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三维建模十篇

时间：2023-03-27 04:28:19

三维建模

三维建模篇1

关键词：SharpGL；C#；动态链接库；三维建模

中图分类号：TP317.4

文献标识码：A

文章编号：16727800（2017）004020503

0引言

SharpGL是进行三维显示的函数库，其运行环境与平台无关，能在Windows、Linux及Mac OS等操作系统上运行，故其在硬件、窗口及操作系统方面是相互独立的，SharpGL能不依赖于任何硬件或操作系统即可运行。SharpGL本身只定义了一个标准，因此只要符合定义标准的函数库，都可以称为SharpGL标准函数库。ATT、UNIX软件实验室、IBM等著名企业都采用OpenGL标准。SharpGL标准定义的函数库分为4个部分：SharpGL核心库、SharpGL实用库、SharpGL辅助库、SharpGL工具库。SharpGL函数库是一个实时渲染函数库，能够在短时间进行实时交互绘制。DirectX与其相似，但只能在Windows操作系统上执行。 C#是微软公司早在2000年就开始推出的一种高级编程语言，这种高级编程语言运行在.NET CLR环境上，并基于.NET Framework框架创作。C#是从C与C++语言派生出的，吸收了C与C++的优点，并弥补了C与C++的缺点，从而产生功能强大、类型安全、更简单的面向对象语言。C#代码框架具有面向对象、引用类等概念，几乎囊括所有软件开发与工程研究的最新成果。相比较C与C++而言，C#具有语法简单易学、配置与调制简单、程序开发周期短等优点，广泛应用于当今工程开发。本文将C#和SharpGL联合，开发三维物体模型程序以提高效率。

1SharpGL函数库

1.1SharpGL核心库

SharpGL动态链接库――核心库包含约115个可以被调用的函数，统一将函数名的前缀命名为gl。核心库函数用于常规图形处理，应用范围较广。同一个功能函数输入不同类型的参数，从基本的115个函数中派生出来的函数表达式约有300。

1.2SharpGL实用库

SharpGL动态链接库――实用库包含约43个可调用函数，统一将函数名的前缀命名为glu。SharpGL提供了丰富的绘图函数命令，但所有图形绘制都由点、线、面元素组合而成。glu函数通过调用核心库函数，为软件开发提供了相对简单的用法，可实现较为复杂的操作[1]。

1.3SharpGL辅助库

SharpGL动态链接库――辅助库包含约31个可调用函数，统一将函数名的前缀命名为aux。辅助库函数提供面向对象的数据输入输出处理、窗口操作以及绘制一些简单的三维物体。

〗1.4SharpGL工具库

SharpGL动态链接库――工具库包含约30个可调用函数，统一将函数名的前缀命名为glut。glut是不依赖于任何操作系统平台的SharpGL函数库，用途是隐藏不同操作系统接口难题。工具库函数以glut开头，提供更为复杂的绘图功能[2]。由于glut中的面向对象窗口管理函数不依赖任何运行环境，因此SharpGL中的工具库可以在各种操作系统中执行命令[3]。

2SharpGL建模环境创建

2.1添加SharpGL引用

在Visual Studio 2012中建立C#应用程序过程很简单：在Visual Studio 2012编译器环境中选择新建项目――Visual C#--Windows窗体应用程序，输入项目名称与解决方案名称，然后保存在适当路径位置，点击确定，就成功创建了WindowsForms应用程序。此时Visual Studio 2012会根据上一步的输入，自动创建一个程序命名空间、一个窗体组建（Form1）以及程序的主入口函数 Main（string[] args）。到此，Visual Studio 2012只是创建了应用程序主体，即编译环境，使用SharpGL还必须添加SharpGL的动态链接库引用。在C#中，引用是通过using关键字实现的，在编写代码窗口上部输入代码： using SharpGL；至此，SharpGL的动态链接库引用工作完成，下一步工作就可使用SharpGL函数绘制三维物体模型了。

2.2创建SharpGL设备环境

使用SharpGL相关代码开发三维物体模型时，必须先建立绘制设备环境。先拖拉一个可视化组件，用于显示三维模型绘制。在Visual Studio 2012项目名称中添加一个组件，命名为SharpGLControl，然后为创建的组件类进行对象实例化，编写如下代码：

// Get the SharpGL object. SharpGL gl = SharpGLControl.SharpGL；

为了在SharpGLControl对象组件上绘制三维物体模型，必须先进行初始化设置，这一点与其它程序语言不同。SharpGLControl加载如下：

//Clear the color and depth buffer. gl.Clear（SharpGL.GL_COLOR_BUFFER_BIT | SharpGL.GL_DEPTH_BUFFER_BIT）； //Load the identity matrix. gl.LoadIdentity（）；

2.3建立SharpGL绘制环境

由于SharpGL直接使用绘制环境，与设备环境没有关联。因此，还需要建立一个SharpGL绘制环境，否则SharpGL函数不能调用。在SharpGLControl_SharpGLDraw中定义了绘制环境相关函数，无需重写这个函数就能直接调用。由于SharpGLControl_SharpGLDraw是由SharpGL类派生出来的，因而它具有Control类的全部属性和功能。 SharpGL具有多种函数，绘制环境如下：

// Get the SharpGL object. SharpGL gl = SharpGLControl.SharpGL； //Set the projection matrix. gl.MatrixMode（SharpGL.GL_PROJECTION）； //Load the identity. gl.LoadIdentity（）； //Create a perspective transformation. gl.Perspective（60.0f，（double）Width / （double）Height，0.01，100.0）； //Use the 'look at' helper function to position and aim the camera. gl.LookAt（-5，5，-5，0，0，0，0，1，0）； //Set the modelview matrix. gl.MatrixMode（SharpGL.GL_MODELVIEW）；

通过以上步骤操作，SharpGL绘制环境创建工作就全部完成，在这个程序代码环境中即可进行三维建模。SharpGL中创建的所有三维物体模型，如三维建筑物、家具、山峰等，都是用顶点描述的，因此三维物体模型绘制操作都可针对每个特征点进行计算，然后通过内核矩阵函数进行光栅化形成二维像素。SharpGL的另一个核心模块是矩阵算法变换，就是把三维物体模型转换为二维图像。

3三维建模算法

随着计算机技术的不断进步，在图像、VR、游戏系统、医疗系统等领域构造和使用的模型越来越复杂、越来越精细。这些复杂的物体模型，不但对计算机的处理速度以及存储容量提出了更高要求，而且成为实时绘制物体模型、通信传输的瓶颈，因此物体模型简化研究成为非常重要的科研课题。物体模型简化指在保持原有模型基本不畸变的条件下，采用适当的函数算法减少该物体模型的三角面数、边数、顶点数[3]。三维物体模型因其表面凹凸不平，呈现一种连续变化的曲面，这种曲面无法用平面地D确切表示。单元三角形是三维物体模型的基本组建单元图，为真实表现三维物体模型，每个单元三角形需要包括3个顶点和单元三角形的法向量，以此确定一个最小单位表面，不管多么复杂的三维物体模型都可以化解成多个单元三角形组合。对于同一物体，三维物体模型上的单元三角形并非独立存在，而是所有单元三角形都是相互关联的，这些关联信息主要体现在以下两方面：①邻接关系即共边与共顶点；②同一个单元三角形，法向量相等、法向量共面。通过上述单元三角形之间的联系进行分类，即可组成不同的三维曲面模型。三维物体模型三角网算法可通过两个步骤实现：①在三维物体模型包含的所有点云数据中搜索符合单元三角形条件的点，建立单元三角形；②判断搜索到的单元三角形是否有共边关系，如果满足条件，就将单元三角形添加到三维物体模型的表面，如果没有则进行其它搜索。 SharpGL算法类定义如下：

public class Vertex public class Triangle ...... public class Mesh public void Compute（List set）

三维物体模型的噪点数据，必须去除点云数据的离群孤立点，编写相关算法，设定除噪阈值。阈值参数为噪声点阈值，小于这个值的点会删除，否则就参与计算。其它相关定义如下：定义1：三维物体模型中任意两个单元三角形共边，则称这两个单元三角形相邻；定义2：三维物体模型中任意两个单元三角形共顶点，则称这两个单元三角形相接；定义3：如果存在一组单元三角形具有相接关系，且两个单元三角形法向量相等，则这一组单元三角形在同一平面上；定义4：如果存在一组单元三角形具有相接关系，且两个单元三角形的法向量处于某个平面上，则这组单元三角形在同一个柱面上。

