基于3DMAX的三维虚拟校园建模的方法研究_包欣

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１、引言

随着虚拟现实和三维ＧＩＳ技术的日趋成熟，三维虚拟校园建设已成为数字校园建设的主导方向。利用三维虚拟技术进行数字校园建设，不仅能表示空间对象间的平面关系和垂象关系，而且也能对其进行三维空间分析和操作，向人们立体展现地理空间现象，给人

以最真实的感受［１］

。三维虚拟校园现实场景的生成过程具体包括实景获取、建模、场景材质设置和真实感贴图、虚拟现实系统初始化、模型对象化导入与实时呈现等５个方面，而三维建模是核心部分，其质量好坏直接影响模型效果及系统的运行情况。本文对比分析了不同三维建模方法的特点，提出了适用于虚拟校园建设的三维模型的创建方法，并利用３ＤＭＡＸ软件完成了校园主要建筑物的三维模型。

２、三维建模方法的介绍及比较

产生虚拟环境的基本方法主要分为基于图像和基于模型的建模技术两大类［２］。基于模型的的方法是面向景物的几何模型的，其基础数据是景物的矢量几何数据，模型的构建可采用计算机图形学技术绘制，也可用模型构建工具建立，此方法的优点是具有高度的真实感，便于与相关空间属性相关联，缺点是数据量相对较大。考虑研究是以校园为基础的建模，数据量相对较少，效果要求相对较高，因此基于模型的方法更利于虚拟环境的构建。虚拟环境构建主要涉及的核心内容也是技术难点是模型构建，研究利用ＡｕｔｏＣＡＤ、３ＤＭＡＸ软件进行模型构建，而在实际操作过程中，主要分为两种不同的方法，现对这两种方法进行具体的阐述和比较。

2.1 局部—整体

基于矢量几何数据，通过软件创建模型的各个组成部分，然后进行优化模型、塌陷等操作，使之成为整体，最后进行材质、灯光、烘焙等操作。此技术优点是简单易操作，初期工作效率较高；缺点是室外建模工作量比较大，并且随着模型个数增多，其工作量增加，出现多次的重复，且占用系统资源较多。此方法适用于简单且数量较少的几何模型的构建并，要求对矢量数据的整体情况有准确的把握。

2.2 整体—局部

根据矢量数据，使用多边形挤出的方法，从整体不断分离创建

出新的模型，最终形成整个模型。该方法是的优点是工作效率较高，可减少不必要的重复工作，且模型效果精细程度高；缺点是对模型整体把握要求较高，并要求比较充分的前期准备工作。

建模方法的选择直接关系到模型构建的工作量和效果，选择相对高效的建模方法，对节省系统资源、模型集成和场景漫游有着重要的意义，研究通过对比分析两种方法，并基于虚拟校园三维建模的要求，选择从整体到局部的方法对模型进行构建。

３、实际建模过程

3.1 数据准备

虚拟校园三维模型主要分为建筑模型、地形模型、地物模型三

类。对于常见地物如树木、路灯等，可以利用３ＤＭＡＸ软件提供的三

维数据模型库中的模型直接建模；对于较为复杂和大型建筑物的模型主要通过３ＤＭＡＸ软件进行建模，基于研究需要，通过外业量测和资料搜集，获取以下数据。

（１）利用大地测量工具进行量测，采用ＡｕｔｏＣＡＤ进行编辑校正，获取建筑物的平面图和坐标底图。

（２）用高分辨率的数码相机对各个建筑物进行拍照，获取模型贴图照片，利用Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ等图像处理软件对照片进行裁切校正，以ＪＰＧ格式保存，形成贴图库。贴图的长度和宽度应是２的幂次的整数，否则贴图在后期的可视化中将不能正常显示。

3.2 内业建模

在虚拟环境的三维建模中最为繁琐和困难的过程就是模型建立，为了保证模型的精确度和真实感，建模过程中应遵循以下几个

原则［３］

：

（１）建模房屋长宽高数据严格按照基础数据实地勘测的数据建立，建筑物方向严格按照实地统一方向。

（２）房屋模型底面中心位置位于３ｄｓＭａｘ的ＸＹ平面中心（ｘ，ｙ，ｚ：０，０，０）位置。

（３）在合理情况下，尽量压缩纹理。

（４）模型建立主要抓住建筑的主体轮廓，在保证模型真实性和可塑性的基础上，减少不必要的细化。

建筑物立体模型，通常有三种建模方法，即多边形、面片及ＮＵＲＢＳ建模，建筑物使用多边形建模最简便快捷，且能够描述足够的细节，可以创建任何表面。在ＡｕｔｏＣＡＤ格式的底图文件中，各个建筑物的几何多边形已经形成，所要做的只是将二维底图上的建筑物拉伸成具有一定高度的实体模型，即建筑物的立体生成。按照一定比例进行拉伸，对于楼层的高度可以参照Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ直尺估计拉

