张龙

摘  要： sketchup软件构建显示三维模型速度快，enscape技术渲染室内灯光效果逼真，融合两种技术的优点设计室内店铺展示效果，通过实际案例设计研究其应用效果。将店铺CAD测绘数据转换成二维GIS数据，Google sketchup Pro 6 GIS Plug?in插件将二维GIS数据导入sketchup软件后，开始绘制基础图形，挤压得到立体三维模型，通过删除冗余元素、雾化等操作优化模型，同时赋予模型真实纹理。采用enscape自带的材质赋予模型纹理贴图，enscape技术从灯光颜色与灯光类型角度渲染室内灯光。实例设计效果显示：设计效果图中餐桌椅布局合理，可视化效果优;灯光渲染逼真，灯光照射阴影明暗变化显著，细节处理较好。

关键词： 店铺室内设计; 灯光效果渲染; 三维模型; 数据转换; sketchup; enscape技术

中图分类号： TN02?34; TP391.9                   文献标识码： A                     文章编号： 1004?373X（2020）03?0050?04

Application analysis of shop interior display and design

based on sketchup and enscape technologies

ZHANG Long

（School of Art and Communications， Wuhan Polytechnic University， Wuhan 430000， China）

Abstract： The sketchup software is fast in building and displaying 3D models， and the enscape technology has a realistic rendering effect of interior lights. The advantages of the two technologies are combined to design the shop interior display， and its application effect is studied by actual case design. After the CAD mapping data of the shop is converted into 2D GIS data， which is then imported into the sketchup software by Google sketchup Pro 6 GIS Plug?in， the basic graphics are drawn and extruded to obtain the 3D model. The model is optimized by deleting redundant elements， atomizing， etc.， and the model is endowed with the real texture at the same time. The texture mapping is given to the model by the material of enscape， and the interior lights are rendered by the enscape technology from the perspective of light color and light type. Example design effect shows that， in the design effect diagrams， the layout of dining tables and chairs is reasonable， the visualization effect is excellent， the lighting rendering is lifelike， the shadow produced by lighting illumination changes significantly， and the details are processed well.

Keywords： shop interior design; lighting effect rendering; 3D model; data conversion; sketchup; enscape technology

0  引  言

室内店铺展示设计为店铺装修施工提供可视化虚拟效果图，保障装修效果符合客户预期标准[1]。构建店铺及其内饰三维模型、渲染模型外观是室内店铺展示设计的两个关键步骤，前者创建室内店铺主体框架，后者增强模型效果，提升模型逼真、可视化效果[2?3]。目前使用频率较高的三维建模软件有3DSMax，Sky Line，sketchup等[4]，相对而言，sketchup构建、显示三维模型速度较快，提升设计人员工作效率;sketchup构建模型精细程度、渲染模型外观、渲染室内灯光效果突出，更适用于设计室内店铺展示效果[5?6]。室内环境设计不存在自然光，所以渲染灯光效果十分关键。enscape技术在渲染灯光方面获取一致好评，使用方便、操作智能。

因此，本文设计室内店铺展示效果时，结合sketchup软件与enscape技术的优势，采用sketchup构建室内店铺三维模型，基于enscape技术渲染室内灯光效果，设计的室内店铺展示效果符合客户预期，客户满意度较高;在一定程度上节省了设计人员的工作时间，减少不必要的工作量。

1  室内店铺展示设计分析

基于sketchup与enscape技术设计室内店铺展示思路为：

1） 获取原始室内店铺展示CAD数据后，在ArcGIS软件中完成 CAD数据转换、编辑与处理[7]，得到有效的二维GIS数据;

2） 利用Google sketchup Pro 6 GIS Plusg?in插件将二维GIS数据导入sketchup软件中，开始构建室内店铺展示三维模型[8];

