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基于3D动画软件的城市3D仿真建模

摘要:城市3D仿真模型的构建对智慧城市的建设具有重要意义。本文详细介绍了3dsMax在城市3D仿真建模和制图中的应用,讨论了模型优化的技术,并以实际生产为例总结了包括建筑物,地形,交通网络,植被和辅助设施在内的情况。地形特征的建模技术和方法。提出了一种将近距离摄影测量与3dsMax专业建模软件相结合的方法,以在下一步实现自动或半自动建模的想法。关键字:3dsMax,3D模型,纹理映射,模型优化,智能城市1简介在全球智能城市峰会上,人们提出了“构建智能地球”的建议。从城市出发的想法使城市越来越成为创新的中心。智慧城市建设作为提高城市竞争力和解决城市发展问题的重要途径,已经成为城市进步的重要手段和标志。在国外,诸如巴塞罗那之类的智慧城市建设的主要动力是培养城市的竞争力,“智能首尔2015”旨在将首尔建设成为世界上最具城市竞争力的五个城市之一, ICT之都。 2013年,以武汉,重庆,临沂等9个城市为试点,建设智慧城市。城市的三维模拟模型为城市规划,管理,宣传,选址,设计,项目审批,地下空间管理,应急指挥和城市旅游提供了支持基础。它已成为智慧城市建设中的一项重要技术。目前,三维城市模拟模型建模方法主要包括:基于二维GIS的三维城市建模方法,基于CAD的三维城市建模方法,基于遥感影像的三维城市建模方法,激光雷达的城市建模方法城市3D模型制作包括地形模型,建筑模型,交通网络模型,植被模型,辅助设施模型和其他模型。其中,建筑是城市的主题,其建模方法已得到广泛研究。智慧城市的建设对整个模拟模型提出了精细化的要求,有必要对城市地形及其他地形模型进行精细重构。 3dsMax具有机动性强,直观,易学,模型逼真,纹理强等特点,在建模精度上具有很大的优势。它具有强大的点,线,面和几何图形编辑功能,可以准确确定模型的位置和大小。建模完成后,可以修改诸如模型的高度和底表面的大小之类的参数,以生动地描述对象的详细特征。基于此,本文使用3dsMax作为主要的建模工具。它不仅列出了建筑物的精细模型的构建方法,而且还从生产实践的角度研究了城市地形,植被,道路网络和辅助设施的模型生产方案。研究并讨论了仿真的基本技术和优化方法。 2用于城市3D模拟的基本数据收集和建模方法的分析一般现状区域基于通过实地调查和逐场拍摄的照片生成的1:500比例尺地形图,规划区域基于组合规划设计图纸和设计效果图。对材料数据库建模。这种建模方法的优势在于,它可以现实地表达当前城市特征的精细结构和材料特征以及规划和设计结果。建模流程图如下:2.1基本数据准备根据规划设计总体规划编制城市规划区数字高程模型。根据规划和设计计划的景观设计,从材料库中选择表面材料信息。城市建成区的数字高程模型使用1:500地形图,使用数码相机在现场拍摄的照片制作纹理或选择从材质库中选择相似的纹理进行贴图。其他区域的数字高程模型使用1:500、1:1000和1:2000地形图,表面纹理信息使用1:2000真彩色正射照片或高分辨率彩色卫星图像。通常,在建模之前,需要根据实际需要对地形图或规划图中的信息进行过滤和压缩,遵循少而不多的原则,删除不必要的图层,并保留建筑物,标签,草木,树木等图层。同时,将3dsMax系统的单位设置为米。导入以上数据后,执行“ ldquo”,“ group”和“ ldquo”,冻结操作并简化模型绘制。 2.2三维仿真模型的建立三维模型通常有三种建模方法,即多边形,面片和NURBS建模。在实际生产操作中,我们使用多边形建模是最简单,最快的方法,并且灵活地使用3dsMax软件的拉伸,轮廓和倒角,放样,捕捉,轴约束和其他命令进行建模。为了便于存储和统一管理,必须在构建模型之前按顺序构建图层:bui(建筑物),floor(地形),alpha(灰通道),app(小型,辅助设施),道路(交通路网) ),植物等层。下面根据实际的建模过程依次描述各层的制造方法:(1)地形模型:三维地形模型包括山,水系,水线,要塞,坡度,悬崖,地形等地形。