采用123D Catch建立建筑设备3D模型

刘 理，刘 杨



采用123D Catch建立建筑设备3D模型

刘 理，刘 杨

（阜阳职业技术学院 建筑工程系，安徽 阜阳 236031）

文章主要介绍了采用Autodesk 123D Catch软件，基于真实照片的3D建模技术，把高职建筑类课程教学中所需的建筑构配件和设备制作成3D模型的过程，同时阐释了3D模型的应用价值。

123D Catch；建筑设备；3D建模

在传统的高职建筑类课程教学中，我们往往利用二维的图纸、图片来给学生讲解分析，这使得学生很难理解建筑物的实际结构，学生的抽象思维能力往往会成为课程学习中的一个瓶颈。为了解决这个问题，教师就需要带领学生到工地实地参观，但是时间和场地方面往往有局限，而且学生的人身安全也是个问题。利用3D建模软件，把课程中研究的建筑构配件和设备制作成3D模型，然后通过多媒体设备对这些3D模型进行任意的翻转、切割、拆装。这样，教师的课堂教学会更加的形象、生动，学生的网络学习也会变得更加简单、有趣。

基于二维图像的3D建模技术是一种新型的建立3D电子模型的方式。利用该技术，我们可以从单一图像、图像序列或视频中，通过识读图像中的物体或场景的三维几何信息实现建模。因其成本低、操作简单、逼真性高等优势，逐渐得到研究者的重视。基于真实数码照片的三维建模技术，是其中的一种类型，主要是通过不同视角的二维图像识别和计算得到三维信息。伴随着图像识别和3D建模及打印技术的发展，以Autodesk公司的123D Catch软件为代表，实现了基于真实照片的全自动化三维建模方式，值得进一步关注和研究。本研究通过123D Catch软件建立建筑设备的3D电子模型，其合成的3D电子模型具有成像立体、灵活度高、表达完整、精确细致等特点。相对于传统的3DMAX和AutoCAD等软件的3D模型绘制，这种方式具有效率高、入门快、易实现等优势。

1 123D Catch软件简介

123D Catch软件是美国Autodesk公司发布的Autodesk 123D系列软件中的一款。该系列软件为用户提供多种生成3D电子模型的方式，其有一个比较大的特点就是任何人不需要复杂的专业知识，都可以轻松使用。

其中123D Catch软件可以直接将拍摄好的数码照片在云端处理为3D模型。它利用云计算的强大能力，可将数码照片直接转换为逼真的3D电子模型。只要使用手机、数码相机或单反相机抓拍物体、人物或场景，任何人都可以利用123D Catch将照片转换成生动鲜活的3D模型。同时，此款应用程序还带有内置共享功能，可供用户在移动设备及社交媒体上共享短片和动画。

图1 123D Catch主界面

2 3D模型的制作

2.1 准备工作

准备制作3D模型采用的设备，包括：安装有123D Catch软件的计算机一台，佳能EOS 750D数码相机一部。拍摄对象为一室外配电箱。拍摄工作宜在晴天进行，拍摄对象的周围不宜过于潮湿。

2.2 拍摄过程

拍摄的目的在于获得用于生成3D电子模型的电子照片。123D Catch软件对照片的质量要求比较高，照片的质量将直接影响3D建模的效果。

拍摄要求相机围绕拍摄对象至少进行一周的连续拍摄。拍摄时，光线要充足稳定且不能过亮，物体表面反光的照片，会造成软件难以识别。首先保持拍摄对象固定不动，然后进行围绕该物体的水平旋转360°的拍摄，每转动10°左右按一次快门。拍摄对象如果细节较为复杂，可将转动角度控制在5°左右，角度越密集，合成的3D电子模型越准确、精细。照片的数量一般在20张至50张以内，过少会导致无法合成，过多会降低合成速度。高像素的照片可以保证模型细节的清晰，但合成速度会有相应下降。拍照时对焦要准确，使背景足够虚化，否则云端处理无法识别背景与主体。

