基于SketchUp的居民小区三维模型构建

万 典

(成都理工大学 四川 成都 610059)

基于SketchUp的居民小区三维模型构建

万 典

(成都理工大学 四川 成都 610059)

构建城市三维模型是建设数字城市的基础，数字城市向智慧城市的进一步拓展，更需要城市三维模型作为支撑，城市三维模型的构建在城市的规划、管理、建筑设计、工程施工等方面具有重要的意义。

本文以某居民小区的部分住宅楼为例，具体阐述了利用SketchUp软件进行建筑物三维模型构建的流程，并分别采用不同渲染软件进行场景渲染和制作三维场景漫游动画。基于SketchUp的城市建筑物三维模型和漫游场景的制作，能够快速地构建一个逼真和低成本的城市建筑物展示平台，让人足不出户就能实现对场景的漫游与交互，从而拥有身临其境的直观感受。

三维建模；城市建筑物；SketchUp

数字城市的快速发展使得三维建模技术有了质的飞跃，用于三维建模的软件也更加丰富，建模流程更加简洁快速，功能也越来越强大。利用SketchUp可以直接在电脑上进行十分直观的构思，其创作过程不仅能够充分表达设计师的思想而且完全满足与客户即时交流的需要，它是一个三维建筑设计方案创作的优秀工具。[1]

一、基于SketchUp的三维模型制作流程

为了建立现实场景的虚拟现实环境，先要将现实世界的建筑物轮廓精确地绘制出来，呈现一个立体的物体，然后对其形状、光照、材质等属性进行搜集和分析，通过不同的方法创建到三维环境中，创建一个形象而逼真的环境[2]。对于依图而建的三维建模方法，绘制二维图形的最终目的是建立三维模型，所以基于SketchUp建模的基本方法是从二维平面上勾画出一个面，再把面推拉出三维的立体模型，在面上构建其他形状的立体，绘制出模型的轮廓，最后着色贴图处理。在SketchUp中的建模是紧紧围绕着以“面”为核心的方式来操作的，这种方式的优点是模型很精简，操作起来很简单，但缺点是很难建立形态复杂奇异的模型[3]。

二、数据采集与整理

(一)采集属性及纹理数据。属性数据主要是指建筑物的高度、门窗及阳台的长宽和位置、建筑物及道路名称等。在不是建立精密三维模型的情况下，这些数据可以到实地概测，然后用估算的数据在模型上表示出来。对于精密三维建模，还可以使用测距仪和全站仪等测量仪器测出细节部分的长宽高，但利用测量仪器测量花费的时间较长，成本较高，对大范围建筑物场景的构建不宜采用这种测量方式，这也是基于图纸建立城市模型的一个缺陷。

建筑物场景的纹理数据主要是建筑物的侧面纹理、楼顶纹理和景观纹理。纹理属性采集主要是借助相机进行建筑物侧面、顶楼及景观照片的采集，在实地拍摄照片时需要尽可能是正面拍摄出来的照片，这样利于后续贴图工作的进行，对于实际情况无法进行照片拍摄的可以通过网上的地图街景等方式上截图获取。

(二)分析与优化CAD图。已经绘制出来的二维平面地形图，直接导入SketchUp中会出现建模不需要的多余线条和注释，那么导入前需要整理图像，需要用CAD将除等高线外的其他线整理到同一平面内。

居民小区地形图主要有住宅区建筑物以及景观道路等，在导入前用CAD软件将地形图的点号及多余线条进行删除，在将原图备份的情况下将文字、标注和一些不必要的线段删除，删除不需要的图层。

三、三维模型建立方法

(一)导入CAD图。在导入CAD图前，在SketchUp中对场景单位进行设置，在软件窗口栏的场景信息中修改单位，将单位设置为米(m)，精确度数字尽量设置小一些。对于底图的采集方式，除了利用已有的二维平面地形图外，也可以利用百度地图的卫星图像来制作模型的地图，可按实地边长长度将截图导入到SketchUp中，再依据图片描绘建筑物底部轮廓。