4建模关键环节

4.1SharpGL渲染流程

在使用SharpGL绘制过程中，需要完成的加载任务有：设置各种缓存，如颜色、深度等，加载场景物体表面贴膜纹理，设置光照与阴影模式，建立景物显示列表、图像质量和材料性质等[4]。SharpGL渲染步骤如下： ①输入三维物体模型要渲染的点的云数据等相关信息；②设置摄像头的位置和视角，调整视觉角度，把三维物体模型安置到三维场景合适的位置；③设置投影光照位置、方向、颜色、类型等属性； ④设置三维物体模型颜色、纹理贴图等材质参数； ⑤将上述三维信息转化为二维图像。 SharpGL另一个重要模块是三维矩阵模块，据此进行三维物体模型的移动、旋转和缩放。

三维建模篇2

关键词:SolidWorks三维建模;应用技巧;个性工具栏;机械设计软件

中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)10-0027-02

一、定制个性工具栏

SolidWorks具有的CommandManager ,是一个上下文相关工具栏,它可以根据您要使用的工具栏进行动态更新,很好的将大量绘图命令分类存放。但是在调取相应命令时需要先单击分类,增加了鼠标点击的次数,降低了速度。鉴于大多数使用者都有自己单独的设计方向不需要使用很多绘图命令,因此可以在工具、自定义、工具栏标签中关闭CommandManager,并选取经常使用的工具栏这样该工具栏将出现在界面中,通过拖拽操作可以编辑该工具栏,删除不经常使用到的命令,使工具栏更具有针对性,做到高效便捷。

二、指派快捷键

SolidWorks允许用户依据个人习惯指派所有命令的快捷键,这样可以减少了鼠标点取命令的次数从而加快了作图速度。可以通过单击工具、自定义、键盘标签找到自己的高频命令,并指派某单键或组合键为其快捷键。笔者推荐一些常用命令如:“正视于”、“剪裁”、“智能尺寸”、“中心线”等。至此SolidWorks的个性定制已经完成,利用鼠标查找选取特征、观察模型。使用快捷键快速建立草图、几何关系,利用定制的适合自己的工具栏建立新的特征最终完成三维模型的建立。在熟练了SolidWorks基本绘图命令后,通过以上个性的定制之后一定能让你的操作摆脱繁杂快捷。

三、使用中心线和基准面

很多教程在讲解创建草图时并没有强调具体创建草图的步骤,只要所创建的草图满足形位尺寸要求即可。草图是创建特征的基础,中心线隶属草图的范畴,在草图中起参考的作用,对模型的形状并不起作用。由于SolidWorks具有参数化造型的特点,如果我们在创建草图时使用中心线配合几何关系来约束所创建的二维草图的形状,利用智能尺寸约束整个草图的形位尺寸,表面上看这样做增加了建模步骤,但对以后零件的修改是非常有益的。因为机械零件有很大一部分是具有对称结构的,建立中心线和基准面能很好的保证零件的对称性,同时方便特征建立。下面以汽车起重机的前挂钩(如图1所示)建模为例,阐述学习中心线和基准面建模的思想带来的便利。

接到一个模型我们首先就是要分析模型的几何特点以及可能会出现修改的尺寸。由图1将该零件分解为1侧板、2底板两部分,他们可以通过绘制草图拉伸构建;不同型号的汽车起重机所选材料的厚度不同、安装孔的形位尺寸会变化、45mm的尺寸也会有所不同,根据其三维特征并考虑以上可能需要编辑的参数我们确定建模步骤为:(1)首先根据2侧板的轮廓建立草图拉伸形成三维实体;(2)根据1底板的轮廓建立草图,并建立相应的几何关系智能尺寸,以后需要修改形状时只需编辑这些尺寸数值即可,拉伸形成三维实体;(3)选择2的草图所在面和1草图棱的中点建立新的基准面,镜像2完成零件的三维建模。至此我们已经完成了前吊钩的三维建模,通过以上建模过程我们能很好的去进行编辑,模型不会因尺寸变化而出错,绘制的草图是直接使用图1的dwg文件粘贴的经过简单的修改既可以进行拉伸操作,对于已经有了dwg文件的零件转化为三维模型十分的方便。

四、快捷复制命令

选择需要复制的特征按住ctrl键拖动可复制出所需的特征,在草图环境下选中需要复制的草图按住ctrl键拖动可快速复制出草图,在装配体体中您可以按住ctrl键,拖动一个装配体中的零部件,如此可以在装配体上生成该零部件的另外一个实例,同理对于新建基准面仍可以应用按住ctrl拖动的办法,在双击修改具体的尺寸数值。

五、巧妙添加约束

草图绘制过程中使用最多的就是如何绘制带中心线的对称图形,我们可以使用智能尺寸添加两个尺寸数值;也可以使用绘制一点,添加点与中心线重合约束;使用放样命令时,会发现模型生成错误,不能完成请求,原因在于solidworks的放样命令要求路径与放样轮廓必须相交,如果两个草图之间没有相交则造成建模错误,对于3D草图通过添加重合约束很难保证要求,这时我们添加穿透命令,就一定能保证路径与轮廓相交,顺便强调一下,很多初学者虽然做到了路径与轮廓相交但是人不能放样,这可能因为建立了多个路径,这些路径是在同一个草图上建立的,solidworks要求放样路径为不同草图才能完成建模。

六、使用相机视图

使用photoworks渲染产品最终效果图时,一定要使用相机视图,普通视图渲染出来的图片会出现近小远大的情况,使人看起来不舒服,有一种失真的感觉。调整相机的位置得到的相机视图能真实的表现模型。

七、复杂耦合模型的建立

对于复杂的耦合模型,如果我们分别建立,会使建立过程难于掌握,需要通过大量计算,有时仍不能做到完全配合,这时我们可以考虑整体建模,当构建好整个模型后,通过两次应用拉伸切除命令得到耦合的两个模型如减速机箱体的模型,这样得到的模型能保证完全重合。

八、调整最佳视图

Solidworks为我们提供了多种视图模式,如线框图,隐藏线可见等模式,通过切换可以找到适合建模的视图,如我们需要引用某些不易选择的线时就可以使用线框视图将其选中。但有时需要创建的模型具有比较复杂内部结构仍不能满足需要,这时我们可以定向剖视图,用来观察内部的结构。

九、快速查找断裂的约束关系

在solidworks的使用过程中往往因模型的需要而更改一些特征的建立顺序或是删除一些特征,这样由于父子关系、草图约束条件的存在,可能对后续特征造成影响,这时就需要找到并删除已经不存在的约束限制,只需编辑出错的草图,单击工具栏中的“显示/删除几何关系”的图标找出草图中过定义或是悬空的几何关系。当对话框出现时,单击准则并从其下拉清单上选择过定义或悬空删除所有即可,悬空的几何关系就被取消了。

十、添加工程图模板

Solidworks的默认工程图模板并不符合我们国家的制图标准,通过修改原来的模板为符合我国制图标准的模板格式如标题栏、图层、箭头等,另存为drwdot的模板格式文件,保存位置为安装目录/date/template/文件夹中。另外如果愿意可以加上属性链接,这样可以和实体相关连,重量、文件名等相关的东西在做工程图的时候可以自动生成了。

参考文献

三维建模篇3

【关键词】三角函数真实感海浪建模

1 引言

虚拟现实是当前最热门的技术之一，随着《阿凡达》、《侏罗纪公园》、《星际穿越》等3D电影的普及，虚拟现实技术及行业迎来了前所未有的发展机遇，目前正面临着爆炸式增长。形象、逼真的三维真实感图形建模是虚拟现实的基础，也是其“沉浸感”体验的前提，广泛应用于影视、游戏、医学等领域。三维真实感图形建模与物体所遵循的物理模型密切相关，如海浪波动、导弹飞行、车辆运动等，分别遵循波动理论、飞行动力学、碰撞理论等的约束。只有遵循严格的物理规律，才能有效模拟出逼真的三维模型。

三角函数是一类经典的数学函数，包括正弦、余弦、正切、余切以及它们的反函数等，各类三角函数间有着复杂的变换关系，如和差关系、倍角关系、半角关系、和差化积关系等。同时，三角函数也是一类典型的波动类函数，通过不同频率、相位、振幅的三角函数运算，可以生成不同类型的波函数。因此，三角函数也是波动类真实感图形建模的数学基础，如海浪、电磁波、舞动的旗帜、毛发、飘动的衣物等。

本文对三维真实感图形建模中的一个典型问题――三维海浪的建模进行了研究，分析了海浪建模中的三角函数及其数学描述，基于三角函数建立了海浪波动的物理模型，给出了三维海浪的绘制方法，并基于三维建模软件OpenGL进行了仿真实现。

