“单位”为mm，以保证导入Sketchup的CAD图与CAD中的图形比例保持1：1，从而保证在由平面生成立体的时候，高度按照实际尺寸拉伸。选择要导入的DWG文件然后点击“导入”命令即可。
3）模型的建立：处理导入的CAD图，建造模型，包括有墙体制作、窗户制作、玻璃制作、台阶制作、添加阳台（阳台制作的深度按实际情况需要进行）、室外楼梯等外部构件、材质的贴制，从而完成小单体模型体块。
（3）拼装整合模型，效果设置：各部分初步建模完成后，进行拼装，把这几个部分整合起来，组成建筑物。然后是阴影、透视角度、明暗关系等常规效果设置及调试，使模型更加真实化。
2.4 纹理映射
纹理映射技术在建模过程中起着十分重要的作用，一方面能增强模型的逼真度，同时也有利于模型的简化和减少多边形面。Sketchup提供了强大的纹理映射功能。按照使用需要，贴图分为三种：普通贴图、包裹贴图、投影贴图。普通贴图是最普遍的，即为平面赋予材质，贴图单元在此平面上可以重复多次，也可以比平面大，主要通过调整贴图坐标来实现；包裹贴图类似于一个盒子进行外包装，需要先给一个平面赋予贴图，用贴图坐标将大小位置调整好，再用吸管将此材质赋予其它面，实现贴图的无缝拼接；投影贴图主要用于对曲面进行纹理映射，如起伏的地形或弧形的建筑物及其细部等，实现贴近真实和过度自然的效果[3]。Sketchup支持的纹理图片格式包括JPG、BMP、TIF、PNG等。为减小数据量，图片一般保存为jpg格式，并且最大不超过100KB。
3、建模过程中注意的问题
（1）尽量将模型控制在简单状态，需要更改模型的时候，越简单的模型越容易。
（2）CAD图纸，实际上包含了大量建模时不用的信息，在导入过程中都应清理掉。一层一层地导入将会非常有用[4]。
（3）图片的采集是一种十分麻烦且工作量大的工作，必须要明确我们所感兴趣的地方在哪，我们需要哪些角度的图片，同时要兼顾地把局部和整体的图片采集下来，以减少后序图片的处理工作量。照片应该涵盖建筑物的每一面，要避免拍到外来物体（树木、车辆、行人等）。
（4）所处理的图像（贴图）大小不能超过1M/张，且在多个人进行工作的情况下，要统一图片的亮度/对比度标准，以避免出现不同面不同色调。
（5）尽量使用纹理。由于使用贴照片的方法所得到的模型数据量会较大，而在最终效果和模型这两者之间还存在着此消彼长的作用，所以最好能够用纹理来对模型进行贴图，以降低模型的数据量，同时达到最好的分辨率显示效果。
（6）建模时，关键是在于线条的处理，要十分注重线条是否连接、垂直和闭合的情况，这样能避免当模型复杂的情况下因为线条的混乱所造成的模型无法进一步的优化和修改的情况。因此，在勾画建筑物的模型时要时刻注意线条连接时在交点处的系统提示，当遇到交点时，系统会提示出现多种不同的点的颜色等提示信息，以此来判断线条是否平行、相交等[5]。
4、结语
上述研究只是三维建模领域的一部分，三维建模涉及的领域还有很多方面，随着应用的深入还有很多问题需要解决。基于Sketchup构建模型具有效率高、效果好、成本低且能共享等优势，相信Sketchup将会被越来越多的建模爱好者接受。
参考文献
[1]许捍卫.基于Sketchup和ArcGIS的城市三维可视化研究[J].测绘通报，2010，（3）：52-54.
[2]陈丁罡.基于Google Earth的建筑物三维建模[J].城市勘测，2007，（3）：51-53.
[3]周靖斐.GIS系统中实现规模化建筑物的三维建模方法[J]，地理空间信息，2011，09（1）.