基于SketchUp的虚拟城市三维建模

宋洁华，赵志忠，李 婷，王 平，李少伟

（1.海南师范大学 地理与旅游学院，海南 海口 571158；2.广东交通职业技术学院 计算机工程学院，广东 广州 510650）

基于SketchUp的虚拟城市三维建模

宋洁华1，赵志忠1，李 婷1，王 平1，李少伟2

（1.海南师范大学 地理与旅游学院，海南 海口 571158；2.广东交通职业技术学院 计算机工程学院，广东 广州 510650）

利用SketchUp构建虚拟城市三维模型，具有成本低、操作效率高、场景真实、可共享等优点，解决了大规模虚拟城市建模难以获取真实地形纹理数据、成本较高及建模工作量巨大的难题，可以广泛应用于城市规划、环境评估、资源分析等领域.

SketchUp；虚拟城市；三维建模

虚拟城市是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，运用3S、遥感、仿真虚拟等技术对城市进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，模拟和表达城市地形地貌、城市道路、建筑、交通、水域等城市环境中的现象和过程［1-2］.其前所未有的人机交互性、真实建筑空间感、大面积三维地形仿真等特性使得虚拟城市在城市规划管理、园林设计、生态环境评估、资源分析、虚拟旅游等领域发挥着重要的作用［3］.构建一个形像逼真的大规模虚拟城市模型遇到的主要问题是真实地形纹理数据获取困难、成本高及建模工作量巨大等.SketchUp是一个简单快捷的三维建模平台，可以在短时间内创建出大规模的三维建筑模型，而且可以直接导入Google Earth的地形和影像资源，其建模效率、场景的真实感及互动性是其他软件无法比拟的，因此能够极大地推动虚拟城市的发展.

1 构建平台

SketchUp是一款直接面向设计方案创作过程的易于创建、修改和共享模型的3D设计软件，是三维建筑设计方案创作的优秀工具［4-5］.SketchUp的建模流程简单明了：先画线成面，而后推拉成型.容易掌握、操作效率高、模型文件小等优势使SketchUp在虚拟城市建模领域受到越来越多的关注.

2 虚拟城市模型构建流程

虚拟城市模型构建流程见图1.

2.1 获取二维矢量图形

二维矢量图是进行建筑物三维建模的数据基础，其最常见的获取途径有两种：

一是获取建模区域所在的AutoCAD图形，并对其进行编辑再导入到SketchUp平台作为三维建模的基础.如果不加编辑就导入SketchUp，不但会影响整个场景的美观及建模操作，而且会增加存储负担.因此，要删除不必要的图层及重叠、多余的线，并要检查块状地物是否闭合，尤其是注意一些转角处两条线是否相交，该平行的两条线是否平行，否则在SketchUp会出现许多斑点，影响整体的效果［6］.SketchUp平台支持DWG和DXF格式，编辑好的地形图可直接导入到SketchUp平台中，导入后的效果见图2.这种方法的优点是简单、快捷，但需要去有关部门购买或现场测绘，成本较高，不适用于大范围区域的建模.

二是利用Google Earth提供的免费影像在Sketch Up中绘制二维矢量图.首先在Google Earth中显示待建模区域的影像，再点击Sketch Up软件的“Get Current View”工具，即可将待建模区域影像导入Sketch Up中.如果建模区域范围过大，也可分块导入，Sketch Up软件会自动将多块影像进行无缝拼接，导入的效果图见图3.这种方法的优点是完全免费，且可获取任何区域的二维矢量图，任何情况下都适用.

2.2 采集属性及纹理数据

属性数据主要是指建筑物的高度、门窗及阳台的位置和高度、建筑物及道路名称等，建筑物的高度、门窗及阳台的位置和高度是三维建模的依据，可通过实地调查测绘或向有关部门购买获取，在精度要求不高的情况下，也可用建筑物每层的高度乘以层数估算建筑物的高度，并大致表示出门窗及阳台即可.建筑物及道路名称主要是为用户今后的查询分析服务，可通过查询当地的地图数据或实地调查获取.

纹理数据主要包括建筑物的楼顶纹理、侧面纹理和景观纹理.建筑物楼顶纹理和景观纹理可利用影像截图获取；侧面纹理则需要用数码相机来拍摄获取，拍摄的相片往往还要在相应的图形编辑软件（如Photoshop）中进行几何纠正处理及色彩调整等.为了减少三维模型数据存储量及拍摄工作量，对于不需要表达真实纹理的建筑物或景观，可选用SketchUp中的纹理与材质进行渲染，或用颜色进行表达，还可以自己创建材质.

