時間：2022-04-15 18:09:13
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇三維數字化論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：虛擬現實；數據采集；檔案數字化
中圖分類號：TP311.1文獻標識碼：A 文章編號：
the Application and Research ofWorkflow Model in the Construction of Digital Estate Management
System
SUN De-chao, SHEN Xu-dong
(Ningbo real estate property section, Ningbo315100, China)
Abstract: This article takes the paper file digitization as a starting point, through the establishment based on digital image's three dimensional file virtual system model, utilizes the technology of imagery processing, WEB application and virtual reality and so on, realizes the function of the digital image gathering input, processing, the memory and the three dimensional virtual call, and this function supports the B/S pattern .
Key Words: Virtual reality; Data acquisition; File digitization
1 引言
信息技術的快速發展與廣泛應用給檔案工作帶來新的契機和新的研究課題。檔案作為一種原生的信息資源，其重要性正日益凸顯出來，采用先進的信息技術對檔案進行管理，開展檔案數字化系統建設勢在必行。目前國外的檔案數字化建設在檔案管理信息系統的建設方面比較成熟，關于網絡環境下的數據庫、搜索引擎、檢索服務、信息資源共享、三維虛擬等方面技術在檔案管理中的應用研究比較活躍，已經達到新的。相比較，國內的檔案數字化建設相對滯后，在檔案管理信息系統的建設方面尚處在起步的階段， WEB技術與虛擬現實技術方面在檔案管理中的應用非常局限，雖有虛擬檔案館一詞，但僅僅停留在展示方面，還未真正達到有效虛擬管理作用的目的，有關檔案管理的三維虛擬現實方面的課題研究剛處在起步階段。因此，建立檔案管理的三維虛擬現實系統有重要的現實應用，將對檔案管理模式產生深遠的影響與變革。
目前中國許多檔案部門著手進行擋案的數字化工作，檔案整理工作量龐大，設計一套有效的檔案數字化模型是非常必要及時的，對檔案數字化工程的推進有著非常重要的意義，通過數字圖象三維虛擬系統模型的建立，可保護實物檔案形成電子檔案，有助于電子查閱和網上瀏覽，降低辦公成本，提高檔案管理效率，而且使用直觀方便，接近現實世界。
2 系統實現
2.1 主要內容介紹
系統深入研究檔案數字化進程中的檔案三維虛擬現實管理問題，包括紙質檔案的拍攝或掃描采集錄入系統與檔案電子庫房的三維虛擬管理如虛擬檔案袋與檔案架的創建、上架下架位置排列與虛擬檔案袋的調閱等問題，充分利用理論、硬件、軟件與技術應用相結合，對檔案的三維虛擬現實管理方面進行獨特而全面的研究。
系統主要運用Visual Studio 2005和.Net框架建立一套基于B/S模式的數字圖象三維虛擬現實系統模型，主要分成兩大塊：電子檔案數字圖象的采集錄入系統與三維檔案虛擬現實系統。系統實現工作流程如圖1所示。
圖1 系統工作流程
電子檔案數字圖象的采集錄入系統主要是通過錄入系統程序客戶端運用USB接口控制技術控制數碼相機或高速掃描儀進行檔案紙質材料的拍攝或掃描錄入，以TIFF/JPEG等主要圖象格式進行數字圖象的分布式存儲并上傳到文件目錄服務器與數據庫服務器，為三維虛擬現實管理系統提供數據來源；三維虛擬現實系統主要建立三維虛擬檔案袋與虛擬檔案庫，根據檔案的空間位置信息與上架信息，通過虛擬檔案袋載入數字圖象信息，自動形成三維圖形展示的檔案庫房密集架直觀圖，通過該圖可以直接定位檔案的具置，可以直接對該卷電子檔案進行操作，如調閱、遷出、銷毀、借閱登記等，實現三維電子檔案的模擬實物查詢與操作，以簡化檔案管理的業務工作環節。
2.2 關鍵技術
(1)USB接口控制數碼相機技術：支持JPEG、GIF、PDF、BMP、DWG、DXF、TIFF等多種圖象格式，支持黑白二值、灰度和彩色拍攝或掃描錄入，支持多種數碼相機或高速掃描儀的錄入接口，支持遠程服務應用，能進行拍攝或掃描模板及參數的設置。
（2）數字圖象處理、圖象存儲安全與圖象壓縮技術：能對圖象進行縮小放大、去噪去污等處理，以保證圖象質量；鑒于檔案種類繁多，數據量龐大，考慮到虛擬現實管理的實時性與快速性，本系統具有高效圖象處理的功能，并采用LZW無損壓縮算法對彩色數字圖象進行高比例無損壓縮存儲，以滿足數字圖象訪問速度的需要，具有良好的實時性、擴展性和伸縮性。
（3）虛擬電子檔案袋建立技術：將文本數據與圖象數據關聯，存取在虛擬電子檔案袋中，形成完整的電子檔案；
（4）三維虛擬現實技術：能形象逼真地模擬檔案的查詢與調閱；三維虛擬現實提供電子庫房虛擬管理和虛擬檔案的調檔查閱，具有生動逼真和模擬實物檔案管理的效果。同時，具有虛擬檔案位置信息大變動調整速度比實物檔案位置信息大變動快的得多。。
（5）數據庫存取與數字多媒體技術：能實現圖象文件的分布式存儲 ，能快速讀取圖象數據；支持聲音，實現多媒體漫游；
3 結論
該系統針對數字化檔案工程，提出了用三維虛擬現實技術、USB接口技術、圖象處理技術和WEB技術相結合來解決電子檔案數字圖象采集、存儲、三維虛擬調閱等問題的方案，給檔案數字化管理提供了有力的應用工具，有利于信息共享，大大提高了數字化效率,圖2為系統在寧波數字化檔案管理使用過程中虛擬現實的圖片。該作品具有較好的前瞻性和實用性，不僅局限于檔案領域，可以擴展到多種行業多種領域，具有很好的使用價值、社會效益和市場前景。
圖2 虛擬現實系統
參考文獻
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[2] 古玲,苑志勇.基于B/S結構的檔案管理信息系統研究貝華[J].華中科技大學學報,2005,1.
