灰度图建模
“灰度图”是什么？很多SketchUp用户甚至还从来没有听说过这个名词。为什么要用整整一节来介绍与讨论它？因为“灰度图”可以大大简化SketchUp 用户创建曲面模型 的速度，并保证质量，甚至可以借此创建其他方法无法完成的曲面模型；还因为“灰度图”大到城乡规划 设计、建筑 与景观 设计，小至家装、家具 的雕塑 、雕刻都有用武之地，能解决大问题。所以，就有了本章的精彩内容。
1. 灰度图的 概念与用途
灰度图（Gray Scale Image）又称灰阶图。把白色与黑色之间的过渡，按对数关系分为若干等级，称为灰度 。灰度分为256 阶（28）。用灰度表示的图像称为灰度图。除了常见的卫星图像、航空照片外，许多地球物理观测数据也以灰度表示。此外，其实我们每个人差不多都跟“灰度图”有密切关系：医院里影像学诊断用的X 光片和CT 片等就是“灰度图”，不过灰度的等级分得更细，可达到210、212 甚至216 阶。
上面说的灰度图的“大用途”，后面有些例子会讨论如何在SketchUp 条件下实现这种“大用途”。除了上述的“大用途”外，“灰度图”的“小用途”更为丰富多彩：譬如现代家具上的“雕花部件”，除了少数手工雕刻的之外，大多是用CNC（Computer Numerical Control，计算机数值控制）机械加工的，而CNC 加工的依据可能就是用“灰度图”生成的刀具 路径。
2. 基于灰度图 生成 浮雕 例
能用灰度图生成模型的软件 有很多，如Rhino、3ds Max、C4D、Zbrush、3Dcoat、Blender、ProE、Maya、JDpaint 等，如果你能熟练操作上述这些软件中的任何一款，就可能对灰度图有一定概念。如果你还无缘以上软件中的一款，本节的内容或许可以帮你个小忙。 图18.1.1 ①所示就是导入SketchUp 的一幅灰度图（网络上有大量类似的灰度图），可用它在SketchUp 里生成浮雕形式的立体，如图18.1.1 ②所示，它仍然保留了灰度图；然后用SketchUp 的默认正、反面颜色替换掉灰度图后就如图18.1.1③所示。至于图18.1.1④所示的是浮雕去掉无用边缘后的另一种形态。从这个小例子可以看出，SketchUp 也有一定程度把灰度图生成浮雕模型的能力。下面的图18.5.1和图18.5.3都是同类例子。《SketchUp曲面建模思路与技巧》里详细介绍了几个这样的例子。
图18.1.1 以灰度图创建浅浮雕（莲花）
图18.5.1 浅浮雕示例1（如意花）
图18.5.3 浅浮雕（弥勒佛头像）
3，获取灰度图（小用途）
想要获适用于上面“小用途”的灰度图，非常容易，有以下几种方法。
（1）在“百度图片”上以“灰度图”为关键词进行搜索 ，就能找到无数的“灰度图”，这 些灰度图大多是用来做木材或石材雕刻用的，注意有些比较复杂的灰度图很难在 SketchUp 里生成3D 模型。 3D relief art（3D 浮雕艺术）、Grayscale（灰阶）、3D laser engraving（3D 激光雕刻）。
3D cnc grayscale（ 3D数控灰度图）、CNC Sculpture（CNC雕刻）。
grayscale images（灰度图像）、3D model（3D 模型）。
（3）把一幅可用于生成模型的灰度图直接拉到“百度图片”或“Google 图片”的搜索框里，就会得到一系列相似的灰度图，然后改变搜索条件继续搜索，很快就能接近你想要的目标。
至于如何获取“大用途”的灰度图是另一门学问，将在后面专门介绍与讨论。
4， 灰度图 制备 （场景模糊）
能用灰度图生成模型的软件有很多，而反过来，能用来设计与生成灰度图的工具却相对有限。注意，这里指的不是用彩色图片去掉彩色而成的灰度图，那太简单了。也不是以雕刻软件（如精雕）来创建灰度图。
