绘制小和山校园C区3D地图的设计策略 - 免费论文，论文大全,个人简历,英语学习,教案在线,实用文档,演讲发言

第一章   绪论
1.1 设计动机与目的
地图作为记录地理信息的一种图形语言形式，不仅为人们的出行提供了便利，同时也丰富了人们的事业，提供了解城市、国家乃至世界的手段。传统的二维地图只能以图形和符号的方式来呈现一张地图，这种方式往往不能直接清晰地表示出地图所在位置的地理环境。随着计算机技术，特别是计算机图形学、三维仿真技术以及虚拟现实技术的飞速发展，传统的二维地图被注入了新的活力，三维电子地图正成为电子地图发展的一个重要方向。
三维电子地图的真实、互动、情节化的特点促进了各大学校的校园数字化建设。其应用不仅提高学校的形象、美化对外展示空间，也方便学生查询相关地理坐标，还为校园规划建设提供了一个智能化的平台。本课题“绘制小和山校园C区3D地图的设计”的目的在于利用3ds max软件实现我们学校小和山校区C区的三维电子地图的绘制。
1.2 设计背景
传统纸质地图，是一种有效的地理空间信息载体，在人们认识地理环境，获取并分析应用地理信息发挥了重要的作用。传统二维地图具有以下三个特点：空间信息平面化、地理信息符号化、地图内容的平面化和静止化。网络三维电子地图不仅能展现真实的地理信息，同时集成生活资讯、电子政务、电子商务、虚拟社区、出行导航等一系列服务，为相关部门企业提供宣传互动的快速通道，并以全新的人性化界面表现，为人们的日常生活、网上办事和网络娱乐等活动提供便捷的解决方案，所展示的数字化城市让人们真正感受到自己生活在一个信息化的城市里。可以说，三维地图正逐步成为互联网业务发展的新生力量。
2004年11月，阿拉丁在全球创造性地提出三维仿真城市的概念，并推出全球首个三维仿真网络城市——E都市杭州。通过三维实景模拟的表现形式，E都市网站无缝集成了城市电子地图、三维电子黄页、生活资讯、电子政务、同城电子商务、同城交友、虚拟社区等服务内容。该平台是以一种全新的人性化Web界面表现，为人们的生活工作、旅游出行、网络业务等活动提供便捷的解决方案。截至2008年12月已上线包括中国香港在内的100多个城市分站，可见三维电子地图发展之迅速，相信在不久的将来会覆盖更多城市。作为中国目前最大的虚拟仿真电子地图，E都市为普通人提供最优秀的电子地图和本地搜索服务；为众多商家提供出了企业标注、地图广告、定位广告、商务地图、API地图租赁等多种产品服务；同事为3000多家合作网站提供了优质的三维位置地理信息服务。
面对三维电子地图在人们日常生活中展现出种种便捷和在商业界蕴含的巨大商机，校园数字化，即校园地形、地貌、建筑物以及校园景观的数字化，也成为一种趋势，三维校园电子地图将不断涌现在各大高校中，为用户提供浏览、展示校园风貌、提高学校影响力等方面起到很大作用，也为校园的发展、规划以及管理提供科学依据。
1.3 设计方法探讨
在最初文献资料查阅过程中了解到三维地图的制作方法和可以使用的软件都很多，我们对之进行了比较和讨论，大致确定了制作步骤分别是：数据采集，用AutoCAD进行平面图制作，用3ds max创建三维模型和用Photoshop进行后期处理。
真正的三维地图是可以在任意视角都可以对地图信息进行观察，这需要在后期对所做模型进行漫游导航引擎的设计。限于时间和精力的关系，没有做真正意义上的三维地图，而是设计成像杭州E都市这种只能从一个角度观察的三维电子地图，但也考虑到今后可以对其进行进一步完善和实现三维漫游功能，在建筑模型及相关小场景的制作中选用了3dsmax软件。因其强大的三维绘图功能和软件之间相互导入引用的兼容性，为实现进一步的制作三维地图奠定基础。
前期实地图像信息采集，包括建筑和一些场景（如篮球场、路灯、桥等）的数码照片，为建筑模型附加材质贴图以增加地图的真实感。利用google地图截图在CAD上绘制出校园的平面地图，以确定建筑等物体的基本分布情况。
3ds max建模功能很强大，方法也非常灵活，创建建筑模型时可根据建筑的特点选择相应的建模方法。建模方法主要可以分为基本体建模、二维图形建模、三维修改建模、布尔运算建模和放样建模。本课题中我们主要运用了二维图形建模和布尔运算建模创建小模型（如窗、栏杆等），通过“合并”将这些小模型集成在一起组成整个建筑模型。最后把完成的建筑模型和场景在Photoshop中组合和处理，使其成为一张较为真实的三维地图。
1.4 设计内容概要
    随着电脑技术的飞速发展，在PC机上虚拟三维空间，制作出生动形象的三维造型和动画早已成为现实。目前，三维制作软件越来越多，为三维表现提供了极大的便利，其中最具代表性的有Maya、Sumatra、LightWare、3ds max等。考虑到对制作流程简洁高效且容易上手的要求和本课题的实际需求，本人选择使用3ds max。3ds max是由美国Autodesk公司开发的一款三维设计软件，全称3d Studio max 。因其强大功能和高性价比被广泛地用于建筑效果图、建筑动画、电视及娱乐等领域。
对于每一个效果图制作人员而言，正确的流程能够保证效果图的制作效率与质量。本课题以学校小和山校区为绘制对象，运用3ds max8.0和Photoshop软件绘制小和山校区的三维校园电子地图。基于能力和时间的限制，无法完成三维校园电子地图的引擎构建，因此不能实现其漫游导航功能。本课题的主要目的是平面图制作和三维模型的建立，最终渲染出小和山校园的建筑效果图（室外效果图）。主要过程如下：
1、采集校园CAD图，图形数据主要包括校园内的建筑物、道路、绿地等的规划布局。
2、建立校园二维平面地图
    校园二维平面图的制作在三维校园电子地图的开发过程中是相当重要的一个环节，二维平面图制作的好坏直接影响到三维立体图的效果。在本课题中采用Google卫星照片来做底图作为二维平面图的绘制参考，然后使用AutoCAD绘制地图轮廓，从而达到精确绘制平面图的目的。
3、创建模型
    模型是三维制作中最基础的部分，也是最重要的部分，任何灯光、材质效果都是建立在模型基础上的,而最终的表现也是为了表现某个物体、某个场景或者某个人物。场景、物体、人物这些基本元素需要模型来表现，而灯光和材质是为了让模型变得更加生动，富有色彩。模型的好坏将直接对最终的效果产生重要的影响，这些影响是灯光和材质所不能弥补的。
    在本课题中，所需建立的模型主要是建筑物、地形和运动场。而一些环境小品可以再后期处理中加以完善。其中建筑物相对比较麻烦，因为小和山校园的建筑外形多样、各不相同。
4、赋予材质和贴图
    所谓材质，就是物体表面的特性，如颜色、反光程度、自发光程度及不透明程度、纹理图案等。指定到材质上的图形称为贴图，包含一个或多个图像的材质称为贴图材质。在3ds max中，通过使用材质与贴图功能，对各三维对象进行装饰、着色，从而表现出三维对象的真实质感。
>    室外效果图中的材质制作比室内效果图简单得多，只要将大面积的材质制作好，其他小细节的部分只需指定颜色或赋予贴图即可。
5、渲染
    建筑外观效果图的制作通常采用3ds max默认的线扫描渲染器进行渲染，它的优点是速度快、使用方便。
6、后期处理
    室外效果图的后期处理在整幅效果图的制作流程中起着举足轻重的作用。通常要在后期处理中为主题建筑周围添加人、车、树等场景，以烘托建筑的气氛、活跃画面、均衡构图。

