基于3DMAX的交互式建筑园林景观漫游设计

2020-08-04张娜廉婕

现代电子技术 2020年3期

张娜廉婕

摘要：针对3DMAX软件仅可展示静态三维图像，无法实现交互式建筑园林景观漫游，提出基于3DMAX的交互式建筑园林景观漫游设计方法。该方法将3DMAX，Photoshop以及Java3D三个平台相结合，先采集建筑园林景观基本信息、场景设计以及降本预设;再在3DMAX平台通过建筑园林景观的基础建模、材质贴图以及灯光渲染和相机设定等过程实现3D可视化建模，利用Photoshop平台通过编辑场景材质以及制作界面实现建筑园林景观的纹理处理;最终将视点变换公式与Java3D技术相结合，获取交互式建筑园林景观漫游算法。在Java3D平台通过该算法设定行为脚本以及路径实现交互式漫游，并在Windows 10系统中测试该方法，测试结果顯示，该方法满足建筑园林景观的交互式漫游需求，且操作界面简单，漫游效果好。

关键词：交互式漫游; 自主模式设定; 园林景观; 漫游设计; 信息采集; 可视化建模

中图分类号： TN02?34; TP391 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2020）03?0036?04

Interactive architecture and garden landscape roaming design based on 3DMAX

ZHANG Na1， LIAN Jie2

（1. Hebei Polytechnic Institute， Shijiazhuang 050093， China; 2. Hebei Institute of Communications， Shijiazhuang 050093， China）

Abstract： 3DMAX software can only display static 3D images and cannot realize interactive roaming of architecture and garden landscape. In view of the above， an interactive architecture and garden landscape roaming design based on 3DMAX is proposed. This method combines the three platforms 3DMAX， PHOTOSHOP and Java 3D to collect basic information of architecture and garden landscape， scene design and cost reduction preset first， then realize 3D visual modeling by basic modeling， material mapping， lighting rendering and camera setting of the architecture and garden landscape on the 3DMAX platform， and realize the texture processing of the architecture and garden landscape by editing the scene material and creating the interface on the PHOTOSHOP platform. Finally， the viewpoint transformation formula and Java 3D technology are combined together to obtain an interactive architecture and garden landscape roaming algorithm， by which， the behavioral scripts and paths are set on the Java 3D platform for interactive roaming. The method was tested in the WINDOWS 10 system. The testing results show that the method can meet the interactive roaming requirements of the architecture and garden landscape， and the operation interface is simple and the roaming effect is good.

Keywords： interactive roaming; autonomic mode setting; garden landscape; roaming design; information acquisition; visualization modeling

0 引言

园林景观设计是建筑室外设计中的重要分支，在建筑空间环境中，通过园林艺术专业设计及技术，利用改造建筑空间内植被种类、园林路径等方法，设计与空间和人文环境相呼应的园林艺术[1]，使设计的建筑空间符合人类审美以及文化需求，且可满足日常生活功能，维持生态可持续发展。建筑园林景观可直接体现设计者的审美观念，且可间接体现社会发展的价值取向[2]。随着人类步入21世纪，科技及社会不断发展，生态环境不断恶化，人们渐渐重视建筑园林景观设计的可持续发展。专家学者们将越来越多的技术应用于建筑园林景观设计中，尤其是随着3DMAX技术的不断发展，人们更重视建筑园林景观的交互性。设计师们将多种技术引入3DMAX软件中，使建筑园林景观设计方案以及最终设计效果在3DMAX软件中直观展现，最终呈现完美的建筑园林景观设计方案。交互式漫游技术是最近几年兴起且发展飞速的技术，将3DMAX软件与交互式漫游技术相结合，使建筑园林景观设计中的建筑、植物以及水体等实物呈现良好的艺术性。3DMAX建模软件具有逼真、精度高，且可兼容多种后期渲染以及漫游插件的优势，但该软件仅可展示静态三维图像[3]，无法实施后期漫游。因此，提出基于3DMAX的交互式建筑园林景观漫游设计方法，将3DMAX与Java3D相结合，实现建筑园林景观的交互式漫游。

1 建筑园林景观漫游设计

基于3DMAX的交互式建筑园林景观漫游设计主要通过3DMAX、Photoshop以及Java3D三个平台实现[4]。建筑园林景观漫游设计结构图如图1所示。

1.1 3DMAX可视化建模

在建筑园林景观漫游设计中，选取3DMAX平台实施3D可视化建模。在3D可视化建模过程中选取VRAY渲染器作为3DMAX平台的渲染插件，通过VRAY渲染器中的材质贴图以及灯光增加3DMAX软件的环境空间渲染能力，提升建筑园林景观真实性。