3） 对构建完成的三维展示模型实施表面纹理材质贴图、enscape灯光渲染，最后完成室内店铺展示效果设计。

依据上述分析总结设计流程如图1所示。

1.1  室内店铺展示三维建模

1.1.1  CAD数据向ArcGIS数据转换

测绘获取的室内店铺展示原始数据为CAD格式，格式转换、编辑、处理后可作为有效数据使用。采用ArcGIS开发平台作为数据转换工具，ArcGIS自带处理地理要素的工具，集成在ArcToolbox模块中。该模块中，Data Interoperability Tools为数据格式转换工具，可解决CAD数据向ArcGIS二维数据格式转换问题。转换CAD数据格式具体方式为：采用Data Interoperability Tools的Quick Import工具将CAD数据转换为Geodatabase要素[9]，利用其他工具转换成Shapefile数据，最终得到用于三維建模的ArcGIS二维数据。

1.1.2  基于sketchup三维建模技术

1） 构建三维模型

基于二维GIS数据与设计要求确定店铺设计尺寸。首先，采用sketchup中的拉伸工具营造基础的室内立体轮廓，包括橱窗、墙面、地面等元素，不断完善模型细节[10];其次，构建店铺展示所需的全部物件模型，包括展示柜台、桌椅、家电、照明灯具、装饰物件等元素。基于sketchup构建室内店铺展示三维模型存在三种方案，分别为：设计崭新的三维模型，对模型素材库中的模型加以改进和优化，在Goole Earth中下载三维模型[11]。设计常见、没有特殊要求的模型时，后两种方案较为实用，节约构建模型时间;相反，设计具有特殊要求和标准的展示柜台等元素时，必须采用第一种方案，根据实际要求完成三维建模[12]。

基于sketchup重新设计三维模型过程如下：

① 在sketchup软件中绘制基础图形，采用挤压工具得到立体的三维几何体，呈现装饰物件的主体轮廓;

② 优化模型细节部分，此过程中依据“由大至小、由整体至局部”的原则。

2） 三维模型优化

三维模型设计数据规模是影响设计作品传输与展示效率的关键因素，为精简模型数据规模，有必要优化设计完成的店内店铺展示三维模型。仅采用单一模型简化算法的优化效果微乎其微，针对这种情况，通过两个步骤获取高质量的模型精简效果：

① 删除冗余模型面线等元素;

② 采用细节层次模型、柔化操作、雾化技术对模型加以优化[13]。清除无用模型线、面、材质、组件等元素，实现室内展示建模轻量化：一是通过sketchup清理选项清除，选项有清除图层、清除未使用组件等;二是采用插件清除，柔化操作可令棱角突出模型变得圆滑，柔化操作步骤如下：点击橡皮擦工具同时按住ctrl键，执行“柔化边线”命令。

1.2  室内店铺展示模型贴图与灯光渲染

enscape技术具有强大的三维模型渲染功能，客户满意度较高，因此，采用enscape技术完成室内店铺纹理材质贴图与灯光渲染。

1.2.1  模型纹理材质贴图

纹理材质贴图与灯光设计是实现室内店铺展示逼真、立体的有效方式，室内环境灯光的合理布局尤其关键[14]。纹理贴图可选择使用enscape自带材质，也可获取原场景真实纹理图像（真实纹理图像文件规模较大），纹理贴图之前需统一真实图像色调、明暗程度等因素，改善模型外观协调程度，纹理贴图方式的选择视具体设计要求而定。室内店铺展示设计无参考原型，并且为保障模型数据规模的精简性，选用软件提供的材质纹理实现模型纹理贴图，简化贴图过程。

1.2.2  墙面、地面材质渲染

enscape自带绘图与填充工具，在工具栏的颜料桶中选取木纹、金属、玻璃等材质;材质选择可根据实际情况自定义颜色，也可采用“面”完成材质贴图，提供更多可供选择的材质渲染选项，有效改善模型的逼真程度。

1.2.3  室内灯光渲染

纹理贴图完成后渲染室内店铺展示灯光，为贴图完成的灯具模型设置光线。由于室内不存在自然光线，所以灯光设计效果的好坏直接决定室内陈列展示设计效果。光源类型、场景光源布局、光源颜色与强度、阴影设计是灯光设计必需考虑的几个方面。设计室内店铺展示灯光应从空间总体角度分析灯光主次程度、明暗变化，以呈现真实的虚拟设计效果。

