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【摘 要】竣工测量是建设项目规划审批的最终环节之一，旨在充分利用固有竣工测量工作取得的测量成果同步建立三维竣工图，与规划的三维模型形成对照以便于直观判断建设与规划报批符合情况。作为监管本底数据，还利于今后的违章加盖建筑执法，同时可以作为重要数据源为三维数码城市建设添砖加瓦。为此，本文在分析竣工测量三维表现的必要性的基础上，介绍了利用3DMAX表达竣工测量成果的步骤和方法，并以厦门工商旅游学校的三维竣工图制作为例，展示了竣工测量三维表达的实现效果与应用前景。
【关键词】三维建模；竣工测量成果；3D MAX；三维表达
1 3D MAX是竣工测量实现三维表达的有效手段
竣工测量是建设项目规划审批的最终环节之一，其主要任务是提供城市规划、城市建设和城市管理所需的基础地形图及相关信息。随着城市可持续发展理念深入、数字城市的推进，以及建筑与文化融合理念的确立[1]，对竣工测量制图表达形式提出更高要求。例如，厦门市规划局出台相关规定：从2012年5月1日起，建设单位或个人申报建筑工程竣工规划条件核实时，除提供“建筑工程竣工规划条件核实测量报告书”等相关材料外，还须提供“建筑工程竣工现状三维模型电子数据”成果一份。所谓的三维竣工测量是在传统竣工测量基础之上， 利用竣工测量的二维测量成果建立三维立体模型，借以实现与二维竣工图的同步建立，其主要应用价值体现在：（1）与规划的三维模型形成对照便于直观判断建设与规划报批符合情况；（2）作为监管本底数据利于今后的违章加盖建筑执法；（3）Esri CityEngine、VR Map、Skyline、伟景行等主流三维GIS软件均支持3D Max数据向大规模三维场景的导入与加载，可以作为三维城市模型（Three Dimension City Model，3DCM）重要数据源为三维数码城市建设添砖加瓦；（4）为楼盘销售、小区物业等管理提供直观数据支持，节约建设成本，减少数据重复建设。
竣工测量质量的提高有赖于科技手段的进步，在如今的信息时代，尤其有赖于计算机软件的进步。3D MAX是一种集三维建模、动画制作为一体的软件，具有二位建模、几何体建模、挤压建模等多种建模技术，有着多视角操作界面、丰富的建模工具及多种可以达到特殊效果的修改器，借其可以有效建立平面的竣工图中的各个对象的三维模型，并结合特效编辑器和纹理贴图技术渲染出丰富多彩的视觉效果。可以说，3DMAX是竣工测量实现三维表达的有效手段，急需尽早弄清利用3DMAX表达竣工测量成果的步骤和方法，以及竣工测量三维表达的实现效果与应用前景。
2 技术方法与技术流程
2.1 三维模型制作流程
利用3D Max软件进行建筑物的建模，首先在相关部门得到相关建模地区的地籍资料，然后利用数码相机对建模对象建筑在外业逐幢取景，然后在 3D MAX里建立建筑物模型，贴上表面纹理，最后通过特效编辑器对模型进行一系列的优化处理。
建模的大致流程具体的在三维建模主要涉及四个关键的步骤：（1）外业取景拍摄获取纹理。（2）利用photoshop对外业获取的纹理处理；（3）以竣工测量的CAD 矢量地形图为主，结合近期航片或卫片像获得精确完整的建筑模型结构 ；（4）在3D MAX中完成建模。
2.1.1 外业取景拍照
（1）确定取景顺序：为了内业照片对照简便，在拍照前应该做一下准备工作，结合CAD底图了解房屋各个面的结构，在对单幢建筑物工作底图上标出起始点（面）并做上记号，再以记号面为起点按照顺（逆）时针的顺序用箭头标出拍摄路径。注意：单栋楼的拍摄路线不要间断，最好是一个完整地闭合路线，以保证取景的完整性。