2 海浪建模中三角函数的数学描述

选取与海浪建模密切相关的三角函数进行讨论：

・时间自变量三角函数描述：

（1）

其中：A为振幅，ω为角频率，φ为初始相位。此公式可理解为波动类物理现象的基本描述，包括电磁波、水波、声波等，复杂的波动方程是该公式的变换叠加。

・和差运算：

三角函数的和差运算主要用于三维建模中的旋转变换，通过极坐标形式，推导出变换前后的对应关系。以下是由公式（2）推导出的二维旋转变换关系（限于篇幅，推导过程略）：

其中，点P1是点P围绕原点旋转β角得到的新点，P1x、P1y分别是点P1的x和y坐标，Px、Py分别是点P的x和y坐标。三维旋转比较复杂，但可以此类推。

3 基于三角函数的三维海浪建模

海浪的本质是一种水体波动，因此遵循波动约束，对海浪进行仿真模拟，必须遵循其物理运动规律。

3.1 海平面三角函数建模

首先定义坐标系：在海平面上，坐标原点为当前视点，X轴正方向为水平向右，Y轴正方向为竖直向前。设海平面是一个等间距采样的网格点，网格交叉点处的Z值为水体高度。如图1所示。

3.1.1 单个波仅沿坐标轴一个方向传播

在X轴和Y轴上传播公式如下：

其中： A为最大振幅，k=2π/λ为波数，λ为波长；ωi=2πf为角频率，f为频率；φ为初始相位。

3.1.2 单个波在坐标平面内传播

单个波在坐标平面内的传播是X轴和Y轴传播的叠加，如下：

其中：θ为波的传播方向与X轴的夹角，其他参数含义不变。

3.1.3 海面波动模型

依据波动理论，将海浪形成过程分为两步：一是不同波长、振幅的一系列波的叠加；二是相同波长但具有不同的传播方向即与X轴的夹角不同的波的叠加。

设网格交叉点处（x， y）的水体高度初始值为A0，则对于海面点（x， y）在t时刻对应的瞬时波高可表示成：

其中：n为不同波长的波数量；m为同波长沿不同方向传播的波数量；A0为初始浪高；Aij为最大振幅；ki=2π/λi为波数，λi为波长；ωi =2πfi为角频率，fi为频率；θj为波的传播方向与X轴的夹角；φij为初始相位。

3.2 三角形组网

公式（6）给出了海平面的波动模型，基于该公式，我们可以仿真海平面任意时刻、任意位置的海浪波高。现对海平面网格进行三角形剖分，以形成几何模型。其剖分规则为：将正方形网格对角顶点按统一方向相连，从而将每一网格规则剖分为两个三角形。如图2所示。

三角形组网完成后，海面将形成由连续三角形组成的网面，每个三角形顶点的高度坐标由公式（6）决定。此时，海面的波浪起伏状态已经完成计算与建模，只需将三角形网按照图形显示的规则进行绘制即可（通常可借助三维图形建模与绘制的工具软件，如OpenGL）。

3.3 实验结果及其分析

在公式（6）中，在零时刻取A0=0、n=40、m=10、Aij=random（0， 1）、ki= random（5， 10）、θj= random（0， 2π）、φij= random（0， π/2）；在采样网格点数为400×400条件下，基于三维建模软件OpenGL模拟生成了动态海浪，如图3所示。

图3是三维海浪的模拟效果。其中，图3（a）是线框模式，从中可以清楚看出海面网格在公式（6）的作用下，其网格点的高低起伏状况；图3（b）是纹理填充模式，在纹理和光照条件下，较好地模拟了真实海浪。从图3可看出，基于三角函数的海浪模拟可获得较高的真实感，随着参数选取的不同，可生成多种类型效果。进一步的考虑是，将风的因素融合进公式（6），从而引入浪的卷曲和泡沫化等特效。

4 结论

三角函数是一类经典的数学函数，由于其具有波动性质，可有效用于波动类三维图形建模。本文对三角函数在真实感三维海浪建模中的应用进行了研究，给出了建模与绘制方法，最后进行了仿真实现。进一步的工作是将该建模方法扩展至电磁、震动等领域的仿真模拟。

参考文献

[1]郭宇承，谷学静，石琳.虚拟现实与交互设计[M].武汉大学出版社，2015（07）.

[2]唐荣锡，汪嘉业等.计算机图形学教程（修订版）[M].科学出版社，1990（04）.

三维建模篇4

当今，城市规划作为城市建设和发展的先驱越来越受城市管理和决策者重视。随着城市建设进程的发展，在城市景观艺术性需求的影响下，城市规划的方法和内容在不断进步。传统的二维结构图和效果图因在表达规划对象建筑风格和主色调上受制约，已不能满足当前需求。作为计算机、地理信息技术、虚拟现实技术发展的集成体，三维城市模型技术成为当前特大城市、新兴城市规划工作的主力。三维模型技术最早是为解决工业设计的某些问题产生的，用在城市管理和地理信息系统上是近些年地理信息技术和硬件技术发展推动的结果。城市三维模型可采用写实和设计等方式表达城市构筑对象的外观形态和纹理特征，能较好地表现对象的主观特点和艺术风格，还能准确记录规划设计的精度、拓扑、语义等特性。因此，通过对三维模型表现目标对象的不同规划方案与周边三维环境进行整合分析可以对各个方案进行较为直观、方便、准确判断。换句话说，与传统二维规划方法相比，采用三维模型进行城市建筑对象的规划在精准度、效果、效率、成功率等方面更有优势。本文以上海市长宁区B32地块为例，对该地块170m超高层大规模建筑多种三维建模方案在规划审批、技术衡量、指标考量、环境融合性、色调柔和性等方面进行了分析，得出了三维建模在城市规划管理中的优势和应用价值。

2三维模型在规划报建方案中的主要优势

采用三维模型制作立体全方位的规划方案报建是近年来城市规划的新方法。它是一种通过把待规划区域的空间结构和现状环境进行虚拟还原并在此基础上置入规划对象的设计方案。它支持多方案的对比分析，最终以最合适的方案完成相应区域的规划设计。这种方式的规划对象可视化更直观，能直接在比选系统中量测规划对象的空间结构和尺寸，可以与周边现实环境能进行纹理、风格、感观的配合度分析，在不同规划方案之间的比较有依据并可以过三维可视化展示系统对规划区域进行各种空间、物理和环境模拟分析。这均是传统二维规划难以实现的。三维模型在规划报建中所表现的全方位无限制可视化特点以及支持多种立体化空间分析的性质为城市的规划设计提供了新的方法和技术，提高了城市规划设计方案的准确性、全面性、适宜性、合理性，为城市规划技术的发展迈出了新步伐。从当前二、三维规划方案设计实践来看，三维模型在城市规划报建设计中存在必然优势。

2．1直观的规划对象三维细节特征

二维线划图、剖面图、效果图表达规划对象的结构、尺寸、纹理和风格是静态、平面的，只能对某个特定方向或部位进行描述，对特征表达不直观，且不容易实现微观细剖。而对象的三维表达则可以通过全方位多角度地立体展示满足视觉效果，并可以在此基础上实现各种规划指标的可视化评判，让非专业人员参与到实质性的规划设计中，提高了城市规划方案的认同感和成功率。这是二维地图与三维地图最显著的区别。

2．2直接的规划数值量测

在城市规划设计中，规划对象的位置、高度、结构等尺寸可能需要根据规划指标要求和设计结构要求进行多次调整，此类调整可能涉及细节结构变化。在建筑类规划设计中，尺寸的变化会引起结构受力的变化，进而可能影响到建筑结构安全和使用功能。因此，在对结构进行调整时，需要时刻关注尺寸数值变化，避免出现超限等不安全因素。在三维系统中，当规划对象三维建模后，可直接在系统中对规划对象的高度、平面、表面、斜距、空间等相关数值进行量测，直观反映对象真实的空间结构细节和尺寸，减小规划设计中尺寸量测的工作量，方便规划物体作结构修改，并可记录修改前后的形态变化量，有效把握规划设计进行。

2．3便捷的纹理、风格、感观配合度分析

在建筑的规划设计中有一项重要工作是把规划对象的建筑风格与周边现状建筑或规划建筑的风格进行配合度分析，用多个小局部的修建性详细规划构建大局部的区域规划，以保证整个规划区的总体思路、特色和艺术氛围，准确表达功能分区的内涵，突出总体上的一致和协同，彰显总体规划特点。传统二维规划在这种需求下力不从心，二维表达的平面视觉制约了其在全方位可视化需求下的应用。而真三维模型的规划设计高仿真地还原了规划区域内的建筑对象和环境，把不同规划方案置入还原后的虚拟现实环境中，将规划对象与周边环境进行纹理、风格、感观等属性的配合度比较，分析规划设计的有效性、合理性、全面性、先进性。这可以使规划设计的过程更高效、准确，规划设计的结果更全面、优质且更贴合实际。

