牛茂靖，王紅梅，許大亮，費(fèi) 嵐，吳金鑫

(1．安徽理工大學(xué) 測繪學(xué)院，安徽 淮南 232001;2．河北中色測繪有限公司，河北 三河 065201)

0 引言

隨著生活水平的提高，人們對生活質(zhì)量有了更高的要求，而旅游便越來越受到人們的重視，成為人們爭相追逐的焦點(diǎn)。岱廟是著名的旅游城市泰安里僅次于泰山的第二大風(fēng)景區(qū)，以其獨(dú)具特色的古色古香的天貺殿而聞名。天貺殿又稱宋天貺殿，始建于北宋宋真宗年間，與北京故宮太和殿、曲阜孔廟的大成殿并稱“中國古代三大宮殿”。目前這座古殿在網(wǎng)上沒有三維模型，不便于人們整體預(yù)覽。為了便于旅游資源的大眾化和網(wǎng)絡(luò)化，本文利用現(xiàn)有的測繪技術(shù)結(jié)合計算機(jī)技術(shù)建立了岱廟天貺殿的三維立體模型。

要建立岱廟天貺殿的三維立體模型，首先需要實(shí)地進(jìn)行控制測量和碎步測量，取得天貺殿各特征點(diǎn)的坐標(biāo)，為后面的建模工作做準(zhǔn)備。然后，將數(shù)據(jù)文件傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中在AutoCAD 軟件中進(jìn)行畫圖，從而取得了天貺殿的平面圖。接下來，將天貺殿平面圖導(dǎo)入3Ds Max 中進(jìn)行建模，建模完成后進(jìn)行貼圖和渲染，最后將完成的模型導(dǎo)入VRP 中運(yùn)行。

自從1998 年美國前副總統(tǒng)戈爾首次提出數(shù)字地球的概念，數(shù)字化的浪潮便開始席卷全球，這種迅雷之勢標(biāo)志著“數(shù)字時代”的到來。數(shù)字地球概念的提出也引起了國內(nèi)學(xué)術(shù)界和政府領(lǐng)導(dǎo)人的高度重視［2］。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，旅游業(yè)已經(jīng)成為當(dāng)今世界上規(guī)模最大和發(fā)展勢頭最強(qiáng)勁的產(chǎn)業(yè)。而旅游業(yè)是一項十分依賴信息的產(chǎn)業(yè)，把數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于旅游業(yè)并為之服務(wù)，是旅游業(yè)實(shí)現(xiàn)信息化數(shù)字化的關(guān)鍵。

本研究將數(shù)字化技術(shù)與測繪技術(shù)相結(jié)合為旅游景點(diǎn)天貺殿建立三維立體模型，建立的模型不僅具有立體逼真的特點(diǎn)，而且可以長久保存和方便共享。

1 利用3Ds Max 技術(shù)建立三維模型原理

3Ds MAX 是由美國的AutoDesk 公司開法的一種基于矢量的三維造型和動畫設(shè)計軟件，它可以制作出非常逼真的廣播級三維實(shí)體及動畫［1］。現(xiàn)它已成為世界上應(yīng)用最廣的三維建模、動畫、渲染工具，并且廣泛應(yīng)用于游戲開發(fā)、角色動畫、電影電視視覺效果和設(shè)計行業(yè)等領(lǐng)域，完全滿足制作高質(zhì)量動畫、最新、設(shè)計效果的需要。它的主要特點(diǎn)有:

1)功能強(qiáng)大，擴(kuò)展性好。建模功能強(qiáng)大是3Ds Max 被用于虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)構(gòu)建的重要原因，另外在角色動畫方面具備很強(qiáng)的優(yōu)勢，此外豐富的插件也是其一大亮點(diǎn)。

2)操作簡單，容易上手。與其強(qiáng)大的功能相比，3Ds Max 可以說是最容易上手的3D 軟件。

3)和其它相關(guān)軟件配合流暢。

鑒于3Ds Max 有如此多的優(yōu)點(diǎn)，不僅功能強(qiáng)大、入手簡單，而且場景豐富、操作順手，所以本研究選擇3Ds Max 來進(jìn)行天貺殿三維立體模型的建立。而其他的軟件如VRML 為基礎(chǔ)的基于文本的虛擬場景生成工具存在不能提供可視化環(huán)境、用戶必須有一定的背景知識、場景搭建人員必須從VRML 提供的基本集合形體出發(fā)搭建復(fù)雜場景，用戶必須熟悉Java 語言以及VRML 動畫交互的編程等缺點(diǎn)，使實(shí)際使用難度較大，并且不易實(shí)現(xiàn)。因此提出了一種基于3D 和Virtools 技術(shù)的虛擬開發(fā)方法，即用3Ds MAX 構(gòu)建3D 虛擬場景、制作3D 動畫。這種方法具有真實(shí)性、交互性、簡單和易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，并已被廣泛使用。

2 利用3Ds Max 進(jìn)行天貺殿建模的具體步驟

2．1 地形圖測繪

各項工程建設(shè)在規(guī)劃設(shè)計之前，都要進(jìn)行勘測工作，對設(shè)計有關(guān)的自然現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)查了解，而這一階段的測量工作主要是地形圖測繪［3］。其中，控制測量包括平面控制測量和高程控制測量，而該模型的建立只需要平面控制測量即可。平面控制測量采用一級導(dǎo)線測量完成。