山脊线。您可以使用以下两种方法进行建模:第一种类型是使用三维地形数据自动生成三维模型,并叠加数字正射影像来表达它们,即DEM + DOM模式,第二种类型是使用3dsMax建模软件以交互方式执行三维模型制作,即精细地形模式。城市中的精细地形模型主要是由后者制作的,并且从外到内逐步进行构建,并参考地形图上收集的高程点信息来构建地形模型。 (2)交通路网模型:包括道路,轨道交通,桥梁和道路辅助设施。公路网通向城市,就像通向人体的血管一样。只有正确构建道路网络,我们才能确定每个街区的大小范围,然后进行下一个分工与合作。通常,在市区的三维建模任务中,主要道路网是由专人完成的。在建立道路网络周围土地的整体模型之后,操作员将其合并到道路网络模型中以进行边缘处理。 (3)建筑模型:对于以城市为主体的建筑物模型,不仅要根据CAD底图制作,而且要根据建筑物的方向,质量和精细结构进行分析。照片以权衡模型和地图。在资源占用和工作效率之间。在一般建模中,首先根据CAD地形图勾勒轮廓,然后拉伸“火柴盒”几何模型,然后根据照片上分析的每个立面的进退等级关系创建适合实际情况的详细模型,和屋顶结构。 (4)植被模型:包括在道路两侧成排种植的人行道树木,在居民区种植的景观树,绿地,公园,灌木,花卉以及在绿地中种植的其他植被。树木和盆栽植物通常使用基于交叉图像的建模方法制作,即制作具有一定高度的十字架,并通过在十字架上应用带有alpha通道的纹理来表达它。一方面,它在视觉上补偿了单张固定。照片上有缺陷,同时减少了图像旋转所需的计算量。根据道路的形状将草直接从平面中挤出,然后通过后续映射来制作模型。 (5)其他:上述未包括但需要在三维场景中表示的辅助设施和部件,例如通信基站,高压线路走廊等,其建模方法为e更复杂。通常,它们在生产中由材料库协助。在索引中,通过诸如场景融合,移动和旋转之类的操作对相同或接近实际的实体进行建模。 2.3三维场景素材设计在野外拍摄时,由于相机的时间,角度和光线的原因,亮度,色相,饱和度和其他因素容易产生差异。这些差异的存在将直接受到纹理的影响。整个系统的整体性能,同时,由于拍摄角度的限制,树木的影响以及其他掺杂因素的影响,需要对其进行修复和裁剪。因此,在进行纹理映射之前,需要专业的图像处理软件PhotoShop对现场采集的图片进行正射校正,色彩校正和修复,以实现模型纹理数据性能的和谐统一。对于同一表面上具有不同性能的纹理,最好在PhotoShop中创建一个新层,所有层均在该层中完成,并用标尺分区隔开,均匀地调整亮度和对比度等参数,然后通过小块设置尺寸然后保存。这样可以确保同一壁的相同颜色纹理具有相同的性能,这将更加逼真。此外,在不影响模型性能的情况下,纹理单元应尽可能小。由于计算速度是模型运行平台上最快的,幂次为n且失真不是失真,因此我们应将像素大小设置为m的次方和n的次方。保存时,将分辨率设置为72,将质量设置为8。尝试使纹理单位为正方形,并且像素的宽度和高度不应超过512。纵横比应为1:1或1:2。如果纹理太长或太宽,则从模型中拆分地图表面。以这种方式产生的纹理图片通常保存为jpg格式。应该注意的是,在城市精细模型的表现中,需要在一定的透明度下表达的现实模型,例如栅栏,透明玻璃,阳台,广告牌和带栏杆的树木,都需要帮助。的Alpha通道。使用Photoshop选择实际的不透明对象并将其另存为通道。白色部分正常显示在场景中,黑色部分透明显示,灰色部分半透明显示。选中Alpha通道后,我们将该灰度通道单位保存为tga格式。 2.4模型优化实际上,模型优化工作始终贯穿于建模和映射中。在建模过程中,应删除多余的点,线,面和放样。对于3D模型,面的数量直接决定性能效果。从理论上讲,3D模型面对的面越多,它就越接近现实。但是,在三维虚拟场景中,图像的每一帧都是在CPU和图形卡的帮助下实时计算的。如果模型和面的数量过多,则系统的运行速度将大大降低,甚至可能无法正常工作。因此,减少不必要的补丁是质量检查的重要部分。 