伸的高度数据［４］

。

3.3 材质贴图

通过贴图可以增加模型的质感，完善模型的造型，使创建的三维

场景更接近现实。在３ＤＭＡＸ中较为常用的贴图方法有位图、（ＢｉｔＭａｐ）、光线追踪（Ｒａｙｔｒａｃｅ）、衰减（Ｆａｌｌｏｆｆ）、噪波（Ｎｏｉｓｅ）等程序贴图四大类［５］。在虚拟校园的三维制作中，位图（ＢｉｔＭａｐ）方法由于其可生成较好的模拟建筑物的表面并操作方便而被广泛应用。

在三维场景制作中大部分模型的表面贴图都需要与现实中的实体相吻合，而这一点通过其它程序贴图是很难实现的，我们选择通过数码相机采集各建筑物的外形轮廓，从而获得三维地物建模所需的纹理图片。由于受建筑物高度、拍摄距离、透视关系、光照条件等因素的影响，拍摄的图片比例失调，不能直接用作纹理，须对每张图片用Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ等图像处理软件进行裁切、变换等处理，使之成为正射状态。具体制作过程如下：从实地拍摄的数码相片中选取合适角度的照片在Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ中进行拉伸扭曲得到所需贴图单元；在

基于３ＤＭＡＸ的三维虚拟校园建模的方法研究

包欣1 王诺2

(1.安徽理工大学 安徽淮南 232001；2.沙河市国土资源局 河北沙河 054100)

摘要：校园三维场景模型是三维虚拟校园系统的数据基础，其质量好坏直接影响到场景的逼真度和系统的运行效率，研究详细阐述了基于3DMAX 软件进行校园主要建筑物三维模型构建的技术流程，并对比分析了两种三维建模方法的优缺点，提出了适用于校园三维显示的信息创建和显示方法，并对一些技术问题做了深入的探讨和研究。

关键词：虚拟校园 三维模型 3DMAX 中图分类号：TP391.9文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)12-0056-02

作者简介：包欣（1987.3）、女、硕士、地图制图学与地理信息工程； 王诺（1986.5）、男、本科、助理工程师、地理信息系统；

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Ｖ用Ｂ的公钥ＰＫＢ验证Ｃ上的签名和有效期Ｅ，然后向Ｂ在线查

询Ｃ的有效性［１２］

。如果Ｃ未被Ｂ撤销，那么Ｖ从Ｃ里提取ｗｘ０和ｎｘ。

当Ｄｘ已经使用了ｂ个ｐａｙｗｏｒｄ，现在要向Ｖ支付ａ个支付单位时，Ｄｘ向Ｖ发送支付承诺Ｐｘ：

Ｐｘ＝（ｗｘｂ＋ａ，ｂ＋ａ）

Ｖ首先确认ｂ＋ａ＜＝ｎｘ，即Ｄｘ没有超出允许的支付上限。然后Ｖ进行ａ次ｈａｓｈ函数计算验证ｗｘｂ＋ａ的正确性

ｗｘｂ＋ａ－１＝ｈａｓｈ（ｗｘｂ＋ａ）…

ｗｘｂ＝ｈａｓｈ（ｗｘｂ＋１）

Ｖ保存最新的Ｐｘ替换之前的Ｐｘ以便在下次接受支付时验证Ｄｘ的支付承诺，或用Ｐｘ向Ｂ兑现货款。

3.4 商家向经纪人兑现

在证书到期之后或者之前的任何时候，商家Ｖ都可以凭Ｐｘ和Ｃ向经纪人Ｂ兑现设备Ｄｘ已经使用的ｐａｙｗｏｒｄ。在此之前，Ｖ和Ｂ之间不需要建立关系。

Ｒ＝（Ｐｘ，Ｃ）

由于ｈａｓｈ的单向性，只有Ｄｘ和Ｂ知道ｐａｙｗｏｒｄ的数值。只要Ｖ能出示正确的ｗｘｂ，Ｂ就可以确认这是来自Ｄｘ的有效支付，并向Ｖ支付相应的数额。

3.5 开除被侵入的设备

如果域里的某从设备被病毒或黑客侵入，那么它将被域开除。本文不讨论如何确定一个从设备是否被入侵。只有主设备Ｄ１有开除从设备的权限。ｄｏｍａｉｎＰａｙ机制不定义或处理主设备被侵入的情形。

