虚拟校园的三维建模方法

1、虚拟校园的三维建模方法作者：杨洋，刘斌寅来源：科技创新与生产力2018年第8期摘要：介绍了国内外虚拟校园三维建模常用软件及三维建模的几种方法，阐述了 CGA规则 建模的几种常见函数，并以校园宿舍楼为例，用C ilyE ngme软件进行建模，结合建模应用， 讨论了 CilyE ngme建模软件的优劣势。关键词：三维建模；C ilyE ngme软件；虚拟校园中图分类号：TP399文献标志码：AD O I. 10.3 96 9/j issn.1674- 914 6.2 018.08.039三维地理信息系统技术是三维模型数据的管理、存储、分析、显示的有效手段。目前，国 内外掀起了一系列三维建模技术热潮

2、。随着高校扩建步伐的不断加快，招生宣传竞争也日益激 烈，传统的电子地图没有快速查询和快速显示功能，而3D虚拟校园地图可以直接嵌入学校官网， 通过网址查看，其多样的、个性化的信息查询等功能有利于学校宣传以及信息的高度聚焦、建 设和交流。建立三维虚拟校园，能够使世界各地的校友们身临其境般融入学校环境，感受母校 变化，从而更有利于学校的招生宣传盯。张晖、刘超等基于C ityE ngine对建筑三维建模技术 进行了研究。:黄良平等通过CGA规则编写规则代码，对城市的重要组成部分进行快速批量三 维建模酗：陈敏捷和谢衍忆等人分别都以赣川市老城区为例，对城市内的不同种类的建筑、道 路编写CGA规则，从而实现

3、赣州市老城区三维模型的快速生产，并展示在不同的平台4-5：朱 以洲等人考虑到C ityE ngine软件的特点，以南通市某地区为例，从建模的方式、纹理贴图、 CGA规则、三维场景设置等方面建立基于C ityE ngine软件的城市快速三维建模规范流程，从 而快速、高效地实现城市三维可视化嘲。1校园三维建模的实现1.1数据的收集在虚拟校园建设中，数据是创建校园内三维场景的最基本的元素，为了使校园内场景更逼 近，需要多种数据的支持，这里将数据分为基础数据、纹理贴图数据和模型数据3类。1）基础数据。基础数据主要包括建筑物数据、道路数据、绿化带数据、河流数据等。这些 数据中，建筑物数据是最基础的数据，

4、包括建筑物的一些属性信息，比如建筑物的名称、宽度、 高度、楼层数等。在建筑物底面数据基础上，可以通过规则定义或者模型替换的方式进行建筑 物模型的创建。对于一些比较复杂的、有标志性的建筑物，可以通过调用其他模型或者导入已 经建好的模型达到快速建模的效果7-8。2）纹理贴图数据。纹理贴图数据是指在三维建模中，对建筑物外观纹理进行贴图的图片数 据，也是髟响整个建模场景是否美观的重要因素之一。纹理贴图数据不仅包括建筑物贴图数据， 还包括道路以及街道贴图数据。建筑物外观表面贴图数据可以通过两种方式获取：一是通过影 像数据来获取：二是通过实地拍摄来获取。而道路及街道的贴图数据可以通过搜集道路标准贴 图获得

5、，如道路中心线、停车线等。纹理贴图数据数量相当庞大并且用途复杂，所以要对纹理 贴图数据进行有效分类以提高建模效率7-8。3）模型数据。模型数据是指用于描述一些复杂度高或重复利用率较高的实体，如标志性建 筑物、松散树等植物模型。通过导入模型数据可以节省很大一部分工作量，降低成本。模型数 据大多从一些专业的建模软件中获得，然后以.JPG，.DAE格式导出7-8。1.2数据的处理底图处理。在CAD中进行底图处理，首先将DW G文件导入CAD中，再根据校园实际情况 将不需要的线条、图层、小路全部清除掉。清除时要注意不能将建筑物的墙体清除，否则将影 响图形的立体感。同时，要将CAD中“渲染”选项中的“显

6、示轮廓”选项勾选掉，以保证导入 的DW G文件是细线。数据格式转换。打开A rcGIS中的ArcM ap，在A rcM ap中添加数据加载CAD文件(可 以添加整个要素也可以添加单个要素).选择需要的某个要素右击选择“D ata, -E xportD ata, ”打开ExportD ata，对话框，选择导出存放路径，这时会弹出一个提示，询问是否把导出 的数据作为一个图层添加(为了后续工作方便，一般选择添加)，这样就转成SHP格式。这个 方法只能完成单个要素的转换，如果要转换多个要素，则需要利用A rctlolbox 工具。在弹出 的 A rctlolbox 框中选择 Conversion To