論文關鍵詞:原圖處理數字化繪圖數字攝影測量技術
論文摘要:文章根據工作中的一些實踐,簡要介紹了數字化技術在原圖處理和攝影測量中的應用特點和一些要注意的方面,希望能給同行們作一些經驗參考。
傳統工程測量技術的服務領域主要包括水利、交通、建筑等行業,隨著計算機、網絡技術的發展、測量儀器的智能化,數字化測繪技術得到了廣泛的應用,而全球定位系統(GPS)、地理信息系統(GIS)、攝影測量與遙感(RS)以及數字化測繪和地面測量先進技術的發展,測量數據采集和處理的逐漸自動化、實時化和數字化,工程測量的服務領域也應進一步延伸,以滿足不斷提高的社會需要。
一、數字化技術在原圖處理中的應用
(一)原圖數字化處理
在建立各種GIS系統時,需要對原有地圖進行數字化處理,對于原始地圖,若其現勢性、精度和比例尺能滿足要求,就可以利用數字化儀對其進行數字化處理工作。當前主要有手扶跟蹤數字化和掃描矢量化、GPS數據輸入三種方法,手扶跟蹤數字化需要的儀器為計算機,數字化儀及相關軟件,是較早的一種數字化輸入方法,輸入速度較慢,勞動強度也較大。掃描矢量化是通過掃描儀輸入掃描圖像,然后通過矢量跟蹤,確定實體的空間位置。隨著掃描儀的普及和矢量化軟件的不斷升級,其作業方法越來越趨于自動化,它是一種省時,高效的數據輸入方法。GPS輸入是依據GPS工具能確定地球表面圖形精確位置,由于它測定的是三維空間位置的數字,因此不需作任何轉換,可直接輸入數據庫,目前主要是應用RTK(RealTimeKinematics-實時動態)技術,它是在GPS基礎上發展起來的、能夠實時提供流動站在指定坐標系中的三維定位結果,并在一定范圍內達到厘米級精度的一種新的GPS定位測量方式,通過將1臺GPS接收機安裝在已知點上對GPS衛星進行觀測,將采集的載波相位觀測量調制到基準站電臺的載波上,再通過基準站電臺發射出去;流動站在對GPS衛星進行觀測并采集載波相位觀測量的同時,也接收由基準站電臺發射的信號,經解調得到基準站的載波相位觀測量,流動站的GPS接收機再利用0TF(運動中求解整周模糊度)技術由基準站的載波相位觀測量和流動站的載波相位觀測量來求解整周模糊度,最后求出厘米級精度流動站的位置。應用這種測量方法測量可以不布設各級控制點,僅依據一定數量的基準控制點,便可以高精度快速地測定圖根控制點、界址點、地形點、地物點的坐標,利用測圖軟件可以在野外一次生成電子地圖。同時,也可以根據已有的數據成果快速地進行施工放樣。而實際應用得較多的主要是數字掃描矢量化軟件,針對大比例尺地形圖,大多數掃描矢量化軟件能自動提取多邊形信息,高效、便捷、保真的對地圖進行數字化處理。下面簡單介紹MAPCAD軟件的原圖數字化處理作業流程。
(二)數字化原圖作業流程
由于MAPCAD軟件掃描矢量化輸入方法具有圖像清晰、編輯方便、易于轉換等特點一般外設精度都能滿足,所以地形圖的精度主要取決于人工跟蹤精度和輸出設備精度,而人工跟蹤精度主要取決于作業人員的技能掌握熟練程度和工作態度,所以必須在加強作業人員基本技能培訓上下工夫,要求工作人員嚴格按矢量化方案作業,確保圖件的精度和質量高于國家現行數字化測圖規范所規定的數字化精度和質量。在工程測量實踐中,要做好地形圖外業測點與數字化圖縮放相結合、符號圖層的劃分子圖、線型符號庫的設計等工作保證滿足工程進度的同時又節約項目經費,設計出的數字地圖簡單易用、美觀整潔、易于使用地形圖的工作人員判讀。
二、數字化繪圖
(一)數字化繪圖的特點
大比例尺地形圖和工程圖的測繪是傳統工程測量的重要內容,數字化繪圖克服了手工繪圖存在的許多弊端,如工作量大,作業艱苦,作業程序復雜,煩瑣的內業數據處理和繪圖工作,成圖周期長,產品單一等缺點,符合現代飛速發展的工程需要。目前,數字化成圖技術主要有內外業一體化和電子平板兩種模式。內外業一體化是一種外業數據采集方法,主要設備是全站儀、電子手簿等,其特點是精度高、內外業分工明確、便于人員分配,從而具有較高的成圖效率。具有以下的特點:
1.一測多用:如在一些綜合性較強的工程中需要對同一地形圖繪制不同比例尺的地形圖,過去的平板測圖方法則需要重復工作,而數字化測圖則可以同時根據完成的地形圖繪制不同比例尺的多個地形圖,因為往往小比例尺包含了大比例尺地形圖測圖范圍。僅需先測大比例尺圖范圍,再補充小比例尺測圖范圍即可滿足各不同專業人員對不同比例尺的地形圖的需要。
2.精度高:數字化成圖系統在外業采集數據時,利用全站儀現場自動采集地形地物點的三維坐標,并自動存儲,在內業數據處理時,完全保持了外業測量的精度,消除了人為的錯誤及誤差來源,而且外業工作省略了讀數、計算、展點繪圖等外業工序,減少了作業人員,外業工效大大提高,時間縮短,直接生產成本大幅度下降。
3.勞動強度:小數字化成圖的過程,減輕了作業人員的勞動強度,使生產周期大大縮短,能及時滿足用戶的要求。
4.便于保存管理及更新方便:數字化產品既可以存儲在軟盤上,也可以通過繪圖儀繪在所需的圖紙上,線條、線劃粗細均勻,注記、字體工整,圖面整齊、美觀。且便于修改,能更好地保證圖形的現勢性和不變形性,避免重復測繪造成的浪費,增加地形圖的實用性和用戶的廣泛性。