3市区建模示例3.1实验区概述重庆市勘测院位于市区江北区。它属于丘陵和山脉的混合地带。地面起伏,地面植被均匀覆盖,建筑物数量和分布适中,颜色鲜艳。模具的典型材料。用于建模的基本数据是比例为1:500的地形图,并且使用CanonPowerShotSX30IS数码相机逐个场景获取了纹理数据。 3.2实验区域的建模过程分析后,从道路部分开始对实验区域中的地面物体进行建模。以主干道为例,主要的建模方法如下:在顶视图中,创建ldquo,line命令以跟踪一小段道路,然后关闭样本。线会转换为可编辑的多边形。选择道路延伸方向的一条边线,拖动“凸出线”,将其拉伸到下一个采样高程点,输入高程值,然后按顺序进行。在路的拐角处您应该选择多边形的另一条边,执行“ ldquo”操作,进行连接操作,指定适当的分度数并进行连接,然后通过在点编辑模式下调整节点来形成道路形状。修好主道路后,可以使用放样,轮廓和拉伸等命令制作牙齿,人行道附件和路边花坛。到目前为止生成的模型结果如下:在制作了“ ldquo”区域和骨架后,下一步是绘制建筑模型。在顶视图中,检查建筑物ldquo,火柴盒轮廓,然后制作一个精美的模型。 ldquo,快速切片,ldquo,裁剪和ldquo,倒角等命令主要用于制作精美的外墙和屋顶形状。具有不同性能的模块被划分为不同的面,以便于映射。首先要挤出的建筑物高度数是指地形图上的屋顶高程。如果没有高程,则应估算实际体积。重要建筑物的斜屋顶需要用厚的屋檐制成。普通建筑物的屋檐可以不带屋檐,子墙需要用固体制成,厚度应根据建筑物的大小确定,通常在建筑物的0.2-0.8米之间,靠近建筑物的大型广告牌和沿街的重要建筑物需要实际生产。为了降低模型的复杂性并提高其在平台上的运行效率,通常可以在不使用产品的情况下制作伸出不到1.5米的建筑物(结构)表面,而使用地图。建筑物的简单模型和精细模型之间的比较如下:模型完成后,根据现场场景生成满足要求的纹理单元。原始图片的矫正,还原和色彩校正之前和之后的示意图如下:建筑物顶部的纹理可以从特写照片中获取,也可以根据以下信息直接从遥感照片中提取:该坐标。由于没有遮挡,信息量就足够了,因此效果更好。在生产中,我们使用UVW修改器进行贴图。当将通用纹理单元应用于场景时,将纹理图片直接拖动到场景中,给定材质的U和V值,可以使用BOX方法或常规匹配进行调整。具有Alpha通道的纹理单元借助渲染器中的着色器应用。设置完成后,将材质分配给所选对象并应用于场景。然后在UVW修改器中设置参数以完成通道的纹理映射。映射时,应注意观察整个场景的色调在风格上应保持一致,并且明暗。 3.3实验区域模型的优化模型优化应检查建筑模型的形状,纹理,颜色和纹理,地形模型的真实性,地图的合理性,植被模型类型的正确性,以及辅助设施模型的正确性和协调性。 。应特别注意模型和道路网络接口是否满足要求,交叉口处理的合理性,块之间接口的条件,包括模型接口和地图的纹理是否合理,以及道路两侧的特征协调。由于3dsMax本身的局限性,当场景太大时,很难进行实时漫游,因为可以直接在Max中执行此小场景的质量检查,而大场景模型的质量检查则需要使用MultiGenCreator软件简化三角形。 MultiGenCreator是一个建模工具,专门用于复杂虚拟场景的实时漫游。它本身不适合用于精细建模,但是对于较大的场景的生成和浏览具有绝对的优势。但是,无论哪种软件质量检查,要检查的项目都是一致的。 4结束语本文介绍了城市3D仿真建模的过程和方法,总结了生产运营中的经验,并为类似项目的建模提供了一定的参考。目前,城市3D仿真建模我思维正在全速发展。尽管基于3dsMax的建模方法可以满足我们对模型精细化的需求,但仍需要进行现场调查和拍摄照片,并且内部数据处理也是一项相对繁重的任务。因此,必须找到新的方法来辅助建模。接下来,我将使用ldquo最大限度地利用从现场拍摄的照片,以提取更多有用的信息为起点。我将重点研究从近距离摄影测量学获得的有用信息的提取和使用,将近距离摄影测量学与3dsMax软件相结合,为城市3D模型重建和纹理贴图找到更完美的方法。