数字时代下的城乡规划设计与管理

发布日期:2012-03-20 点击次数:35  字体显示:【大】  【中】  【小】

——2009年三维数字城市培训心得

 

随着计算机软硬件技术的不断发展,计算机图形学、多媒体技术、地理信息技术的逐步成熟,实现了利用计算机整合声音、图像、动画等素材将三维城市真实世界模拟成二维显示的虚拟画面,产生人机交互式视景仿真,得到身临其境的感受。计算机虚拟现实的三维建模技术与城市规划设计方案的有效结合为城市规划的三维可视化审批、管理提供了可能。三维建模技术凭借自身的几何属性与相关信息能够生成规划方案的经济技术指标,为城市规划审批提供更为直观、准确的规划与现状地物场景,为管理城市提供空间地理数据依据,确保城市规划的科学编制和有效实施,充分维护城市规划的严肃性与权威性。

武汉市规划局自2006年以来就一直致力于我市三维数字地图的建设,将自然地形、地貌、环境、道路、建筑及重大基础设施等城乡自然和人文要素,通过三维建模来建立一套完整的、逼真的三维虚拟城市环境,建立我市规划、建设和运用管理的三维空间信息平台,一方面用于展示城市规划建设形象,一方面用于辅助城市设计、审批和建设管理。

为顺应中心职能转变,实现与市局及时有效的对接,提高我中心项目成果表现力。受中心委派,我们一行六人有幸参加了三维数字城市学习培训,200915日至200931日期间我们进行了为期15天的第一阶段培训,系统学习了3D max操作界面、二维建模和POLY建模、灯光的设置与应用、摄像机设置、材质与贴图坐标的设定、Vary渲染器参数调节、Photoshop后期处理、SketchUp等内容。通过课间培训、课后自学及实践,我们已基本掌握3D max SketchUp两软件建模及扩展表现技术,通过规划设计平面图制作效果图、三维动画、虚拟现实,以此来系统展示规划与设计成果。下面将按照标准制作流程,来与大家共同分享学习的体会与观点。

一、   如何提高建模制作水平

首先应提高自身的艺术修养,软件只是一个工具,作品的好坏取决于人的思维,良好的美术基础和色彩感觉,才是制图的基础。其次,熟悉建筑设计常识,才能是模型合乎工程学要求,作品表现得更符合常理。第三,善于观察真实的空间,要想获得接近真实的效果,就需要经常观察各种真实的光影关系,在制作过程中就会有清晰的印象,也就更能发现设计中的不足。最后,多动手、多练习,在实践的过程中,不断发现问题、积累经验,提高自己建模的水平和效率。

二、   好的建模方法是成功的第一步

好的建模方法和习惯能为我们省去很重复的工作,节省很多时间,提高工作效率。目前比较常用的建模方法为二维线框建模、三维实体建模和多边形建模(POLY建模), 由于虚拟场景的运行速度直接与模型个数、模型面数有关,因此需要对场景的模型进行优化,3ds max中的建模准则基本上可以归纳为以下几点:

1.做简模

2.模型的三角网格面尽量为等边三角形,不要出现长条型

3.在表现细长条的物体时,尽量不用模型而用贴图的方式表现

4.重新制作简模比改精模的效率更高

5.模型的数量不要太多

6.合理分布模型的密度

7.相同材质的模型,远距离的不要合并

8.保持模型面与面之间的距离

9.删除看不见的面

10.用面片表现复杂造型

建议大家使用POLY建模,它可以自由的从线、面的局部到整体拉伸、挤压建模,也可以是修改基础几何体的从整体到局部调整。其综合性主要体现在较复杂物体的建模不是一步到位,而是多层次调整修改的一个过程,所以POLY建模几乎综合了点、线、面、体的全部修改命令,同时能有效节省模型的面和点的数量。

三、设置真实的光影关系,创建相片级的环境氛围

“三点照明法”是3D Mark用光的一种最基本方法,它简便易行,并且可以适用于很多类型的场景中,特别是静帧场景。“三点照明法”顾名思义就是一种使用3个灯光的方法。这三个灯光分别是:关键光Key Light、填充光Fill Light和背光Back Light。正是这三种灯光构成了经典的3点照明法。在3D Mark场景中,我们可以使用这种方法为物体打光。具体的设置方法如下:

1.从全黑开始

首先载入一个场景,最好是一个单个物体的场景。确定场景内没有任何默认的光源,也没有全局环境光。当你添加第一盏灯光时,场景内不能有任何地光源存在。

2.添加关键光

关键光是物体的主要照明灯光,它定义了大部分的可视高光和阴影。你的关键光代表了场景的主光源,例如阳光、窗户或是天花板上的吊灯。但是关键光不必一定处于这些光源的实际位置。建立一个聚光灯Spot Light作为关键光。在顶视图中将关键光向侧边(向左或是向右)偏移1545度。在侧视图中将关键光抬高,高过摄影机,使其以高于摄影角度1545度的位置照射物体。关键光要亮于任何正面照射物体的光源。关键光的亮度必须达到足以使一个不光滑的物体(也就是没有高光)在渲染场景内正确显现。关键光是场景中阴影的主要产生光源,并且产生最深的阴影。同时高光也是由关键光所触发的。

3.添加填充光

填充光对有关键光产生的照明区域进行柔化和延伸,并且使得更多的物体提高亮度以显现出来。填充光可以用来模拟来自天空的光源(除了阳光以外)。

4.添加背光

背光给物体加上一条“分界边缘”,使其从背景中分离出来。在顶视图中添加一个聚光灯,将其置于物体之后,摄影机的对面。在右视图中将背光放置于高于物体的位置。调整背光直到其在物体的顶部或是侧边产生一个漂亮的亮光镶边。

四、掌握V-RAY渲染器参数,绘出缤纷场景效果

V-ray渲染器是由专业的渲染器开发公司CHAOSGROUP开发的渲染软件,是目前业界最受欢迎的渲染引擎,具有以下三大特点:

1、真实性:可以得到非常精致的照片级效果,阴影比较真实,材质表现非常到位。

2、全面性:主要体现在它设计到室内、室外、动画、工业建筑等多个领域,适用面很广泛。

3、灵活性与高效性:它可以根据实际需要通过调节各种参数自由控制渲染的质量和速度,效率非常高。

后期渲染出图阶段,我们应掌握V-ray 渲染器以下主要部件功能:

1.V-ray 全局开关模块

几何体贴图:控制贴图置换,取消后渲染就没有任何贴图效果.

默认灯光:主要是针对3Dmax自带默认效果,在进行模型渲染时一定要关闭此选项.

在模型渲染调节此部件时,一定要对模型使用的材质进行检查,因为V-ray并不支持默认扫描器渲染的金属材质类型,使用金属材质一定要使用maps标准材质.

2.V-ray 图像采样(反锯齿)模块

固定比例采样器,此采样器特点主要为所有采样比较均匀,固定数值越大,抗锯齿程度就越高,但会带来更长的计算时间,因为恒定采样不会考虑任何像素的优化.

蒙特卡洛采样器,这主要为一款优化的采样器,可根据两个像素不同的量化度进行采样.若两个像素差异比较大,此采样器则会自动增加采样,反之相反.

自适应细分采样器,与蒙特卡洛采样不同点就是此采样器支持负值采样的技术,也就是可以将多个像素看作一个像素来进行采样,这样就可以减少采样的计算兼容,从而加快渲染速度,因为上述两种采样器数值都在1以上 ,每个像素只必须采样一次以上,这样速度就比较慢.

3.V-ray 间接照明模块

方式选择:可根据具体实际情况选择引擎来调节光照反弹.

反射:指间接光照,其光源主要为天光(自然光)和自发光物体.

折射:指直接光照,其光源主要为带折射的材质.

五、Sketchup三维快速表现在实际工作中的应用

SketchUp是我中心使用最为广泛的三维辅助表现软件之一,小到用地咨询、建筑设计,大到城市设计项目,其都被广泛的应用。该软件可以通过计算机草图的手段,通过虚拟场景建模,实现多场景平面及动画快速输出。它吸收了手绘草图工作模型两种传统辅助设计手段的特点,同时在实际应用中它又具有如下几个优点:(1)操作简单直接,上手容易,建模快速且易于修改,效果直观、出图速度快,同时可通过扩展渲染插件进行精细表现;(2)配备了视点实时变换功能,可从多角度观察对象,重要的场景可存贮为页面,能方便、快速地应用于多视点实景模拟等分析;(3)可以通过丰富的环境素材图库,如人、树、车等,快速高效地优化场景效果;(4)设定特定城市经纬度和时间下日照阴影效果,可以生成阴影的演示动画;(5)可以自定义虚拟漫游路线,快速导出三维动画,以身临其境的方式观察设计成果的展示,从而获得更逼真生动的空间体验。

2009313,我们在中心七楼会议室进行了学习成果汇报,分别介绍了三维建模的每一个过程并演示了自己独立制作的作品,受到了大家的欢迎和关注。卢斌总工程师对我们学习取得的成绩提出了表扬,同时语重心长的对全中心员工寄语了厚望,希望大家能互相多开展交流活动,取长补短,尽快掌握3D建模技术辅助城市规划设计的能力,推动中心在城乡规划法实施之际,抓住时代机遇,形成中心自己的核心竞争力。