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關鍵詞:三維點云;逆向工程;Geomagic;三維建模
Abstract: based on the basic principle of reverse engineering and reverse engineering software Geomagic Studio basic work process, the eagle to sculpture 3 d point cloud data processing, the completion of the eagle 3 d modeling process. This paper introduces the eagle each part in Geomagic point cloud data processing process, and after the merger in model of the texture and rendering, at last, the paper introduces the Geomagic and Solidworks, Polyworks, Imageware between software such as to how to share data; Focuses on a cloud in the Geomagic treatment process, including the point cloud stage joining together, the point cloud pretreatment, packaging form triangle surface, in many deformation stage hole repair and optimization, in the shape of the construction stage of construction, the surface and eventually generated the grille NURBS surface.
Keywords: 3 d point cloud; Reverse engineering; Geomagic; 3 d modeling
中圖分類號: O343.2文獻標識碼:A 文章編號:
0 引言
隨著計算機技術、通訊技術、機械制造技術的發展,三維激光掃描的成本越來越低,應用領域也滲透到國民經濟的各個方面,如何對三維激光掃描儀掃描到的點云進行處理已成為熱點問題。作為四大逆向工程軟件之一,Geomagic Studio是由美國 Raindrop 公司出品的逆向工程和三維檢測軟件,可輕易地從掃描所得的點云數據創建出完美的多邊形模型網格,并可自動轉換為 NURBS 曲面。本設計利用Geomagic Studio軟件對產品三維點云數據進行處理,分析Geomagic Studio從點云到其它軟件繼續處理的完整過程,反向推出產品的設計數據,包括設計圖樣和數字模型,為三維激光掃描儀點云數據處理和應用提供一種新的途徑。
1 逆向工程概述
1.1 逆向工程簡介
逆向工程是對產品設計過程的一種描述,與正向設計相對應。在工程技術人員的一般概念中,產品設計過程是一個從無到有的過程,即設計人員首先在大腦中構思產品的外形、性能和大致的技術參數等,然后通過繪制圖紙建立產品的三維數字化模型,最終將這個模型轉入到制造流程中,完成產品的整個設計制造周期。這樣的產品設計過程稱為“正向設計”過程。逆向工程產品設計可以認為是一個“從有到無”的過程。簡單地說,逆向工程產品設計就是根據已經存在的產品模型,反向推出產品的設計數據(包括設計圖紙或數據模型)的過程。
1.2 逆向工程流程
目前,國內外有關逆向工程的研究主要集中在幾何形狀的逆向,即重建產品實物的CAD,稱為“實物逆向工程”。
2基于Geomagic 12的三維模型重建
2.1 Geomagic Studio 軟件簡介
Geomagic Studio軟件是美國Raindrop公司出品的逆向工程和三維檢測軟件,它可根據物體掃描所得的點陣模型創建出良好的多邊形模型或網格模型,并將它們轉換NURBS 曲面。該軟件主要特點是支持多種掃描儀的文件格式的讀取和轉換、海量點云數據的預處理、智能化NURBS構面等等。它采用的點云數據的采樣精簡算法,克服了其他同類軟件中對點云數據操作時,軟件進行圖形的拓撲運算速度慢、顯示慢等弊端。而且軟件人性化的界面設計,使其操作非常方便。