鉴于SketchUp对于线、面数量非常敏感的这个特点，只要细节稍微多一点，图形稍微复杂一点，就难以在SketchUp 里生成模型。下面介绍作者常用的简单方法，仅供参考。
1. 生成黑底与白色的图像
（1）这个方法适用于任何有“模糊”功能的图像工具，包括Photoshop、PhotoImpact ，甚至国产的“美图秀秀”“图片工厂”等。下面的例子用的是Photolmpact X3（简称PI），因 为在我看来它最好用（关于 PhotoImpact X3 可查阅《SketchUp 材质系统精讲》4.3 节）。
（2）新建一个图像文件，800×400 像素，黑底。然后输入一行白色的字母（图像也可以），如图图18.3.4①
（3）点击菜单“相片→模糊→模糊→在弹出的对话框里点选模糊的程度→反复几次即可得到不同的模糊程度，如图18.3.4和图18.3.6②③所示。
（4）如使用Photoshop，可调用“模糊滤镜”操作（略）
图18.3.4 原始图形与两种不同模糊度的灰度图
图18.3.6 不同模糊度的灰度图
5， 灰度图制备（高斯模糊）
上面介绍的创建灰度图的方法，那是一种对整幅图像全部模糊生成灰度图的方法，只能创建一些简单的灰度图。下面要介绍的方法可称之为“以选区与高斯模糊创建灰度图”。这个方法适合比较熟悉Photoshop 并有创作能力的读者使用。
5.1 简单的 高斯模糊 灰度图
（1）图18.4.1①是原始的黑白图像，目标部分是黑色的，需要变成白色的才能进行下一步； 选择 Photoshop的“图像”→“调整”→“反相”菜单命令，即可获得如图18.4.1 ②所示的 结果。
（2）单击Photoshop的“快速选择工具”，单击图像的白色部分，得到选区“蚂蚁线”，如图18.4.1 ③所示。
（3）有了选区，再选择“滤镜”→“模糊”→“高斯模糊”菜单命令，弹出“高斯模糊”对话框，移动滑块或输入数值即可对选区内的部分完成高斯模糊，满意后确定并保存。图18.4.1 ④所示就是保存后的灰度图。
图18.4.1 以选区与高斯模糊创建灰度图
5. 2 较复杂的 高斯模糊 灰度图
（1）如图18.4.3 ①所示，勾画出创作对象的轮廓线，这部分工作可以在包括SketchUp 的其他软件里完成后导入Photoshop（保留路径）。
（2）在Photoshop 里用上面介绍的办法，分成10 多个小区用“高斯模糊”分别创建灰度 图，注意用不同的灰色区分高低、深浅，结果如图 18.4.3 ②所示。
（3）这种有很多细节的灰度图大多用来创建“刀具路径”进行CNC 雕刻。注意，大多数计算机无法在SketchUp 里顺利生成这种浮雕模型，不推荐SketchUp 用户模仿。
图18.4.3 创建较复杂的灰度图
6 . 灰度图 创建浮雕 工具 的比较
上面的例子都是灰度图的“小用途”，现在能找到很多这种现成的灰度图。至于“大用途”灰度图，需要非常精准的卫星测绘，老百姓只能从权威渠道获取；不过也有个例外，就是马斯克，他可以自己发射卫星。
有了灰度图，到了SketchUp 里，除了SketchUp 自带的原生工具与功能外，还要准备好以下插件 之一才能生成3D 模型。 （1）Bitmap to Mesh（灰度图转网格，见《SketchUp 常用插件手册》5.23 节）。
（2）Scale By Tools（曲线干扰，见《SketchUp 常用插件手册》5.12 节）。
（3）SUbD（参数化细分平滑，见《SketchUp 常用插件手册》5.24 节）。
另外，还有一个需要特别交代的原则：在SketchUp 里用灰度图生成模型，灰度图上的每个像素将生成两个三角面，稍微大点的灰度图，可能会产生出几十万、上百万、上千万的 面，有些复杂、精确的图形，甚至可能生成上亿的面，所以即便是用灰度图创建相对简单的 3D 模型，也需要功能非常“强悍”的计算机。普通 中低档 计算机只能处理有限数量的线面，换句话讲，就是一般的计算机只能用来做点 “小玩意” 。