开除一台设备，需要更新域密码，并用新的域密钥替换旧的域密钥。

要把设备Ｄｒ（２＜＝ｒ＜＝ｍ）开除出域ｄｏｍａｉｎ＿ｎａｍｅ，主设备向经纪人Ｂ发送以下信息：

｛（ｄｏｍａｉｎ＿ｎａｍｅ，ｐａｓｓｗｏｒｄ，ｒ，“ｒｅｖｏｋｅ＿ｄｅｖｉｃｅ”，ｎｅｗ＿ｐａｓｓｗｏｒｄ）ＰＫＢ｝ＳＫｕ

Ｂ将为用户重新生成证书Ｃ’。所有未被开除的设备必须使用新的密码ｎｅｗ＿ｐａｓｓｗｏｒｄ重新加入域。由于被开除的设备不知道ｎｅｗ＿ｐａｓｓｗｏｒｄ，它无法重新加入域。

此外，Ｂ将证书Ｃ列入吊销名单。如果Ｄｒ尚未跟商家Ｖ用Ｃ建立支付关系，那么它将无法跟Ｖ建立支付关系。如果Ｄｒ已经跟Ｖ建立了支付关系，那么用户可能会损失分配给Ｄｒ的尚未使用的ｐａｙｗｏｒｄ。

４、结语

ｄｏｍａｉｎＰａｙ是基于ＰａｙＷｏｒｄ的改进协议，它支持多台设备组成域并使用域的共用账号进行微支付。此外，经纪人有权控制用户在指定商家的消费上限，用户可以分别设置域中各设备的支付额度。为增强安全性，ｄｏｍａｉｎＰａｙ还定义了开除机制，用于把受到病毒感染或黑客攻击的设备剔除出域，有效减少用户损失。

随着移动通信日新月异的进步，越来越多人将拥有多台联网设备，小额支付网购市场也将继续迅猛发展。适用于多台设备共享同一支付账号的廉价安全微支付机制将在电子商务工业的发展进程中扮演不可或缺的重要角色。本文提出的ｄｏｍａｉｎＰａｙ微支付协议填补了这一领域的空白。参考文献

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［１１］Ｓｕｎｈｙｏｕｎｇ　Ｋｉｍ，　Ｗｏｎｊｕｎ　Ｌｅｅ，　Ａ　ｐａｙ　ｗｏｒｄ－ｂａｓｅｄ　ｍｉｃｒｏｐａｙｍｅｎｔｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｐａｙｍｅｎｔｓ，　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　１２ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　ａｎｄＮｅｔｗｏｒｋｓ，　２０－２２　Ｏｃｔ．　２００３，　ｐｐ．　６０９－６１２．

［１２］Ｒｅｑｕｅｓｔ　ｆｏｒ　Ｃｏｍｍｅｎｔｓ　（ＲＦＣ）　２５６０，　Ｏｎｌｉｎｅ　Ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｅ　ＳｔａｔｕｓＰｒｏｔｏｃｏｌ　（ＯＣＳＰ）． ｈｔｔｐ：／／ｔｏｏｌｓ．ｉｅｔｆ．ｏｒｇ／ｈｔｍｌ／ｒｆｃ２５６０．

［１３］Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｔａｎｄａｒｄｓ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｒｅｃｏｍｍｅｎ－ｄａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｋｅｙ　Ｄｅｒｉｖａｔｉｏｎ　Ｕｓｉｎｇ　Ｐｓｅｕｄｏｒａｎｄｏｍ，　ＮＩＳＴ　Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｐｕｂ－ｌｉｃａｔｉｏｎ　８００－１０８． ｈｔｔｐ：／／ｃｓｒｃ．ｎｉｓｔ．ｇｏｖ／ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ／ｎｉｓｔｐｕｂｓ／８００－１０８／ｓｐ８００－１０８．ｐｄｆ．

３ＤＭＡＸ中，调用经过处理的图片进行贴图，并运用修改工具中的ＵＶＷ贴图坐标确定二维的贴图以何种方式映射在物体上，改进行效果校正，使贴图效果更逼近真实。

４、结语

本文主要利用３ＤＭＡＸ软件校园建筑物进行三维模型创建，对比分析了两种不同的模型构建方法，选择了适用于校园的三维虚拟环境的模型构建方法。本文还分析了３ＤＭＡＸ在场景建模中的实用性和便捷性，它制作出来的三维模型场景细腻、真实感强，特别适合学校这种小区域的精细建模。并且使用３ＤＭＡＸ进行三维建模可以实现与ＡｕｔｏＣＡＤ格式的校园建模数据源的无缝融合，二者之间的坐标系能精确拟合，数据能够相互正确快速地转换，从而准确快速地建立起校园三维场景模型。

参考文献

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