基于3dmax的虚拟隧道建模

陈一飞　曹顺　李芳　柳志丹　陈军程　秦钰娟

摘要：三维虚拟隧道建模是三维虚拟隧道系统的基础核心，隧道建模质量的好坏直接决定三维虚拟隧道的建设是否成功，论文全面阐述基于3dmax建模软件进行隧道构筑物三维建模的技术流程，并对一些技术难题进行深入探讨，通过实际案例对基于3dmax的虚拟隧道建模进行解剖。

关键词：隧道建模；3dmax；优化

中文分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）20-0262-03

随着这几年我国交通运输业的快速发展，隧道的开挖也越来越普遍，由于隧道在开挖过程中会面临各种各样的问题，同时国家对隧道开挖安全的问题也越来越重视，传统的二维建模和实物模型已经满足不了日益庞大和复杂的隧道工程。三维虚拟建模技术刚好能为上述问题提供一个良好的解决方法。三维建模在国外已经发展几十年，自20世纪80年代中国引进EsrthVision，三维建模技术也在中国发展了30多年，尤其这几年全景地图，虚拟现实，物联网等高科技应用到建筑领域，更是为三维建模的应用打开了另一片天地，目前来说三维建模软件有很多，本文将详细描述利用3dmax的建模技术实现隧道建模的工作流程。

1 虚拟隧道建模准备工作

1.1 相关软件的介绍

（1）平面绘图软件AutoCAD

AutoCAD[1]诞生于1982年，以其简便快捷的操作和强大的绘图功能被广泛地应用于土木建筑、机械制造等领域。AutoCAD的存在也使得三维制作更加的快捷，更加地贴近现实。在隧道建模的制作中AutoCAD主要被用来处理平面施工图纸，为三维制作提供底图和参考。

（2）平面图像处理软件Photoshop

Photoshop[1]是平常我们应用最为广泛的图像处理软件之一，在隧道建模中被用来处理与隧道相关的模型贴图。

（3）三维制作软件3Dmax

3Dmax[2]是Autodesk公司出品的一款优秀的三维动画制作和渲染软件，以其强大的三维制作功能被广泛地应用于建筑设计、可视化仿真、影视特效、动画设计、游戏、VR、AR等领域。在诸多领域都曾取得了辉煌的成绩。3Dmax也是这次建模的核心软件，主要被用来完成隧道建模、材质，我们将在后面的章节将为大家详细讲述隧道建模中涉及的3Dmax技术要领。

1.2 硬件设施的配置

隧道建模所涉及的三维场景大，模型复杂，工序流程烦琐。其制作需要一个稳定的系统，否则将可能导致系统崩溃带来不必要的重复性工作，所以计算机硬件設施在建模的制作中显得非常重要。根据已有的制作经验和官方数据，在这里推荐一组相对可靠的配置：

（1）操作系统可选用Windows7，Windows xp的兼容性和速度虽然不错但是很多软件的插件已经不再针对Windows xp进行开发。

（2）主板建议大家使用S2466或者是TYAN的S2462。

（3）CPU影响3Dmax的制作和渲染速度，推荐大家使用AMD公司的Athlon系列CPU，当然大家可以根据实际情况配置多个CPU以增加工作效率。

（4）显卡也是影响3dmax正常运行的重要因素，因为我们的隧道建模场景是有成千上万个面组成的，如此一来电脑对场景进行处理就需要相当长的时间。为节省时间提高速度，建议采用3D Labs的wildcat系列，这款显卡是专门针对三维软件开发的。

（5）关于内存建议前期制作至少选用2GB，后期制作最少选用4GB。

1.3 建模注意事项

隧道建模虽然说需要建造的模型不是太多，不过所有模型要是随便放在一起的话还是比较冗杂的，所以建造过程要细心，建模需要注意的点[3]：

（1）在隧道建模的过程中我们一定要确定一个坐标，以原点为基准，将隧道模型归零，有助于减少3dmax软件运行内存，更重要的是如果导入隧道模型，导入后隧道模型位置可能不在预定的位置，有时候隧道模型会定位在很远，归零有助于快速找到隧道模型。同时有助于编辑隧道模型。

（2）统一单位。此隧道模型单位统一为cm，避免导入文件或者文件合并时模型出现各种各样的问题。

（3）材质命名 在建模的时候，一个模型做好要随便选一个颜色附上材质，不过必须明确命名，名字不能和其他材质重复，名字一样的材质通过塌陷命令塌陷到一块，否则后期处理非常麻烦。

（4）条理清晰 建模时候划分好模块，明确每个模块需要制造的元素

1.4 隧道相关数据的采集整理

隧道数据的采集大体分为两个部分。一个是隧道的建筑数据包括隧道断面的大小和面积、道路、隧道山体的分布区域。主要体现在cad图纸（dwg格式）上 ，可以通过向建设方询问一张规划图或者自己去隧道现场测量，主要测量隧道的仰拱半径、拱部半径、中线高度、隧道净空、洞口尺寸、附属建筑物等，做出一张1：1的cad地形图和一张1：1的cad隧道断面图。第二部分是材质的获取，建模完成以后需要对模型进行处理，包括树木、地砖、隧道内衬、隧道外围、路面等通过拍摄照片获得相关资料[4]。