2.2 Geomagic Studio軟件工作流程
根據軟件輸入的數據與其他軟件或設備的接口,不同的逆向軟件有不同的工作流程,可以采用點―線―面和點―多邊形―面等方式,Geomagic Studio采用了點―多邊形―面的工作流程,從上圖可以看出Geomagic Studio軟件主要包括點云階段、包裝階段、多邊形階段。
2.3 雄鷹的三維模型重建
2.3.1 獲取并優化點云
為了得到完整的點云,運用三維激光掃描儀從多個不同的方向進行掃描,再將各分塊點云用對其功能統一到一個坐標系下。
拼接后的點再經過去除雜點和噪聲點以及點云取樣后可得到一個比較好的雄鷹點云,但由于其整體結構比較復雜,我們需將其分割成兩個部分也即鷹體和支柱來分別進行建模。下面具體介紹建模過程。
2.3.2 具體建模過程
首先是封裝過程,點云數據處理完成后,進入Wrap封裝階段。把分割優化后的鷹體點云數據進行封裝,實質上是用許多細小的空間三角片來逼近還原CAD實體模型。
由于被測模型本身的幾何拓撲原因或因遮擋效應、破損以及不同站之間點云數據拼接存在縫隙等原因,會存在部分表面無法測量、采集的數字化模型存在數據破損的現象。可通過填充孔命令將這些缺失數據補齊。
填充孔之后的鷹大致呈現出粗糙的模型,需要對其進行光順,可用快速光順來快速去除表面的不光順處,這個命令減少了先刪除幾何形狀再基于曲率的填充空隙的步驟。對于一些表面的小腫塊也可以用砂紙來交互式光順或松弛對象上的區域(如去除腫塊)。
接下來是精確曲面階段。完成多邊形的編輯處理后,進入形狀階段,包括檢測曲率、構建及編輯曲面片、構建網格、擬合曲面等以完成雄鷹的NURBS曲面重建。
使用精確曲面下的探測功能 下的探測曲率,對鷹體的曲率進行自動探測。如果探測出來的輪廓線并不完全是我們需要的輪廓線,還可通過執行“升級/約束”命令進行修改。
接下來是構建曲面片,曲面片的劃分是構建曲面的關鍵環節,應以曲面分析為基礎進行合理劃分,構建出的曲面片在需要比較精細的地方有比較多且小的嵌片,在比較平坦的地方有比較少且大的嵌片。系統自動構建好的曲面片需進一步調整,使用松弛曲面片功能可使輪廓線變得挺直。使用Geomagic的松弛輪廓線功能可使邊界線平均分布,且可以預防邊界線有互相交叉的情況。利用移動面板功能,設定控制點,對每個嵌片進行編輯,如曲面片分布、曲線松弛、路徑等。
調整好曲面片布局圖后,使用構造格柵功能 , 將會在每個嵌片內分布U-V網格線,NURBS 曲面的控制點將會依據這些網格而產生,定義分辨率值為20 (分辨率越高,曲面越精細, 分辨率越低, 曲面越平順, 取20~50較理想) ,選擇修復相交區域,選擇檢查幾何圖形。
模型構造格柵后,用擬合曲面功能 擬合NURBS曲面,我們要的曲面是要比較精細的,采用默認的控制點和表面張力,生成曲面模型。如果要追求最好的細節,可將表面張力調到最小,控制點數目調到最大。
2.3.3 模型合并及貼圖
在完成鷹體和支柱兩部分的分別建模之后,我們需要將二者重新合并成一個整體。兩種方法:可以直接在多邊形階段完成合并;也可以將兩個模型轉換成點云,然后進行點云和并并封裝處理。效果如下圖所示:
(a)點云(b)多邊形
圖1 點云合并和封裝
為了讓模型顯得更加逼真,我們可以給其進行模型貼圖。先在網上搜集符合事物模型的素材或者是模型現實中的相片,然后利用軟件自帶貼圖功能實現這一過程。效果如圖13所示:
圖2 模型貼圖
3 結束語
在逆向工程后處理中,Geomagic Studio 軟件可以有效的進行點云數據的各個階段處理,包括點階段、多邊形階段、形狀階段。實踐證明,利用該軟件,可直接獲得零件原型的數字曲面,加快復雜零件逆向工程的數字建模進程,大大提高產品設計和制造的效率和質量。
參考文獻
[1] 張德海,梁晉,郭成,梁新合.逆向工程的流程研究和基于Geomagic的實例應用[J].機械研究與應用,2008年03期
[2] 羅之軍,何彪.基于Geomagic Studio的逆向工程技術[J].貴州工業大學學報,2008年05期.
[3] 王錦紅等.基于反求技術的三維建模方法研究與應用[D].廣東:廣東省韶關學院機電系,2002
[4] 付偉,張海.基于Geomagic Studio軟件的逆向工程設計[J].工具技術,2007年11期.