(二)外業數據的采集
在采集數據時,數據采集人員要準確應用地物代碼,以免在內業成圖時出現錯誤;在觀測開始時,相關工作人員需嚴格按照要求應對測站點進行檢查,跑尺人員應嚴格按照自動成圖的要求作業,確保能完整地描述地形地貌的特征點,必須通過繪制草圖來表明各個地物碎部點的屬性及相互關系,測量坎子時,要量取坎子比高,坎下也要進行地形點采集。當一個測區完成后,如果有必要可把數據備份。
(三)繪制內業數據處理
無論是工程進程各階段的測量工作,還是不同工程的測量工作,都需要根據誤差分析和測量平差理論選擇適當的測量手段,并對測量成果進行處理和分析。
三、工程測量中的數字攝影測量技術
數字攝影測量是基于數字影像與攝影測量的基本原理,應用計算機技術、數字影像處理、影像匹配、模式識別等多學科的理論與方法。就攝影測量本身而言,從測繪的角度上來看數字攝影測量還是利用影像來進行測繪的科學與技術;而從信息科學和計算機視覺科學的角度來看,它是利用影像來重建三維表面模型的科學與技術,也就是在“室內”重建地形的三維表面模型,然后在模型上進行測繪,從本質上來說,它與原來的攝影測量沒有區別。因而,在數字攝影測量系統中,整個的生產流程與作業方式,和傳統的攝影測量差別似乎不大,但是它給傳統的攝影測量帶來了重大的變革。
目前通過在空中利用數字攝影機所獲得的數字影像,內業使用專門的航測軟件處理,進行的航空攝影測量是大面積、大比例尺地形測圖、地籍測量的重要手段與方法,在計算機上對數字影像進行像對匹配,建立地面的數字模型,再通過專用的軟件來獲得數字地圖。該方法的特點是可將大量的外業測量工作移到室內完成,它具有成圖速度快、精度高而均勻、成本低,不受氣候及季節的限制等優點。特別適合于城市密集地區的大面積成圖。但是該方法的初期投入較大,如果一個測區較小,它的成本就顯得較高。但可以說是今后數字測圖的一個重要發展方向,未來社會要求的是可以提供數字的、影像的、線劃的等多種形式的地圖產品。并且隨著全數字攝影工作站的出現,加上GPS技術在攝影測量中的應用,使得攝影測量向自動化、數字化方向邁進。
關鍵詞：虛擬，WebGIS，網絡虛擬GIS
1.引言“數字校園”是繼“數字地球”、“數字城市”后提出的概念，它是一種集數字化、信息化、可視化等多種技術為一體的計算機管理應用系統，而數字虛擬校園是其中最重要的部分。
數字虛擬校園系統不僅能將空間信息和非空間信息集成在統一的信息平臺上進行管理和分析，而且，以地理空間數據為基礎，以地理信息系統中的空間分析方法為手段，還可以開發各種應用模塊，為學校的發展規劃、資源優化配置、突發事件的處理等提供決策分析方面的支持。因此，建立一個完整的、系統的校園地理信息系統平臺就更加重要了。論文參考。
校園地理信息系統的建立，提高了數字校園的集成度，用戶不但可以隨時獲得所需的信息（其中包括基礎設施建設信息和應用系統信息等），而且有效地提高了高校的管理水平，這是手工分散管理所無法比擬的。我們正是充分利用GIS這一科學的工具來實現對高校的科學的、動態的管理規劃工作，使用虛擬校園系統管理后，將會方便、快捷的實現對校園的管理。利用WebGIS技術將校園信息到網上，方便了同學、老師及其校外人士對校園信息的查詢。
2.虛擬現實技術地理信息系統（GIS）是用于采集、模擬、處理、檢索、分析和表達的地理空間數據的計算機信息系統。隨著信息技術的發展和人們對GIS需求的不斷增加，基于Internet技術的GIS—WebGIS應用而生。WebGIS實際上是在Web上實現GIS的功能，也就是將GIS綜合進Web以進行信息。論文參考。從互聯網絡的任意一個用戶上使用瀏覽器就可以瀏覽WebGIS站上的空間數據、制作專題地圖，進行地理信息的空間分析和空間查詢，從而給Web的信息加上了GIS這一直觀工具，使人們通過Web瀏覽查詢信息更方便，也使GIS通過Web得到了普及。
GIS技術同虛擬現實技術和科學計算可視化的結合，拓展了多維GIS、特別是三維GIS研究的內涵，提供了全新的空間數據分析模式和新的GIS應用模式。當前國際上把這種結合虛擬現實技術和科學計算可視化而設計的多維GIS稱為虛擬GIS（VirtualGIS，簡稱VGIS）。人們可以充分利用虛擬GIS提供的“逼真”圖形顯示和高級的交互分析手段，充分發揮人在圖形空間思維能力上的優勢，探索數據分析，解決地學問題。同時，虛擬GIS拓展了在時間維上的表達能力，結合地學分析模型，虛擬GIS為過去和未來的某一地理場景提供了更為便利的手段，從而為發展高級的空間決策支持環境提供了可能。
與網絡相結合是當前虛擬GIS發展的方向。目前網絡虛擬GIS主要采用兩種架構方式：一種是以網絡GIS為基礎，將虛擬現實系統同GIS的Client端連接起來，在虛擬現實系統中提供簡單的空間分析功能或是將GIS的分析結果轉化為虛擬現實系統支持的數據格式，供虛擬現實系統觀察；另一種是基于分布式虛擬現實系統，在虛擬現實系統中擴展空間數據類型的支持能力，提供簡單的空間分析功能。
