基于虚拟空间的建筑探索与实践——以佳木斯大学虚拟校园三维公共建筑的设计与实现为例

关键词： 佳木 利用网络 计算机技术 校园

随着计算机技术的快速发展, 计算机数字技术在各行各业发挥着巨大的作用。智慧校园是未来高等学校发展的必然趋势, 三维立体模型则是智慧校园的重要组成部分, 我们利用网络搭建平台从而来展现佳木斯大学校园建筑的设计理念和建筑布局。校园公共建筑则是校园建筑的核心与体现。校园公共建筑三维立体模型的表现, 能让在校同学们清晰地了解校园的整体规划, 也让社会各界人士如同置身于真实的校园场景中, 感受佳木斯大学的建筑形态、环境设施及其所展现的校园文化特点。

一、项目实施的目的、意义:

1.1研究目的:

佳木斯大学为响应智慧校园的号召, 引进校园地理信息系统的新理念, 通过本项目, 利用先进的电子软件对佳木斯大学的公共建筑进行三维虚拟模型的设计与实现, 采用图形、图像数字信息等用以表现校园公共建筑各种建筑形态, 为佳木斯大学建立更完善的三维建筑模型体系提供技术支撑, 而且为以后佳木斯大学校园地理信息系统的建立打下坚实的基础。

1.2研究意义:

目前佳木斯大学还没有公共建筑的模型范本, 公共建筑在组成建筑结构体系中起了不可或缺的部分。公共建筑不仅是提供人们进行各种公共活动的建筑, 而且通过建筑形态可以展示其功能与用途。例如:佳木斯大学图书馆, 它的造型是一本展开的书, 形态极具特色, 在外形上就能让人明确的知道它的功能, 它不仅为同学们方便地提供书籍资源和良好学习氛围, 而且能够使人类社会实践所取得的经验、文化、知识得以系统地保存下来, 成为今天宝贵的文化遗产和精神财富, 还有同学们上课的教学楼等校园公共建筑。本学期学习了CAD、天正、3Dmax、Sketch Up等软件, 所以, 在学习的同时计划对佳木斯大学的公共建筑进行三维模型的建造, 本项目不仅填补了佳木斯大学建筑结构体系中三维模型的空白, 而且方便了老师, 同学以及社会各界人士直观而清晰的了解佳木斯大学, 从而更加快捷的宣传和推广佳木斯大学。

二、国内外研究概况、水平和发展趋势:

2.1国外:

国外是3D软件研发地, 运用3D技术进行建模的现象也十分普遍, 并具有极大的前沿性、开拓性, 而且在质量上和细节上略胜一筹。一些学校已经先后建立了校园建筑的三维模型, 对公共建筑模型的建立也十分重视。例如:宾夕法尼亚大学、加利福尼亚大学等都相继建立了校园公共建筑的三维模型, 借此更完善了校园地理信息系统。此模型的建立让各界人士更直观的了解校园, 对学校自身而言, 校园的规划会更加合理。而国内, 已经陆续开始了3D模型的建立。

2.2国内:

随着校园公共建筑三维模型的建立, 校园地理信息系统将更加完善。就现阶段而言, 外界对校园的公共建筑和居住区的辨识不是十分了解。而公共建筑自身的功能用途十分突出, 所以对公共建筑三维模型的研究, 就显得十分重要。近年来, 厦门大学, 上海理工大学等许多高校已经开始了校园建筑三维模型的建立。厦门大学所建立的三维模型系统, 其校园建筑分类十分清晰, 如:教学设施、住宿餐饮、休闲购物、银行储蓄、医院药店等, 按功能将公共建筑细化, 清晰明了, 便于观察。

校园公共建筑三维模型的建立, 对校园规划和他人认知, 有着很大的帮助。所以在未来, 将有越来越多的高校选择建立校园三维模型, 而建设智慧校园也是未来高等学校发展的必然趋势。

2.3项目的应用前景和学术价值:

校园公共建筑三维模型的创建能够将在3Dmax、Sketch Up等软件课上学到的东西运用于实践, 提高大家学习Sketch Up软件、3Dmax软件的兴趣, 进而推动佳木斯大学建模的开发和利用, 也为建立佳木斯大学校园地理信息系统打下坚实的基础。

本项目着眼于校园公共建筑三维建模的创建, 不仅是已有资料的后续研究, 也是对于建筑学专业的学术支持, 更是向智慧型校园迈向一大步。

三、项目研究内容和目标:

3.1主要研究内容:

为展现智慧校园, 佳木斯大学正在为建设本校校园地理信息系统做出筹划, 而校园三维建筑的设计与实现是建立地理信息系统的基础。本项目的主要研究内容是应用3D max软件对佳木斯大学的公共建筑进行建筑建模, 采用三维建模的表现手法, 全方位、直观地给人们提供校园文化综合信息, 并全面逼真地展现了佳木斯大学校园所有公共建筑的整体形象。它能够产生实体沙盘模型所达不到的仿真效果, 给学校的宣传和管理工作带来了方便, 公共建筑更加形象, 具体地展现出了佳木斯大学的校园文化。

3.2项目的研究目标:

本项目的研究目标是将佳木斯大学校园内公共建筑的楼宇进行三维虚拟化建模。建模后, 达到真实模拟现实校园场景的效果。需要根据设计图纸或谷歌地形和建筑照片, 并依据实测数据绘制的图纸将建筑楼体外观与人相关的生活场景进行CAD、天正、3D max、Sketch Up基础建筑建模、附材质贴图、设置灯光、vray渲染、后期制作等操作, 进而完美演绎佳木斯大学校园群体建筑的三维模型。让人们轻松而清晰地了解佳木斯大学的规划、建筑形式、整体环境及校园文化特点。