2．4实时的规划设计方案比较

规划设计作为城未来建设和发展的蓝图，通常需要进行大量的策划、研究、设计、比选、分析、控制和协调，局部的规划方案也需符合总体和区域的规划要求。因此，在规划方案的设计和选定过程中通常需要进行多个方案的规划指标比较，不仅包括数值比较，更包括思想、理念、方向、意愿等无形知识比较。三维模型有全方位、多角度、无级缩放等无限制浏览模式，可以完整表达建筑色调、纹理、结构、风格、空间、艺术等特性，能详细记载规划设计对象的详细信息，包括设计者设计意图，可以在系统中直观比较各设计方案与环境现状是否契合，让观者从各种不同视角和尺度剖析、还原、理解、体会设计者的思想，更容易形成共鸣，增加了规划方案的成功率。

2．5方便的空间、物理和环境模拟分析

城市规划设计，关系到环境、经济、社会的可持续发展。规划方案设计过程需要考虑现有的空间、物理、社会等环境要求，也要考虑未来各种环境发展的需要。在进行规划方案的设计时，通常要进行各种空间、物理和环境的模拟分析，如城市冷热桥分析、噪声分析、光污染分析、可视域分析、日照分析、温度场分析等。此类分析对人们的生活生产有重要影响，对城市宜居性、土地升值潜力、道路通达性、区域发展预测、城市改造建设可操作性等方面的研究起到支撑作用。但是，这些分析很难基于传统的二维数据环境得出理想结果，通常需要规划方案的完整三维空间数据体系，包括平面、高程、高度、结构以及相关的物理函数模型等信息。通过系统工具，可以依托规划方案的三维空间结构特性和语义信息，利用几何分析、缓冲区分析、表面分析、统计分析、网络分析等空间算法，模拟、计算规划区域最合理的环境要素指标，从而通过调整形成合适的规划方案，得到理想的设计成果。

3结语

三维建模篇5

关键词：数控机床；仿真系统；三维建模

0 引言

所谓数控，是数字控制的简称，其指的是就是建立在数字化信息技术的基础上，完成对机械运动设备以及加工设备的数字控制，实现自动化操作和管理。而数控仿真系统，其就是通过在数控技术的基础上，完成对真实数控机床的作业的流程和操作环节进行模拟，并结合编程技术实现对数控机床实现全自动化操作，并在构建数控仿真系统的基础上提高操作人员或者编程人员的工作效率。

1 建模思路

在三维建模的过程中，其具体对象为数控机床，通过利用几何原理、空间点离散原理以及数控仿真系统的构建原理，来整理出如下建模思路：

第一，数控机床的本体建立三维模型。以基本硬件设备为基础，从宏观构建到微观零部件的角度完成建模思路的规划，并结合旋转模型对数控机床的真实操作状态进行规则化比对，从而能够更加清晰和直观地描述出数控机床的本体。第二，数控机床加工过程中的动态建模。利用NC码进行实施监控与描写，提取每个时间点的运动轨迹和几何定位点[1]。

2 建模过程

2.1 数控机床本体的三维建模

在数控机床仿真系统的构建过程中，通过利用三维建模中的CSG建模理念，使数控机床仿真系统的总体构建趋于多层次化和多结构化。并在三维建模的基础上将复杂、繁琐建模过程转化为更加清晰、更加明了的简易结构，从而在简易结构的基础上完成简单形体的建模组合，实现数控机床仿真系统的模型构建。在数控机床本文的三维建模中，其具体的建模方法为[3]：

首先，以数控机床的操作规则为基本原则，以实际具体的工作状态进行真实模拟。在理想状态的环境中忽略数控机床内部的传动装置与后备服务装置，从而在最大程度的简化内部要素的结构，实现三维模型构建的程序化。其次，利用三维理念对数控机床的几何结构与物理结构进行区分和划分，对每种结构的内部构造层层细分，在宏观环境下对微观因素按照相似性规则进行详细区分，并利用三维维度进行简化处理，降低数控机床仿真系统构建的难度和复杂度。最后，通过利用三维建模数据库中的几何实体进行模型构建，将具体的立方体、圆柱体以及圆环体等做种几何立体模型与数据库中的具体数据进行比对和配对，在数控技术的基础上实现最优化组合。与此同时，采用方差计算的方式使组合的计算结果更加精确，立足于OpenGL软件内部强大的三维图型库，找到最符合数控机床本体的最佳三维模型，从而完成机床本体的三维建模工作。

2.2 加工过程的动态仿真三维建模

在数控机床的加工过程中，为了使数控仿真系统的动态性能实现最优化发展，通过利用三维建模中的空间离散法，来促使数控机床在加工过程中的数控仿真系统构建的更为精确和高效。在空间离散法的运用下，要将数控机床内部的空间物体转换为不同三维位置的“空间点”，并对这些“点”进行均匀布阵，按照这些“点”分布的具体线条关系连结成三角片矩阵，从而形成了初步的三维建模。当程序处于运行的过程中，要不断按照真实的路径进行重新描写，并对这些“点”的真实属性进行程序化渲染，从而保证数控仿真系统运作状态的自身“分析”能力更加准确无误[4]。

在空间离散法的应用下，对数控机床的车削和三轴铣削进行三维建模并做出进一步加工。首先，数控机床的车削毛坯呈现为圆柱形的状态，且其多利用在打磨和加工机床的回转表面。其次，三轴铣削的毛坯多呈现出长方体的形状，其只有在毛坯体的表面进行加工，因此只具备了独立的加工面。通过在数控机床的毛坯体上进行离散化和三维建模，来构建属于数据机床的仿真系统。下图为数控机床中车削和三轴铣削毛坯的三维立体离散图：

在该图中，以独立面为中心构建三维函数轴，即X轴、Y轴与Z轴，那么在该三维函数轴基础上对车削进行空间点离散化，使其形成三点共面的状态，作为三维建模的基本模型。与此同时，针对数控机床中的三轴铣削设立A、B、C、D四个点，以四个点形成的不同三维空间模型进行细细划分，比如ABD之间的三角网格、BCD之间的三角网格等，从而以网格为单位进行三维建模。当前使用的数控仿真系统多是建立在windows系统基础上，那么在windows的环境下通过利用Visual、OpenGL以及C++6.0技术软件，使数控机床的毛坯体离散化过程得到细节分析，结合数据结构和各个节点的具体数据构建三维模型，实现数控机床仿真系统的多元化建设。

2.3 粒子系统的建模

为了更加真实的模拟数控机床在冷却液喷出状态下的具体工作细节，需要立足于粒子系统，完成细致环节的三维建模，体现液体粒子的冷却状态与运动状态。在粒子三维建模的过程中，要周而复始的完成以下四个环节的工作：母粒子源产生新粒子；准确计算、复核并实时性更新新粒子的基本属性；定位删除死亡（淘汰）粒子；绘制粒子的具体运动线路，从而构成源源不断、持续运作的粒子流。在以上四个环节的循环运动下，完成了更加具体的三维建模工作，这样在粒子系统的基础上，构建了更为清晰、细致化和高度仿真性的数控机床仿真系统。

结论：

综上所述，本文以上通过围绕三维建模的过程进行分析，并结合三维建模技术进行展开探讨。通过结合三维建模技术对数控仿真系统进行真实还原与模拟，形成的三维图示更加具有真实感，并且形成的三维立体Flash实时性与可视性都很强，实现了数控仿真系统研发与运用的高效化与集约化发展。

参考文献：

[1]陆宝春，徐开芸，等人.数控仿真教学系统的研究与开发[J].中国制造业信息化，2013，19：30-33+37.

[2]张天其，于忠海，等人.数控机床三维建模与加工仿真技术研究[J].机械工程师，2014，01：62-63.

[3]邢吉利，李翔龙，等人.数控铣削仿真系统关键技术的研究[J].机械设计与制造，2015，06：170-172.

[4]唐宇鸿，高丽娜，等人.仿真系统中三维建模技术的研究[J].电子制作，2014，19：48-49.