關鍵詞:園林設計 三維制作軟件 3D Max;SketchUp(草圖大師)
計算機已經應用于社會生活的各個方面,計算機輔助設計技術應用于園林設計也有很長一段時間,但大多僅限于二維圖形制作,三維軟件大多是在設計結束后進行效果圖制作時才參與進來,即目前的設計仍是在二維的平面中設計三維的空間實體。但是隨著計算機技術的不斷進步,三維軟件的發展成熟,目前的技術條件已經可以使設計從二維圖紙進入到三維空間,而三維軟件的發展也可以滿足設計中各個過程的要求,該文主要對三維軟件在園林景觀設計中參與輔助的各項過程作初步的探究。
一、三維軟件的優勢
在傳統的園林景觀設計中,景觀設計師完全通過手繪圖來表達其設計理念,既費時費力,又難于修改,隨著計算機技術的不斷發展,三維軟件的成熟,園林設計的過程可以與三維軟件相結合,通過讓計算機輔助分析,一邊觀察、感受設計效果,一邊進行相應的設計和修改,這樣的設計方式有許多優勢。
1.通過三維建模準確確定空間比例
在三維空間中建立虛擬場景,并在場景中進行各項設計,可以準確而直觀的看到所設計的物體與環境的比例是否合適,地形的高低起伏、樹木的大小、建筑物的體量都一目了然,并且可以以人體模型為參照,對比體量的合理性,乃至進行準確的尺度設定。這樣就會讓在平面設計里粗枝大葉、毫不考慮比例關系的設計充分地暴露出來,使設計更加準確,達到“比例與尺度”這一園林設計的基本要求。
2.具像化具體化物體形象
通過平面設計確定物體的設計位置,通過三維建模確定物體的的空間三維形象是三維輔助設計的重點優勢,對于園林來說山水地形、植物、建筑,是重中之重且不可或缺的要素,平面設計由于受到本身特性的局限,在實體設計上明顯先天不足,而三維輔助設計就可以很好地解決這一問題。
3.以現實游人視角觀察分析
無論是園林設計,還是環境設計,其根本目的都是為人服務,設計首先應當考慮的是人的感受,脫離了具體使用人的設計一定無法成為一個成功的設計,而平面設計站的角度是平面的,沒有從游人的角度來思考問題,這樣的設計方法往往造成不知所云的局面,如一個以鳳凰圖案為總體布局,總體立意是鳳凰,并且以鳳凰為名的廣場,卻讓游人在游覽過后找不到鳳凰在哪。
4.方便直觀的展示
景觀三維輔助設計從平面到立體,從圖紙到場景的一系列三維輔助設計過程,在設計結束后得到的不再是以往設計方式所產生的一張平面圖紙,而是有對比、有色彩、有質感的一個完整仿真的三維場景,這樣無論是景點效果圖,還是整體鳥瞰圖,電腦都可以很好表現出來,并且還可根據需要進行動態畫面的制作,及其3D引擎的自由的動態空間。
二、三維輔助設計流程
在進行園林三維輔助設計的具體實踐中,不同設計要求的設計過程不盡相同,但大體上有以下幾個步驟:
1.基礎資料的調查和分析
主要任務是對要設計的地形、植被等各項條件進行全面的了解,通過收集圖紙和其他材料,了解地形地貌特征,分析植物氣候條件、土壤類型,明確設計要求,使其設計建立在實際地形地貌等條件上。
2.方案設計
對整體園林的用地進行規劃或布置,并進行立意的構思,是采取探索性的的方法產生很粗略的框架。方案設計往往會做出多個方案,然后綜合比較分析,最終產生一個最優秀的方案。
3.CAD平面初步設計
在CAD軟件環境下進行平面初步設計,園林設計圖主要是平面圖,但其是將立體景物通過正投影以平面圖的方式畫出來,所以此階段的設計不只是設計地形、建筑、植物等平面布局,同時也要考慮立體的景象。
4.CAD導入三維軟件,在三維場景中初步建立場景環境
CAD是廣泛被使用的設計軟件,幾乎所有的三維軟件都兼容支持dwg格式(CAD文件的存儲格式)的文件,可以導入如“3D Studio Max”,“SketchUp(草圖大師)”等軟件,將二維平面轉化為三維環境,在三維虛擬空間中初步建立場景環境,并把平面設計的景物按照思考的景象在三維空間中建立模型,使之具體、清晰。
5.二維與三維結合分析