2 虚拟隧道建模

3dmax常用的建模技术有二维转三维建模，二维和二维用放样命令生成三维建模，三维和三维用布尔命令生成三维模型，将模型转化为可编辑多边形进行点、线、面的编辑等，隧道建模我们可以选择用标准多边形进行点、线、面的编辑，这种方法不仅快捷简单，生成的模型内存占用量也比较小。隧道建模数据比较多，我们可以按照如图1隧道建模流程图所示，快速建模。

2.1 隧道底图建模

把事先准备好的cad隧道地形图纸（dwg格式）导入3dmax，找到公路部分，用线命令沿着公路部分形成一个闭合的四边形，运用挤出命令挤出相应的高度，在进行路面贴图，最后把缺少的路标、路栏杆、绿化带等附属物运用3dmax平面建模工具构建出来，然后一一贴图，公路建模基本完成。

山坡建模也是在cad图纸中找到山体覆盖区域，先把山体覆盖区域挤出一个平面，线命令中添加适量的线段形成网格状的平面，选中利用点命令的软选择，调节衰减、收缩、膨胀值即可做出一个山坡，只是数值不是太精确，适当调试数值不会偏离太多。最后进行贴图，山体建模完成[5]。

2.2 隧道构筑物建模

隧道墙体构筑也比较简单，准备工作我们已经把隧道的断面图画出来了，只需要把断面图导入3dmax，内衬和墙体分别挤出然后旋转90°，隧道大体都生成了，只需要把红绿灯，排风扇，隧道内壁标志物分别用标准基本体、扩展基本体、复合对象、基本几何图形、可编辑样条线、可编辑多边形、面片建模、可编辑网格、NURBS建模以及基于多边形的石墨建模工具和运用动力学的建模等方法可完成隧道建模，单个模型完成后分别贴图，归类塌陷。隧道建模完成。 隧道构筑物模型如图3

2.3 树木建模

如果使用3dmax的AEC 扩展路面的植物直接进行创建树木，因为树木的数量一般比较多，成千上万的树木模型占用的电脑内存还是比较大的，所以我们选擇另一种方法，还是贴图，这个比较简单利用视觉错觉，只需要两个树木大小的面板交叉90放置固定位置，面板贴上用ps处理过的（黑白颜色）树的图片，放到模型之中就能达到预期三维效果[6]。还能节省好多内存。

3 虚拟隧道建模后期优化

上面我们利用3dmax实现了虚拟隧道场景，为了避免后面我们在浏览的时候出现卡顿的现象，我们现在做一个优化工作，在不影响虚拟隧道观看效果的情况下对3dmax文件的大小进行优化[7]。

（1）把材质一样的模型用塌陷命令全部塌陷成一个整体，占用内存不会变，但后期使用整改的话比较方便，一目了然。

（2）把多余的面去掉，隧道模型的创建是一个多面体，现在我们可以在面选择把我们能看到的留下，内部和下面都可以删除，包括道路和附属物等都可以优化。

（3）在一些细节的地方，瓷砖、路牌、路栏杆等地方不需要过多的创建模型，直接贴图即可，不过图片必须现场拍摄并经过ps处理成合适的大小颜色，这样不仅看起来更逼真，更是大大缩小模型所占内存。

4 结语

3Dmax提供了强大的建模工具例如标准基本体、扩展基本体、复合对象、基本几何图形、可编辑样条线、可编辑多边形、面片建模、可编辑网格、NURBS建模以及基于多边形的石墨建模工具和运用动力学的建模等，通过这些建模工具的综合使用并配合3Dmax众多的修改器我们就可以做出自然界中存在的大多数模型。本文基于3dmax构建了隧道模型，详细地介绍了模型构建的准备工作，如何构建模型以及后期处理工作，同样该操作步骤也可应用于其他的关于3dmax的建模工作，如校园建模，室内建模，小区建模等，实现对各种建筑物的建模。

参考文献：

[1] 李占印，董继红.提高AutoCAD绘图效率之我见[J].科教文汇（下旬刊），2011（04）：36-37.

[2] [1]黄琦，李妍.Photoshop操作技巧探讨[J].考试周刊，2016（28）：120-121.

[3]吕艺生，田竞，王俊杰，张胜瑜，亚森·买买提.3DMax软件在建筑工程施工中的应用[J].项目管理技术，2018，16（03）：125-128.

[4]何晓田.基于3D MAX实现虚拟校园场景建模[J].电脑知识与技术，2011，7（22）：5365-5366.

[5]吕莲.基于3ds MAX建模技术的校园建筑漫游的实现[J].南京工业职业技术学院学报，2010，10（02）：47-50.

[6]曹西旺，王春影，李芳芳.基于3D MAX的数字校园三维建模技术实现[J].科技展望，2016，26（17）：231.

[7]华艳.基于3DS Max的虚拟校园三维模型建模研究[J].电脑编程技巧与维护，2012（22）：75-76.

[8]郭亚丹，赵楠.基于3ds MAX的校园虚拟现实三维场景的建模方法初探[J].信息通信，2015（05）：11.