（2）先整体后局部拍摄：对于建筑物的每个面，先拍一张全景照片，以便了解整个面的结构。然后取该面最小重复单元，从正面进行拍摄。注意：对于各层结构基本一致的，尽量取低的楼层拍摄，避免仰角；对于建筑某个面或某个重复单元过长的，就分段拍摄，但尽量不要分得太多，避免内业拼图工作量太大；对于单幢建筑物与别幢不同的细节特征，如公司LOGO，大厦名称等要重点抓拍，不能遗漏。
（3）一二层店面的拍摄：商住两用楼的一二层为店面，与高层结构完全不同，应重点拍摄，尽量真实再现。因为底楼店面近拍不易取到全景，远拍则会被树遮挡，故外业应使用广角数码相机避免上述问题。拍摄时同样按照先整体后局部的方法：对底楼先拍一张全景照片，以便内业作业员了解共几家店，顺序如何。然后，对每个店面正面，全景，按顺序逐家拍摄，尽量避开树，车与行人。
（4）屋顶的拍摄：屋顶是房子造型重要部位，受拍摄条件限制，无法从上往下拍到屋顶全景，但要在街面上从下往上对屋顶拍出其特征结构与轮廓全景，便于内业结合航片再现其结构与材质。
（5）照片文件整理：当天拍摄照片要及时整理，清除无效照片，有效照片按以下建子目录规则存放：一级子目录，按所在街坊编号命名；二级子目录，原则每幢楼各建二级子目录。[2]
2.1.2 PS处理纹理
为了满足后续贴图工作展开的要求，需要采用专业的图像处理软件Photoshop对外业采集的贴图纹理进行处理。在软件中利用其“变换”、“自由变换”、“旋转”、“扭曲”、“拉伸”等工具完成各类地物贴图纹理的校正，使得校正后的纹理图像具有正视的效果。然后调整图像的色階、对比度、亮度、饱和度等参数，最后利用其“锐化”、“平滑”等图像处理工具使图像对比度和清晰度提高，使贴图纹理达到最好的视觉效果。
2.1.3 底图预处理
以 CAD 矢量底图为主，结合近期航片或卫片影像获得精确完整的建筑模型结构：先打开一副1：500的CAD二维竣工图，将CAD地图的“厚度”属性设置为零，线型“宽度”属性也设置为零，并删除或关闭建模中无需用到的图层。 2.1.4 3D MAX 建模
在3D MAX 软件平台下按以下详细步骤进行建模：
（1）初始自定义设置。首先在“自定义”的菜单栏中选择“单位设置”将“显示单位”与“系统单位”均设置为“米”，以便导入CAD底时比例一一对应。然后在“自定义用户界面”中设置快捷键，根据自己的喜好习惯设置快捷键，有力提高工作效率。左键长按捕捉工具，将捕捉调节为“2.5D”，然后右键点击捕捉工具，将设置捕捉对象为“端点”与“顶点”并选中“选项”中的“捕捉到冻结对象”和“使用轴约束”。
（2）导入CAD底图。在“文件”菜单栏中选择“导入”子菜单下的“导入CAD”并将“传入文件单位”设置为“米”，然后选中CAD图几何对线，再右键点击移动工具，将底图移至原点，最后最大化显示视图。
（3）制作三维模型。将导入的底图“冻结”作背景，用Line勾画出各个分块地形和建筑物的轮廓，并赋予线条相应的名字。然后将“样条线”转化为“可编辑多边形”，根据竣工总平图、建筑高度示意图将房屋挤出成楼层的实际高度。同样的步骤完成测区范围内的所有模型。
（4）贴图。完成建模后，再进行贴图工作。在3D Max中贴图前，需要将实地拍得的照片进行处理，即纹理的处理，获取各类材质的贴图，如窗户，墙砖，门等。在同一栋建筑中可能会有很多重复的单元，在贴图时，只需要对一个单元进行贴图，其余的通过利用镜像、复制以及阵列工具得到一个完整的三维场景。
