三维设计技术在舱室 设计中的应用

三维设计技术在舱室 设计中的应用

李鹏玉 1 宋磊 1 杨卓懿 1 李玉山 2 韩业栋 1

1. 山东交通学院 船舶与港口工程学院 山东 威海 264209

2.招商局金陵船舶（威海）有限公司 山东 威海 264209

摘要：随着科学技术的不断进步，三维建模技术作为虚拟现实领域的关键技术，受到越来越广泛的关注。本文基于三维建模设计的特点，对新永安号豪华客滚船的客舱内装设计进行应用，为舱室三维建模设计用于场景可视化渲染和方案评估提供新的方法和思路。

关键词：三维建模；舱室；内装设计

1概述

在船舶舱室设计阶段，利用三维建模技术建立舱室三维模型是进行舱室仿真与智能评估的重要步骤。我国船舶内装行业发展缓慢，随着人们日益提高的生活水平，船舶与海洋工程的舱室居住水平越来越被大家所重视，因此船舶内装逐渐凸显出其在船舶设计与建造中的重要性。

传统的舱室内装设计利用CAD设计，设计效果多为二维平面图，效果不够真实，往往借助Photoshop再设计，但设计出来的仅为图片形式，逼真度和精确度很难满足舱室内装设计的建模要求。利用三维建模技术建立舱室三维模型可以直观地感受空间和色彩，并可以借助平台实现实时动态漫游，更加逼真地将舱室内装设计呈现出来。

本文以新永安号客滚船四人间客舱为研究对象，针对舱室内装方案进行了建模理论分析，同时对舱室进行了结构层次的划分，利用3ds Max软件建立出一间客舱的三维模型。重点对虚拟现实建模的技术方法进行了研究，主要包括一些理论研究，例如几何建模技术、自由变形技术、纹理映射技术、实例化技术等。相对于传统舱室内装设计，利用三维建模技术可以更加直观呈现出舱室内装设计效果。

2舱室概况

新永安号客滚船设有231间客舱，最高可搭载旅客880人，其中包含双人间、四人间、豪华间等不同等级的舱室。本文采用几何建模对四人间舱室内装方案进行三维建模，在综合分析不同建模软件的特点和后续模型动态展示的兼容性后，选用3ds Max软件进行建模，同时利用Vray渲染器对场景进行渲染。

3舱室建模

3.1舱室建模流程

三维场景的建模是生成虚拟仿真系统的关键，模型建立的好坏将直接影响场景逼真程度和系统实时性。在进入建模阶段之前，首先需要绘制CAD图纸作为后续建模的参照，否则很难保证模型有较高的精确度，舱室内装方案图纸一般由设计人员绘制。对于三维建模来说，完整的方案图纸包含大量的多余信息，需要进行手动整理。整理完成后将CAD图纸导入3ds Max中，依据尺寸和实际样式创建模型。一个最基本的客舱场景需要模型、材质以及灯光和摄影机三大要素集合在一起，模型往往需要在第一时间创建完毕，而材质与灯光和摄影机一般是可以同步进行的，为了让创建流程的条理性更加清晰，本文采用了分别进行创建的方法。其中创建材质可以将采集到的数据（照片、纹理等）导入Photoshop制作纹理贴图，然后贴到模型的表面。这三大要素创建完成后，需要根据效果对模型进行优化，以增强虚拟现实模型的实时性。

3.2舱室建模过程

3.2.1 舱体建模

（1）门窗系统的建立

该四人间客舱的门窗系统主要包括防火门、门碰、船用窗斗以及窗玻璃。如图1所示：

①防火门：主要包括门套、门框、门板和其他零件。②门碰：门碰用于保护和固定门板。③船用窗斗以及窗玻璃：船用窗斗是壁板和窗之间的连接过渡部分，船上一般使用铝合金窗斗。

3.3.2 家具建模

船舶客舱的豪华程度最重要的体现就是在船用家具水平方面，船用家具和普通家具的外观几乎相同，不同的是由于船舶在海上航行，船用家具需要固定到相应的位置以防止家具发生晃动甚至倾倒。

（1）床的建立

本文四人间客舱设有两种床，分别为普通单人床和铝制型材翻床。

（2）衣柜与床头柜的建立

衣柜整体上是一个长方体。在船舶实际运营的过程中，客户使用床头柜的频率很高，在旅客可接触到的所有硬边处都要倒圆角。

（3）爬梯的建立

爬梯的作用是方便旅客爬上铝制型材翻床，在单人床足够旅客使用的时候也可以收起爬梯和翻床。为了保证使用的舒适性，爬梯的边不能过于锐利，需要对梯子模型进行一次涡轮平滑。

（4）可收纳电视

船舶舱室的空间有限，四人间舱室不像豪华间一样拥有大量的空间，因此在四人间客舱中设置了可折叠收纳的电视，不使用时将电视机架折叠关闭，使用时只需要将电视机架的盖子旋转90度即可正常观看。电视的三维模型可以从互联网模型库中搜索资源并将其合并入客舱场景中。电视机架为铝制长方体盒子，它的内部设有四个螺柱以保证电视稳定地固定在机架上，铝盒的边缘适当圆角可以更加美观。

3.4 模型优化

建立的模型要用在虚拟现实仿真中，而不是制作三维动画，所以建模过程中需要考虑模型的优化问题，需要做到以下四个方面。

（1）优化场景的结构层次。一个复杂的场景是有许多个物体组成的，一个物体在建模时可能会被分割成多个模型，可以通过附加或打组将相互关联的模型组合在一起。

（2）尽量减少场景的多边形数量。场景中模型的面数越多，程序响应就越慢，显示帧率就越低。模型中一些不可见的、重合的面可以删除，减少多边形的数量，同时并不会影响场景的视觉效果。

（3）纹理贴图的优化。在保证纹理效果的情况下，图片的大小越小越好，利用瓷砖设置和无缝贴图能用较小的图片取得理想的效果。另外一些复杂的造型可能会导致整个场景的实时性下降，这时候就需要转化为简单的造型加上逼真的贴图。

（4）模型布线优化。一个相同的物体如果采用不同的布线方式，它的视觉效果可能看起来相同，但是在进行展开贴图坐标以及后续虚拟仿真交互设计时，凌乱的布线会让操作更繁琐。多边形建模布线的原则是尽量将三角面都转化为四边形面，一些无法转换的三角形面应远离不同结构的交界处。

最终利用三维建模技术建立虚拟舱室如图5所示，其场景非常逼真，而且能够从不同角度观察舱室内装设计的色彩和风光强度。

4结论

通过研究得到了客舱建模流程和模型优化方法，最终建立的模型尺寸精确、细节合理。经过反复调整和对比确定了客舱内多种材质的详细参数设置，最终生成的客舱效果图具有良好的逼真度。新永安号客滚船舱室三维建模设计为舱室内装设计开辟了新的设计方法。通过三维建模的方式可以大大减少设计人员工作，也为船东提供更加直观逼真的舱室内装设计。

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