在《SketchUp曲面建模思路与技巧》第18章里会介绍尽可能做“大东西”的办法，还有作者摸索出的一些小经验。下面有个例子：
（1）图18.6.1①是一幅404×642 像素的灰度图，如果用插件Bitmap to Mesh（位图到网格）生成浮雕，理论计算将产生“404×642×2=518736 个三边面”中档计算机没有半个小时完成不了，还有很大机会半途崩溃罢工（作者计算机还行，实测生成后的结果有516663 面，776351 线，耗时25min）。
（2）图18.6.1②和③是一样的，都是用Curve scale（曲线干扰）生成的浮雕，②是向下凹入，③是向上凸出，都是31301 面，47521 线，线面数量仅为前者的6% 左右（该值还可控）。操作过程冗长（略）请见《SketchUp曲面建模思路与技巧》第18章。
图18.6.1 Curve scale（曲线干扰）生成的浮雕
下面用一个例子来说明灰度图在SketchUp 里实现的“大用途”。
图18.1.2①是代表某地山区（带有高程信息）的灰度图（网络上有很多专业的网站可免费提供这样的灰度图，后详）生成真实地形模型后，图18.1.2是②是再用同一地区的卫星照片对黑、白、灰色的地形模型做投影贴图 生成的“真实地形”（包含较准确的尺寸与真实地貌）；后面会介绍从获取卫星灰度图、卫星彩图到生成模型的具体操作方法。
图18.1.2 用灰度图生成卫星地形
8，获取地形灰度映射
民用卫星遥感遥测技术发展至今不过短短二三十年（军用卫星的历史更久），曾长期被列为“机密”的地理信息就被人一览无遗了，尤其是近些年来，农村乡间小道、城镇的小街 小巷实景都能轻易获取。说句笑话：“卫星之下，财主家的银子都不知道往哪里藏是好。” 《SketchUp曲面建模思路与技巧》第18章，扫码下载的附件里，有作者收集的二三十个国内外能提供免费卫星遥感遥测数据资料的网站，其中绝大多数仍以提供传统地图为主，也有一些可提供高程数据的网站，不过太专业了，不大适合SketchUp 用户创建地形模型所用。我们最需要的是能生成地形的灰度图。
在浩瀚的卫星遥感资源 中，终于找到了一个开源、免费的，可以提供地形灰度映射的网 下面详细介绍如何从tangrams（七巧板）项目中获取“高度映射图”（即灰度图）的方法。
8.1 “七巧板高度映射器”网站
图18.7.1 “七巧板高度映射器”网站
8. 2 初始默认参数与显示
图18.7.1右下角已把“参数设置显示区”放大并译成中文。一开始，“自动曝光”默认是勾选的，所以“最大海拔高度”默认是世界最高海拔8848m，“最低海拔高度”默认是0m，
8. 3 找寻目标区域与设置
在图18.7.1 所示的条件下是无法找到我们想要的目标区域的。现在可勾选“地图线”，可见到如图18.7.2 所示的粗略地图线，这就为缩小查找范围提供了条件。
图18.7.2 显示地图线
8. 4 缩小查找范围
假设需要“香港大屿山”的地形灰度图，用鼠标滚轮不断放大，鼠标左键平移，再勾选“地图标签”显示地名，很快就可以把目标定位在视图中。
8. 5 获取精确的灰度图
香港大屿山岛主峰是凤凰山（海拔为935m）以及大东山（海拔为869m）。为了得到最为精准的灰度图，现在把图18.7.1①所指处的最大海拔高度直接改成935m（如不能确定视图中最高海拔，可输入数值测试，一直调整到灰度等级合理为止），最低海拔保留默认的0m，出现我们所要的灰度图，颜色最白处就是凤凰山与大东山两个主峰。（截图略）
现在关闭“地图标签”（隐藏地名），为了方便后续的应用，建议输出两幅图，一幅带有
还有一个重要事情，在缩放移动地图之前，务必把“Z :X 比例因子”（“Z: X 比例因子”描述了当前视图在Z 轴上的“高”与当前视图X 轴上宽度的比例）的一串数字复制下来，本例中为“0.00010187365124040628”，后面在SketchUp里恢复真实高度时会用到它，至于其他的几个“渲染 ”选项，不很重要，请自行测试。