三维建模篇6

关键词：地质空间；三维；动态建模

中图分类号：P628 文献标识码：A

地质空间三维动态建模研究是近些年的研究热点，同时，也是难点之一。按照数据来源可以分为四类，即基于剖面、散点、钻孔和多源数据的建模方法。按照技术层次分为五个阶段，分别是可视化阶段、度量阶段、分析阶段、更新阶段和时态构模阶段，其中前三种为静态阶段，后两个阶段为动态阶段。以多源数据为基础的三维地质动态模型可以通过转化为前三种方法进行分析，所以本文主要讨论剖面、散点和钻孔三种动态建模方法。

1 基于钻孔的动态建模方法

钻孔数据是地质数据中最基本的数据，获取方法也较为简单，直接观察和地下取样即可；同事，钻孔数据也是构建几何模型中不可缺少的原始数据。由于钻孔数据的重要性，基于钻孔的地质三维动态建模也成为了众多动态建模方法中的基础。

1.1 研究进展

在三维地质建模方面的研究中，国内外已经研发了多种建模软件，如国外的地质建模软件GOCAD、多角度立体视觉三维技术MVS 、三维设计软件MicroStation 以及大型三维数据化矿山软件Geovia Surpac；国内的模型主要有三维地学可视化信息系统GeoView、真三维地质模型GeoMo 3D、三维地质建模软件Titan 3DM等等。此后，相继出现了构造-地层格架三维可视化数值模拟、三维岩土工程地基模型、三棱柱模型、Horizon建模方法等研究方法。但以上方法多为基于钻孔的静态交互模型，而本文将主要讨论基于钻孔的动态建模方法。

1.2 地质专控的可视化表达

不同的模型需要的钻孔数据不同，但是对于本文研究中的地质三维动态建模方法中，将钻孔数据分为孔段、钻孔以及钻孔群，加之两个辅助地层对象构成BoreModel钻孔模型。在建模过程中，所有钻孔都将先被归为BoreModel钻孔模型，这也是所有钻孔建模方法的基础。钻孔数据的存放形式是关系型数据库，通常采用Excel和Access、以及SQL Server和Oracle等软件进行存储与管理。钻孔一共有钻孔柱状图、三维的线划表示以及三维立体表示等三种图形表达方式。

1.3 基于钻孔的动态建模方法

利用GeoView 3D软件完成地质空间三维动态模型的构建。钻孔群为多种钻孔数据格式提供了读取的功能，生成的钻孔群里面包含多个钻孔，每个钻孔中又含有多个孔段，孔段的排列在前的为上层的地层，在后的为下层的地层。并根据全球范围的地层序列建立了一个标准的连续地层序列。在实际使用时，可以进行更加详细的划分。该序列为地层层面的构建提供了理论依据。结合地层序列的数据，通过插值法获取的钻孔集合构建地层层面模型。在建模时，要考虑研究区周边的钻孔，也需要将其作为建模的基础数据。约束条件为地质体表面，同时，在地质体内进行了限定网格剖分，然后调整网格的密度简化，从而形成三维地质体。

2 基于剖面的动态建模方法

2.1 研究进展

基于剖面的建模方法属于三维重建方法，应用最为广泛。20世纪70年代，基于剖面的技术被应用于地质方面。之后，Meyres将基于剖面的建模方法归纳为对应问题、构网问题、分支问题和光滑问题等四个子问题。此时的研究多为静态模型。随后，三维地质体动态建模方法从数据结构向地质知识的表述与应用。

2.2 非共面地质剖面数据结构

地质体建模的主要数据来源之一就是剖面，而且，都是一种非共面曲面，其拓扑关系主要通过结点、线、区以及面四个部分，而且设置SectSeries作为管理非共面地质剖面的序列。利用TopoModel实现剖面上的2.5维拓扑关系，随即可得到三维的空间曲面拓扑关系。

2.3 基于剖面的三维地质体动态重构算法

通过曲面2.5维拓扑关系构建，为下一步进行拓扑推理提供基础。然后通过把剖面对比问题转换成拓扑推理问题，将剖面中所有多边形按照推理计算，然后，完成无拓扑变化情况、地层尖灭情况、地层分叉情况以及含断层情况的拓扑推理与建模，进行有效的动态重构。

3 基于散点的动态建模方法

基于散点的动态建模方法的实质是网格剖分技术的问题。

3.1 研究进展

网格剖分始于20世纪50年代的有限元分析，研究技术也从人工剖分转换至网格自动剖分，此后，二维三角网和三维四面体网格剖分技术开始逐渐引起人们的重视。而国内从90年代才开始关于网格剖分方面的研究。

3.2 基于散点剖分的三维地质体动态重构算法

要先将钻孔和剖面等数据进行离散插值，然后将已经分类的地质年代计算每类点集的最小凸包，经过年代顺序相互循环剪裁、剖分之后，进行模型拓扑关系的建立与模型面片与体元的简化，从而构建以GeoModel为基础的基于限定散点集的三维地质体自动重构算法。

目前，对已地质空间的三维动态建模方法还存在很多的不足，但是随着三维GIS的不断发展与应用，将会在三维地质建模的可视化与深化研究方面提供更好的技术支撑。

参考文献

三维建模篇7

[关键词]城区建筑物建筑物三维模型质量控制

[中图分类号] TU205 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-1-239-1

1引言

城市规划中的空间分析需要三维城市模型作为指标衡量和计算[1]的工具，也可以通过精细化三维模型进行规划方案对比，辅助规划决策[2]。数据在组织中占有重要地位，其质量决定了数据的价值。在智慧城市发展背景下，高质量的三维模型数据是三维城市的关键因素之一[3]，不仅有助于三维景观可视化，也能保证空间分析和决策的准确性[4]。本文根据《基础地理信息三维模型生产规范（征求意见稿）》，从模型构建过程及成果方面以郑州市中心城区小范围区域建筑物建模为例，从建筑物模型精度、一致性及完整性角度对模型质量控制进行研究与探讨。

2建筑物模型构建

2.1基础数据

构建以郑州市中原区由嵩山路、中原路、工人路、伊河路四条道路围合的0.36km2区域建筑物三维模型，基础数据由河南省测绘局提供，有：2011年1：500地形图，2012年1：500 shp格式数据，2013年正射影像图（Digital Orthoimage Map，DOM），2013年机载激光雷达（Light Detection And Ranging，LIDAR）点云数据。基础数据由河南省测绘局提供，且均为CGCS2000坐标系统，具有相同的数据单元划分标准。基础数据精度均满足国家标准，在数据源上保证了空间三维模型的几何精度。为数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）由地形图提取高程点所得。

2.2三维建筑物构建

三维建筑物模型构建采用通用的建模软件3DS Max。

（1）在3DS Max中基于地形图数据建立三维模型，需要在CAD数据的基础上用线采集相应模型几何边界，根据在ArcGIS10.1中通过对点云数据处理，得到真实建筑物高度信息及不规则建筑物顶部细节信息，建立建筑物立体模型，根据实地采集纹理照片，进行建筑物立面细节建模。（2）使用Photoshop软件处理从正射影像获取的建筑物顶部纹理，通过该软件对实地采集建筑物纹理进行纠正、除杂、增强等处理，得到建筑物立面纹理。（3）在3DSMax中将纹理贴附相应位置。

3三维模型质量控制

在三维模型构建之前，对模型构建建立统一标准；基于空间数据质量模型[5]，对三维建筑物模型构建过程中的质量进行检查和控制；汇总模型成果，对建筑物模型进行全面检查[6]。

3.1过程质量控制

3.1.1模型精度

空间精度方面，由于建筑物基底多边形采集是基于经过检验的测绘地理信息产品―地形图数据，对于地形图上没有的个别建筑物采用人工钢尺测量的方式获取其基底等数据，这两种方式得到的建筑物基底的平面精度均满足精度要求。通过剔除点云粗差之后，将其结合由点云生成TIN模型对建筑物进行高度测量。在ArcScene中，根据高度测量时自由选择起算面和量测点，测量值存在偶然误差，同一建筑物多次测量值不同，因此对同一建筑多次量高求取算术平均值（如公式1所示）的方法减少建筑物测量误差。

其中i为自然数，表示同一建筑物第i次测量；n为一栋建筑物总测量次数，由经验所得，n值须大于3；hi为第i次测量的建筑物高度值；h为求得一栋建筑物高度值。

属性精度方面，在可视化阶段通过其纹理贴图表现。对纹理特征有无畸变、无障碍物、纹理清晰、明暗和对比度适中等要求。

3.1.2模型一致性

空间一致性要求所使用的基础数据具有一致的坐标系统。结合DOM影像和地形图数据中的属性信息，并实地勘察，准确判断建筑物属性信息，保证建筑物间及建筑物与周围环境间的拓扑关系正确，同一建筑物的相同细节特征表现程度一致。在三维建模软件中，建筑物模型采用统一轴心和坐标定义方式。

3.1.3模型完整性

模型纹理贴图的完整性要求建筑物模型所有表面均贴附正确的纹理信息。

3.2成果质量控制

套合模型数据与正射影像和shp格式矢量数据，人工交互查看其平面位置精度及模型数量的完整性；结合所拍实地照片，通过放大、缩小、漫游等查看建筑物间拓扑关系，建筑物模型及其纹理贴图的正确性和完整性[7]。对有缺面，重面，面闪烁，面与面接边处有白色缝隙等问题需在建模软件3DS Max中修改模型数据，重新导出加载到ArcScene中检查。对于模型数据量较大的建筑物，需要将单个模型数据拆分为多个模型，达到通过在三维平台中组合显示的方式进行可视化。

4总结

本文主要从三维建筑物外观的可视化效果和模型几何信息的真实性角度考虑对三维模型质量进行控制，有效提高了模型构建速度和质量。由于三维模型的需求不仅在于其可视化效果，利用三维模型进行空间管理将是今后智慧城市发展对三维建筑物模型的需求，结合属性信息方面对三维模型数据进行自动模型质量检查和控制将是今后三维模型质量控制研究的重点。

参考文献

[1]曾忠平，李宗华，赵中元等.基于三维GIS的城市规划信息系统研究[J].重庆建筑大学学报.2007.05.26-30.