3網絡虛擬校園GIS的系統設計網絡虛擬校園GIS的構建涉及用戶、應用程序和數據三個方面。根據上述三者之間的相互關系，可設計系統結構；考慮用戶需求，在客戶端，可設計用戶界面和系統功能；根據系統功能和特征，在服務器端，可設計數據庫服務器和應用程序服務器；根據許昌學院網絡虛擬校園GIS的數據維數、類型、大小和特點，可設計基于VRML的三維地理對象模型和數據流，同時還應考慮到系統的維護和網絡的安全性問題。
3.1 系統結構網絡虛擬校園GIS應采用Client/Server結構。在服務器端，包括數據庫服務器和應用程序服務器；在客戶端，包括HTML瀏覽器、VRML瀏覽器和應用程序，其中應用程序包括用戶對話交流管理模塊、數據量測模塊、二維圖形顯示管理模塊等。
用戶的任務處理，有的在服務器端執行，有的在客戶機端執行。如果在服務器端，服務器接受請求后，運行服務器端應用程序，待處理完成后，就把結果傳回到客戶端。在客戶機端由應用程序執行。用戶對話交流管理模塊用于管理用戶的對話輸入、談話對象實時選擇、三維化身表情動作選擇等。客戶端的HTML瀏覽器，可以采用InternetExplorer；VRML瀏覽器可以采用Cosmo Player。它們均可從因特網上免費下載，從而可以把工作重點放在負責地學數據的準備、建模，以及數據查詢、分析的應用程序設計上。論文參考。客戶端的VRML瀏覽器與客戶端的應用程序的相互通信與交互，可采用VRML EAI(ExternalAuthoring Interface) 方式實現。
3.2 數據庫服務器和應用程序服務器網絡虛擬校園GIS的服務器端包括數據庫服務器和應用程序服務器。而應用程序服務器是網絡虛擬校園GIS的核心部分，包括VRML世界生成服務器、數據處理和分析服務器與多用戶管理服務器等。
網絡虛擬校園服務器在接到用戶的請求后，根據顯示范圍大小，要求的空間分辨率、屬性分辨率，顯示范圍內地理目標的選擇等參數，動態地與數據庫服務器連接，把相應的地理對象數據取出并轉換成VRML世界模型，供用戶瀏覽與交互。數據處理和分析服務器是執行地理對象的查詢、增加/刪除/編輯后的地理對象管理和地理空間計算與分析（如最佳路徑分析）等。
3.3 數據流網絡虛擬校園GIS的建立，從數據流角度，包括三維源數據、三維地理對象和VRML世界三個方面。三維地理數據的采集，可以通過野外測量、地形圖數字化和數字攝影測量等方法獲取。一般應用CAD和GIS等技術獲取，但用這些系統表達三維源數據時，由于主要考慮表達地理景觀的完備性，而對數據三維顯示與處理的效果與效率考慮較少，所以較難通過直接轉換應用于VRML世界的構建。對于三維地理對象，我們應用面向對象模型的方法，根據三維源數據，建立三維地理對象模型。三維地理對象的建立，必須考慮VRML世界的實時可視與分析，即需考慮觀察者的存在與實時感覺，一般要應用多層次法表達。
3.4系統維護和安全性問題網絡虛擬校園GIS運行在Internet-Web上，可能會出現安全問題，所以必須采取一定的安全措施。防火墻作為對系統的訪問的控制是十分重要的有效方法，訪問控制是由許昌學院網絡虛擬校園GIS系統管理中心統一嚴格管理，屬強制性控制。同時可以建立服務器端的用戶日志記錄，跟蹤用戶對系統的訪問情況；還可以運用信息加密/解密、身份驗證等現代密碼技術，來保障網絡和系統的安全。
4總結與展望
虛擬GIS是在傳統多維GIS系統基礎上發展起來的新型的GIS系統，虛擬GIS在擴展GIS應用領域的同時，也給GIS設計帶來了新的問題，特別是網絡虛擬校園GIS的設計更需要研究。本文旨在建立一個網絡虛擬校園GIS的設計方案，所做的工作還是比較初步的，還有許多尚待解決的問題。
參考文獻
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關鍵詞 三維數字地形圖；三維空間數據；實時獲取
中圖分類號 TP39 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2014）106-0217-03
0 引言
三維數字地形圖是三維GIS和虛擬現實技術VR的技術與數據基礎，是能夠實時獲取三維空間數據的重要手段，由此可以進一步開展三維空間數據的可視化操作，或者讓三維影像地圖得以制作出來。較之于傳統的二維數字地形圖，三維數字地形圖是一種使用更加簡便，應用更廣泛的矢量或線劃地形圖，它不受繪圖空間的局限，促使二維數字地形圖被三維的地理空間信息所取代，進而能夠從三維空間的角度對真實復雜的客觀世界進行理解和表達。
從現實層面來看，現實世界不僅有鱗次櫛比的地上高樓大廈，而且還有密如蛛網的低下管線，立體化呈現縱深發展趨勢，為了實現立體表達、精細管理和科學決策之目標，就迫切需要三維地理空間對這些“上天入地下海”的現代人類活動進行支撐。三維數字地形圖能夠使計算機存儲、運算、處理信息的能力和屏幕可視化表達的優勢得到進一步發展，在具體操作上， 能夠通過人機交互方式來便捷地應用于查詢、瀏覽、分析立體地圖甚至動態地圖信息，并使操作者能夠更直觀、更豐富地對空間地理環境信息進行模擬再現，因此，在計算機三維可視化發展基礎上，用大比例尺針對小區域地理空間信息（例如：物體的空間立體結構、形狀以及所處地形的高低起伏細節）進行形象、完整、直觀、精細地表達。可見，三維數字地形圖是實施獲取三維空間數據的一個有效方法。
