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基于多软件的Collada模型转换应用研究

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33/40 118—120 长春工程学院学报(自然科学版)2011年第12卷第1期J.Changchun Inst.Tech.(Nat.Sci.Edi.),2011。Vo1.12,No.1 ISSN 1009-8984 ——CN 22-1323/N 基于多软件的Collada模型转换应用研究 胡军强 (福建江夏学院,福州350108) 摘 要:针对Google Earth虚拟平台中所使用的 Collada三维模型的特殊性,首先阐述通过模型转换 方式生成Collada模型的原因,接着分析三维模型 转换的通用方法并提出如何利用各种3D模型制作 和转换软件,将通用格式的三维模型转换成Collada 模型的方法,重点研究了在国内应用广泛的3DS模 型向Collada模型的转换。 关键词:Collada;模型转换;Google Earth 中图分类号:TP391 文献标志码:A 文章编号:1009-8984(201I)01-0118—03 0 引言 2006年3月,Google公司推出了完全免费的 Google SketchUp建模软件。该建模软件是一个建 筑草图软件,能使用户快速建立简单的3D建筑模 型(Collada模型),而且它还包含了一个插件,允许 Google Earth用户直接将Collada模型导人Google Earth中,并与Google Earth中的三维地形数据整 合,实现虚拟环境的构建。 然而,Google SketchUp对规则构造物(如建筑 模型)的建模较为方便,而在制作线形复杂多变的 模型时则较为烦琐。因此,建立复杂的Collada模 型可以借助于建模功能强大的3ds Max,Maya等进 行建模,然后转换为Collada模型。 本文以此为出发点,详细分析如何利用当前格 式的3D模型向Collada模型转换。 1三维模型转换方法 1.1 三维模型转换方法研究 目前,对各种各样三维数据格式的转换方法有 很多,主要分为2种类型:商业的模型转换工具和自 收稿日期 2011—02—11 基金项目:2010年福建江夏学院校级青年项目(2010(2043) 作者简介t胡军强(1983一),男(汉),湖北黄冈,硬士 主要研究数字媒体技术与虚拟现实。 主开发的转换程序。 商业的模型转换软件如3D TransVidia、Con- verter、3D Explorer等简单易用,效率很高,然而在 转换3D文件的时候,只能保存和转换模型的几何 信息,而所有的纹理信息则在转换过程中全部 丢失[I]。 自主开发的转换程序的主要原理是:将被转换 的三维数据通过解析程序提取关键要素,然后按要 求转化为其它三维数据的对应关键元素并构建虚拟 系统。然而,有些三维软件如3Ds Max生成的文件 格式难以被程序全部解析,而且依靠解析文件获取 建模信息的方法最终并没有生成三维模型嘲f利用 3Ds Max中模型数据的方法是将其导出为3DS、 VRML、OBJ等文件格式,然后在虚拟现实系统中 解析这些文件格式,但这种方法在导出过程中模型 信息不能被全部保存,会损失部分模型信息[3]。 Google Earth构建的虚拟环境中的模型只能是 Collada模型或kmz文件(包含有Collada模型与 kml文件),而3DtransVidia等软件不支持Collada 模型与kmz文件,难以符合虚拟环境所需三维模型 的要求;程序转换模式中的几种方法都是通过提取 三维模型中的关键元素而重建虚拟系统,最终并没 有生成三维模型,也不适用于本虚拟系统的需求。 因此,笔者选择通过三维建模软件多次转换方式生 成Collada模型或kmz文件。 1.2三维模型转换方案设计 综合三维模型转换方式的优点与本论文模型转 换的目的,本节设计一种三维模型转换方案,如图1 所示。其中,各种DCC(Dimension Content Creator 三维内容制作软件)生成的模型首先转化成通用的 3D交互格式,然后经三维模型数据转换器转换并修 改后生成kmz文件(包含有kml文件与Collada模 型)。数据转换器是指具体的三维建模转换过程。 由于原模型格式不同,具体的转换过程也不同。 本文设计图1所示方案将不同格式的三维模型 胡军强:基于多软件的Collada模型转换应用研究 119 /__、 DCC Tools 3D交换格式 \ / 3Ds Max —— }/ / 0 j 数软件工具据转换器 1 == c\0uad 模型薯 网 Mava // / 图l 三维模型转换方案设计图 转换生成Collada模型,其理由如下:3DS文件都是 统自己建立的数据格式进行转换。在这种模式下, 比较通用的3D交换格式。3Ds Max、Maya等软件 异构数据格式经专门的数据转换工具进行格式转换 创建的原文件的数据结构复杂,对其文件直接进行 后复制到当前系统文件中[5]。本文即以这种转换模 转化将会十分困难。在其转化前先进行模型预处 式将Maya生成的oBJ模型转换为Collada模型 理,即转化为文件格式相对简单的VRMI 文件或者 3DS文件。这2种格式作为中介进行三维建筑模型 (即kmz文件)。 的转化将大大提高转化效率 。 2.1转换流程设计 根据上节对三维模型转换方法与方案的研究, 2模型转换流程 笔者设计了一种3DS-Collada三维模型转换的具体 三维数据的直接转换模式就是通过三维软件系 流程。图2为转换流程图。 ~—— f…………一一] —/OBJ/S_… 一 一卜. ~3D…S- Z… etchU 卜一7/kmz 7-…一嚣j 一~…一…一 r…一一~一7 3D tool / File /J L——————__I / format 图2转换流程图 下面对转换流程中用到的三维建模工具和三维 获取模型时,模型即以此文件格式存放。对于需要 模型格式做个简单介绍。 重复构建的模型,可以通过一次建模,然后借助在 (1)Maya创建的原始文件OBJ文件为文本类 kml文件中对ID号的引用实现多个实例的显示。 型,结构非常简单,保存的是一些多边形的信息,诸 如顶点几何坐标、纹理坐标,点与点如何连线组成 线、面等等,所以适合在应用程序中读取或进行3D 文件格式转换_1]。 (2)3Ds Max可导人OBJ文件,经过对OBJ模 型进行UV贴图等调整后,可导出生成3DS文件。 3DS也是一种三维模型交换格式。 闰3 KMZ文件夹结构图 (3)kmz是符合zip压缩的文件格式,kmz文件 2.2转换具体步骤 比kml文件功能强大,可以包含kml文件及Colla— 3DS—Collada三维模型转换流程中包括2个主 da模型文件的信息。解压后文件的典型结构如下 要转换步骤,下面针对这2个步骤具体操做过程作 图3所示。在doe.kml中存放kml描述,在Tex— 个介绍。 tures.txt存放纹理数据,在models文件夹中存放 2.2.1 OBJ一3DS转换 模型(DAE模型、位图等)。Python语言自带有zip Maya软件建模所得的原始模型为OBJ格式, 压缩模块Zip File,可以很方便地实现zip压缩。 导入3Ds Max中进行坐标微调与UV贴图后,可导 (4)Collada文件是Google Earth4采用三维模 出3DS格式的模型。这一步骤成败的关键在于如 型文件格式,其后缀为dae。当从SketchUp中直接 何正确在3Ds Max给oBJ模型重新进行UV贴图。 12O 长春工程学院学报(自然科学版) UV贴图是计算机图形学中的术语,三维空间 中的X、y、Z坐标用来描述空间位置,而UV用来 3三维模型的实现 3.1模型转换案例 为了验证该方案的正确性,作者按照上节三维 模型转换方案中的流程步骤转换了大量的三维模 描述贴图的位置。因为贴图都是一张平面图粘附到 一个几何形体上的,uV用来表述该平面图与几何 形体的具体对应关系。 3D贴图实际上是将二维图形贴到三维物体上, 所以为了控制二维图形在三维物体上的位置,定义 了贴图坐标,U与X对应,V与y对应。 对0BJ文件进行UV贴图时可能会碰到以下 型。本文用某大学“数字校园”项目中Maya创建的 OBJ模型作为数据,转化为Collada模型,最后导人 Google Earth中,如图4是导人Google Earth中的 教学楼模型。 问题,应该注意; (1)在材质球上添加棋盘格,从模型上显示,在 一系列的UV(黑白的棋盘格)中,所有的表面都必 须有同样的尺寸,因此,当浏览模型时,那些小方块 应该是相同大小的。另外,也应该尽量避免拉伸。 棋盘格应该越接近正方形越好。Maya和3Ds Max 中的unflod功能可以帮助实现这一点。 (2)在贴图中,贴图的空间应该充分利用。所以 要尽量找到最好的UV排列方法将UV排满。 (3)尽最大努力把模型边缘连接好,这样才能避 免贴图的接缝问题。同时在剪开UV的时候要注 意接缝的位置。 (4)UV最好不要重叠,不要超出UV编辑框。 (5)UV贴图必须同oBJ模型放在同一个文件 夹下,否则导出的3DS模型没有质材。 2.2.2 3DS—kmz 3DS模型导入SketchUp中之后,可能要对模 型做一些修改和调整,才能生成符合Google Earth 环境的三维模型,方法如下。 (1)修改建筑物。大多建筑物的模型顶部都没 有进行贴图,可能因为顶部材质难以采集,也有可能 是大多漫游都不会看到顶部,所以为了减小模型的 数量,顶部省略了材质贴图。屋顶纹理借助Google Earth抓图解决,导人的模型可以在SketchUp中再 次贴图。 (2)调整模型大小。转换后的模型大小不一定 与Google Earth中的环境匹配,因此模型在上载到 Google Earth之前必须调整大小。在Google Earth 确定好模型所处位置,通过GE接口导人一个当前 视口中的图像,模型根据图像所显示的位置大小进 行调整。 由于Google Earth图像仅提供构造物的平面 信息,而不具有高程信息,因此简易的建筑模型高 度应与建筑平面尺寸保持相应的比例关系,以满足 建筑物的实际体量。最后通过建筑物实际高度、实 物与模型比例来确定模型的高度。 图4 Google Earth中教学楼模型 圈5导入参数显示圈 3.2模型转换分析 当3DS文件在SketchUp中打开时,模型中某 些数据可能会丢失,比如材质、贴图等数据。以Maya 模型8h1.3ds为例,导人后会弹出对话框,如图5所 示,对话框中显示不能生成8HL.JPG贴图与O卜 Default材质。 主要原因是在0BJ一3DS转换过程中,OBJ模型 的贴图出现了问题。改正的方法是重新对该OBJ 文件进行UV贴图。 4 结语 现在的3D文件资源十分丰富,要充分利用这 (下转第144页) 144 长春工程学院学报(自然科学版) M(tt ) [7]钱敏平,龚光鲁.随机过程论[M].北京:北京大学出版 社,1997:1—70. cM(t)一ClM(t,P1)一 M(t,P2)一∑X , i一1 a.破产概率满足等式: R(1广Ⅱ) :=: The application of thinning process in the risk model with (1O) the limit of ruin in variation b.破产概率满足不等式: gt(u)≤e- ‘一 (11) HUA Jun,etc. 