通過觀察三維場景中的虛擬景觀(這里建議在Sketch-Up軟件環境中進行),可以直觀地觀察景觀的效果,多角度地分析空間分布關系,進行深入考慮。然后綜合功能的需要、藝術的要求和環境的條件等因素,逐步進行設計修改。
6.詳細更改設計平面圖并完善三維場景
這一步與第5步幾乎是在同一時間完成的,但為了強調分析的重要以及一邊分析一邊改進的要點,所以寫成了兩步。在分析之后核對得出改進的想法,然后修改平面圖與三維空間,這樣一步步分析,一步步改進,最終得到經過虛擬現實分析的設計,換句話說就是已經“建成并考察”的園林景觀設計了。
7.綜合平面設計圖與三維場景進行豎向設計圖、種植設計圖、立剖面圖
由于三維場景的建立完善,設計人員已經對所設計的園林景觀環境有了充分了解,并且三維模型建立也使立面尺寸基本明確,所以豎向設計圖、種植設計圖、立剖面圖等豎向圖紙就可以十分方便地畫出來。
8.以三維軟件輸出效果圖、效果動畫等
不同的三維軟件輸出圖的方式方法不一樣,統一軟件也有不同的渲染器(例如3D Max可以使用默認渲染器、V-Ray渲染器、巴西渲染器等),但是無論是什么軟件,其基本出圖方式都是一樣的,首先是調整視角,然后進行光源等設置,最后渲染輸出。這樣的圖紙效果是手繪很難比擬的,如果是以動態視角輸出的圖,則更有如現實場景的效果。
9.進行設計匯報
1創建三維形象
當效果圖設計制作者擁有相對較為完善的構思想法之后,需綜合考慮平面圖紙設計人員的想法,與此同時應該將該種構思采用較為具體的三維形態呈現于腦海之中,參考圖紙設計,進行完整性較強策劃。因此可以說,電腦效果圖設計制作者應該仔細研讀平面設計圖紙,全面掌握相關圖紙給出的廠房結構、標注材料、建筑尺寸等有價值的內容,能夠了解相關材料所具備的質感與紋理;將效果圖中所展現的室內外建筑結構跟電氣線路、周邊環境、管線布局等各個方面聯系起來,采用較為合理的構圖形式,清晰突顯各類關系;結合對應思路進行方案制定,運用電腦設備將平面上的圖紙轉化成為較生動、形象、立體化的三維效果圖,便于大家從各個角度出發審視并觀察所設計內容,而后擇取理想視角,實現高質電腦效果圖作品的優化輸出。對于整體建筑結構來說,室內以及室外建筑的三視圖是對其展開說明需參照的基礎性依據,為此要求相關的效果圖制作者需具備良好的三維空間感官能力,便于其靈活運用3dsmax軟件。
2布置燈光
制作效果圖的進程當中,為實現對場景氣氛的有效調整,必須根據實際情況設置燈光。通過燈光的立體化作用,能夠直接決定三維效果圖的層次感,不論一幅優秀的效果圖能擁有多么出色的材質和造型,若是其未能擁有優化的燈光布局設置,那么其產生的效果也會大打折扣,為此需合理設置燈光,獲取較為滿意三維效果圖成果。
3結語
[關鍵詞]圖形圖像軟件 三維動畫制作 Maya 教學方式 就業需求 教學創新模式
目前高校很多專業,特別是美術類專業,如環境藝術設計、動畫等專業,還有計算機類專業如數字藝術等紛紛開設了圖形圖像制作軟件課程。主要是由于計算機技術的廣泛運用,各行各業對掌握這類技術的人員需求日益增加,導致圖形圖像軟件制作技術顯得尤為重要。
三維動畫制作軟件Maya是動漫專業的技能課程之一,是一門實踐性很強的課程。課程教學目標是通過系統規范的理論知識學習和上機實踐讓學生熟練掌握Maya 軟件的各項功能和Maya 動畫設計創意的思維及技巧,最終實現自主設計具有創意的三維動畫。但是由于學生對Maya課程理論不能充分的理解,再加上Maya本身應用廣泛,知識點多,如何巧妙準確的講授Maya課程這一難題就擺在我們面前。在此,我的教學過程主要分三個內容進行,理論、實踐、創新。我們來具體談談這三個問題或它們之間的聯系。
一、理論與實踐