基于enscape技术渲染室内店铺展示的灯光效果，从球形光、聚光灯、矩形灯、圆盘灯、线性灯、灯光颜色几个方面实现。在sketchup软件中将时间修改至黑夜模式，在enscape object工具栏中选取不同类型光源照亮室内展示空间。

1） 球形光。构建新的Sphere Light，使用enscape双击系统布局光线的过程相对简单、智能，使用鼠标点击起点与终点即可创建光线。灯光强度设置工具为Luminous Intensity，滑动滑块调整光强（见图2）。关闭enscape自动曝光功能后，光强度对室内画面的影响效果逐渐展现。

灯光设计具备复制功能，复制灯光组成模型组，组中任意灯光强度发生变化时，其他灯光也随之改变;若任意灯光添加至实例中时，其他灯光也添加至实例中。光源半径修改效果只能在镜子一类反射材质中看见，光源半径一般以m为单位规范光源大小。灯光三维模型的粗糙程度控制反射光的外观样貌，相对粗糙的灯光模型导致光纤散射呈现的光源面积较大[15]，光线不清晰。

2） 聚光灯。聚光灯光线设置同样遵循双击系统，但是放置光源需点击操作四次才能完成。确定灯光起点与方向时各点击两次。点击创建光源弧上的点设置灯光光束角度，在滑块中也可调整光束角度。IES文件提供一种高等级逼真程度的照明配置文件，优化光源照射效果。

3） 矩形灯与圆盘灯。典型区域灯有矩形灯与圆盘灯两种，放置光源过程中，点击光源起点后，提供键盘箭头方向键锁定灯光，放置在某个轴上，确定光源方向同样需点击两次。双击灯光，利用滑块改变灯光大小时，光线呈圆形区域，以原点为中心向四周缩放。

4） 线性灯。相对其他类型光源而言，线性灯布局位置决定光照范围，由于线性灯具有一定长度，所以产生的光线偏柔软，线性灯两端点的灯光针对性较强。同样利用滑块改变线性灯的强度，点击线性灯上一点拖动鼠标即可旋转灯光，但是这种方法旋转的灯光角度没有数值约束，存在一定的随机性与误差，为此采用sketchup原生工具旋转灯光，实现精准旋转。

5） 灯光颜色。利用enscape设置灯光颜色，选取合适的颜色点击灯光即可完成设置。

上述元素设置完成后，在自发光或者材质编辑器的材料中写入Emmissive为灯泡添加点亮效果，室内展示灯光渲染完成。

2  设计方法测试

本文基于sketchup与enscape技术设计室内店铺展示效果图，具体采用sketchup构建店铺及其室内物体的三维模型，通过enscape技术渲染室内灯光效果，赋予室内店铺展示逼真的灯光效果。以室内餐厅设计为例，对本文设计方法展开测试研究，分析设计室内店铺的效果。

2.1  设计效果展示

与店铺业主沟通设计理念后，采用本文方法设计的餐厅主体三维模型如图3所示。此效果图为未渲染前的餐厅大厅场景模型，可以看出，只有地面赋予简单的纹理效果，桌椅、墙面等元素均为单一颜色。模型中餐桌椅布局合理，可视化效果优，给用户身临其境般的感受。

在餐厅三维模型基础上基于enscape技术渲染灯光，局部包间渲染后的球形灯光效果如图4所示，不同颜色灯光渲染效果展示如图5所示。

enscape技术渲染的灯光逼真，与现实中开灯效果基本没有差别。灯光照射后在墙面留下阴影形成显著的明暗变化，灯光照射细节处理较好。设计人员可根据自身个性化需求调整光源颜色，满足店铺设计的个性化定制需求。

