3D制图小妙招，手把手教你画图（绘制像素3D）

最近使用GeoScene Pro和Blender进行了3D制图，觉得挺有意思的，故把一些制作过程和心得做个总结。

制作过程需要使用到的软件是GeoScene Pro以及Blender，GeoScene Pro是GIS软件；Blender大家可能比较陌生，这是一款开源免费的三维制作软件，可以制作各种三维模型和动画。下面先看一下制作的效果，再讲一下制作的基本原理，最后是核心的操作步骤。

本文有续集，续集中会做3D地质图，敬请期待下一篇~

PART/01制图效果

以下四张效果图，前两张是不添加彩色色带，后两张是使用了色带。每一组两张，分别是采用了不同的光线强度的效果。

PART/02制作原理

首先需要有一个栅格数据来表示高度，可以是dem也可以是其他栅格数据，这代表了你制作的3D地图高度的意义；栅格数据的处理要用到GIS软件，我使用了GeoScene Pro。在GIS软件里处理你的栅格数据，通常包含几个步骤，栅格数据的地理配准、重投影、裁剪、像素拉伸以及重采样，但不是每一步都是必须的。如果是简单提取栅格做3D效果图，我自己的处理过程只用到了重投影，像素拉伸；如果你的栅格图需要和其他制作好的地图图片做叠加，一般用出版地图的图片的情形比较多，还需要将图片和栅格数据进行地理配准、按照地图图片来裁剪栅格范围，并按照地图图片像素精度来进行栅格数据的重采样，本次教程仅使用栅格数据进行三维效果制作。

刚才说到的是在进入Blender进行制图前的数据准备工作，在Blender中制作的大致思路是这样的。可能很多人对Blender不熟悉，你把Blender想象成一个虚拟的照相馆，我们需要提供拍照的对象，灯光和摄像机，最后通过相机拍出的图片就是我们的结果。首先我们需要制作的对象就是栅格数据的3D模型，依赖于栅格图像像元的不同高度值来实现地形起伏，中间需要一些处理细节，稍后会在操作步骤中体现；其次我们需要给3D地形模型提供光源，让其产生立体阴影效果，光源的类型有很多种，点源、平行光等，我们会使用太阳光；最后是我们的相机的设置，需要给相机摆合适的位置，地图制作通常使用正交相机。

大致的思路如上，接下来是制作过程的描述，制作过程并不是严格一步一步操作步骤的介绍，但会尽量把主要的步骤都覆盖到。制作的过程需要一些基础知识，比如熟悉Pro的工具箱操作；要对Blender的基础操作熟悉，比如鼠标滚轮来放大缩小场景、长按滚轮拖动来360旋转场景，shift 鼠标滚轮来平移，鼠标左键选择对象，点击右上角目录树节点来选择对象等等。

PART/03操作步骤

1) 栅格数据获取，本文使用的是互联网公开可下载的90米山西省的DEM数据。

2) 栅格投影

使用GeoScene Pro中数据管理工具-投影和变换-栅格-投影栅格，将原始的DEM投影变换成web墨卡托影像，就是我们常用的wkid 102100。

3）像素拉伸

这一步对栅格数据的处理要满足两个条件。Blender可读取的通常是16位无符号的整型数据，也就是说如果你的dem包含小数或者负数，需要进行转换处理；当前dem的像素范围是从199到3059，在Blender中是以像素值为高度来进行拉伸的，像素范围小会导致渲染出来的3D图高度跳跃，不够平滑，将像素范围拉伸到0-65535，既能满足数据类型的要求，也保障后续的三维立体平滑效果。

这需要用到栅格计算工具：

像素拉伸的思路是通过线性变化来实现的，比如本文使用的dem里，199代表0，3059代表65535，将199-3059的值变换到0-65535范围内的值，同时还需要把NoData值给赋0，0值表现在Blender里就是我们制图区域外的底板；下面公式里还有一个5000，这个值可以自行修改，它代表的意义其实是为了在Blender里制图的时候把我们的制图内容和底板拉开高度，计算公式如下：

INT( CON( ISNULL( “DEM” ), 0, ( ( “DEM” – MIN) / ( MAX – MIN ) * ( 65535 – 5000 ) 5000 ) ) )

处理完后，我们会得到这样一个栅格数据，基本上本次栅格数据处理工作就结束了。

查看到该栅格数的属性，我们看到基本的栅格信息如下，注意下行列数5233*8884，之后在Blender里会有特殊的用处。

4）栅格导出

我们需要把处理好的数据导出成tiff格式，可以在GeoScene Pro中左侧目录里使用通过数据-导出-栅格，也可以使用数据管理工具-栅格-栅格数据集-复制栅格。