1 三維數字地形圖的主要特征
其一，三維數字地形圖不僅能夠準確地將制圖區域內地表中的微小的高低起伏狀態準確定位，而且還能對其地上物的空間立體形狀和結構給予準確體現。
其二，三維數字地形圖的表達媒介將是電子形式或者數字形式取代傳統的紙質形式的模式。
其三，三維數字地形圖較之于三維地理信息系統（3DGIS），兩者之間既有聯系，也有區別，具體而言，三維數字地形圖主要用于工程規劃和設計，主要關注的是實時獲取三維空間信息，并且涵蓋三維地形可視化以及地物的繪制等工作，從而使三維數字地形圖的可編輯、可操作功能得以實現，而三維地理信息系統則主要側重于實現三維地理信息的數據管理與分析的功能，側重于三維空間數據建模領域。
其四，三維數字地形圖通過對三維離散點采用矢量或者線劃地圖的形式來顯示地形以及其地上物的空間立體結構，在反映地上物的平面位置以及垂直方向的高度時，比例尺一般為1：1。
其五，三維數字地形圖能夠對空間地理信息進行較為直觀、細致、精確、細致的反映。常用的三維數字地形圖比例尺為諸如 1：500、 1：1000和 1：2000的大比例尺。
2 三維空間數據的實時獲取技術
三維數字地形圖在對地形地物進行精細、直觀、形象、完整表現的同時，促使測繪技術面臨著更大的挑戰。因為三維空間數據對地理信息完整、精細的表達建立在大量和細致的數據采集基礎上，因此較之于二位數字地形圖，采樣點相對更加密集，這就決定了三維數字地形圖不但要對地物與地形的特征進行收集，而且還要涵蓋地物的高度。所以，下文將具體論述目前常用的三維數字地形圖空間數據。
2.1 基于點方式的數據獲取技術
1）傳統測量技術。
即使在測繪技術快速發展的今天，作為空間定位的基本手段之一的傳統測量技術仍然無法被其它手段取代。傳統測量技術主要包括全站儀測量技術、數字化水準儀技術、電子經緯儀技術以及被稱之為“測量機器人”的全自動電子全站儀測量系統，特別是針對全站儀測量技術來說，它是比較理想的方式，在采集三維數字地形地圖方面，不僅可以直接獲取2D坐標數據（x，y），還能夠直接在自然表面上測量和獲得被測點的3D坐標數據（x，y，z）。此外，全站儀測量技術能夠針對高程數據z坐標值獲取高精度數據，因此適用于大比例尺、小范圍的要求高精度的三維數字地形圖。因此，全站儀定位測量技術至少包括如下優勢：一是效率高，不同于傳統的人工數據采集方法，該項技術所采集的全部測量數據能夠自動傳輸到計算機上，并自動成圖；二具有很好的經濟效益，這項技術能夠自動化的實時的對3D坐標數據進行測量，所以在提高工作效率之時有效降低資源耗費；三具有較高的可靠性，因為要觀測每一條邊長，所以抵抗粗差的能力得到了明顯提高；四有較高的精度，全站儀適合用于大比例尺、小范圍的精度高的空間數據更新，因為它比同等級的三角鎖/網的點位精度提高；五是具有靈活的布點，這項技術區別于三角鎖/網要求具備有利的幾何圖形，所以在礦井、林區等復雜的情況下都能進行定位測量。
2）衛星導航定位技術
衛星定位與全站儀集成的技術會成為未來測量技術發展的重要趨勢之一， GPS（Global Positioning System）最初是由美國國防部研制開發的，能夠進行授時與導航定位功能，等距分布在6個軌道面上的高度約20200km的24顆衛星構成了它。現今，正在運行的全球定位系統（Global Navigation Satellite System，GNSS）有俄羅斯的全球定位系統（GLONASS）和美國的全球衛星定位系統（GPS），前者因為經濟上存在問題，所以沒有連續性的進行實時定位。此外，我國在2001-2002年期間成功研制了” 中國北斗衛星導航廣域增強系統”，該系統能夠實現中國及周邊海域的區域定位導航功能。
在具體工作的實踐運行過程中，傳統控制測量工作的工作量和工作強度都很大，尤其是在地標不明顯以及不具備地面測量控制點的情況下，測量工作面臨著極大的困難， GPS定位的優勢也就由此得到了體現，在沒有遮蔽的條件下實時定位速度快，抗干擾性能好，幾乎不受地形、地物、天氣的限制，能夠在不依靠地面控制點的狀態下開展工作，因此大大提高了傳統測量工作的效率。
GPS目前在我國已成為控制測量的主要手段，自GPS技術出現之時至今，國內科研人員研制成功了差分GPS 技術，使GPS的定位精度得到進一步提高，應用領域也進一步被拓寬，同時也大大提高了原有GPS的精度。隨后又產生了實時動態測量技術（Real Time Kinematic，RTK），但由于該項技術受制于城市中衛星信號接受不足以及高程異常等不利條件的限制，因此在獲取地物的高度值h時，還存在一些障礙，這也是今后需要進一步研究的地方。
3）激光測量技術