其中,R为关于r的方程[e一[1一P 一P。+ Plerc・+P2e z+P3^(r)]一1] +,6—0的解。 上述定理的证明与文献[4-1类似. 参考文献 [1]陈珊萍.王过京,王振羽.稀疏过程在保险公司破产问题 (School of Mathematics and Computing Science.Changsha University of Science& Technology,Changsha 410114,China) Abstract:This paper considers a risk model with the limit of ruin in variation,where the term policy arrival intensity follows a Poisson process of .The occurrence of refunding,the abnormal claim and normal claim are respectively relate to the policies 中的应用[J].数学统计与管理,2001.20(5):26—3O. [2]陈占斌,刘再明.稀疏过程在破产问题中的应用[J].数 学理论与应用,2005。25(1):35—38. arrival process of P1 thinning process,P2 thinning process and P3 thinning process.The paper gives [3]马学思,刘次华.变破产下限风险模型的破产概率[j]. 数理统计与管理,2007,26(3):44O一443. [4]张馨方。成军祥.王涛.变破产下限双Poisson风险模型 the inequality of the probability of ruin,and discus- 的破产概率[J].现代商贸工业,2010(7):154. [5]邓永录。梁之舜.随机点过程及其应用[M].北京:科学 出版社,1998:1—115. ses the circumstance when f( )with the limit of ruin in variation is in special form. 、 Key words:the limit of ruin in variation;Poisson process;refunding;thinning process; probability of ruin [63 Grandell J.Aspects of Risk Theory[M].New York: Springer--Verlag,1991:i一32. ’’, ,' ' ''I' 】 ’ ・’,'】 ,’,'','’''I,, ',,’ ''',’''','''''’ ,,''',mlm''’'’',-’’',・ ’''●’',-'】 I,・',・,''’’ (上接第120页) Application of collada model translation based on multi-software 些资源,文件格式的转换就必不可少。本文对 Google Earth中Collada模型的转换方法进行了详 细的总结与尝试性的实践,提出一种新的转换流程, 并以个案实验的形式给出了实现效果图。 参考文献 [1]黎华。肖伟.几种三维模型文件在OpenGL中的输入与 处理[J].物探化探计算技术.2007,29(1):83. [2]余烨.面向VR系统的三维模型转换工具[J].工程图学 学报.2008(05):72—78. HU Jun—qiang (Fujian Jiangxia Collge,Fouzhou 350108,China) Abstract:This paper introduces some approaches on collada model translation formation according to the specialty of 3D collada model applied to the Google Earth virtual platform.Then,it analyzes the general methods of 3D model translation and the method on how to translate the general 3D [3]陈炳发,陆楠,伍铁军.一种面向OPENGL的三维模型 的转化方法[J].小型微型计算机系统,2004,25(3):72. [4]朱笑然,年福纯,田兆平,等.基于多软件的STK模型转 换应用研究[J].飞行器测控学报,2010,29(2):54~56. [5]江水.三维模型转换引擎及其应用研究[D].南京:南京 师范大学。2007:22—28. model into collada model by using a variety of soft— ware on the production and translation of 3D rood— els.The main focus is on the translation from 3D model into collada model widely used in China. [6]雷相波,王昊鹏.基于ElevationGrid节点的虚拟现实仿真 口].长春工程学院学报:自然科学版,2007,8(2):67—69. Key words:collada;model translation;Google Earth 

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