（5） 添加相机。模型建好后，需要为当前场景选择一个合适的视角添加相机，这样既方便了成果的展示，也是后期渲染工作所需的前期工作。
（6） 布置灯光。尽管不同的效果图制作人员有着不同的布光方法，但遵循的原则是一样的，一般有以下几点：①场景中的灯光数量应根据实际情况来设置，并非灯光越多越好，因为灯光数量过多，一方面会影响渲染的速度，另一方面，会使画面缺乏层次。②布光时应该遵循由主体到局部、由简到繁的过程。③灯光的布置要遵循现实，不能脱离现实而去胡乱地布置。
（7）渲染+Photoshop后期处理。渲染是结合摄像机和灯光最终生成的效果图，为了获得更佳的效果图，还需要在Photoshop中对生成的.tga渲染图进一步处理。 [3]
2.2 3D MAX模型优化
利用3D MAX实现了虚拟竣工三维场景，但是由于三维竣工模型是用于基础地理信息数据更新和 3DCM 的更新，而且要为用户提供高速的浏览场景的效果，因此必须运用适当的技术对 3D MAX文件进行优化，减小文件的大小。
（1）尽量采用标准几何体建模。建模时采用标准的几何体，尽量不使用曲面或球面模型，因为标准几何体的节点比较规则，运算量小，可以减小文件的数据量。
（2）去除冗余面。冗余面是指删除后不影响模型的外观表达效果。比如，楼房的底面和楼体内部的墙体，它是否存在完全不影响场景的效果。像这样的冗余面都需要删除，进而减低三维场景的复杂度，减小文件数据量。
（3）纹理技术。在建模中，只需构建出建筑的大概外型，省略许多复杂的细节建模步骤，比如草地的细节、亭子的瓦砾、楼的门窗等细节的地方，转而用照片本身的明暗效果和质感来表现出建筑物的细节部分。利用纹理贴图替代场景模型的可建模实现或不可建模实现的细节，提高模型的真实度和降低场景的复杂度，而且可以体现出实体对象本身的鲜明色彩和特征。这样既减轻了繁多的建模工作，提高了效率，又控制了文件的大小。
3 应用实例与结果
本论文的实验数据是厦门市工商旅游学校的学生宿舍及综合食堂，以及周边的绿化景观和道路等。根据上面提出的方法和步骤，顺利的完成了厚德楼附近生活区的三维竣工建模。在竣工测量阶段获取了厦门工商旅游学校厚德楼生活区建筑物竣工图，其包括了建筑物平面图和楼层高度图。完成整个厚德楼生活区的竣工测量后，再将生活区的景观进行三维建模，并对其效果做一定的渲染效果，即可完成整个生活区的竣工测量。
4 结束语
当前，三维激光扫描技术集成了LiDAR、GPS、RS，为竣工测量的三维表现提供了一种快速、高效、高精度、准确的技术和方法，可以轻松完成矢量地图数据建库、三维地理数据的制作和街景数据的生产，通过三维激光扫描技术获取的DEM、DOM、DSM数据可以构建三维WebGIS管理平台，为竣工测量数据快速、精确、全面的获取和集成开发利用，提供了更为强大的技术支持。尽管三维激光扫描技术通过密集点云数据采集与处理可以实现任意复杂的三维曲面建模、二维数据反求，三维地形数据生成可以替代二维竣工测量及三维竣工测量的部分工作，但由于3D MAX支持点云数据输入，具有性价比高、上手容易、用户众多，便于交流等优势，因此，3D MAX建模仍拥有很大的市场空间，其贴图、渲染和三维输出方法在点云数据后期处理同样具有很好的效果。
参考文献
[1]杨英法，戴雅娜.建筑与文化融合的创意策划[J].学术探索，2011，（11）：108-110.
[2]李为民， 张庆河， 朱世勇， 等. 厦门市建筑物 3DS Max 建模作业手册[R]. 厦门市测绘与基础地理信息中心， 2009.
[3]陈志民. 3DS MAX 9 室外效果图表现实例教程[M].北京：機械工业出版社， 2007.