3.3创新点及特色:

(1) 新理念:为响应智慧校园的号召, 本项目将针对佳木斯大学的地域特点, 建立符合佳木斯大学的校园公共建筑设计的新理念, 并将其作为佳木斯大学新的信息源, 直观、全方位地给人们提供校园公共建筑的综合信息。

(2) 新条件:作为建筑工程学院的学生, 有建筑专业知识和CAD、天正、3D max、Sketch Up等软件技能作为支撑, 并拥有学生组建的“创艺工作室”, 能够为本项目的研究提供有利的新条件。学生可自主通过对佳木斯大学公共建筑的实地勘察和测量, 对所测的的数据进行统计与分析, 研究公共建筑设计的规律, 找到相应的设计关键技术, 为校园公共建筑三维建模设计提供理论指导。并在实践中真实模拟校园场景, 突出地域性和专业性。

(3) 新视角:智慧校园已经成为我们未来发展的目标, 为实现智慧校园, 我们摒弃了从语言描述、文字简介、图片宣传等方式了解佳木斯大学。而是从佳木斯大学公共建筑三维建模到校园地理信息系统目标实现的新角度来进行研究。

(4) 新技术:通过实地勘测和实验测量, 对所测的数据进行统计与分析, 利用3Dmax、Sketch Up等高端三维建模软件对佳木斯大学校园公共建筑进行建模。

(5) 新模型:电子信息技术软件的不断发展, 促使我们应顺应时代的要求并逐步将校园发展成智慧校园, 本项目不仅填补了佳木斯大学校园公共建筑建模的空白, 而且向发展成智慧型校园迈出一大步。

四、项目的研究方法、技术路线与进度:

4.1主要研究方法:

在本项目研究过程中, 针对具体情况选取相应研究方法, 以达到最佳研究效果。

(1) 采用理论分析法, 分析校园公共建筑的三维建模规律。

(2) 采用现场实测法, 选取校园公共建筑的地形图、照片, 对不同位置的尺寸进行测量。

(3) 采用数值模拟研究法, 全面分析不同校园公共建筑的三维建模方法。设计不同方案, 分析各方案的优缺点, 进行方案集成。

(4) 综合分析法, 通过理论研究、现场实测与数值模拟分析相结合, 对校园公共建筑的三维建模进行定量与定性分析, 总结出各校园公共建筑的建模方案。

4.2技术的关键问题和难点:

4.2.1关键问题:校园公共建筑的三维建模的创建

(1) 根据已有的一些简单模型, 并且通过对佳木斯大学校园公共建筑的研究, 分析佳大校园公共建筑的设计规律, 结合相应CAD软件、天正软件、3Dmax软件、Sketch Up软件、命令、修改器、贴图、灯光、渲染等操作, 依据所收集到的资料、图纸、地形图、照片进行较深入研究, 找出各校园公共建筑的建模过程。

(2) 探讨最简单精准的步骤做出最具效果模型的影响因素, 以期在不同类型校园公共建筑建模中, 避免出现操作过程所导致的建筑模型缺陷, 并得到模型和材质最佳表现效果。

4.2.2难点:公共建筑

(1) 数据的收集:由于我校建校历史悠久, 许多校园公共建筑的图纸都已丢失, 需要重新进行数据收集, 给制作三维模型带来大量的复杂的实地勘测和调查的工作, 并需进行详细精确的数据收集与整理, 例如:门窗的高度与宽度、墙的厚度、各楼层的高度、以及建筑的总高度。

(2) 绘制图纸:根据测量和整理的数据绘制校园公共建筑的各层平面图、各个方向的立面图以及周围环境的地形图。并应用专业绘图软件CAD和天正绘制二维平面的标准图形。

(3) 根据CAD以及绘制的二维平面图纸, 应用3Dmax进行基础建模, 组织科研团队成员分工协作对公共建筑物的各模块进行细致化建模。由于是佳木斯大学的校园公共建筑, 建筑设计具有数量多、特殊部位多等问题, 在公共建筑三维模型设计中需要探讨特殊部位的建模方案。

(4) 材质渲染:根据实地勘测进行材质取样, 对已经形成3D虚拟建筑模型进行相应的材质赋予, 使其效果更加逼真, 可以充分再现实际公共建筑的真实效果。

五、结语:

在对于虚拟空间的建筑探索与实践中, 我以佳木斯大学虚拟校园三维公共建筑模型的建立为出发点, 逐步形成校园地理信息系统, 最终展现智慧校园,

随着科技的迅猛发展, 在我国当前的建筑设计和城市设计项目中, 设计者可以将虚拟空间与实体空间相结合, 达到“未闻其声, 先见其人”的效果, 使体验者身临其境。

已实现的佳木斯大学虚拟校园三维公共建筑模型

·CAD绘制界面:

·SU绘制界面:

·SU页面展示:

·3Dmax (加入灯光渲染) :

佳木斯大学三维建筑模型部分成果展示

摘要：智慧校园是当今校园发展和更新的重要举措, 也是对于虚拟空间的实践与探索。在国内, 厦门大学和上海交通大学等其他高等院校均已构建校园地理信息系统, 并逐步迈向智慧校园。而构建校园地理信息系统的前提就是建立虚拟校园三维公共建筑的模型, 本文则是运用通过实地勘测和实验测量, 对所测的数据进行统计与分析, 利用3Dmax、Sketch Up等高端三维建模软件对佳木斯大学校园公共建筑进行建模, 逐步实现智慧校园。

关键词：智慧校园,三维公共建筑,校园地理信息系统