[2]付亚梁.基于三维GIS的城市空间规划辅助决策支持系统实现[D].昆明理工大学（硕士）.2010.

[3]李华玮.三维城市模型的数据质量控制[D].武汉大学（硕士）.2004.

[4]卞玉霞，谢刚生.三维城市建模过程中的质量控制[J].测绘通报.2011.07.21-23+53.

[5]吴勰.城市三维景观构建及空间数据质量控制方法研究[D].中南大学（硕士）.2007.

三维建模篇8

一、三维建模是三维动画基础教学中的重要一环近年来三维动画以其独特的艺术魅力越来越受到广大人们的接受和喜爱，三维电脑技术在电影、动画片、广告等领域都现实出了其强大的优势。我国对于培养应用型三维动画人才给予了很高的重视，于是目前各大综合性院校都设计了三维动画专业。作为一门新兴的专业门类，各院校专业人士都在积极探索其科学的教学体系和教学方法。三维建模技术在三维动画技术中属于比较基础同时也是比较重要的一环，其重要程度等同于绘画创作中的素描。一部三维动画中从动画角色到场景和道具等都是通过在电脑中用三维软件虚拟的制作而出，而三维模型的质量直接会影响到动画的品质。各大院校三维动画专业中也必定设置有三维建模课程，前人也对如何展开此类教学进行了各种探索。现今一般院校中教授的三维软件大多是Maya、3DSMax等，这类软件是中国大多数动画或游戏公司使用的主流软件，学生学成后可以直接进入上述公司进行实习。有一点值得注意的是在大学四年的课程学习中，学生学习的是一整套动画制作的流程，其中包括了：剧本、分镜头台本、建模、骨骼动画、渲染和后期渲染等内容。在这些教学内容中，建模只是其中的一部分，因此课时量是有限的，而建模是学生进入三维领域的最基础的一步。在以往的教学过程中，我发现能在建模学习中脱颖而出学有所成的学生会使其大大的加深对三维艺术的兴趣，能对其以后其他课程的学习奠定强大的信心；而在这一阶段无法找到学习感觉的学生则会渐渐产生负面思维，会开始考虑自己到底是否合适学习三维动画这个专业。不断改进课程的教学方法，使课程教授的内容更容易使学生接受，让学生能产生兴趣是提高现阶段班级授课制的成材率的根本途径。二、高校艺术类三维动画专业三维建模教学模式的改革与探索（一）明确三维动画建模教学的切入点在三维建模学习中，学生主要要学习两个方面的内容，一方面是模型的三维造型能力，一方面是如何处理模型的布线。一个优秀的模型必然具备以上两点，因为模型造型的好坏是很直观的，直接影响模型的外观，人们一眼就可以很直观的进行评价；而模型的布线则是更为理性的概念，根据模型表面的起伏与走势用四边面进行包裹，布线的好坏将会最终决定模型是否适合动画骨骼绑定的要求。请注意我这里讲的是动画模型，如果只是单单的静帧模型不要求进行骨骼动画就可以不考虑布线走势和布线密度，比如一个cg静帧的角色模型可以为了最求超高的细节致使模型高达几百万甚至几千万个面。动画模型就要在考虑到造型好的同时还要兼顾布线的结构走势、布线的密度和五行点的位置处理等方面，这样才能使模型更好地进行骨骼动画。好的动画模型的造型和布线结构缺一不可，那么在三维建模教学中应该先从哪方面入手就成了一个问题。在传统的三维建模教学中，我认为应该先从训练学生的三维空间造型能力入手。（二）从艺术类学生的特性出发研究更为合理的教学模式如何改进教学方法，提高课程内容与学生的契合度就必须从入学新生的特性出发进行研究。三维动画专业所招学生一般是美术类学生，这类学生在高中阶段就进行了大量的素描与色彩训练，所以已经具备了一定的基础造型能力。在进入大学后很多院校都会选择继续给学生安排一个学期的素描和色彩。这一点是很有必要的，因为毕竟在高中阶段并不是每一位学生都受到过系统完整的美术训练，不排除有通过短期美术强化应试训练进入专业的学生。在入学的第一个学期，所有的学生将会在美术造型上进行提高补差。在之后的一个学期中一般开始陆续进行艺术概论、剧本创作和分镜头台本等课程。诚然如此的教学安排是符合了一部动画片的制作流程，先剧本、分镜再建模动画，但在此期间却不可打断学生造型训练的延续性，如果一个学期都没有美术造型训练，必然会导致学生造型能力的倒退，为以后的建模课程带来弊端。为了加强学生造型训练的延续性，必须在第二学期开始一些课程巩固并继续提高学生的造型能力。在这一阶段最为重要的是要实现学生平面造型能力向三维空间造型能力的转化，因为平面绘画与三维空间造型之间有着几点不同： 1.造型时观察点不同。在平面绘画造型过程中，观察点往往是固定的，比如：画一个人的肖像只需要画出一个面，所以模特是静坐不动的，而绘画者的观察角度也是固定不动；三维空间造型时，因为要制作出一个全息的人物头像，制作者会尽量收集人物的不同角度的参考，并且在造型过程中会将制作的模型进行各种角度的比对，使之与现实中的头相匹配。在这个过程中合理的选择观察角度对于造型也是非常的重要，这也就是学三维专业的学生必须要掌握的基本功。 2.造型的手法不同。在平面绘画中，造型的方法是通过笔触如：线条、色块等营造出黑白灰关系或色彩对比关系以体现画面的体积感与光影感。很多油画高手甚至能画出照片级的画面，使笔下之景物栩栩如生，但画面的载体是纸张或者画布，是处于一个平面之上。三维空间造型是通过在真实或者电脑虚拟的空间中对目标体积上进行增减以达到完善模型的表面形态最终使之达到理想效果，而最终的成品是一件真实的物件。而在一些电脑软件中进行三维空间造型则更加的繁琐，首先学生必须要学习软件的界面，学会如何在软件的虚拟空间中控制观察模型的角度，学会如何在软件中对模型进行体积上的增减，学会理解软件中点、线、面是如何构造出一个模型，最终改变点、线、面在空间中的位置以营造出模型最终的形态。由以上两点可见三维专业的学生如果不进行一定三维造型训练很难很快进入学习三维电脑软件的状态。在素描、色彩课程结束后学生也不适合直接学习Maya或3DSMax等大型三维软件来提高三维造型能力，因为学习一种大型三维软件有以下几点会影响学生的注意力，使之得不到足够的三维造型训练： 1.大一新生对于电脑操作的熟练度存在着较大的差异性。虽然随着人民生活水平的日益提高，很多家庭都配有电脑，但是也不排除家中没有电脑，入学后才购买电脑者。这种差异性会阻碍教学的顺利开展。2.软件的教学一般从软件界面和基本操作入手，学生在学习过程中完全是接受一个新事物，学习的内容完全与之前所学的素描、色彩等脱节，使学生很难在学习中开展知识点的迁移。他们要死记硬背很多的命令和功能键，这些完全分散了学生的注意力，不能得到有效的三维造型训练。#p#分页标题#e# 3.软件的语言也会对学生产生困扰。很多大型的三维电脑软件都是由国外开发的，所以使用的基本语言多为国际通用语言：英语。艺术类学生的共同点之一就是英语成绩不过关，这也大大的增加了教学的难度。三、与时俱进，以引入新兴三维软件来完善三维建模教学体系随着电脑科技的发展，新生了很多新兴的三维软件，其中有些软件将功能重点定位于某个特定区域内。比如近年来诞生的Zbursh、Mudbox等软件，他们以其独特的建模方式完全颠覆了传统的建模方法，以一种类似于雕塑的建模方式迅速得到了广大三维艺术家的喜爱与推崇，其中Zbrush目前在全球三维类软件排行榜上已经爬升到了第二位，可见此类新兴软件的功能之强大。Zbrush完全可以作为雕塑课的后续课程安排在第三学期开始，原因有如下几点： 1.Zbrush的建模方式比Maya或Max等软件相比更接近于雕塑，而且Zbrush建模手段可选性很多，甚至在很多方面比真正的雕塑更加方便和灵活。学生在学习过雕塑再学习Zbrush会有一种亲切感。很多学生都表示雕塑课的作业如果用Zbrush在电脑中完成是非常简单的。 2.通过Zbrush的学习使学生开始接受鼠标加键盘的操作方式，学习如何操控电脑虚拟空间观察视角的改变，为学生以后学习Maya或Max等大型三维软件打下良好的基础。 3.在Zbrush的学习过程中学生可以充分发挥在雕塑课中所学，并利用Zbrush软件的强大雕刻笔刷制作出之前无法制作出的造型。在这个过程中学生会发觉自己的三维造型手段在无限扩展，制作的模型也越来越高端，这很有利于助长学生今后的学习热情。在开展Zbrush教学时，除了教授学生雕刻模型的技巧更要教授学生关于人体、动物解剖的知识，让他们深入了解生物的肌肉骨骼结构从而使学生在进行三维造型时能更加合理更加科学。在经过了雕塑、Zbrush等课程的学习，学生应该已经具备了较高的三维空间造型能力，下一步就可以开始学习Maya或3DSMax等大型三维软件并在此过程中重点学习动画模型布线的原理与方法。四、充分融合几大建模软件的优势，使学生掌握更为全面且灵活多变的建模能力无论是使用Maya或3DSMax，现在比较主流的建模方法为多边形建模，这种建模方法学生在不具备较高三维空间造型能力的情况下很难掌握。虽然现在有很多经典的模型布线图在网络上流传，学生可以根绝这些布线图来进行练习，但往往做出的模型布线正确形状却相去甚远。如果这时在Maya或3DSMax课程中又从头开始教授多边形建模法则落了下乘。我们可以将Zbrush与Maya或3DSMax结合起来进行教学，在Zbrush中使用数百万的面来雕刻模型形态，只考虑模型的形态而不去考虑布线，然后将高精度模型导入到Maya或3DSMax中作为参考，指导学生根据标准的布线参考图重新拖布一个布线密度和走势合理的低精度模型，而这个低精度模型就是适合骨骼动画的最理想的模型。无论Zbrush还是Maya或3DSMax中都具备有将高精度模型的细节烘焙到低精度模型上的功能，烘焙出来的法线贴图或置换贴图装载了高精度模型上的所有细节，也就是说高精度模型上的细节，哪怕是皮肤上的纹理或毛孔都可以完全转化成信息保存在一张贴图中。烘焙出来的贴图可以用于低精度模型上使之在渲染的时候基本还原高精度模型的所有细节。通过这种方法我们将Zbrush与Maya或3DSMax完美结合，在获得合理布线的低精度模型的前提下保留了Zbrush中高精度模型的所有细节。学生掌握了这套流程就可以能动的发挥几大软件的优势，弥补了几大软件不足，而且在这过程中学生经过了反复的练习逐渐融会贯通了造型与布线之间的关系，大大提高建模的速度与质量。学生的建模思维的提升会使他们更快的接受其他的建模方式，这时再教授纯粹的Maya或3DSMax多边形建模，他们会在多边形布线的过程中自觉的不断旋转模型以调整模型的造型，会开始比较几种建模方法之间的各自的优势，最终真正掌握建模的真谛。在过去的两年里，我们从美术类学生的特性出发，将雕塑与Zbrush等课程前置，使学生们在学习新知识的过程有了平稳的过渡，其效果是突出明显。很多学生在雕塑与Zbrush上就已经显现出很浓厚的兴趣，而课程结束时上交的作业质量较往届也有大幅度的提高。一些开始对于三维动画专业不是很感兴趣，摸不到门路的同学在学会了正确的三维观察方法和直观的制作方法后对自己学好专业渐渐有了信心，更坚定了以后学习好本专业其他课程的信念。随着电脑科技的不断发展，各类电脑软件的不断涌现，我们必须要不断及时吸取时代精华，不断对教学手段与教学思路进行改良，努力提高教学质量，最终提高高等院校学生的成才比例，培养出更多的适应社会需要的高质量的人才。