[4]彭国军， 池天河， 唐丽玉等. 数字城市的三维构造技术[J]. 地球信息科学， 2003， 10（1）：26-30.
基金项目
煤炭资源清洁利用与矿山环境保护湖南省重点实验室2011年开放基金项目（coal201105）和厦门理工学院2012年度高层次人才引进项目（YKJ12006R）的综合性研究成果。
【关键词】三维建模；竣工测量成果；3D MAX；三维表达
1 3D MAX是竣工测量实现三维表达的有效手段
竣工测量是建设项目规划审批的最终环节之一，其主要任务是提供城市规划、城市建设和城市管理所需的基础地形图及相关信息。随着城市可持续发展理念深入、数字城市的推进，以及建筑与文化融合理念的确立[1]，对竣工测量制图表达形式提出更高要求。例如，厦门市规划局出台相关规定：从2012年5月1日起，建设单位或个人申报建筑工程竣工规划条件核实时，除提供“建筑工程竣工规划条件核实测量报告书”等相关材料外，还须提供“建筑工程竣工现状三维模型电子数据”成果一份。所谓的三维竣工测量是在传统竣工测量基础之上， 利用竣工测量的二维测量成果建立三维立体模型，借以实现与二维竣工图的同步建立，其主要应用价值体现在：（1）与规划的三维模型形成对照便于直观判断建设与规划报批符合情况；（2）作为监管本底数据利于今后的违章加盖建筑执法；（3）Esri CityEngine、VR Map、Skyline、伟景行等主流三维GIS软件均支持3D Max数据向大规模三维场景的导入与加载，可以作为三维城市模型（Three Dimension City Model，3DCM）重要数据源为三维数码城市建设添砖加瓦；（4）为楼盘销售、小区物业等管理提供直观数据支持，节约建设成本，减少数据重复建设。
竣工测量质量的提高有赖于科技手段的进步，在如今的信息时代，尤其有赖于计算机软件的进步。3D MAX是一种集三维建模、动画制作为一体的软件，具有二位建模、几何体建模、挤压建模等多种建模技术，有着多视角操作界面、丰富的建模工具及多种可以达到特殊效果的修改器，借其可以有效建立平面的竣工图中的各个对象的三维模型，并结合特效编辑器和纹理贴图技术渲染出丰富多彩的视觉效果。可以说，3DMAX是竣工测量实现三维表达的有效手段，急需尽早弄清利用3DMAX表达竣工测量成果的步骤和方法，以及竣工测量三维表达的实现效果与应用前景。
2 技术方法与技术流程
2.1 三维模型制作流程
利用3D Max软件进行建筑物的建模，首先在相关部门得到相关建模地区的地籍资料，然后利用数码相机对建模对象建筑在外业逐幢取景，然后在 3D MAX里建立建筑物模型，贴上表面纹理，最后通过特效编辑器对模型进行一系列的优化处理。
建模的大致流程具体的在三维建模主要涉及四个关键的步骤：（1）外业取景拍摄获取纹理。（2）利用photoshop对外业获取的纹理处理；（3）以竣工测量的CAD 矢量地形图为主，结合近期航片或卫片像获得精确完整的建筑模型结构 ；（4）在3D MAX中完成建模。
2.1.1 外业取景拍照
（1）确定取景顺序：为了内业照片对照简便，在拍照前应该做一下准备工作，结合CAD底图了解房屋各个面的结构，在对单幢建筑物工作底图上标出起始点（面）并做上记号，再以记号面为起点按照顺（逆）时针的顺序用箭头标出拍摄路径。注意：单栋楼的拍摄路线不要间断，最好是一个完整地闭合路线，以保证取景的完整性。
（2）先整体后局部拍摄：对于建筑物的每个面，先拍一张全景照片，以便了解整个面的结构。然后取该面最小重复单元，从正面进行拍摄。注意：对于各层结构基本一致的，尽量取低的楼层拍摄，避免仰角；对于建筑某个面或某个重复单元过长的，就分段拍摄，但尽量不要分得太多，避免内业拼图工作量太大；对于单幢建筑物与别幢不同的细节特征，如公司LOGO，大厦名称等要重点抓拍，不能遗漏。
