基于多软件的STK模型转换应用研究

朱笑然，年福纯，田兆平，段慧芬

摘要：针对sTK(Satellite Tool Kit)／V0模块中所使用三雏模型格式(*．mdl)的特殊性，首先阐述了转换sTK模型的途径，接着就如何利用各种3D模型制作和转换软件，将通用格式的三维模型转换成STK模型进行方法分析，重点研究了在国内应用广泛的*．max格式模型向STK模型的转换。
关键词：STK；3DS MAX；Deep Exploration；模型的转换

0 引言

卫星工具包软件STK是航天领域中先进的系统分析软件，可用于分析复杂的陆地、海洋、航空及航天任务。STK的可视化模块(STK／V0)是其最重要的功能模块之一，通过其生成的航天任务三维场景，可以完成任务全过程的仿真演示功能，使得用户能方便准确地观察任务执行的全过程[1]。本文以此为出发点，详细分析如何利用当前通用格式的3D模型向sTK专有格式的3D模型转换。

1 STK模型分析

三维模型的构建是STK视景仿真系统实现的基础。与航天任务相关的三维模型包括三维地形、太空环境、航天装备、遥感器、轨道等。其中太空环境、遥感器和轨道可以作为仿真场景的显示属性加以控制[2]，本文重点关注的是航天装备实体模型。

1.1 *．mdl模型

STK中所使用的实体模型格式比较特殊，为其自定义的三维模型格式*．mdl。MDL模型文件为分级结构，由实体和组件构成。组件包含定义组件的实体(如多边形或圆柱)，描述某些内容的参数(如颜色和亮度)，或被其他组件引用的实体。对于分级结构来说，组件是所有实体和子组件的父级。MDL模型是文本格式的。根据上述分级结构，在资源准备阶段，可以通过文本编辑器直接编辑MDL模型，也可以通过3DMAX、MultiGen Creator、LightWave等软件建立新的航天装备三维模型，再将这些模型转换成MDL格式存储于实体模型库中。

1.2 模型转换途径

STK官网及其软件中附带了大量的三维模型，基本上涵盖了所有典型的陆海空天各种物体模型。但是，STK模型库中的模型对我国的航天器三维仿真来说实用性不强，由于每次发射任务所用的火箭和卫星各不相同，在模型库中仅能找到国内部分型号的火箭模型，因此不能满足STK三维任务仿真的需求。在具体应用中，往往需要将通用三维模型转换为*．mdl模型。STK本身提供了一个模型转换软件LwConvert．exe，但它仅能将Lightwave格式(*．lwo)的模型转换为*．mdl格式的模型，所以需要考虑的是如何获得*．lwo的模型，而获得*．lwo模型主要有2种途径。
1)直接利用LightWave软件制作*．lwo格式三维模型，再利用LwConvert．exe进行转换。
2)将通用的三维模型利用Deep Exploration软件转换为Lightwave格式(*．lwo)的三维模型。下文将重点对通用三维建模软件3ds max生成的*．max文件向*．mdI文件转换过程进行分析。

2 主要软件剖析

2.1 3DS MAX软件

3DS MAX是美国Autodesk公司旗下优秀的电脑三维动画、模型和渲染软件，也是当前世界上销售量最大的三维建模、动画及渲染解决方案软件。3DS MAX是业界应用最广的建模平台并集成了新的子层面细分表面和多边形几何建模，还包括新的集成动态着色(ActiveShade)及元素渲染(RenderElements)功能的渲染工具。3DS MAX软件还以其性价比高、上手容易、便于交流受到了广大用户的欢迎¨J。

2.2 Deep Exploration软件

Deep EXploration是Right Hefni印here出品的一款功能强大的3D文件转换工具。它可以导人预览VRML的wrl、vml格式文件，viewpoint的mtx、vpp格式文件；可以转换导出Shockwave 3D文件(w3d格式)、、像ML场景世界文件(wl、vml)、Ⅵewpoint媒体全部的文件格式(mts、mtz、htIIll、mtx、、vpp)、WildTangent加密的文件(wsad)等。Deep Exploration可以让用户轻松地进行创建和传递可视化产品，完成团队之间更有效的通讯和协作。

3 模型转换流程方法分析

3.1 模型转换流程图

图1是模型转换的流程图，从中可看出整个模型转换流程中，Deep Exploration软件起到了承上启下的作用。它支持多达80种3D格式相互转换，名副其实地成为各种通用格式三维模型的转换中转站。