激光和電子技術的不斷進步，讓激光測量技術朝著動態性的實時跟蹤測量的方向邁進，并且逐步出現了三維立體量的測量。早在20世紀末，法國的MENSI公司和美國的CYRA公司將激光技術運用在了3D測量領域中。借助于高速激光掃描測量的手段，激光測量技術高分辨率、大面積地被測空間對象表面的三維坐標數據（x ，y，z）進行迅速獲取，從而促使物體的三維模型能夠迅速構成。由此可見，激光測量技術具有以下優勢：一是實時性：激光測量技術不用考慮空間與時間的因素，借助于自身發射的光對相關的空間信息進行真實的獲取；二是穿透性：激光掃描技術能夠在一瞬間在某區域內能夠獲取大量的、能夠反映目標地物不同層面采樣信息的采樣點；三是高密集性，借助于對地物目標進行直接掃描的手段，激光掃描技術能夠得到空間信息的基本特征，能夠得到點距很小的采樣點，因此密集程度高；四是不需接觸：激光測量技術可以在不用接觸被測量的對象的情況下，獲取所需要的空間數據信息，因此可以為具有危險性的測量區域的數據采集工作提供了方便；五是迅速性：激光測量技術可以在更大的程度上采集目標空間的數據，然后迅速獲取地物目標空間的立體結構。
從實際應用層面來看，機載激光測量技術在目前是一項新興的應用技術，具體而言，這項技術是繼航空攝影測量之后又一項新的先進的對地觀測技術，廣泛地應用于地球科學領域。從構成要件的角度來看，該技術有三大核心系統，一是GPS全球定位系統，二是激光測距儀，三是慣性導航系統（INS），這就決定了該項技術在獲取地面及附屬物的數字影像數據以及三維坐標方面能體現出可準確、快速、高效的優勢，尤其是在測量地形復雜多樣，或地面被被森林大面積覆蓋、或因地理條件惡劣二導致人力不能及的特殊地區，技術優勢能夠體現得更加明顯。
2.2 面狀方式獲取技術
1）遙感技術
作為一門現代科學技術，遙感（Remote Sensing）利用紅外、可見光、微波以及干涉雷達等電磁波探測儀器，從外層空間和遠距離高空的多種平臺上借助于掃描、信息傳輸、攝影以及信息處理等各項工作流程，對地面物體的形狀、所處環境、位置和大小等信息進行獲取，并由此進行后續研究。
遙感技術一致被得到廣泛應用。從實際層面來看，例如，土地荒漠化的不斷演進是全球共同面對的一個重大環境問題，這一生態換進的不斷惡化趨勢同樣也對我國造成了很大的威脅，因此，土地荒漠化檢測的重要性也就不言而喻。對土地荒漠化的發生和發展情況予以及時和準確地掌握無疑是有效防止和治理土地荒漠化的首要條件，在這一領域，遙感技術的眾多優點也就得到了充分的體現，一是信息監測覆蓋面廣，二是能夠對被檢測目標快速獲取有效信息，三是信息獲取量大，并且，遙感技術能夠在具體工作過程中環節人力物力不足等限制因素，因此，在過去的很長一段時間內，遙感技術一直被視為監測土地荒漠化動態演變的重要甚至不可替代的技術手段。
從發展現狀分析來看，多分辨率、多波段、多時相以及多種傳感器相融合成為遙感技術發展的方向，例如，遙感技術能夠和GIS、GPS集成，并由此形成多信息量、高精度的對地觀測系統。值得注意的是，因為受到分辨率和精度等的影響，在三維模型的構建之時，遙感技術對大地測量的數據信息具有恒強的依賴性，這就決定了遙感技術適用于對較大場景、較大區域以及精度要求相對不高的地區開展測量工作。
2）攝影測量技術
攝影測量技術是借助于其他傳感器或者光學攝影機，采集被測物體的數據信息，并且對所采集的數據進行分析和處理，以獲得被攝物體的形狀、空間位置、各因素之間的相互關系以及大小等合理的信息。攝影測量技術可按照如下指標進行分類：一是距離指標，包括地面攝影測量技術、近景攝影測量技術，顯微攝影測量技術、航天攝影測量技術以及航空攝影測量技術；二是技術方法指標，包括采用光學和機械方法的模擬攝影測量技術、根據被測物像點與相應地面點之間的數學關系的剖解數字攝影測量技術、攝影測量技術。特別是數字攝影測量技術，能夠基于計算機對被攝對象的形狀、大小、空間位置及其之間相互關系進行高效率、高質量地測量。從目前來看，數字攝影測量技術能夠開展空中三角測量、自動正射影像圖制、自動定向以及自動數字地面模型生成（輔以交互式編輯）等一系列工作，因此是目前應用較為廣泛的一種舌音測量技術。
從實際應用層面來看，水下攝影測量技術是舌音測量技術在空間范圍維度的進一步拓展，該技術是近景攝影測量中一種特殊的測量技術，即被測量物體存在于水中、也能夠像該物體存在于空氣中一樣，通過相對便捷地拍攝到所需的圖像來精確定位水下被攝目標的幾何特性，從而以此對被測物展開進一步研究。因此，海洋工程、水生物研究、水深測量以及海底測圖等相關測量工作中，都能夠發揮水下攝影測量技術的重要功能。、
3）多傳感器集成技術
前文所述的攝影測量技術以及遙感技術有很多的優勢，但在三維空間數據的更新與采集方面仍然有很多亟待解決的問題。詳細一點來講，比如，遙感技術盡管可以獲取所提供的目標物的空間數據，但缺少空間立體信息，側重于對目標物頂面信息的采集；再如，盡管激光掃描儀LRS可以運用三維手段描述得到的數據，可是在拓撲關系以及目標物的空間信息方面存在一定難度；又如，地面攝影測量僅僅側重于提供目標地物的立體造型。可見，如果把上述不同的方法進行整合，將會在更大的程度上提高技術水平，所以，在采集多元數據之時，可以運用多傳感器集成技術，并且運用融合手段，建立三維模型，這可以成為現在乃至未來研究的重要課題。
