Creator在构建三维城市模型中的应用

更新时间:2023-12-27 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:11061 浏览:45083

摘 要对比了Creator软件与其他建模软件的优缺点,分析了虚拟城市三维建模的一般步骤,着重讨论了Creator在三维建模的具体应用.


关 键 词3DCM;三维建模;模型优化

中国分类号P208 文章标识码A 文章编号 1674-6708(2011)34-0166-02

三维城市模型(Three-Dimensional City Model,简称为3DCM),作为城市逼真的三维数字表示,不仅有其传统虚拟现实表现的高度真实感,而且能作为基础平台与其他领域相结合为城市的发展建设做出贡献.当前,三维城市模型已经在城市基础设施管理、突发事件救援、城市规划、军事行动支持等众多领域显现出了巨大的应用潜力.

构建逼真的场景是建立三维城市最基础的要求,这样才能增强三维城市的沉浸感.在这个过程中,不仅要求硬件具有较强的渲染能力,而且要求所采用工具软件可以采用各种算法来优化场景.现有的计算机硬件渲染能力是有限的,为了提高城市仿真的真实感,必须充分利用现有的三维建模软件和采用三维模型的真实尺寸.Creator是就是其中重要的三维建模软件之一.因此,本文依据湖北黄石市三维数字城市系统建设项目,介绍了Creator软件在城市三维建模中的应用技术.

1.Creator 软件简介及选择

现在比较常用的三维建模软件有Maya、3DS Max和Creator等[1].

Maya是美国Autodesk公司出品的世界顶级的三维动画软件,应用对象是专业的影视广告,角色动画,电影特技等.Maya制作效率极高,渲染真实感极强,是电影级别的高端制作软件.但Maya制作的三维模型也非常精细,数据量也比较大.所以,游戏设计中经常混合使用3dsMAX与Maya进行三维实现.

3DS Max建模功能强大,对对象的细节描述非常生动,适合于对象的精细建模;但是其建模数据量非常庞大,不能满足实时渲染对数据量的要求,需要简化、消除冗余数据才能用于虚拟城市三维建模.

Creator侧重于模型数据管理,其三维造型功能较弱.例如软件布尔运算功能差,不支持NURBS建模,使得复杂实体的建模较为困难.Creator是专门为复杂虚拟场景的实时漫游而设计的建模工具,绘制速度快,交互浏览过程方便、灵活,优势在于生成大型场景的地理环境.在拥有强大建模工具的同时,Creator还拥有强大的兼容性,与许多重要的VR环境兼容,例如可以转换VRML,3DS,AutoCAD,Photoshop等的数据.正是这种兼容性,使Creator在与其他软件联合使用中,可以充分发挥各个软件的长处,最大限度地提高工作率.

因此,结合“湖北黄石市三维数字城市系统建设”项目的实际情况,该项目主要应用于城市应急三维平台建设,所以该项目要求虚拟场景能够实时渲染和漫游的前提下,而且对模型的精度、地理位置和细节有不同的规定.三维城市模型数据量巨大,建模过程中,要求在较精细建模的基础上要尽可能地缩小数据量.所以,该项目首先利用利用Creator进行城市建模,个别单位采用3DS Max进行重点建模,以达到实时渲染数据量的要求.

2.Creator 应用于虚拟城市三维建模的技术方法步骤如下

1)确定模型位置.把城区.dwg格式的AutoCAD分成若干较小区域,将小块AutoCAD导入Creator 中,要确保导入底图的尺寸与实际距离相吻合,来确定所要建模的位置;

2)制作模型纹理.用Photoshop将数码的建筑物照片制作出建模所需要的纹理.为了在Vega 中实时渲染和漫游时纹理不发生变形或丢失,需要将纹理保存为.rgb或.bmp 的格式,而且图片的像素大小为2a×2b1≤a,b≤10);

3)模型数据准备.利用Creator和3DS Max在上面准备的数据和纹理的基础上进行建模,模型完成后保存为.flt格式;

4)整理已建模型数据.该步骤包括模型的导入、数据库层次结构的组织、模型的简化等;

5)建立城市三维场景.利用二次开发软件进行编程,建立虚拟城市三维场景,实现所需功能.

3.实体建模与地形处理

建筑物建模:

1)利用Creator建模方法具体包括以下几个步骤

首先,在Creator中用Import命令将划分好的分块.dwg文件导入,作为建筑物底图.将视图调整为Top视图.然后,基于底图结构线勾画出最能体现建筑物主要框架的轮廓线,使用Wall(或shift+W)命令拉伸一定的高度,拉伸高度要与实际相一致.建筑物的主体部分完成后,就对局部部分建模,如建筑物上的标志、凸出的特征部位、柱子、阳台、楼顶上的广告牌等,就像搭积木似的,逐个完成细节部分.最后,利用Texture工具为三维模型映射纹理.在建模过程中贴纹理是很重要的一个环节,直接影响到模型的质量.

2)对模型的简化

利用3DS Max和Creator建模过程相似,但有所区别.3DS Max建成的模型一般保存为.3ds格式,最初导入的.3ds模型都是以三角面存储的,其数据量很大,在Creator中利用Combine Face工具可以将所有相邻的三角面合并成多边形面.大大减少多边形的数量,但是有些面不能自动合并,这是因为这些面映射了相同纹理却放到了不同的Object对象下.解决方法是:把这些使用了相同纹理的面删除得只剩下一个面,将其放大到原来所有面覆盖范围的大小,再利用Scare Texture工具将纹理缩放到正确的大小即可.另外,对于一些不可见面,如模型底面、两个体的邻接面、柱子的顶面和底面灯,可以直接删除.最后,将简化后的模型保存为.flt格式.

3)数木、桥梁、道路等物体建模

对树木等植物实体的建模,在精确度要求不高的情况,可以采用Billboard或交叉面的方法,赋予用带有a通道的植物贴图,Billboard插件建立的树木模型在漫游时,可以根据视线的旋转而旋转,并保证观众看到的始终是树木正面.以树的公告牌制作为例,首先需要建立一个平面,在平面上附上带有透明通道的树形纹理.然后在模型的面属性中设定相关的Billboard等属性即可.

桥梁建筑物等由于需要从不同视角观察,因此要建立三维模型.建模时画出截面图后,采用wall或Loft方法,生成三维实体;如果形状不规则,对其主框架建模后,细节部分用贴图来实现.

对道路的建模则较为简单,可以采用Road工具或是直接采用Strip Face实现,或者用添加子面的方法.

4)城市地形生成方法

通常,在中能够非常精确地做出一块区域的地形图.在构建3DCM时,对地形的精度要求不是特别高时,可以利用AutoCAD底图快速制作城市地形.

利用顶视图导入城市AutoCAD底图作背景,用Line勾画出各个分块地形轮廓,用修改器中的Extrude将不同的轮廓先按需要输入不同的量,最后赋予如湖泊、草地、路面等不同贴图,这样做可以既快速又保证一定准确性地完成一块地形的构造.

利用不同的视角导入背景图片来勾边,再为其赋予贴图,在建模工作中可以解决许多难题,大量减少工作量,且方法简便.

4.结论

图5为黄石市城区一角的渲染效果图.该系统的制作采用了文中所述方法.该三维数字虚拟城市具有较强的三维交互功能,用户在虚拟城市中可以自主行动进行浏览,体验场景的真实感,这种方式即消除了描述性文字或图片交流上的障碍,又可以用于城市的布局规划等二次开发平台,具有较好的通用性.