三维建模篇9

【关键词】三维建模技术；实现方法；对比研究

随着经济的发展与社会的进步，极大的促进了科学技术的不断进步，因此其在计算机图形学、相关辅助设计技术以及动画和地理信息系统相关处理等方面采用了日益复杂的模型。对于虚拟场景的建模而言，这是在虚拟技术里首要解决的难题，因为虚拟场景其建模的优劣对于整个虚拟场景的真实感以及沉浸感起着重要作用。若模型较简单，使用的数据量比较小，则不能够完整的展现真实的场景，而设计较为复杂和逼真的场景则需要较多的数据量，这样在三维建模中，不能够实现数据的传输、更新以及显示来同步进行，因此挑选合适的建模技术与方法能够较大的增强工作效率与质量。

对于构建具有真实感的三维场景而言，建模是其首要步骤，具体而言在地理景观体系之中，要集合地理对象在空间之上的具体分布特征，将其分为两种形式，一种是将场地作为基础研究对象，例如地形以及土壤分布等方面，这种对象在空间属于连续分布，从而形成地形景观对象；另外一种形式则是通过离散实体为主要特性的对象，比如建筑物、树木以及电话亭、路灯等方面，这种对象主要通过独立个性而存在，形成地理物体对象，将这两部分共同构成虚拟校园系统的具体场景与模型，在对虚拟校园系统的场景模型进行构建的过程中，主要使用在图形基础之上的虚拟建模技术，以及在图形和图像相混合的虚拟建模技术。

一、三维空间的具体构模方法

本文结合近几年来，国内外众多专家学者充分的分析与研究三维建模技术，通过探究相关对象模型以及构建方法，将三维空间的具体建模技术与方法可以分为以下几种方面：

（1）边界表示法。对于物体的边界而言，其主要包含物体的内部与外部点的分界面，通常而言，可以使用体表、面表、环表、边表以及顶点表这5层进行描述。这种方法主要对物体表面的细节方式尤为强调，认真仔细的记录相关几何信息以及元素，从而得出其细节方式，再通过信息之间的相互连接，来得出拓扑信息，分开的存储几何信息和拓扑信息，保证其完整与清晰，并且能够唯一的定义其物体，构建这种的三维模型，其主要缺点是无法方便的描述不规则的三维物体，在三维空间的操作以及分析描述的比较多。

（2）实体几何构造法。这是一种采用比较简单的以及形状较为规则的几何形体，在结合正则布尔运算方式，从而构造较为复杂的三维实体相关表示方法。对于几何体素而言，其主要经过平移、旋转以及缩放等一些组合变化之后，将其由基本的状态来转变为组合的各种形态，之后再采用正则布尔的集合运算，从而构建中间体，最后把中间体视为基本的体素，从而采用更加高层方面的组合。其拥有简单的优点，比较合适计算复杂的目标，不会出现多余的几何信息。通过这种方式能够记录下来几何实体的原始方面的特征与相关定义参数，另外可以在实体以及体素方面添加相关的附加属性。其主要缺点是无法拥有实体方面的拓扑信息，不能采用唯一性进行描述。

（3）线框表示法。这种方法的优点是具有比较简单的数据结构，且储存量比较小，而无法唯一的表述形体与对象，无法高效的显示其相关是其主要缺点。

二、三维空间构模方法比较分析

（1）在面元模型的基础之上的空间构模方法。这种方法主要对三维空间的实体表面描述比较多，对其模拟的表面而言，主要都是封闭的，也有属于半封闭型的。鉴于采样点主要包含不规则的三角网以及在数据内插基础之上的格网模型，在一般情况下可以用在非封闭形式的表面模型。通常而言，其边界主要用（B-Rep）的模型来表示，而其线框模型则经常使用封闭表面或者是外部轮廓的模拟。采用这种表面，能够用三维空间的目标来显示，其主要优点是方便数据的显示与更新，然而出于三维几何描述以及对于内部属性的记录与描述难以进行，因此很难通过通过三维空间来对其进行具体的查询以及分析。

（2）在体元模型基础之上的空间构模方法，这种方法主要对整个三维空间体进行侧重与表示，比如水体以及云体等方面，采取描述与表示方法，能够具体的实现三维空间的相关目标，其主要优点是方便查询与分析相关三维空间操作，然而由于其存储的空间比较大，计算速度相对而言比较慢，因此在当前使用的比较频繁的三维建模技术通常分为：三维栅格、实体几何构造、四面体格网、实体和块段构模等方面。

（3）在面体混合模型的基础之上的空间构模方法，这种方法能够充分合理的使用各种不同的单一模型来展示在不同空间实体内所包含的优点，从而能够完整、有效的表达三维地质现象，然而由于混合的三维模型具有比较大的数据量，因此为了充分的保持其一致性，可以不断的转换这两种方法，同时对于不同模型进行转换的过程中也存在着比较相近的模型，在某种程度上，甚至难以成立。

结束语

随着时代的发展和科技的进步，极大的促进了三维建模技术的发展，无论在其理论体系建设以及软硬件平台等方面都得到了比较优异的成果。然而在虚拟现实基础之上的虚拟系统需要符合人们今后的需要还有着较远的发展道路。三维建模技术已经在国内许多高校取得了较好的成绩，通过科研人员的研发工作，三维建模技术积累了较多的理论以及实践经验，从而为今后进一步研究打下了坚实的基础。

参考文献

[1]姜学智，李忠华.国内外虚拟现实技术的研究现状[J].辽宁工程技术大学学报，2000.11：203——2.8.