（3）一二层店面的拍摄：商住两用楼的一二层为店面，与高层结构完全不同，应重点拍摄，尽量真实再现。因为底楼店面近拍不易取到全景，远拍则会被树遮挡，故外业应使用广角数码相机避免上述问题。拍摄时同样按照先整体后局部的方法：对底楼先拍一张全景照片，以便内业作业员了解共几家店，顺序如何。然后，对每个店面正面，全景，按顺序逐家拍摄，尽量避开树，车与行人。
（4）屋顶的拍摄：屋顶是房子造型重要部位，受拍摄条件限制，无法从上往下拍到屋顶全景，但要在街面上从下往上对屋顶拍出其特征结构与轮廓全景，便于内业结合航片再现其结构与材质。
（5）照片文件整理：当天拍摄照片要及时整理，清除无效照片，有效照片按以下建子目录规则存放：一级子目录，按所在街坊编号命名；二级子目录，原则每幢楼各建二级子目录。[2]
2.1.2 PS处理纹理
为了满足后续贴图工作展开的要求，需要采用专业的图像处理软件Photoshop对外业采集的贴图纹理进行处理。在软件中利用其“变换”、“自由变换”、“旋转”、“扭曲”、“拉伸”等工具完成各类地物贴图纹理的校正，使得校正后的纹理图像具有正视的效果。然后调整图像的色階、对比度、亮度、饱和度等参数，最后利用其“锐化”、“平滑”等图像处理工具使图像对比度和清晰度提高，使贴图纹理达到最好的视觉效果。
2.1.3 底图预处理
以 CAD 矢量底图为主，结合近期航片或卫片影像获得精确完整的建筑模型结构：先打开一副1：500的CAD二维竣工图，将CAD地图的“厚度”属性设置为零，线型“宽度”属性也设置为零，并删除或关闭建模中无需用到的图层。 2.1.4 3D MAX 建模
在3D MAX 软件平台下按以下详细步骤进行建模：
（1）初始自定义设置。首先在“自定义”的菜单栏中选择“单位设置”将“显示单位”与“系统单位”均设置为“米”，以便导入CAD底时比例一一对应。然后在“自定义用户界面”中设置快捷键，根据自己的喜好习惯设置快捷键，有力提高工作效率。左键长按捕捉工具，将捕捉调节为“2.5D”，然后右键点击捕捉工具，将设置捕捉对象为“端点”与“顶点”并选中“选项”中的“捕捉到冻结对象”和“使用轴约束”。
（2）导入CAD底图。在“文件”菜单栏中选择“导入”子菜单下的“导入CAD”并将“传入文件单位”设置为“米”，然后选中CAD图几何对线，再右键点击移动工具，将底图移至原点，最后最大化显示视图。
（3）制作三维模型。将导入的底图“冻结”作背景，用Line勾画出各个分块地形和建筑物的轮廓，并赋予线条相应的名字。然后将“样条线”转化为“可编辑多边形”，根据竣工总平图、建筑高度示意图将房屋挤出成楼层的实际高度。同样的步骤完成测区范围内的所有模型。
（4）贴图。完成建模后，再进行贴图工作。在3D Max中贴图前，需要将实地拍得的照片进行处理，即纹理的处理，获取各类材质的贴图，如窗户，墙砖，门等。在同一栋建筑中可能会有很多重复的单元，在贴图时，只需要对一个单元进行贴图，其余的通过利用镜像、复制以及阵列工具得到一个完整的三维场景。
（5） 添加相机。模型建好后，需要为当前场景选择一个合适的视角添加相机，这样既方便了成果的展示，也是后期渲染工作所需的前期工作。
（6） 布置灯光。尽管不同的效果图制作人员有着不同的布光方法，但遵循的原则是一样的，一般有以下几点：①场景中的灯光数量应根据实际情况来设置，并非灯光越多越好，因为灯光数量过多，一方面会影响渲染的速度，另一方面，会使画面缺乏层次。②布光时应该遵循由主体到局部、由简到繁的过程。③灯光的布置要遵循现实，不能脱离现实而去胡乱地布置。