既然多傳感器集成技術在采集三維空間數據時，可以借助于多種傳感器，這就表明不同的傳感器可以組合成多樣的多傳感器集成空間數據采集系統。基于此，本文對多傳感器集成體統進行如下三個層面的分類：一是機載激光掃描系統：這項系統借助于激光測量技術，對目標物的三維坐標（x，y，z）以及數字地面模型DTM進行高分辨率和高精度的測量，結合目標地物的光學成像結構，并進一步獲取地表目標物的垂直結構形態，從而顯著提高對目標物的識別水平；二是地面車載測量系統：該系統一般由車輛等移動載體、車載計算機、多傳感器以及數據采集軟件構成，是一種多傳感器集成的數字成圖系統；三是星載測圖系統：星載多傳感器集成具有大范圍、大比例、高效率優勢，該系統由此已成為研究焦點。
2.3圖像掃描數字化技術
由于現有的紙質地圖對地形表達的手段是圖解形式，因此無法被計算機接受和解析，而將現有地形圖用數字化儀表達，則其負載的大量信息能夠被轉換成能夠被計算機處理和接受的數字信息。在這一技術前提下，能夠檢測出地形圖中包含的非常重要的數據信息，其一，含有諸如高程點、等高線等3D空間數據所需要的幾何信息，二是含有地理目標的平面、高度或層數等不同緯度的坐標數值，三是含有被測物目標的名稱、用途、結構等屬性信息。
對地圖數字化的坐標數據精度的影響，主要來自于三個層面，一是掃描儀的分辨率高低，二是掃描過程的規范性程度，三是地圖中數據源本身的精度以及控制點的精度，上述三個因素自然成為了圖像掃描數字化技術的約束條件，因此，該盡管能夠對被測物的高度獲得概略性信息，但在高度準確測量方面卻有著較大的困難，因此借助于這種手段無法對三維數字地形圖獲得較高的精度。所以，測繪機構常用的手段就是運用AutCAD 軟件對地形圖數據開發和管理，這也是值得在今后繼續深入研究之處。
3 結論
較之于側重于三維空間數據建模的三維地理信息系統（3DGIS），三維數字地形圖側重于對三維空間信息的實時獲取以及對三維地形的繪制和可視化表達，由于這項技術還比較新穎，現在還在研究的初期階段。本文對三維數字地形圖獲得三維空間數據的相關技術進行了探討，實際上，今后還有必要針對集成匹配優化技術和地物地形的繪制技術等方面，對三維數字地形圖進行更加全面的研究。
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[關鍵詞]長桁、逆向技術、CATIA
中圖分類號：V262.3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）10-0005-01
1.數字化與逆向工程
產品研制中的數字化是以數字的生成、加工、傳輸、使用、修改和儲存為基礎，以數字模型為核心，以單一數據源為紐帶，在設計、制造和試驗、管理過程中用數字量取代模擬量、用數字技術取代傳統技術，并以數字量作為設計、制造和試驗的唯一依據。
逆向工程（ Reverse Engineering， 簡稱RE），也稱反求工程，它是指在缺少實物零件的外形尺寸、特征、材料和物理性能的圖紙和計算機模型的情況下，運用3D 掃描技術獲取實物或模型的三維坐標點數據，并將這些坐標點利用曲面重構技術重建實物CAD 模型，最終通過數控（Computer Numerical Controlled，簡稱CNC）加工技術和快速原型制造（Rapid Prototyping Manufacture， 簡稱RPM）技術實現零件的仿制加工。
逆向建模技術能夠快速的實現零件裝配需要，同時對于老舊工裝的破損修復、曲面重構技術開發等方面起著重要的技術支撐作用。目前比較普遍的應用是利用三維掃描設備獲取產品的點云數據，利用相關軟件和技術對點云數據進行處理，進而完成CAD模型重建。
2.CATIA逆向模塊介紹
CATIA的逆向工程模塊主要是利用點云或者網格構造模型的基本元素―點、線、面，然后經過一定的調整，建立模型并進行優化，使模型達到符合要求的狀態。主要的模塊為Digtized Shape Editor（簡稱DSE）以及Quick Surface Reconstruction（簡稱QSR），兩者分別針對逆向設計中的兩個階段。對于一般的逆向設備，其采集形成的為點云，由于點云包含數量極其龐大的點，不利于設計分辨，因此一般都處理為網格，這就是CATIA DSE模塊的主要用途―將點云形成網格。而從網格到曲面的處理，需要借助QSR進行。不過由于由點云到網格的過程并不復雜，為了更好的滿足客戶需求，現在多數設備都支持將掃描數據直接輸出為網格文件。使用CATIA進行逆向設計的優勢在于其兼容的點云文件格式較多，另外CATIA還具有強大的正向設計功能，能更好的保證曲面建立以及實體生成。
3.長桁類零件介紹
長桁類零件作為重要的結構支撐和連接件，在飛機中大量使用。由機復雜的氣動外形和結構輪廓，長桁類零件常常變曲率、變截面、包含下陷。長桁類零件一般主要包括標準型材和銑切型材，通過模胎等進行拉彎成型。由于模胎長期存放和反復使用，部分存在不同程度損壞或實物數量不全，返修和新制周期長且困難大，直接影響這部分工裝使用和零件成型，為此采用逆向技術進行模型的數據采集，構建三維數模，實現模型的數字化制造。