3.2 模型转换方法分析

下面重点以*．max一>*．3ds一>*．lwo一>*．mdl转换流程为主线进行分析，其他通用模型格式转换时需做的工作与此类似。

3.2.1 ．max向．3ds转换

该部分转换是在3DS MAX中进行的。在3DSMAX中，首先要构建航天器模型。在由软件默认文件*．max向*．3ds或*．obj转换前，必须注意以下关键点。
1)利用STK软件进行三维实时动画仿真，是通过精确的数据进行驱动的，所以对于建模的精确度要求比较高，在建模时模型的轴心设置非常重要。在创建每一个子模型时，都必须特别注意它的轴心，最好设置为物体的正中心，但如果子模型相对于整个模型有动画动作时，就要将子模型轴心设置于某一点，如卫星的对地天线需要张开，则这个天线子模

型在张开时所绕的点即为需要设置的轴心，如图2所示。

2)为了适应Deep Exploration软件要求，在3DS MAX中建模时，必须将所有的子模型名称和材质名称用英文表示。在模型分组时，最好将相对静止不动的物体分类编组，将需要运动的物体另外编组，同时设定一个正确的轴心位置。

3)在3DS MAX中完成建模后，需要将其导出为*．3ds和*．obj模型。在3DS MAX中分组完全相同的前提下，*．3ds的模型格式在Deep Exploration中可以再现完好的分组情况，而*．obj的模型格式在Deep Exploration中对原来模型的分组没有识别，因此为了后续工作简便，一般会将通用*．max模型导出为*．3ds模型文件。

3.2.2 ．3ds向．lwo转换

将*．3ds的模型在Deep Exploration中打开时，会出现材质丢失的现象。下面就丢失材质的模型如何恢复原有质感进行探讨。
1)在3DS MAX中，凹凸金属材质的设置一般在凹凸贴图和反射贴图中完成，凹凸贴图中用噪波，反射贴图中用金属图片，就可以制作出凹凸的高光金属材质[3]。但是在Deep Exploration中进行类似设置时，材质会出现严重曝光现象，可行性不大。于是可以尝试放弃反射贴图，将原来反射贴图的图片引用到光线效果相对减弱较多的“扩散”贴图上，而
对于原来凹凸贴图中的噪波参数，可以用黑白的凹凸图片来代替。这样，最后的材质效果基本与原来的材质相仿。

2)在上一步贴图步骤中，明暗器设置为“Standard”。如果要贴出别的材质质感，例如玻璃、拉丝金属等，则可以将明暗器设置为“Basic_Phong”，“Glass_Fresnel”，“MetaI_Gold_Bump”等，在这些明暗器下对相关参数进行设置，并在贴图中根据需要多引用一些图片，用以丰富模型质感。在将*．3ds文件导出为*．lwo格式的文件时，仍会发生类似的材质丢失现象。此时可用同样的方法对材质进行重新设置并进行前后比较，筛选出最合适的模型材质。在*．3ds文件导换为*．lwo文件的过程中，还要对材质已经完成的子模型进行第二次分组。模型的第一次分组已经在建模工作中完成，第二次分组主要是为下一个步骤即*．lwo文件向*．mdl文件的转换做准备，如果分组清晰明了，在下一个步骤中就能事半功倍。本节对*．3ds向*．lwo转换过程中出现的材质丢失问题进行了方法探讨。由于软件特点差异，最终无法在Deep Exploration中完全还原模型在3DS MAX中的效果，但通过上述方法，在Deep Exploration中制作出逼真的金属材质是完全可行的，如图3所示。

3.2.3 ．lwo向．mdl转换

*．lwo向*．mdl转换是利用STK软件自带模型转换小软件LwConvert．exe完成的，如图4所示。在此处可看到，根据转换模型类型的不同，还要进行转换前的设置。该处模型类型包括空间飞行器、地面固定设施和地面交通工具等。此类模型的应用要求把原有模型的XYZ轴进行调换，用户可根据具体模型进行类型选择。这样，*．3ds向*．lwo转换的过程中完成的模型效果转换为*．mdl时才可以完全还原原有模型质感。

4 结束语

本文以还原逼真精准的模型为出发点，对通用模型向专用STK模型的转换过程进行了详细的阐述，并对转换过程中出现的问题和解决方法进行了分析和探讨，为建立STK模型找出一条便捷有效的途径进行尝试和探索，希望能对从事该领域工作的用户有所帮助。随着STK软件的不断升级，以及在国内军用和民用领域的推广应用，其对三维模型的需求也必将随之增多。

参考文献

[1]杨颖，王琦．sTK在计算机仿真中的应用[M]．北京：国防工业出版社，2005
[2]吴重光．仿真技术[M]．北京：化学工业出版社，2000

[3]黄心渊．3dsmx7标准教程[M]．北京：人民邮电出版社，2005

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