圖形圖像軟件注重理論與實踐的結合,兩方面相輔相成。理論主要是為實踐服務的,沒有實踐,理論是沒有意義的;理論又是實踐的前提,沒有理論,實踐也就沒有依據,所以兩方面都不能忽視。首先講授基本面板和命令等理論部分,然后演示操作過程即運用理論指導實踐。在過程中,講解制作的步驟,操作的邏輯思維。重點講主要操作命令,難點是如何在實踐中運用命令。例如在講授多邊形建模知識板塊時,主要運用的命令有分割多邊形工具、Tool 插入循環邊工具、擠壓工具、鏡像、縫合、復制、聯合等,先講這些命令的面板和操作方法,然后以制作恐龍模型的實踐過程來演示這些命令的使用方法和技巧。我們以案例操作來講知識點,明確是為了做三維動畫而學習Maya軟件,不是為了鉆研軟件。例如,在講多邊形建模知識,我們教學的目的是為了讓學生掌握運用多邊形建模命令來掌握制作復雜模型的方法,而不是研究多邊形建模類的所有命令,因為有些命令幾乎用不到,我們沒有必要花時間去講授。
二、實踐方面的教學
圖形圖像軟件的教學落腳點是實踐方面,學習軟件的目的是運用軟件來做作品,因此實踐方面的教學從以下兩點來探討:
1、實踐教學的內容
實踐的內容要以就業為導向,以企業所需技能為核心內容。我們著眼于以就業為導向的實踐教學創新模式的探索,以企業、市場需求為核心,根據企業、市場對三維動畫人才的需求來調整實踐教學各個環節的教學內容和教學方式,使學生循序漸進地了解企業的工作模式、項目的制作流程以及市場對大學生就業的需求等內容,作為實踐教學的最終目標。最好的實踐課題無疑是來自企業一線的項目。例如我們直接參與一個動畫公司的網游項目,制作游戲的角色和場景,讓公司工作人員來講解演示,然后讓學生做。這樣使得學生在學校期間就可以真正接觸市場,積累工作經驗,對于順利就業有很好的幫助,同樣企業通過深入學校,直接接觸學生,為日后挑選優秀三維人才奠定基礎。另外對于有一定基礎的學生可以把參加比賽的項目拿來做為實踐教學部分,讓大家多參加比賽,可以讓學生從比賽的結果和狀況來分清自己所處的位置。
2、實踐教學的方法
實踐教學的授課過程應該分三步走:首先是由教師指導的教材實踐內容,圖形圖像軟件教學建議在機房進行,因為它主要是實踐能力的培養,這就需要教師手把手地教。我們以案例操作來講知識點,把一個內容分為若干步驟,特別是對于像Maya這樣比較復雜的軟件。例如在教授多邊形建模方法課程,我們通過制作恐龍模型案例來講授建模命令以及建模方法。我把恐龍模型分為四個步驟,一是軀干部分建模,首先是教師演示,然后學生制作,教師到學生中指導,糾正錯誤的操作方法和步驟。等學生軀干部分模型基本建好,再接著演示四肢模型的建模步驟和方法,然后讓學生制作,到學生中指導,如此反復幾次,學生基本都能掌握Maya的建模技能。后一階段可以是全真項目模擬訓練,教師確定的實踐題目應該接近真實項目,只是要求相對寬松,作為學生進入真實項目的過渡。等學生掌握了一定的操作技能和方法后,可以組織學生進行真實項目訓練。學生經過這三個步驟的訓練,應該能夠達到熟練掌握Maya的基本操作技能,并且基本能適應企業的需求。
三、創新內容的教學及要求
高校教學注重創新能力的培養,創新能力的培養貫穿整個高校學生的培養過程。在三維動畫制作軟件Maya課程的最后階段要求大家分組創作一個三維動畫小作品。這個階段因為大家對軟件的技術都基本掌握了,結合實際生活中的一些啟示和靈感制作小作品與現實生活實際運用結合起來,把所學到的理論知識和實踐結合起來創作是落腳點。創作作品不僅讓學生深刻理解教材中的理論和掌握Maya動畫制作的規律,在制作的過程當中極大的發揮了學生的想像力和創造力。在創作的過程當中可以激發創新精神,把民間美術的內容融合到自己的作品當中,豐富大家的思維。
總之, 圖形圖像軟件是理論與實踐結合很強的課程,要上好這類課程必須想方設法培養學生的學習興趣,采用案例教學法,但不能忽視基本的理論知識,邊教學邊演示。實踐教學要注重教學內容和教學方法,教師要做學生的引導者和啟發者,要調動學生學習的積極性,讓學生多上機實踐,親自在實踐進行中體會,多實踐才能靈活的掌握知識和技能,只有將理論與實踐有機結合才能掌握圖形圖像軟件制作的方法和技巧。大學生創新能力的培養必須深入到每門課程當中,我們要善于啟發他們的創新思維,讓學生充分發揮想像力,運用圖形圖像軟件創作各種風格的作品。
參考文獻
關鍵詞:園林設計;三維制作軟件;3d max;sketchup(草圖大師)