3DMAX具有基礎建模、片面建模等多种建模方法，可通过倒角、切割、连接等众多命令建立所需模型。建模时需先建立单独建筑园林景观模型，完成单独模型建立后依据总体规划平面图实施整合，实现总体场景建模。

通过3DMAX建模前，需要通过AutoCAD软件创作建筑景观园林项目平、立、剖面详图[5]。通过AutoCAD所绘制整体规划图确定整体空间位置以及建筑物和园林景观间联系[6]。

将最终CAD平面图导入3DMAX平台中建立场景模型。为避免导入模型过程中出现错误，可将CAD平面图以块的形式保存，以减少不必要的场景数据并有效缩小文件。

将CAD平面图导入后，以建立亭台模型为例，首先需要确定亭台高度和顶棚与亭台顶点的角度以及距离，亭台中的栏杆等异型模型，利用3DMAX平台中的Spline命令通过线实施描边以及编辑，确定最终花纹。利用Extrude命令将绘制完成的二维样条转换至三维立体模型，并通过Poly编辑命令建立最终三维具有花式栏杆的亭台模型。通过以上过程，完整的亭台基础素模已经建立完成，通过VRAY渲染器实施材质渲染。

园林中景观植物、石景、假山以及园林中服务设施等均可通过以上步骤实施[7?8]。由于本设计需要后期交互漫游，因此在建立模型过程中需要考虑各种元素的位置及其精确度[9]，且在建立模型过程中需要不停匹配以及对位，尤其是前景、中景以及后景均需要互相搭配[10]。

光是园林景观中必不可少的元素[11]，将多种光源相结合，不仅形成园林景观中的环境光，也对园林景观环境实施渲染。通过VRAY渲染器对园林景观灯光实施渲染，依据不同渲染需求设置灯光以及投射方式，在对所建立模型渲染时，需要一个主光源、对该场景补充的辅助光源以及可调整模型中物体明暗效果的底光。

完成3DMAX建模后，利用Photoshop平台通过编辑场景材质以及制作界面实现建筑园林景观的纹理处理，再采用交互式建筑园林景观漫游算法，利用Java3D平台通过设定行为脚本以及路径实现交互式漫游。

1.2 交互式建筑园林景观漫游

交互式漫游主要利用使用者的视角对场景实施三维转换[12]，通过点击鼠标以及键盘利用视角转换获取不同视觉感受，实现交互式漫游。

Java3D平台中[x]轴以及[y]轴正方向分别为水平向右以及垂直向上，[z]轴方向为使用者观察方向，在Java3D平台中实施交互式漫游时[13]，园林场景中各元素与坐标相对位置固定，通过使用者转换观察方式。

交互式漫游技术中视点坐标位置如图2所示。

通过图2可以看出，视线与[z]轴负方向角度为90°以内，当观察视线从[O]点移动至[A]点时，观察视线需要从点[O]依[x]轴负方向移动至点[C]再依[z]轴负方向移动至点[A]，移动过程中，满足[OB=OAcos θ]，[OC=][OAsin θ]。设观察原始视线为[x1，z1]，其至新坐标[x2，z2]点向前移动步数为[s]，可获取公式如下：

观察视线始于点[O]移动至点[E]，因[OE⊥OA]，可得[∠EOD=θ]，即：

设观察原始视线为[x1，z1]，其至新坐标[x2，z2]点向左移动步数为[s]，可获取公式如下：

同理可知，当[θ]存在于另三个象限时，设观察原始视线为[x1，z1]，至新坐标[x2，z2]点向前移动步数为[s]，均可获取式（1）。

当[θ]存在于另三个象限时，设观察原始视线为[x1，z1]，至新坐标[x2，z2]点向左移动步数为[s]，均可获取式（3）。

设观察原始视线为[x1，z1]，其至新坐标[x2，z2]点向后移动步数为[s]，可获取公式如下：

设观察原始视线为[x1，z1]，至新坐标[x2，z2]点向右移动步数为[s]，可获取公式如下：

通过以上公式可以看出，视点坐标随观察者视线改变而改变，且改变方向以及距离与实现移动方向以及距离相同[14]。

将以上视点变换公式与Java3D技术相结合[15]，获取交互式建筑园林景观漫游算法如下：

Proprietary transform group goal TG;