第二章   相关软件介绍
2.1 AutoCAD2007
    AutoCAD是美国Autodesk公司推出的，集二维绘图、三维设计、渲染及通用数据库管理和互联网通讯功能为一体的计算机辅助绘图软件包。自1982年推出，二十多年来，由于其具有简便易学、精确高效等优点，一直深受广大工程设计人员的青睐。从初期的AutoCAD1.0版本，经多次版本更新和性能完善，现已发展到AutoCAD2009。它已经在航空航天、造船、建筑、机械、电子、化工、美工、轻纺等很多领域得到了广泛应用。相比以前其他版本，AutoCAD2007版提高了三维制图功能的易用性，与3ds max的兼容性也变得相当好。也正是因为如此，本课题选用AutoCAD2007来制作二维平面图。
2.2 三维建模软件3ds max8
3ds max是Autodesk公司旗下的Discreet公司开发并推出、基于PC平台的、全球销量最好的专业建模及三维动画制作软件。使用3ds max制作建筑及室内效果图是近几年建筑、装饰行业效果图的主流方向之一，它在三维编辑造型、材质/贴图设置、渲染效果等方面的优势，绝大多数效果图制作人员的工作都是围绕此软件进行的。最终的模型可以在3ds max中交互操作，包括缩放、旋转和移动。考虑到3ds max在二维绘图方面没有AutoCAD方便、精确，我们选择AutoCAD来绘制二维平面图，然后直接导入3ds max进行三维模型制作。
2.3 后期处理软件Photoshop cs3
    Photoshop是美国Adobe公司开发的图形图像软件，是当前使用最广泛、效果最为出众的专业级图像编辑器设计软件。现已广泛应用于平面设计、网页设计、多媒体制作等诸多领域。而在建筑效果图制作中，Photoshop主要用于后期处理。虽然像3ds max这种在渲染效果方面已经不错，但渲染出来的图像仍需要对一些细节进行加工，例如调整色彩、亮度等。另外还有许多三维软件难于制作或者根本无法制作的效果需要后期添加，例如植物、山水、背景等陪衬物，以弥补三维软件在环境气氛和场景制作方面的不足。

