基于Multigen Creator的三维数字模型的研究

摘要：虚拟现实技术和GIS技术的结合是实现“数字校园”的关键技术之一，而三维虚拟校园对学校的管理提供了直接的表现形式。本文利用Multigen Creator软件，结合GIS技术，以兰州资源环境职业技术学院为例，研究了在Multigen Creator平台上构建虚拟现实模型的过程和关键技术。

关键词：数字校园 三维模型 GIS Multigen Creator

1 概述

虚拟现实指的是利用计算机产生一个逼真的三维环境，用户可通过传感设备进入到该环境，自然的观察环境，通过人机交互产生身临其境的感觉。虚拟现实与GIS 技术相结合是虚拟现实技术的一项重要的应用，也是实现“数字地球”、“数字城市”等的关键技术之一。目前，随着数字化技术的发展，很多学校建立起了数字化平台。我们通过三维虚拟校园可以直观的了解校园，可以使我们全面的了解校园的布局，并可进行交互式的查询。对于一所学校而言，三维虚拟校园有助于提高学校的形象，这对大学的全国范围招生有很大的帮助。另外，三维虚拟校园的直观性，可使管理者对校园信息、校园规划、建设等进行全局的掌控。

本论文所采用的Creator软件是美国Multigen公司的新一代实时仿真建模软件，区别于CAD等建模软件，它主要考虑在满足实时性的前提下如何生成面向仿真的、逼真性好的大面积场景。Multigen Creator的优势在于大场景地理环境的生成以及浏览，Creator的图形基础是基于多边形的图形生成软件。其强大的建模功能可为众多不同类型的图像发生器提供建模系统及工具，利用Creator，可以建立复杂而吸引人的三维场景，并加上颜色、纹理、材质和光照，使它们更具有真实感。

本文在获取了兰州资源环境职业技术学院的1：500形图的基础上，根据MultiGen Creator中提供了地形、道路、几何体等实体的建模工具对校园建筑物及环境进行建模。

2 原始数据的获取与处理

在三维数字校园建设中，空间信息和非空间信息具有多样性、复杂性的特点，所以数字校园模型的建立需要多种数据。本文对校园的地形图和纹理数据做了前期处理。

首先对校园的地形进行测量，在AutoCAD制作的校园平面图，包括道路、绿地、主体建筑物分布等信息，并提取建模要用到的建筑轮廓线，将其保存为*.dxf的格式，该数据格式后期可以直接导入到Multigen Creator中。

本文所使用的纹理数据，主要是通过地面摄影照片面得到，主要用途是对地表、建筑物等贴图。但由于拍摄的照片存在瑕疵、杂乱的背景、色调不协调，一般情况下是不能直接利用的。可以利用图像处理软件Photoshop进行透视变换、调色、透明纹理和调整纹理的大小，使图片的像素大小为2的N次幂，以利于纹理的显示。为了使模型在渲染和漫游时纹理不发生变形和丢失，需要将纹理保存为 RGB 形式。

3 三维模型建立

在构建虚拟城市模型中，根据现实地理分布特征，若按空间分类，我们可以将其分为两类：一类是作为虚拟场景的基础的地形地貌等；另一类是分布在地形上的离散实体，如校区的建筑物、树木、道路、草地等组成了虚拟校园的基本设施。

3.1 建筑物的建模

①在Creator中用Import命令将AutoCAD制作的校园平面图导入Creator中，要确保导入底图的尺寸与实际距离相吻合，来确定所要建模的位置，并在此基础上建模。

②基于底图结构线画出能体现建筑物主要框架的轮廓线，并根据CAD上的标注拉出楼高，拉伸高度必须要与实际相一致。并根据原有现势照片对模型进行切割，根据数据精细的要求，对模型进行细节修饰，如建筑物上的标志、柱子、广告牌等。不需要太多凹凸结构的搭建，尽量用纹理来体现结构的凹凸感，楼顶结构要表现真实现状，特征明显的一定要表现到位，特征次之的可以进行美化设计处理但需符合现状面貌。对建好的模型进行测试检查，不能出现有漏缝的、看不到的面、闪面叠面现象。

③纹理贴图，将处理好的纹理图片对墙体进行贴砖、加阴影、高光和横梁等处理，并同时加上浮雕，使得建筑物的墙体看起来更有立体感、更加真实。

3.2 其他物体的建模

对树木、草地等实体的建模，可用Billboard或交叉面的方法，Billboard插件建立的树木模型在漫游的时候，可根据视线的旋转而旋转。对道路的建模可以采用Road工具或是直接采用Strip Face实现，或可采用添加子面的方法。

4 三维数字建模优化处理

本文对校园的场景模型进行了优化，主要包括消除冗余多边形，在符合要求的前提下使用纹理的时候，尽量使用比较小面积的纹理。也可以使用纹理来代替比较复杂的多边形造型，并优化纹理的内部格式。另外，本文还通过使用BillBoard和Instance技术来简化场景的复杂度。

5 结语

虚拟现实技术与GIS技术的结合是实现“数字地球”、“数字城市”的关键，本文利用Multigen Creator 建模软件，结合GIS技术完成了兰州资源环境职业技术学院的三维数字模型，为学院的管理、校园规划等起到了辅助作用。