光缆的三维建模与渲染

光缆的三维建模与渲染
陈曲
(富通集团有限公司，杭州 311400)
[摘要]在产品宣传，标书制作和人员培训等方面都需要产品的结构图，而三维图像更能直观的展示产品的构造，所以大家都倾向于三维立体图像。

本文结合3DS MAX软件讲述了光缆的三维立体图的建模方法，并利用相应的产品级渲染器来渲染逼真的效果图。

[关键词]光缆；三维；建模；渲染；
The 3D Modeling and Rendering of Cable
CHEN Qü
(1.Futong Group Co.，Ltd.，Hangzhou 311400，China)
Abstract：In product promotion, making the tender and personnel training and other aspects need to map products, and 3D images can construct intuitionistic display products, so we all tend to three-dimensional image. In this paper, combined with the 3DS MAX software about the modeling method of three-dimensional map of cable, and use effect of product level renderer corresponding to render realistic.
Key words：Cables; 3D; Modeling; Rendering;
0 引言
光缆的结构较为复杂，根
据不同的使用场景和客户，光缆
的结构组合方式复杂多变，所以
在光缆的产品宣传，样品展示，
人员培训及标书制作中都会使
用结构图来对光缆进行描述，起
初人们都使用二维截面图，这种
图形制作方便、快速，但是不能满足人们对于视觉感受的需求，所以逐渐开始采用三维图形。

下面就介绍如何通过3DS MAX 和VRAY渲染器来制作逼真的光缆三维结构图。

1光缆的结构特征分析
首先来看一下几种常见的光缆结构图（如图1）。

图1 几种光缆界面图
通过对图片的分析，发现光缆（也可以是电缆）的平面图大部分都是圆和圆环组成，所以在三维制图软件中应该很容转化成三维图像，但是为了达到预期的渲染效果，其中几个重要的组成部分需要我们注意，也是在三维建模中较为困难的部分，一是螺旋形的束管，二是轧纹铠装的金属复合带，三是纱线状的芳纶和玻璃纤维加强件，因为这三部分在平面结构图中都可以用圆环来表示，但是在三维图形中就变得复杂，本文就主要对这三部分的建模和渲染进行介绍。

2 3DS MAX 和VRAY渲染器
根据以上分析，我们可以使用3DS MAX 软件来对光缆各组成部分进行建模，3DS MAX 全称3D Studio Max，是Autodesk公司开发的三维动画渲染和制作软件，3DS Max广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域。

对图像的渲染可以使用VRay渲染器，VRay是目前业界最受欢迎的渲染引擎，为不同领域的优秀3D建模软件提供了高质量的图片和动画渲染。

下面看一下3DS MAX和VRay渲染器制作的光缆三维结构图效果，其中对不锈钢和芳纶的效果较为逼真。

图2 3DS MAX和VRay渲染器的效果图
3 建模
光缆的建模需要3DS MAX的一些简单基本的操作，例如基本形状（3DS MAX内置的球、
圆柱体，管状体等）建模，复合对象中的“放样”，简单的材质编辑等，这些基本操作大家可以到网上学习，由于篇幅的原因，这里就不再赘述。

3.1 螺旋管状建模
对于中心束管式结构的光缆，我们可以直接用3DS MAX的管状模型即可，而层绞式中螺旋绞合的束管就需要我们自己建模完成，在这里不用考虑SZ绞合束管的换向问题，我们只需做一至二个节距即可，下面以1.8+5*2.2的结构为例进行建模，其中，束管壁厚0.3mm，节距60mm,。

首先计算出以束管中心为外径的螺旋线外径为1.8+2.2=4.0mm，在3DS MAX中建立一个高为60mm,半径为2mm,圈数为1圈的螺旋线（如图3所示）。

图3 螺旋线的建立
再建立一个外半径为1.1mm,内半径为0.8mm的圆环（如图4所示）。

图4圆环的建立
然后使用复合对象的“放样”，以螺旋线为路径，圆环为图形进行“放样”，这样一根螺旋的束管就作成了（如图5所示）。

图5 螺旋线和圆环放样成束管
在顶视图中，通过旋转克隆出4个束管，然后再用圆柱体做出束管中的光纤和加强件，并改变模型颜色，不带材质和默认渲染器的情况渲染效果如图6所示。