2.3 三维建模

根据建筑物的高度信息、门窗及阳台的位置和高度信息，在SketchUp中用“推拉工具”对二维矢量图上的建筑物推拉到对应的高度，并在恰当位置安置门窗及阳台.画出建筑物的大致轮廓后，再按照“从外到内，从整体到局部”的原则完善细节建模.

三维模型全部构建完成后就可以用“材质工具”对建筑物的前后左右及屋顶进行贴图.在SketchUp中可以对面及组、组件进行贴图，贴图的方法有两种：一是使用采集的纹理对建筑物进行整体贴图，可以用Import导入图片，也可以直接拖SketchUp场景中，然后将图片进行Explode操作［7］.整体贴图后建筑物模型文件会大幅增大，而且要采集到建筑物的整体纹理存在较大的困难，工作量也比较大，建议少用；二是局部使用真实纹理或不用，其他位置使用软件自带的材质纹理或颜色.材质库的贴图可以人为地加入，具有方便使用、贴图后的模型文件较小的优点.因此，常用这种方法进行贴图.图4是某建筑物贴图后的三维模型.如果对贴图的效果不满意，还可对其进行编辑：右键点击需要编辑的贴图，选择“贴图”-“位置”即可对贴图进行移动、缩放、扭曲和旋转，见图5.

为了使整个场景更加形像逼真，还需要对场景中的道路、路灯、树木、花草、广场、湖泊等辅助设施进行建模.比较简单的方法是直接采用SketchUp中已有的模型，在“组件”窗口中选择需要的模型，拖入场景中，调整比例和位置即可.也可以将外部三维文件导入到场景中，点击SketchUp上的“获取模型”图标打开“3D Warehouse”，在搜索栏里输入要查找的模型，点击“Searth”，找到所需要的模型后，点击“Download Model”即可将模型定位到所需要的位置，其效果见图4.建好的三维模型以skp格式保存.

2.4 添加光影效果

SketchUp具备“全球地理坐标定位”和强大“光影分析”功能，可以模拟建筑物在特定时间和地域下的日照阴影效果，还可以显示三维模型在雾化天气的效果，可以实时准确地再现现实场景（图6）.这种分析功能能让建筑师更准确地把握模型的尺度，实时改变建筑物的高度，合理进行建筑限高，控制造型和立面的光影效果，增强建筑的美感.另外还可用于评估一幢建筑的各项日照技术指标，如在居住区设计过程中分析建筑日照间距是否满足规范要求.

3 结语

利用SketchUp构建虚拟城市三维模型具有以下优点：1）可以利用GoogleEarth提供的免费影像数据源，降低了生产成本；2）建模效率高，操作简单，容易掌握，非常适合大规模的三维建模；3）具有光影分析功能，有利于城市建筑高度的设计与城市景观的评价.4）数据存储量相对较小；5）具有大范围的真实场景；6）可以共享三维模型.

［1］刘晓艳,林晖,张宏.虚拟城市建设原理与方法[M].北京:北京科学出版社,2003.

［2］朱庆,林晖.数码城市地理信息系统-虚拟城市环境中三维城市模型初探[M].武汉:武汉大学出版社,2004.

［3］百度百科.城市仿真 ［EB/OL］.[2010-06-02].http://baike.baidu.com/view/125308.htm.

［4］百度百科.谷歌地球 ［EB/OL］.[2010-06-02].http://baike.baidu.com/view/720460.htm.

［5］百度百科.google sketchup［EB/OL］.[2010-06-02].http://baike.baidu.com/view/410748.htm.

［6］金仲秋,陈凯.基于Google SketchUp的虚拟城市三维景观构建技术研究[J].宁波职业技术学院学报,2008,12(2):84-87.

［7］薛亚婷.基于Google Earth及KML的数字校园设计与实现方法研究[D].兰州:兰州大学,2007.

责任编辑：黄 澜

3D Modeling of Virtual City Based on SketchUp

SONG Jiehua1，ZHAO ZhiZhong1，LI Ting1，WANG Ping1，LI Shaowei2
（1.College of Geography and Tour，Hainan Normal University，Haikou 571158，China；2.Computer Engineering Institute，Guangdong Communication Polytechnic，Guangzhou 510650，China）

This paper uses SketchUp to build 3D modeling of virtual city,which has following advantages:low cost,high efficiency,real landscape and can be shared.This method solves the problem of difficulty to obtain real terrain texture during large-scale vitual city modeling,high cost and huge modeling workload.So it can be widely applied for city planning,enviromental assessment and resource analysis.

SketchUp；Virtual City；3D Modeling

P 208

A

1674-4942（2010）03-0334-04

2010-06-20

海南师范大学青年教师科研资助项目(HSQN0611)；海南师范大学第五批教学改革研究项目(HSJG0937)；海南师范大学地图学与地理信息系统重点学科项目