（7）渲染+Photoshop后期处理。渲染是结合摄像机和灯光最终生成的效果图，为了获得更佳的效果图，还需要在Photoshop中对生成的.tga渲染图进一步处理。 [3]
2.2 3D MAX模型优化
利用3D MAX实现了虚拟竣工三维场景，但是由于三维竣工模型是用于基础地理信息数据更新和 3DCM 的更新，而且要为用户提供高速的浏览场景的效果，因此必须运用适当的技术对 3D MAX文件进行优化，减小文件的大小。
（1）尽量采用标准几何体建模。建模时采用标准的几何体，尽量不使用曲面或球面模型，因为标准几何体的节点比较规则，运算量小，可以减小文件的数据量。
（2）去除冗余面。冗余面是指删除后不影响模型的外观表达效果。比如，楼房的底面和楼体内部的墙体，它是否存在完全不影响场景的效果。像这样的冗余面都需要删除，进而减低三维场景的复杂度，减小文件数据量。
（3）纹理技术。在建模中，只需构建出建筑的大概外型，省略许多复杂的细节建模步骤，比如草地的细节、亭子的瓦砾、楼的门窗等细节的地方，转而用照片本身的明暗效果和质感来表现出建筑物的细节部分。利用纹理贴图替代场景模型的可建模实现或不可建模实现的细节，提高模型的真实度和降低场景的复杂度，而且可以体现出实体对象本身的鲜明色彩和特征。这样既减轻了繁多的建模工作，提高了效率，又控制了文件的大小。
3 应用实例与结果
本论文的实验数据是厦门市工商旅游学校的学生宿舍及综合食堂，以及周边的绿化景观和道路等。根据上面提出的方法和步骤，顺利的完成了厚德楼附近生活区的三维竣工建模。在竣工测量阶段获取了厦门工商旅游学校厚德楼生活区建筑物竣工图，其包括了建筑物平面图和楼层高度图。完成整个厚德楼生活区的竣工测量后，再将生活区的景观进行三维建模，并对其效果做一定的渲染效果，即可完成整个生活区的竣工测量。
4 结束语
当前，三维激光扫描技术集成了LiDAR、GPS、RS，为竣工测量的三维表现提供了一种快速、高效、高精度、准确的技术和方法，可以轻松完成矢量地图数据建库、三维地理数据的制作和街景数据的生产，通过三维激光扫描技术获取的DEM、DOM、DSM数据可以构建三维WebGIS管理平台，为竣工测量数据快速、精确、全面的获取和集成开发利用，提供了更为强大的技术支持。尽管三维激光扫描技术通过密集点云数据采集与处理可以实现任意复杂的三维曲面建模、二维数据反求，三维地形数据生成可以替代二维竣工测量及三维竣工测量的部分工作，但由于3D MAX支持点云数据输入，具有性价比高、上手容易、用户众多，便于交流等优势，因此，3D MAX建模仍拥有很大的市场空间，其贴图、渲染和三维输出方法在点云数据后期处理同样具有很好的效果。
参考文献
[1]杨英法，戴雅娜.建筑与文化融合的创意策划[J].学术探索，2011，（11）：108-110.
[2]李为民， 张庆河， 朱世勇， 等. 厦门市建筑物 3DS Max 建模作业手册[R]. 厦门市测绘与基础地理信息中心， 2009.
[3]陈志民. 3DS MAX 9 室外效果图表现实例教程[M].北京：機械工业出版社， 2007.
[4]彭国军， 池天河， 唐丽玉等. 数字城市的三维构造技术[J]. 地球信息科学， 2003， 10（1）：26-30.
基金项目
煤炭资源清洁利用与矿山环境保护湖南省重点实验室2011年开放基金项目（coal201105）和厦门理工学院2012年度高层次人才引进项目（YKJ12006R）的综合性研究成果。