/*标记一个转换组对象*/

Proprietary level angle = 0.0;

/*标记水平方向视线角度*/

Proprietary coordinate [ ] observer={_，_，_}

/*标记观察视线坐标*/

Proprietary coordinate [ ] point ={_，_，_}

/*标记目标点坐标*/

Establishment 3D =new Establishment3D（）

/*新建三维目标*/

If（page front key）{

/*依据式（1）设置观察视线以及观察目标坐标*/

Observer[0]?= obtaincos（angle）;

Observer[2]?= obtainsin（angle）;

Point[0]?= obtaincos（angle）;

Point[2]?= obtainsin（angle）;

T.view（new point 3D （observer），new point 3D （point ），new vector 3D（{0，1，0}））;

The goal TG .put in transform（t）;}

If（page left key）{

/*依据式（3）设置观察视线以及观察目标坐标*/}

If（page back key）{

/*依据式（4）设置观察视线以及观察目标坐标*/}

If（page right key）{

/*依据式（5）设置观察视线以及观察目标坐标*/}

通过以上算法在Java3D平台中设定行为脚本以及路径实现交互式建筑园林景观漫游。

2 方法测试

选取Windows 10操作系统作为本文方法测试平台，验证基于3DMAX的交互式建筑园林景观漫游设计方法的有效性。以某市某建筑园林景观规划区域为例，采用本文方法对该区域实施漫游设计。

设计技术后，在系统初始界面点击“进入场景”按钮，场景展示界面如图3所示。

场景展示界面初始位置即交互式漫游起点位置，场景展示界面中有“操作说明”“回到原点”等导航按钮，左下角设有漫游场景总体平面图。

点击“操作说明”导航按钮后，系统界面图如图4所示。

通过操作说明界面图展示漫游场景前进、后退等功能的操作按键，且用鼠标左键点击显示界面中键盘按钮可修改功能操作键，为使用者操作提供方便。

点击“自动模式”导航按钮后，系统依据本文方法设定路径自动实施场景漫游，漫游过程中场景截图如图5所示。

“自动模式”依据设定路线自动漫游，中途无法通过键盘改变路径，按下“Esc”键系统会自动退出，返回初始位置界面。通过“自动模式”漫游演示该规划区域整体场景，令使用者更直观、清晰地观察该场景总体园林景观。

使用者通过“自主模式”实现建筑园林景观场景交互，点击“自主模式”导航按钮后，通过操作按键在漫游场景中依据自主意愿控制漫游方向，实现园林景观交互式漫游。在“自主模式”漫游过程中，出现低于视角的物体时，默认跨过该物体;出现高于视角的物体时，系统停止前进，使用者通过操作改变路径绕过该物体，令使用者产生仿佛身临其境的真实感受。“自主模式”视角图如图6所示。

通过Windows 10操作系统中的测试，详细展示了本文方法的建筑园林景观漫游设计交互性技术，体现本文方法良好的操作性能以及真实的漫游效果。将理论知识与实际操作相结合，实现本文方法交互式建筑园林景观漫游设计。

为进一步测试本文方法的交互式漫游性能，将本文方法与相对坐标方法以及交互式遗传方法对比。选取100名建筑园林景观设计师通过三种方法对10个规划区域设计，设计后令100名设计师对三种方法的“好感度”“操作灵敏度”以及“漫游效果”等评分指标进行评分，结果如表1所示。

100名建筑园林景观设计师评价本文方法完成园林景观漫游的各项评分均值为96.11分，分别高于采用相对坐标方法以及采用交互式遗传方法7.28分以及10.75分，说明本文方法不仅具有较好的漫游性能以及交互体验，且具有较高的用户接受度，可应用于实际建筑园林景观漫游中。

3 结论

3DMAX因具有强大的建模能力被广泛应用于建筑园林景观设计中，本文将3DMAX，Photoshop以及Java3D三个平台相结合，提出基于3DMAX的交互式建筑园林景观漫游设计方法，并通过Windows 10操作系统对该方法测试。测试结果表明，本文方法操作界面清晰明了，漫游场景真实性强，且可通过键盘操作实现场景交互。选取100名建筑园林景观设计师采用本文方法设计10个建筑园林景观规划区域，设计师评价本文方法的设计效果显示，本文方法具有操作灵敏、便捷且交互性与漫游性较好的优势，可实现建筑园林景观的交互式漫游。

参考文献

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