[2]程良永，王永杰，王力.基于成成钻孔数据的三维底层可视化的研究与应用[J].工程勘察，2010.11：36——46.

[3]杨建思，杜志强，彭正洪等.数字城市三维景观模型的建模技术[J].武汉大学学报（工学版）.2008.6：155——162.

[4]朱合华，吴江斌.基于Delaunay构网的底层2D，3D建模[J].岩石力学与工程学报，2005.11：42——51.

[5]宋金星，刘玉芳，文广超.VTK在三维底层可视化中的应用研究[J].测绘科学，2010.7：88——96.

三维建模篇10

关键词：3DMine；三维地质建模；地质信息

中图分类号：O343文献标识码：A 文章编号：

3D modeling study of Xiao Qinling gold mine based on 3DMine

Jiao Xuejun1,2Zhu Jing1,2

(1Henan Engineering Research Center for Information Technology in Geological Prospecting,2Henan General Institute of Surveying and Mapping of Geology,

Henan Zhengzhou 450006 )

Abstract: Based on the domestic mining engineering software 3DMine, establishing XiaoQinLing Mountains ChengCun village gold mine zone 3D model. According to drilling, trenching, tunnels and other exploration data, establishing geological database, using the surface model and solid model of combination built mine rock, ore, tunnel and surface model, realization of the mine ground three-dimensional visualization management.

Keyword: 3DMine; 3D geology modeling; geology information

0引言

传统地质信息的表达方式主要有两种[1]，一种是采用平面图和剖面图来表达，将三维地质环境中的地质现象投影到某一平面（XY平面、XZ平面或YZ平面）上进行表达；另一种是采用透视和轴测投影原理，对三维地质环境中的地质现象进行透视制图，或是将它们投影到两个以上的平面上进行组合表达，以增强三维视觉效果，提高人们对目标体的三维理解。这两种方式都存在着空间信息的损失和失真问题，而且制图过程繁杂，信息更新困难。三维地质建模针对这些存在的缺陷，借助于计算机和科学计算可视化技术，直接从三维空间的角度去理解和表达地质体和地质环境。

三维地质建模[2]，是运用计算机技术，在三维环境中，将空间信息管理、地质解译、空间分析和预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具结合起来，用于地质分析的技术。

本次研究利用的三维地质建模软件是3DMine，3DMine广泛应用于地质、测量、采矿和生产管理等方面，实现了二维和三维界面技术的完美整合[3,4]。本研究借助3DMine实现矿体、岩层、巷道等多种地下地质元素建模，为三维地质信息化提供数据基础。

1 矿区地质概况

本研究的示范矿区位于小秦岭北坡。行政区划上隶属于灵宝市程村乡管辖，有村级公路相连，至灵宝城区41km，有柏油公路相通，灵宝市向西至西安，向东至洛阳，有铁路、公路及高速公路相通，交通便利。（见交通位置图1）。

图1 交通位置图

2 矿山建模技术路线

为了有效的利用与管理地质矿产资料，本次研究提出三维重构方法，本项目的技术路线如下：

（1）确立三维矿山建模方法流程

将国内外三维GIS和三维地质模型的长期研究成果进行归纳、分析和总结，将其从理论上系统化，并根据我省西部矿山特征及矿山勘查管理的需求，本项目决定采取线框模型与3D栅格模型相结合的建模方式构建地层模型、矿体模型及坑道模型，为实现矿山的三维可视化做好技术准备。

（2）选择示范区，对现有成果与资料进行归纳分类，建立矿山资源数据库

选择典型示范区，搜集矿山数据资料，包括钻孔数据、坑道数据、探槽数据、地质地形数据、区域地质数据、地质勘探剖面数据，对这些数据进行分类整理，构建以原始地质资料和勘探成果数据为核心内容的矿山资源数据库，为三维矿山建模做好基础数据准备。

（3）建立三维矿山模型库

选择三维矿山建模软件，采取选定的三维建模方法，对示范矿山进行地表、地层、矿体、坑道的建模，为实现三维矿山可视化建立模型库。

（3）开发三维矿山管理系统

基于三维信息管理平台，建立示范矿山的三维矿山管理系统，实现三维矿山的可视化，并实现矿山三维漫游、三维量测、剖面分析、实体与块体分析等功能。

3 地质数据库的建立

搜集了示范矿区相关资料，包括区域地质图1幅（图2）、地形地质图1幅、勘探线剖面图8幅（图3）、钻孔柱资料14幅、坑道素描图4幅（图4）、探槽素描图21幅（图5），遥感影像图1幅。

图2 区域地质图图3 勘探线剖面图

图4 坑道素描图图5 探槽素描图

4 三维模型的构建

基于剖面的矿山三维重构是利用剖面上大量的点、线信息表达各个层面，进而来构建三维地质体的建模方法。剖面上的点、线信息属于某特定地层、断层、矿体边界[5]。此方法的建模步骤（图6）总体上分为三部分：剖面信息预处理、空间知识库的建立、矿山三维重构。

图6建模步骤

按照上述工作流程，在已有研究成果的基础上，本项目要进行以下几方面的工作：①对现有剖面到三维空间剖面转换方法进行改进，进行剖面误差评价。②对钻孔、坑道、探槽数据处理入库，并进行误差校正，提取各个地层的顶底板坐标，进行距离幂次网格加密，由三维网格点生成DTM，提取DTM边界。③对剖面与DTM边界进行空间不一致性探测与处理。④三维模型库建立与矿山三维重构。

矿山三维模型构建过程：

基础数据资料整理

选择标准的空间参考，对搜集到的地质数据资料进行坐标变化与属性整合，建立统一于中央经线为111度的3度带高斯-克吕格投影系的地质数据库（图7）。

图7基础数据资料

勘探线剖面生成

选择钻孔的开口、探槽壁等空间位置点，对勘探线平面图进行坐标转化，生成三维立体剖面线，为矿体生成提供数据基础（图8）。

图8 生成勘探线剖面

根据剖面生成矿体模型

图9 根据剖面生成矿体模型

对生成的三维剖面线进行三角片线间与线内连接，生成三维矿体模型（图9 ）。

利用顶底板面连三角网，生成岩层实体

图10 生成岩层实体

利用钻孔数据库提取各岩层顶、底板坐标，并对其进行网格加密，然后生成各岩层顶、底板，提取边线，最后连接生成各个岩层模型实体[6]（图10）。

5 块体模型与品位计算

3DMine软件引入块体模型概念是在空间上，在一定的范围内，确定一定尺寸的空间块体，相对应的块体都有一个质心点，在质心点上可以存储所有属性；同时，引进次级模块的概念，保证矿体边缘的块体尽可能地与矿体界线（曲面）相一致，从而得到准确的报告值。与地质统计学相结合，是应用数学方法对品位分布进行估值，是块体模型的重要特点之一。由于品位分布是在资源中受地质因素控制而明显存在的，从而形成一定约束条件下的品位模型。在资源储量估算中，利用块体模型可以准确地进行资源量和品级报告。

距离幂次反比法[7]的一般步骤为：

1.以被估单元块中心为圆心、以影响半径R做圆，确定影响范围（三维状态下，圆变为球）；

2.计算落入影响范围内每一样品与被估单元块中心的距离；

3.利用下式计算单元块的品位Xb ：

（公式1）

其中，xi为落入影响范围的第i个样品的品位；di为第i个样品到单元块中心的距离。

本次实验的原始报告中矿体体重为1405.60kg，其中，（332）矿石量13.61×104t，金金属量386.17kg；（333）矿石量31.73×104t，金金属量1019.43kg。

通过矿体模型计算得到金金属量为1600 kg，误差在12%左右（图11）。

图11 矿体品味

6 结论

1）通过研究与示范区实践，掌握了地质元素的建模方法与流程，即采用钻孔数据为主的地质数据，建立以三角片为基础的面状模型与四面体为基础的体模型相结合的方法来体现地质体的外观形状与内在属性信息；

2）通过矿区、岩层、矿体、巷道的三维地质建模，实现了三维地质可视化，并对地质勘探与采矿起到一定的指导作用。