以导出栅格为例，在导出参数设置里，注意不要构建金字塔和计算统计数据，像素类型选择16位无符号，输出格式选择tiff，选择保存到本地文件夹里。

至此，栅格数据处理工作基本结束，接下来Blender接过接力棒。

5）Blender制图

启动Blender我们会看到下面的欢迎页面，点击主窗口里欢迎窗口之外的区域快速进入3D视图。

视图窗口里现在能看到三个元素，我用框给标记出来了，红色框里的是相机，绿色框里是模型，黄色框里是光源，我们制图也需要用到这三个元素，但是当前我们先全部清掉，重头开始，点击键盘字母a，选中所有视图内的元素，点击delete，清除所有元素。

接下来我们要先启用Blender的一项功能，来支持我们将dem图片作为plane导入。

Edit-Preferences，Add-ons搜索plane，勾选 Import-Export:Import Images as Planes

做完上述步骤后，在File-Import-Images as Planes，导入我们之前处理好的dem数据。

此时我们看到的是一个灰色的平面，此时我们需要先修改一下场景的渲染引擎，在右侧属性设置里，将渲染引擎设置为Cycles，Feature Set设置为Experiments。

选中dem对象，点击右下角小扳手按钮Modifier Properties，添加Subdivision Surface，算法选择Simple，勾选Adaptive。

这一步稍作解释，我们添加到场景里的dem目前呈现出来是只有四个节点的矩形，Blender制作的时候实际上让地形起伏的是通过上下移动节点实现的，四个节点的数量显然是不够的，设置成adaptive会使Blender根据我们的dem动态来增加和减少节点数量绘制地形效果。

回到主视图，我们需要切换一下视角，点击视图窗口右上角工具条中如黄色框里按钮。

此时的效果变成了这样

我们现在给场景添加光源，选择太阳光

此时，场景里看起来是这样的，图片没那么黑了

现在我们的场景里有了拍摄的对象，光源，还缺个相机，相机拍摄可以放在最后，我们先把三维模型构建好。对三维模型的构建，需要在Shader Editor里完成，可以从多个地方进入到这个窗口里，红框里是三个进入到Shader Editor的地方。

从序号2的入口进入，在场景里选中dem就可以在Shader Editor窗口里，看到当前的处理流程，我们三维制作的主要战场就在这里了。添加Diffuse BSDF和Displacement两个节点，删除原先的Principled BSDF节点。

连接dem的color属性作为Diffuse BSDF的color输入和Displacement的Height输入，然后将BSDF的输出作为Surface输入，Displacement的输出作为Material Output的Displacement输入值。

右侧面板，选择materials properties面板，setting下，Displacement选择Displacement Only。

场景里已经可以看到变形很夸张的地形起伏了，我们调整Shader Editor里Displacement节点的Scale的值为0.05来改变起伏效果，根据效果来确定。

起伏的地形已经有了，接下来是颜色的渲染，在Shader Editor中将dem的Color Space的属性改为Linear，并增加一个色带的节点。

接下来就是色带的设置，这个面板主要分上下两个部分，上面一个是色带和分隔点设置，下面的颜色是对应分隔点的颜色。增加多个颜色分隔点，可以让地形的颜色渐变更加平滑，本次共设置了5个颜色分隔点，默认自带两个，增加了三个分隔点，点击上方的加号可以增加。

Colormap最终设置如下：

接下来需要修改我们的太阳光，选中场景中的太阳光，右侧属性面板切换到Object Data Properties里设置参数如下：

选中太阳光，切换到Object Properties，设置参数如下：

太阳光的设置，主要是设置光线的强度，光源的位置，光源来自的角度方向，需要自己根据效果来调整参数，本处的参数仅供参考。此时看到三维场景里的效果如下：

接下来我们需要添加我们虚拟照相馆最后一项元素——相机，

添加相机后就可以从相机视角来查看最终输出的图像，在工具条View-Camera-Active Camera，此时从相机看到的对象角度和范围都不是我们想要的，后面我们会调整。

选中相机，在右侧下方属性面板中，选择Object Data Properties，设置Type为Orthographic，意思为选择正交相机，Orthographic Scale也需要设置。

切换到右侧属性面板Output Properties面板，设置输出图片的像素值，默认是1920*1080，山西的dem的形状显然不一样。这里我们需要用到之前在GeoScene Pro里处理完后栅格的行列数：5233*8884，假设我们想输出的图片宽1000px，那么高度为：1000*8884/5233=1697px，