8. 6 另一个知名精确卫星地形高程获取途径
该网站可提供的数据包括地球资源卫星系列、数字高程模型、高光谱数据、中分辨率成
在《SketchUp曲面建模思路与技巧》第18.7节的附件里共收录了24个遥感卫星影像数据资源，可供规划、建筑、景观等专业人员直接应用或参考。
9，一个 地形高度映射图应用示例
9. 1 截取灰度图
相关过程已经在上面8.1节介绍过，这里要着重提示的是：勾选图18.9.2 右上角小手单击处，可自动调整视口范围内的灰度；还一定要记下①所指的“X:Z 比例因子”。
图18.9.2 到“七巧板高度映射器”网站获取灰度图
9. 2 获取贴图纹理
可以用任一工具截取与灰度图同一位置的彩色纹理，唯要求图上必须有表示实际尺寸的比例尺标示，如图18.9.3 右下角箭头所指处。
图18.9.3 获取贴图纹理
9. 3 灰度图生成地形
这一步选用上面第6节介绍的Bitmap to Mesh（灰度图到网络）或Scale By Tools（曲线干扰）工具都可以，但是要注意按你的计算机性能确定地形的尺寸与精度，依据图18.9.4 的三处箭头所指处有长度、宽度像素值与总像素值。生成的模型如图18.9.5 所示。这一步要注意留下一份灰度图的备份（可放在另一图层并隐藏）。
图18.9.4 灰度图生成地形
图18.9.5 已经生成的地形模型
9. 4 调整灰度图与纹理图的方向及大小
完成这一步的诀窍是：先找到灰度图与纹理图都有的至少两个相同的“ 特征点”， 并分别用直线连接两个特征点，如图18.9.6①③所示，并把直线与图片一起创建群组 。其中②是灰度图组。图18.9.6④表示用旋转工具调到两幅图上直线的方向一致（X光模式+平行投影），再用缩放工具把两幅图上的直线调整到一样长（过程截图略）。
9. 5 投影贴图
这是稍微入门的SketchUp 用户都掌握的技巧，如果你还不能熟练运用此功能，建议阅读作者撰写的《SketchUp 材质系统精讲》一书（由清华大学出版社出版），这里就不展开讨论了。投影贴图完成后如图18.9.7 所示。
图18.9.6 调整灰度图与纹理图的方向及大小
图18.9.7 投影贴图完成后
9. 6 调整到真实尺寸（ X 与 Y 方向）
上面提到过，不管用什么工具获取地形纹理，都必须注意要有图18.9.8 箭头所指的代表真实尺寸的标志和数据，现在就要用这个标志和数据来把模型调整到真实的尺寸，稍微入门的SketchUp 用户都知道这个功能的用法，如果你是新手 ，建议阅读作者撰写的《SketchUp 要点精讲》（已由清华大学出版社出版上市），这里就不再赘述了。
图18.9.8 把模型调整到真实尺寸（XY 方向）
9. 7 调整到真实尺寸（ Z 方向）
还记得本节前面介绍获取灰度图时务必要记录下“X∶Z 比例因子”吗，现在就要用它来把模型调整到真实的高度了。所谓“X∶Z 比例因子”就是灰度图的X 方向（红轴）长度与Z 轴方向的比例关系（注意灰度图不能经过缩放编辑）。
前面已提醒你要把一个灰度图的副本保存在隐藏的图层里，现在解除隐藏，用卷尺工
具量取灰度图红轴方向的尺寸，然后与“X∶Z 比例因子”相乘，得到的结果即模型的真实高度。图18.9.9 箭头所示5527.15英尺（约1685m）就是模型地形的真实高度。
图18.9.9 计算模型的真实高度（Z 方向）
如图18.9.10 ①所示，从模型最低处（或海拔0 处）向上画垂线，高度等于5527.15英尺（约1685m），用缩放工具把模型调整到与垂线同高。最终得到的地形沙盘如图18.9.11 所示。若能严格按上述要领操作，XYZ各方向的误差（含贴图误差）应小于±1%
图18.9.10 把模型调整到真实高度
图18.9.11 最终的地形沙盘
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