(二)三维模型制作。制作居民小区的整体轮廓主要是制作建筑物的模型。使用“推拉”工具可构建建筑物轮廓的主体，使用“复制偏移”工具可用将轮廓线偏移至所需的距离。对于精度不高的建模可估测出楼层高度。在创建完一栋楼后，通过在地图上测量和实地观察，小区有部分建筑楼是相同的，相同住宅可以通过将整体做成组件或做成群组户平移、复制和旋转，同理，细节部分也可以这样构建。

制作窗体的方法是可以直接绘制或通过插件进行绘制。绘制的方法是将相同的窗体制作好并制作成组件，在组件栏可以随时选择已经做好的组件进行复制，由于居民楼某连续层数窗体相同，可利用阵列方式复制窗体。

(三)模型贴图。贴图有三种方式，一种是通过在材质里面添加图片，把图片做成材质贴在需要的地方，这种方式贴图的看上去比较美观，但是和现实建筑物的纹理略有差异，如果想要达到逼真的效果，就需要利用绘图软件处理纹理。

贴图时首先调整贴图的大小，再调整贴图的坐标，在“锁定别针”模式和“自由别针”模式调整贴图的位置，如果需要移动已被贴图的物体，可将物体制作为组件再进行复制阵列。

四、渲染与动画制作

(一)三维场景效果图制作

1、基于V-rayforSketchUp效果图制作。为使模型更加逼真，想要获得更具有说服力的效果图，就要对模型进行场景的渲染。在模型的材质以及空间的光影关系方面，利用V-RayforSketchUp能进行更加深入的刻画，能渲染出照片级别的效果图。具体的流程是要先安装V-RayforSketchUp插件，首要工作是检查模型，比如正反面是否正确，材质的分类是否无误等。检查好后对一些材质进行编辑，选择V-RayforSketchUp工具栏中的材质编辑器，打开材质编辑器的面板，注意要随时清理一些无用的材质，在场景材质中，选择清理没有使用的材质，以便无用材质占用系统资源影响软件的速度。在材质编辑器中可以对材质的相关属性参数进行设置。

2、基于Lumion效果图制作。为了使建筑物的场景更加丰富，效果更加逼真，Lumion软件出的渲染效果是比较好的，使用Lumion进行场景的渲染可以使人们能直接预览建筑场景并节约时间和精力。用Lumion的效果图制作，首先要把在SketchUp中建立的模型导出来，注意导出的文件在选择的保存路径和保存的文件名称中都最好使用英文，输出类型为：COLLADA。

输出模型后，把SketchUp导出来的模型导入到Lumion中，在导入前将SketchUp的模型整体放在原点。Lumion自带有许多人物、动物、植物等模型，在型库里选择想要导入的物体，Lumion中还自带有大量的材质，这些材质可以按自己的要求调节材质属性。

(二)基于Lumion三维场景漫游动画制作。为了能让建筑物场景有更好的展示效果，对场景制作动画能够使画面更加生动，Lumion渲染软件以其简洁的操作和强大的动画制作功能能够在短时间内创建高清动画电影，大幅降低了制作时间与成本。使用Lumion制作漫游动画的流程如下：

(1)在Lumion的编辑界面中，直接添加一些物体。

(2)如果只需要制作静止物体的漫游动画，依次选取不同角度拍摄照片，最后点击左侧的播放键即可看到漫游动画的生成。

(3)制作运动物体动画时，调整好人物或汽车运动的朝向，调整好后点击新增特效按钮，选择动画特效的移动，对小区内的人和车设定行走路线。

[1]戴济平.GoogleSketchUp三维可视化技术[J].测绘科学，2011，36(5)：231-233.

[2]许捍卫，房晓亮，任家勇，范小虎.基于SketchUp的城市三维建模技术[J].测绘科学，2011，01：213-214+189.

[3]谭仁春.三维城市模型的研究现状综述[J].城市勘测，2007，03：42-43.