7、ols-toshapefile-feature class to shape，双击弹 出窗口，选择要输入的要素，输出路径后，重新建一个文件夹存放相应的路径，完成后单击OK。 转换完成后系统会自动添加到图层中。2基于C ityE ngne的校园三维建模2.1 CGA规则的应用C ityE ngine之所以能够适用于城市或者校园的大规模建设，实现快速批量建模的主要原 因，就在于它能够通过编写规则来建模。CGA规则是C ityE ngine独有的语言模式，语法和操 作方式类似于C+和Java。初学时会觉得它的语法比较混乱，但其函数样式直观易懂，学起来 比较容易。规则建模的原理是将整个模型的结构拆分开

8、来，化繁为简，化难为易，逐个进行详 细的分析来丰富模型细节，再通过对每个部分的定义，执行循环与迭代等操作，最终完成整个 模型的建模。2.2常用的规则函数拉伸函数(extrude)。拉伸函数是按照函数定义的坐标轴方向或对象垂直方向拉伸起一 定的高度，用来将地块拉伸出模型的基本轮廓。基本格式为：extrude xisW orld,heighl)。颜色函数(color)。颜色函数赋予建筑物模型不同的颜色。有两种方式来定义颜色，一种是color (rg，b):“r，“g”，“b”分别表示颜色中红、绿、蓝的比例，如红色为(1，0，0)。另一种是color (s):以16进制方式来表示，如红色为color

9、( #fl0000#)。缩放函数(s)。缩放函数设置模型沿局部坐标系中各个轴方向的缩放比例，用于将模型缩 放成合适的比例。基本格式为：s (floatxSize， float yS ize， float zS ize)。切割函数(sp ht):切割函数用于将面模型按规则定义切分成若干新的面模型。基本格式 为：spht (sphtxis) sizel.op elaton sl lsize2.op elaton s2size (li-l).opelatons (li-l)。平移函数(t)：平移函数是将现在进行的模型沿局部坐标系向各个方向平移的量。基本形 式为：t(tx,ty,tz)。旋转函数(r)

10、：旋转函数指模型按照定义的中心进行各个轴向、一定角度的旋转。一般形 式为：r (centeISelectlr,xAngle,yA ngle,zA ngle).2.3编写规则的注意事项1）规则语句必须由全英文或数字组成，原因是系统无法识别中文字符。中文标点符号只能 出现在有英文的双引号或者注释里，否则运行时就会显示错误。2）函数内引用的属性需要在规则开始前进行定义，这样程序才能准确将属性导入运算，而 未署名的属性要素系统程序不能够被识别。3）引用的函数参数值需在可选范围内。每一个函数对应的函数参数值都有一定的范围，为 了能够被程序识别并做出相应的操作，引用的函数值一定要与可选择值保持一致，否则程

11、序将 出错。3以文天学院校园宿舍为例的建模实验导入场景后，在不同的矢量数据上赋予相应的规则文件，并对其进行定义，就能生成相应 的模型。规则建模主要用于城市的自动批量建模，可以大大提高三维建模的效率。在校园里宿 舍楼是最多的建筑物，很适合应用CGA规则进行批量建模，因此在这次实验中，主要使用前文 提到的一些基本的CGA规则建模函数，以校园里的宿舍楼来展示建模后的效果。第41页图1为 宿舍楼模型图，部分代码如下。Lotextiufle Q 刖）Building fiuntiuildrigFiuiit backimild- ingFmnt leftiu iDhgSiJeiighthnildiiigS

12、ide 切iuDdingTop buil/iiigTop Kciffiable GGMl）笙iuWwJectiMi O，尘w白-冲，加涅yiijjStztLV 心）ffl 卷常榷眼也I甜4结论近些年来，数字城市的快速发展对三维建模技术的要求越来越高，很多优秀的科研机构和 大学都把如何快速建立城市三维模型作为研究重点。本文分析比较了几种常用的建模方法后， 认为C ityE ngine建模软件优势凸显，首先从效率方面来看，与传统的手工建模相比.CGA规 则建模的快速批量建模是通过运用编写规则代码直接拖放在地块中生成模型，并且代码可以重 复利用，极大提高了建模效率：模型后期的修改也只需修改几行代码就能完成，提高了模型后 期修改的工作效率。其次从数据兼容性方面来看，对ArcGlS, CAD等类型的数据都有着良好的 融合能力，可以将地图矢量图数据直接导入，复杂的建筑物模型可以通过调用外部模型完成: 在实际操作过程中，对于相同类型文件的调用方法也比较容易、简便。C ityE ngine建模软件存在的不足：一是在使用A rcG IS对底图数据进行矢量化时.ArcGIS对于面数据的操作不分顺逆时针，在导入城市引擎后，在地块中应用规则时会导致 生成的建筑物模型朝向有所不同，