第三章前期准备
3.1 google地图截图
从互联网上下载Google earth软件，谷歌地球（Google Earth，GE）是一款Google公司开发的虚拟地球仪软件，它把卫星照片、航空照相和GIS布置在一个地球的三维模型上。用户们可以通过下载客户端软件，免费浏览全球各地的高清晰卫星图片。如图3.1.1所示为小和山校园C区的卫星地图。

图3.1.1 C区google卫星图
3.2 校园实地图片信息采集
校园实地图片采集过程是在较为前期的准备工作，图片信息主要通过数码相机拍摄得到。主要用途有两个：一是在模型制作过程中提供参考，仅仅从建筑立面图中是看不出建筑的一些细节上的结构，这时采集到的图片就起到很大的作用，可以直观地从中获取所需信息；二是在模型制作完成后对其进行材质赋予时做贴图用，一个良好的模型是基础，材质贴图是关键，赋予建筑材质就使得建筑更真实，给人以美的感觉。

第四章   三维建筑模型的制作
    建筑模型的制作是本课题中最重要的一部分内容，模型尺寸的准确对于后期处理也是相当关键。因此，对于模型制作方法的选择也很慎重。主要建模方法有：基本体建模、二维图形建模、三维修改建模、布尔运算建模和放样建模。考虑到以前未接触过这部分内容，本课题中主要选择相对简单的二维图形建模。将二维图形转换为三维模型最常用的命令有：挤出、车削、倒角。“挤出”是将深度添加到图形中，并使其成为一个三维对象。“车削”是通过轴旋转图形来创建三维对象。在此次建模中主要使用“挤出”命令。
将CAD图直接导入3ds max8中，通过“挤出”形成三维墙柱，这样保证整体规模的准确无误。而对窗这个小模型，主要通过二维图形建模来创建，因窗的宽度大多不同，窗型也有些变化，在模型制作中又是最费时的部分。最后，通过“合并”将窗一个一个集成到相应的位置，最终形成一个整体建筑模型。另外，还需要特别注意的一点是在创建模型前需要对场景单位进行设置，这样就可以根据建筑的实际尺寸创建与现实相符的建筑模型，这也避免了在模型“合并”过程中因场景单位设置不同而引起尺寸上的差异。
因层高不同，一层和上面几层需要分别制作，而2-6层在外部结构上是相同的，可以只做一层模型即可。下面以一层为例，对整体规模和窗进行制作。
4.1 单位设置
在使用3ds max8进行操作之前首先要对其单位进行设置，因为单位的设置对今后的工作有着至关重要的作用。
1、打开3ds max8，单击菜单栏“自定义” “单位设置”，在弹出对话框中选中“公制”单选按钮，并在下拉列表中选择“毫米”选项，如图4.1.1所示。
2、单击“系统单位设置”按钮，在弹出的对话框中的“系统单位比例”下拉列表中选择“厘米”选项，然后单击“确定”按钮，如图4.1.2所示，这样单位的设置就完成了。