計算機已經應用于社會生活的各個方面,計算機輔助設計技術應用于園林設計也有很長一段時間,但大多僅限于二維圖形制作,三維軟件大多是在設計結束后進行效果圖制作時才參與進來,即目前的設計仍是在二維的平面中設計三維的空間實體。但是隨著計算機技術的不斷進步,三維軟件的發展成熟,目前的技術條件已經可以使設計從二維圖紙進入到三維空間,而三維軟件的發展也可以滿足設計中各個過程的要求,該文主要對三維軟件在園林景觀設計中參與輔助的各項過程作初步的探究。
1園林概況及三維制作軟件簡介
園林經過漫長的發展,已經成為人類文明、生活及精神情感都離不開的一部分空間,并且園林的范圍也早已超越狹義上的庭院、莊園,而是擴大到城市環境、風景保護區、大地景觀等領域,涉及人類生活的各個方面。自從19世紀下半葉,美國造園大師歐姆斯特德(frederick low olmsted)規劃了紐約中央公園、波斯頓和華盛頓綠地系統,第一個把自己的職業稱為風景園林師(landscape architect),自此園林擴大到城市整體綠化的范疇,逐漸形成一門獨立的專業和具有特定內涵的專業學科,并標志現代風景園林學的建立[1]。概括的說,園林就是在一定地域,運用工程技術和藝術手段,通過整地理水、植物栽植和建筑布置的途徑,創造出一個供人們觀賞、游憩的優美環境。
三維也稱3d(three-dimensional),即三維圖形。顯示3d圖形,實際是在平面里顯示三維圖形,形成立體感。計算機屏幕是平面二維的,人們之所以能欣賞到真如實物般的三維圖像是由于人眼產生視覺上的錯覺。而三維制作就是在計算機中建立一個虛擬的世界,設計師在這個虛擬的三維世界中按照要表現的對象的形狀尺寸建立模型以及場景,并且根據要求設定模型的各種屬性參數。制作各種模型或場景的軟件就是三維制作軟件。由于其精確性、真實性和無限的可操作性,已經被廣泛應用于醫學、教育、軍事、娛樂等許多領域中[2]。
2傳統園林設計概況及存在問題
中國是一個園林歷史十分悠久的國家,無論是在園林植物的選育、栽培,還是在創作的園林精品上都有極大的特色,對世界產生了重大影響,被譽為“世界園林之母”(e.h.wilson)[3],是世界三大園林發源地(西亞、希臘和中國)之一,但由于多種多樣的原因,我國的園林教育事業和學科發展起步較晚,在很多方面存在欠缺和不足,所以應當充分了解、學習世界先進的設計思想和設計方法。
傳統的設計手段,主要是使用手繪的方式繪制設計圖、施工圖、效果圖、立面圖等,當cad這種矢量制圖軟件出現后,因其標準化、高效化等多方面的優勢,人們大都已經在繪制設計圖、施工圖中使用cad軟件來進行制圖,并且在各種設計行業里廣泛使用。但是由于cad是主要面向兩維平面設計制圖的軟件,因此在某些方面仍有平面制圖局限所帶來的問題。
2.1空間比例不明確
由于是在平面上通過平面構圖設計立體的物體景觀,因此往往會造成在平面布局設計時忽略立面額空間上的數比關系,而出現雖然平面上十分優美,而實際中卻十分古怪的設計,更有些初學者會設計出10m多長的桌子、幾十米寬的小路等笑話。
2.2設計形象不具像
由于在進行平面設計時看到的僅是平面圖標,其立面、三維形象大多是在腦中形成的模糊形象,更不用說全面地考慮其物與物、物與地形等的相互關系,而由于腦中并未對實體形象進行深入、認真的思考,在畫透視效果圖時,僅按照好看美觀來繪制,而根本脫離了自己在平面設計的位置關系,這樣就造成了在平面設計時看似很好的搭配,在立面或施工中卻發現十分不協調乃至根本無法實現的情況。
2.3在展示給業主等非專業人士時不便
由于沒有形成真實完整的空間實體,傳統方式只有靠一張張的手繪圖給他人進行展示,并且由于手繪方式自身的特性局限,造成了大多僅能展示一部分的視點視域,且需要花費大量的時間和精力,而且當設計有一點改動時,這些原來繪制的圖畫將會完全失效,全部都要重新繪制。
3三維軟件的優勢