图6 旋转复制后添加光纤和中心加强件
3.2 轧纹金属复合带铠装建模
金属复合带需要轧纹和搭接纵包，普通组件不能直接生成，同样可以利用螺旋线经过直线放样后再进行分段缩放来建模，首先做一个螺旋线，高度为零，半径1为3.5mm,半径2为3.75mm，圈数为1.125圈，这样就像一个钢带弯曲搭接的截面图形，然后通过一条直线进行放样,这样钢带就弯曲搭接了，如图7所示。

图7 金属复合带的放样
通过放样属性修改面板中的缩放变形，在变形曲线中插入2-3mm为间隔的多个点（如下图），然后将所有点右键转化“bezier平滑”，将每间隔一个点下移至93左右，调节出一个波浪线的曲线，这样就可以将刚刚平直的钢带纵包改成轧纹（如图8所示）,最后添加一个“壳”的修改器，使该图形具有一定的厚度。

当然还可以根据其他方法来构建，大家可以摸索出更为简单的方法。

图8 缩放变形成轧纹形状
然后将其移动到刚刚制作的缆芯上去，再用圆管做一个外护套，这样一个GYTS的光缆模型就建立完成了，如图9所示。

图9 模型最终效果
3.3 芳纶纱的建模
芳纶是由很多细纱组成，使用多边形建模是无法完成的，但也可以使用贴图材质的方法将圆管状的模型渲染出芳纶的效果，这未免也太牵强了。

这里可以使用3DS MAX 的毛发修改器“Hair and Fur(WSM)”来处理。

首先新建一个管状体，其内外径为芳纶包裹后的内外径，在其端面上添加“Hair and Fur(WSM)”修改器，这里不需要头发的重力下垂和凌乱发散的效果，并在工具面板中的“设计头发”将起撸直，其它面板的参数如图10。

图10 芳纶的各项参数
4材质与渲染
将3DS MAX的渲染器修改为Vray渲染器，没有该渲染器需要下载安装，Vray渲染器使用前需要简单的配置，大家可以到网上查阅其配置方法，重要的是要为渲染环境提供一个高动态贴图，以模仿真实环境，这里就不再赘述。

准备好渲染器后，打开材质面板，这里介绍钢带、钢丝、护套材质的配置，其他材质的配置方法相同。

首先打开材质编辑器，选择一个材质球，将其命名为钢带，并修改材质为VRayMtl，将漫射调整为绿色，反射光颜色配比为黑色稍亮一点，不能太亮，否则高光效果太强，其他参数如图11，这样材质球就会呈暗高光、磨砂的绿球，这基本就是钢带的材质效果，可以根据自己的需要进行微调，黑色的护套同样采用此方法进行配置,如图12。

图11 钢带的材质配置
钢丝由于具有金属表面的高光和高反射特性，所以其漫反射为黑色，反射为白色，光泽度都比较高，参数如图12。

图12 护套和钢丝的材质配置
材质配置完成后，就可以进行渲染了，透视图窗口中将光缆图形调整到合适的位置，打开渲染器，将其分辨率调整到800*600的分辨率，渲染后观察其效果，然后对材质参数进行调整，进过反复修改后，将其分辨率调整至全高清1920*1080的分布率，可以根据实际情况为环境打上灯光和背景，对阴影进行调整，最后渲染效果如下：
5 结束语
本文主要介绍了光缆模型中的几个复杂的建模和场景渲染，其他光缆结构较为简单，基本都是圆柱，圆管等模型，当然最终的效果图渲染需要一定的实践经验，才能更好的把握灯光和材质的配置。

由于篇幅有限，省略了一些简要步骤，大家可以多到网上查阅相关资料。

参考文献
[1]陈炳炎. 光纤光缆的设计和制造[M]. 2版. 浙江:浙江大学出版社，2011.
[2]陈曲. 光缆结构图的便捷绘制[J]. 光纤与电缆及其应用技术，2013（04）：34-35.
作者简介：
陈曲，男，四川达州人，光缆设计与制造工程师，毕业于四川师范大学
通信工程系，主要从事光缆设计与制造，现就职于富通集团有限公司。