2.3 3D模型生成

在Autodesk的官方网站上下载最新版本的123D Catch。软件支持多个版本的windows操作系统。本研究所采用计算机的运行环境为Windows7，同时安装了最新版本的Direct3D和Microsoft .NET Framework等支持软件，并在123D Catch的使用过程中保证处于互联网连接状态。

图2 在123D Catch中添加素材

下载并安装123D Catch软件后，打开应用程序会先进入软件主界面，如图1所示。选择第一项“Create a New Capture”，登录所注册的账户，弹出相应对话框后，选定之前拍摄的电子照片作为素材添加，如图2所示，之后点击“Create Project”完成操作。软件会将电子照片上传至云端进行处理，经过一段时间的等待，如果所添加的素材符合要求，即可生成相应的3D电子模型，如图3所示。需要等待的时间大约为30分钟左右，具体情况根据照片大小和数量略有不同。如果照片不符合要求，系统会提示错误，则需要重新拍摄，并重复上述步骤。

图3 初步生成的3D模型

2.4 3D模型的编辑和保存

生成后的3D模型可能会存在多余物体或细节缺失等不足之处，采用123D Catch自带的编辑功能可以对3D模型进行编辑修改。对于上述生成的室外配电箱的3D模型来说，还存在着除拍摄对象之外的物体。利用图4中上方的“Rectangular Selection”或“Lasso Selection”按钮可选取多余的部分，按 Delete 键删除。根据实物的特征和细节修改后，最终只保留所需要的3D模型。之后，可将文件保存为多种格式，本研究选择的是3dp格式，该格式的优点在于适用范围广、通用性强，可用于多种不同的3D建模软件和3D打印设备。

图4 3D模型的修改

3 3D模型的应用

3.1 教学展示

已生成的3D模型可通过123D Catch软件打开并进行360°全方位缩放展示，如图5（a）所示。打开室外配电箱的3D电子模型后，通过操作区菜单或快捷方式可对图像进行空间操作，如旋转、位移、缩放、测距，以完整地观察该设备的形状和特征及放大后的局部细节，如图5（b）所示。123D Catch软件的3D建模技术轻松解决了高职建筑类课程教学中建筑构配件、设备分析与展示上的难题，简化了教学程序，丰富了教学内容。

3.2 其他应用

在建筑构配件、设备和建筑物的研究方面，常规的图文记录难以完整、形象地展示其特征。3D电子模型可以多角度、完整、形象地展现物体的特征，且也有利于相关数据的收集整理，较传统方法更加科学有效。同时，3D电子模型可进一步用于3D打印机。总之，利用3D建模技术建立建筑设备的电子模型，可以实现资源共享，并通过形象逼真的3D技术手段来表达抽象的空间内容，引导学习者主动地认识事物的本质。

（a）旋转

（b）放大

图5 室外配电箱的3D模型展示

4 结语

基于123D Catch的全自动3D建模技术，在只需要一般电子照片，无需专业设备和材料的前提下，就能构建丰富的建筑3D模型库，可进一步形成师生共同参与、可持续发展的3D模型库建设模式，为高职建筑类课程提供了新的教学方式。有助于推动教育信息化的发展，满足信息化社会提出的新要求，激发学生的学习兴趣，提高教师的教学质量和效果。

[1]束搏,邱显杰,王兆其,等.基于图像的几何建模技术综述[J].计算机研究与发展,2010 (3):549-560.

[2]徐正刚.基于真实照片自动创建三维模型在影视动画制作中的应用[J].现代电影技术,2012(10):36-40.

[3]谷晓晨,阚红星,杨青山,等．采用123D Catch建立中药材的3D模型[J].安徽中医药大学学报,2014(1):85-86.

[4]韩中保，韩扣兰.采用123D Catch基于照片全自动构建人体器官三维模型[J].中国医学教育技术,2013(5):549-552.

TP319

A

1672-4437(2017)03-0044-03

2016-10-28

阜阳职业技术学院科研项目（2016KYXM14）。

刘理（1987-），男，安徽阜阳人，阜阳职业技术学院助教，合肥工业大学在读硕士，主要研究方向：电子信息系统设计；刘杨（1990-），男，安徽五河人，阜阳职业技术学院助教，合肥工业大学在读硕士，主要研究方向：电子信息系统设计。