在傳統的園林景觀設計中,景觀設計師完全通過手繪圖來表達其設計理念,既費時費力,又難于修改,隨著計算機技術的不斷發展,三維軟件的成熟
,園林設計的過程可以與三維軟件相結合,通過讓計算機輔助分析,一邊觀察、感受設計效果,一邊進行相應的設計和修改,這樣的設計方式有許多優勢。
3.1通過三維建模準確確定空間比例
在三維空間中建立虛擬場景,并在場景中進行各項設計,可以準確而直觀的看到所設計的物體與環境的比例是否合適,地形的高低起伏、樹木的大小、建筑物的體量都一目了然,并且可以以人體模型為參照,對比體量的合理性,乃至進行準確的尺度設定。這樣就會讓在平面設計里粗枝大葉、毫不考慮比例關系的設計充分地暴露出來,使設計更加準確,達到“比例與尺度”這一園林設計的基本要求。
3.2具像化具體化物體形象
通過平面設計確定物體的設計位置,通過三維建模確定物體的的空間三維形象是三維輔助設計的重點優勢,對于園林來說山水地形、植物、建筑,是重中之重且不可或缺的要素,平面設計由于受到本身特性的局限,在實體設計上明顯先天不足[4],而三維輔助設計就可以很好地解決這一問題。通過三維建模可以確定物體的空間具體形態,并且可以立即看到與環境的色彩、形態等搭配是否和諧,還可以進行具體修改,避免了平面與立體的相互獨立與沖突。
3.3以現實游人視角觀察分析
無論是園林設計,還是環境設計,其根本目的都是為人服務,設計首先應當考慮的是人的感受,脫離了具體使用人的設計一定無法成為一個成功的設計,而平面設計站的角度是平面的,沒有從游人的角度來思考問題,這樣的設計方法往往造成不知所云的局面,如一個以鳳凰圖案為總體布局,總體立意是鳳凰,并且以鳳凰為名的廣場,卻讓游人在游覽過后找不到鳳凰在哪。
在三維場景中,設計人員可以在設計時以游人的視角進行觀察,看所設計的景觀是否與思考中的效果相同,其高低、位置對游人是否有不方便的影響,其設計思想從游人角度是否可以理解,這種設計不僅是對設計方式上的改進和優化,更主要的是在設計理念上改變那種脫離受眾、空來空往的設計理念,從而滿足“舒適和美觀的需要”的設計。
3.4方便直觀的展示
景觀三維輔助設計從平面到立體,從圖紙到場景的一系列三維輔助設計過程,在設計結束后得到的不再是以往設計方式所產生的一張平面圖紙,而是有對比、有色彩、有質感的一個完整仿真的三維場景,這樣無論是景點效果圖,還是整體鳥瞰圖,電腦都可以很好表現出來,并且還可根據需要進行動態畫面的制作,及其3d引擎的自由的動態空間。
4三維輔助設計流程
在進行園林三維輔助設計的具體實踐中,不同設計要求的設計過程不盡相同,但大體上有以下幾個步驟:
4.1基礎資料的調查和分析
主要任務是對要設計的地形、植被等各項條件進行全面的了解,通過收集圖紙和其他材料,了解地形地貌特征,分析植物氣候條件、土壤類型,明確設計要求,使其設計建立在實際地形地貌等條件上。
4.2方案設計
對整體園林的用地進行規劃或布置,并進行立意的構思,是采取探索性的的方法產生很粗略的框架。方案設計往往會做出多個方案,然后綜合比較分析,最終產生一個最優秀的方案。
4.3cad平面初步設計
在cad軟件環境下進行平面初步設計,園林設計圖主要是平面圖,但其是將立體景物通過正投影以平面圖的方式畫出來,所以此階段的設計不只是設計地形、建筑、植物等平面布局,同時也要考慮立體的景象。
4.4cad導入三維軟件,在三維場景中初步建立場景環境
cad是廣泛被使用的設計軟件,幾乎所有的三維軟件都兼容支持dwg格式(cad文件的存儲格式)的文件,可以導入如“3d studio max”,“sketchup(草圖大師)”等軟件,將二維平面轉化為三維環境,在三維虛擬空間中初步建立場景環境,并把平面設計的景物按照思考的景象在三維空間中建立模型,使之具體、清晰。
4.5二維與三維結合分析
通過觀察三維場景中的虛擬景觀(這里建議在sketch-up軟件環境中進行),可以直觀地觀察景觀的效果,多角度地分析空間分布關系,進行深入考慮。然后綜合功能的需要、藝術的要求和環境的條件等因素,逐步進行設計修改。在這一過程中,圖紙改動的工作量很大,如果是原始的圖紙,就會有很大麻煩,每一點改動都意味著圖紙的重新繪制,所以電腦制圖的優勢就十分明顯了。