2．2 利用AutoCAD 繪制平面圖

AutoCAD 也是Autodesk 公司開發(fā)的一種工程類制圖軟件，常用的有AutoCAD2004、AutoCAD2007 等。選擇AutoCAD 的另一個原因是它與3Ds Max 有較好的接口。盡管如此，在制圖時也應(yīng)該注意繪制的圖要與三維作圖相適應(yīng)，如不要繪制太多的細(xì)節(jié)，否則在將CAD 圖導(dǎo)入3Ds Max 中后直線會發(fā)生變形。未修改的CAD 圖，如圖1 所示。

圖1 未修改的CAD 圖Fig．1 Unmodified CAD map

未修改的CAD 圖存在如下問題:

1)高程點(diǎn)應(yīng)該刪去，以減少導(dǎo)入時的負(fù)擔(dān)。

2)注記及一些地物也應(yīng)該刪去，原因同上。

3)需要再加必需的地物標(biāo)記，如柱子、欄桿和臺階，因為這些是建模必需的。修改后的CAD 圖，如圖2 所示。

2．3 利用3Ds Max 建模

CAD 圖修改完畢后便可以將它導(dǎo)入3Ds Max 中進(jìn)行建模工作。建模是指將二維空間中繪制的草圖作為基本對象在三維空間中形成物體的過程。建模是三維工具中最有挑戰(zhàn)性的工作，也是最重要的一部分。而天貺殿是個極不規(guī)則的建筑物，因此在建模上花費(fèi)了較多的時間和精力。

圖2 修改后的CAD 圖Fig．2 Modified CAD map

運(yùn)用2D 配合修改器轉(zhuǎn)3D 建模以及標(biāo)準(zhǔn)幾何體和擴(kuò)展基本體以及AEC 擴(kuò)展對象建模相結(jié)合的方法。前者2D 轉(zhuǎn)3D 建模是指把由樣條曲線和形狀組成的圖形經(jīng)擠出或倒角或車削等操作轉(zhuǎn)為三維形體的方法。用修改器中的擠出命令建模的地基和柱子，如圖3 所示。

圖3 用修改器中的擠出命令建立的地基和柱子模型Fig．3 The base and posts modeled with squeeze command in modifier

而標(biāo)準(zhǔn)幾何體和擴(kuò)展基本體以及AEC 擴(kuò)展對象建模的特點(diǎn)是簡單易學(xué)，容易上手。簡單的物體可以用幾何體模型類似搭積木的方法進(jìn)行搭建，通過參數(shù)調(diào)整其大小、比例和位置，最后成物體的模型。而對于較復(fù)雜的物體，可以先由幾何體模型進(jìn)行搭建再利用編輯修改器進(jìn)行彎曲、扭曲等等變形操作，最后形成所需物體的模型。最常用的命令是擠出命令，由于前期已經(jīng)實(shí)地準(zhǔn)確測量過各部分的實(shí)際高度，所以這時便可方便地進(jìn)行建模。利用AEC 擴(kuò)展對象建立的欄桿模型，如圖4 所示。

圖4 AEC 擴(kuò)展對象建模的欄桿Fig．4 Railings modeled with AEC extension object

在建模工作完成后，便可以利用材質(zhì)編輯器進(jìn)行貼圖:材質(zhì)編輯器(每個圖片分別建立一個材質(zhì)小球)—貼圖—none—位圖—編輯網(wǎng)格—點(diǎn)選模型面—賦予材質(zhì)，模型每個面都貼圖后，選擇模型—修改—UVW 貼圖—長方體。貼圖結(jié)果，如圖5所示。

圖5 材質(zhì)編輯器貼圖Fig．5 Texture map built with material editor

使用以上所述的各命令建立起天貺殿各個構(gòu)造的模型，然后再給臺階、墻壁、欄桿、殿頂、假山等賦上材質(zhì)，并添加樹木和在外圓加上天空貼圖使界面更逼真。最終結(jié)果，如圖6 所示。

圖6 已建好的天貺殿模型Fig．6 Constructed Tiankuang palace model

2．4 VRP 中運(yùn)行

要在VRP 中運(yùn)行模型，首先需要先將3Ds Max 模型導(dǎo)出為VRP 格式的文件。安裝VRP 時便自動在3Ds Max 中安裝導(dǎo)出插件。生成的VRP 模型，如圖7 所示。

圖7 天貺殿的VRP 模型Fig．7 Tiankuang palace running in VRP platform

3 結(jié)束語

利用3Ds Max 建立的天貺殿三維模型具有立體逼真的特性，將模型導(dǎo)入到VRP 中可以方便用戶使用，取得較好的人機(jī)交互模式。

［1］ 李積元．基于3DMAX 三維虛擬景觀的設(shè)計技術(shù)探討［J］． 大眾科技，2010(7)，40 -41．

［2］ 梁勇，袁銘，朱紅春，刁海亭． 數(shù)字城市建設(shè)與管理［M］． 北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2005:1．

［3］ 張正祿，李廣云，潘國榮，等． 工程測量學(xué)［M］． 武漢:武漢大學(xué)出版社，2011:109．