2.2  不同建模软件优劣势对比

本文采用sketchup软件构建店铺展示模型，同类型使用频率较高的建模软件有3DSMax，Sky Line等，三种建模软件的三维建模优势与劣势分析如表1所示。

相对而言，sketchup软件构建模型速度快，节省设计人员的工作时间，且sketchup软件贴图与渲染功能强大，适合设计室内店铺展示效果。3DSMax是一种常用的建模软件，建模功能比较全面，但是贴图、渲染工具使用方式较为复杂，智能化水平较低。Sky Line适用于大规模数据建模，如楼盘模型设计、校园场景设计等，但是构建单个精细模型时，Sky Line建模缺点突出，设计效果较差。

2.3  用户认同程度分析

本文方法基于sketchup与enscape技术设计室内店铺展示效果，3DSMax，Sky Line软件均具备建模与渲染功能，因此采用三种设计方法设计5种（西式餐厅、中式女装店、珠宝店、快餐厅、电子产品销售店铺）店铺展示效果图。调查设计人员、店铺业主对三种软件制图效果的认同程度，结果如图6，图7所示。

图6，图7显示，分别有65%设计人员、71%店铺业主认同本文方法设计的室内店铺展示效果，另外两种建模软件的用户认同程度较低。

3  结  论

本文详细展示了sketchup软件建模与enscape技术渲染过程，以往关于sketchup软件建模的研究较多，该软件的建模功能被大部分设计人员认同。enscape技术作为一种模型渲染技术能够展示逼真、立体的灯光渲染效果，该技术新增了凹凸贴图、反射贴图等功能，提升了材质贴图智能化、多样化程度。总体看来，sketchup与enscape技术融合設计的室内店铺展示效果较优，为室内环境设计提供了一种有效途径。

参考文献

[1] 张新荣，马杰，张才斗，等.基于Matlab倒立摆可视化建模仿真与控制[J].计算机工程与设计，2018，39（10）：222?227.

[2] 温佩芝，朱立坤，黄佳.半透明三维物体表面光泽真实感实时渲染方法[J].计算机应用，2016，36（10）：2842?2848.

[3] 杨丽洁，徐添辰.中国水墨画的交互式三维建模方法[J].小型微型计算机系统，2017，38（3）：572?577.

[4] 孙钰珊，张力，艾海滨，等.倾斜影像匹配与三维建模关键技术发展综述[J].遥感信息，2018，33（2）：5?12.

[5] 律睿慜，陈伟，孟磊，等.周期性动态对白框的傅里叶模型及渲染技术[J].计算机工程与应用，2016，52（9）：170?176.

[6] 罗月童，周全，周俊，等.面向具有重复结构的大规模CAD模型的快速渲染[J].中国图象图形学报，2018，23（1）：106?113.

[7] 吴聪聪，蓝贵文，耿继军，等.CAD数据向GIS数据转换的方法比较[J].测绘科学，2017，42（2）：183?186.

[8] 贾超，龙建辉.SketchUp虚拟建模在工程地质信息化建设中的应用[J].煤炭技术，2015，34（5）：94?97.

[9] 程星华，胡迪，俞肇元，等.政区多粒度时空对象建模及其Geodatabase实现[J].地球信息科学学报，2017，19（9）：1228?1237.

[10] 杨帆，梁思成，郭爱伟，等.基于SketchUp平台的城市庭院鸡舍设计研究[J].中国家禽，2016，38（17）：36?40.

[11] 张恬洁，康志忠.融合深度相机点云与光学影像的室内三维建模[J].测绘科学，2016，41（12）：217?223.

[12] 崔铁军，马云东，王来贵.基于下落法的PFC3D岩土模型构建及应用[J].安全与环境学报，2016，16（3）：130?134.

[13] 汲梦宇，刘利刚.基于感知的室内场景的多视点渲染优化[J].中国科学技术大学学报，2018，48（2）：140?147.

[14] 赵黎，彭恺，焦晓露.室内VLC系统光源布局设计[J].红外与激光工程，2017，46（11）：240?245.

[15] 刘北胜.基于云渲染的三维BIM模型可视化技术研究[J].北京交通大学学报，2017，41（6）：107?113.