   图4.1.1 “单位设置”对话             4.1.2 “系统单位设置”对话框
4.2 模型制作
4.2.1 墙柱的制作
    将修改后的CAD图导入3ds max8中，作为模型的轮廓，如图4.2.1（顶视图）。

图4.2.1 CAD图导入3ds max8后的顶视图
    在顶视图中将墙柱转换为“可编辑样条线”，然后挤出。挤出参数为4200mm，即一层的高度，如图4.2.2所示,挤出效果如图4.2.3 所示

第五章    后期合成与处理
5.1 模型材质赋予与渲染
    有了好的模型还只是第一步，接下来就是材质，模型只是物体的形状，如果想用计算机模拟出真实的图像，那就不得不在良好的形状基础上再模拟物体的质感。材质是指场景中各网格物体在渲染后所呈现的颜色、质感、反射及折射光线的情况以及各种表面属性，可以弥补建模过程中模型的一些不足之处，使模型更加真实、生动、逼真。渲染是将颜色、阴影、照明效果等等加入到几何体中，并最终绘制为图像效果。以墙体编辑为亚面石材为例，开材质编辑器图5.1.1所示。

图5.1.1 材质编辑器对话框
选一编辑球，在相应的参数里分别：漫射：贴图反射：100灰，高光：0.5，光泽（模糊）：0.85，凹凸贴图（所用贴图就是实地采集的照片）。不同的建筑材料相应的材质参数可以在网上查到，所以可以很方便的完成不同材质的设置，最后只要将设置好的材质赋予到相应的模型上。C区完成材质赋予后渲染的效果图如图5.1.2所示。

图5.1.2   C渲染

第六章结束语
本文对小和山校园C区三维模型制作的理论和方法进行详细的叙述和讲解，其中对AutoCAD、3ds max和Photoshop三个软件的使用都比较基础，对于初学者而言会比较容易上手，效率也比较高。三维地图的功能远不止以上这些，它的衍生功能非常强大，例如导航漫游功能，这需要通过编程设计导航漫游引擎来实现。三维地图的直观性、信息量和精确性远非传统二维地图可比，它带来的便捷、所起的作用，甚至是带来的商机被越来越多的人发现。但同时也带来了一些问题，比如安全和隐私问题，这就需要相关主管部门加强对其监管和广大使用者的合理使用共同配合。

致谢
经过几个月的努力，我的毕业设计终于要完成了。作为一个本科生，以前从没有接触过这么巨大的“工程”，对于毕业设计（论文）的课题要求和选择可以说是比较茫然的。这里我要特别感谢我的导师汪尊伟老师，他指导我分析课题要求，对我制作中所需软件的选择也提供了指导性帮助。在设计过程中，汪老师会时不时地关心我设计进度和碰到的问题，也得到汪老师很多指导和帮助，让我正确认识课题要求和设计思路，避免了在做毕业设计过程中很多错误。
其次我也非常感谢徐康同学，因为我的课题和他的课题中所用的软件相同，对于软件的使用他给予我不少帮助，这使我在比较短的时间内学会使用操作。
大学生活即将随着最后这份答卷而结束，我真心地感谢所有教育和培养我的老师，感谢你们在教我知识的同时也用行动教会了我很多做人处事的道理。

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