4.6詳細更改設計平面圖并完善三維場景
這一步與第5步幾乎是在同一時間完成的,但為了強調分析的重要以及一邊分析一邊改進的要點,所以寫成了兩步。在分析之后核對得出改進的想法,然后修改平面圖與三維空間,這樣一步步分析,一步步改進,最終得到經過虛擬現實分析的設計,換句話說就是已經“建成并考察”的園林景觀設計了。
4.7綜合平面設計圖與三維場景進行豎向設計圖、種植設計圖、立剖面圖
由于三維場景的建立完善,設計人員已經對所設計的園林景觀環境有了充分了解,并且三維模型建立也使立面尺寸基本明確,所以豎向設計圖、種植設計圖、立剖面圖等豎向圖紙就可以十分方便地畫出來。如果是在“天正建筑tarch”這個建立在cad平臺上的設計軟件中繪制的話,可以利用“生成立面圖”這個功能直接產生出來。
4.8以三維軟件輸出效果圖、效果動畫等
不同的三維軟件輸出圖的方式方法不一樣,統一軟件也有不同的渲染器(例如3d max可以使用默認渲染器、v-ray渲染器、巴西渲染器等),但是無論是什么軟件,其基本出圖方式都是一樣的,首先是調整視角,然后進行光源等設置,最后渲染輸出。這樣的圖紙效果是手繪很難比擬的,如果是以動態視角輸出的圖,則更有如現實場景的效果。
4.9進行設計匯報
由于是多媒體的文件,既可以以圖紙打印的方式形成圖紙文件,更可以結合電腦的多媒體方式對業主進行完整多角度的介紹。由于有虛擬的三維場景,所以可以很直觀的展現給非專業人士的業主,這樣避免了傳統方式非專業人士難以理解的缺憾,讓業主可以充分理解設計并與設計人員交流,提出自己的想法,使設計能真正成為滿足業主需求的設計。
5常用三維軟件介紹
5.13d max
3d studio max,簡稱為3d max或max,是autodesk公司開發的基于pc系統的三維動畫渲染和制作軟件。具有以下特點:①功能強大,擴展性好。3d max建模功能強大,在角色動畫方面具備很強的優勢,豐富的插件是一大亮點。②操作簡單,容易上手。3d max可以說是最容易上手的3d軟件。③與其他相關軟件配合流暢。是世界上應用最廣泛的三維建模、動畫、渲染軟件,完全滿足制作高質量動畫、最新游戲、設計效果等領域的需要[5]。
5.2sketchup
sketchup是一個極受歡迎并且易于使用的3d設計軟件,官方網站將它比喻為電子設計中的“鉛筆”。它的主要賣點就是使用簡便,人人都可以快速上手。并且用戶可以將使用sketchup創建的3d模型直接輸出至多種三維軟件中[6]。而作者也強烈推薦園林設計人員使用這款軟件,因為google sketchup是一套直接面向設計方案創作過程的設計工具,其創作過程不僅能夠充分表達設計師的思想,而且完全滿足與客戶即時交流的需要,它使得設計師可以直接在電腦上進行十分直觀的構思,是三維建筑設計方案創作的優秀工具。
6結語
設計是對未來的描繪,設計師是創造未來的人,每個時代的軟件、硬件的技術發展進步都對設計產生了深遠的影響,作為21世紀信息技術時代的園林設計人員更應該積極探索,通過新技術、新方法的應用,推進園林設計的進步。三維軟件在設計過程中的輔助與應用是一種具有極大優勢的新方法,應大力推廣和應用。
7參考文獻
[1] 李嘉樂.現代風景園林學的內容及其形成過程[j].中國園林,2002,18(4):3-6.
[2] 龐可.三維設計技術應用及前景展望[j].電力建設,2003,24(5):4-7.
[3] 羅桂環.西方對“中國──園林之母”的認識[j].自然科學史研究,2000,19(1):72-86.
[4] 付芩.二維設計與三維設計的分析比較與圖形轉換[j].江漢大學學報(自然科學版),2009,37(3):72-74.
[5] 袁紊玉,楊麗,徐正坤.3d max7.0&photoshop cs園林設計風暴[m].北京:兵器工業出版社,2005.