4.逆向數據獲取
長桁類零件作為飛機上的重要結構連接件，一般長寬比大，零件厚度較小，容易變形，并且零件上豁口、切邊等較多，外緣多為曲面，帶有弧度，包含大量的擠壓下陷，零件特征復雜。因此首先將零件安放在工裝上進行檢查，包括貼胎度和胎線等，保證零件正確性，然后采用非接觸式三維激光掃描儀進行掃描，其原理為激光三角測量法。
5.逆向數據導入
在CATIA軟件中新建Part文件以后，進入“Digitized Shape Editor”模塊。在導入點云文件時，要將中的“Samplng”（采樣百分比）項設置為“100%”，即將點云文件全部導入，“Scale factor”（比例因子）項設置為“1”，點擊Apply后，在“Statistics”中會顯示加載數據文件的信息，點擊確定后，數據即被導入當前模型中。
6.逆向數據處理
對點云數據的預處理主要包括多視點云的拼合、噪聲點的去除、點云數據精簡和補缺、以及點云的三角網格化等方面的內容。對于多余點云掃描數據的篩選，主要應用弦高差法，應用此方法后在被測曲面曲率較小區域處去除的點比較多，曲率較大區域處去除的點比較少，能夠較好地保留零件完整特征。
7.長桁曲面
7.1 構造長桁兩側曲面
對于長桁曲面，進入Quick Surface Reconstruction模塊中，對長桁點云進行合理分塊，首先拾取一側面的點云（即網格面），采用強力擬合或網格曲面生成大曲面塊，保證曲面的精確度。當曲面塊較小時，可進行四周延伸，另一側應用相同方法進行造。對于下陷部分，將下陷兩端的曲面塊分別構造，對于下陷部分采用橋接進行設計。
7.2 長桁寬度設計
對于長桁寬度，主要依據點云和尺寸設計。依據點云數據采用3D曲線方法進行長桁寬度邊界設計，保證邊界過度均勻平滑（圖1）。
7.3 長桁曲面的偏差分析
數模的曲面品質通常包括平滑光順程度與連續性等，可采用控制頂點、曲率梳、斑馬線、反射線、等照度線、高光線和高斯曲率等方法實現曲面的內部品質和拼接連續性的評價。
對長桁曲面進行點云與曲面偏差分析，偏差0.2mm內為96.67%，精度較高，滿足曲面構造要求（圖2）。對曲面進行斑馬線分析，曲面表面較光滑連續，黑色部分無尖角，曲面質量較好，符合使用要求（圖3）。
8.逆向建模總結和分析
采用逆向掃描建模方法改變了傳統逆向技術只停留在曲面的設計環節的理念，采用正向逆向相結合的設計思路，能夠有效解決老舊實樣、表面模型、工裝等缺失造成的長桁零件無法制造的困難，切實解決零件生產、裝配中的疑難問題。該方法所建立的長桁模型尺寸準確、長桁表面質量高，能夠很好滿足零件生產、裝配。采用反向思維，解決以往的零件生產的模擬量傳遞制造的嚴重手工依賴性。采用數字化三維建模方法，實現零件的數字化制造和維護，有效提高生產效率和零件質量。
參考文獻
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關鍵詞：文化傳播；虛擬漫游；三維可視化；動態交互
中圖分類號：G202 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2017）05-0070-03
引言
歷史文化遺產是人類文明與智慧的結晶，山西省大同市作為一座歷史名城和曾經的北魏國都，有著以云岡石窟為代表的一系列北魏物質文化遺產，但這些文化遺產歷經歲月的洗禮后，出現了不同程度的損壞。使用傳統技術手段對文物進行保護，存在只能夠使用文字、二維繪畫或者照片等方式，且不能很好地展示出文物本身的三維形態和當時條件下一些相關的科技水平、雕塑工藝等更全面信息的弊端。而采用三維可視化技術，能夠使上述問題得到妥善解決。
云岡石窟景點中使用三維可視化技術的特點
近年來，我國在文物考古方面使用了一系列的三維數字建模和三維可視化技術，有很多成功之作，如陜西兵馬俑的數字化景區旅游的實現等。這些實踐對三維數字建模技術在文化遺產保護上的進一步開展起到了重大的推動作用。
本文所說的三維可視化技術在云岡石窟的應用中有自身顯著的優勢：①利用三維可視化技術，易與使用者交互，實現對云岡石窟各景點的實時動態查詢功能；②采用二維地圖與三維虛擬景點場景相結合的表現方式，使用戶既能享受常規二維地圖表現出來的優越方位感，又能得到三維技術呈現的真實感和沉浸感；③使用漫游一體化、光影一體化等三維一體化與漫游技術，營造更為自然和逼真的室內外漫游視覺體驗；④景點整體的介紹和各窟的具體介紹都配備有實時的語音解說功能，使用戶隨時都有緊跟導游介紹、身臨其境的真實感；⑤景點大到整個場景，小到每個構件，都附有詳細的多媒體資料，如相關的圖片、文本、動畫、音視等信息，這些資料結合實時渲染的三維模型對古建筑的檔案管理、考古等都具有很大的參考價值。
三維可視化技術在云岡石窟中的應用
筆者所采用的建模工具為3ds Max，數據庫管理工具為SQLServer 2005，動畫制作軟件為Flash。
1.搭建總體設計框架
對云岡石窟開展的三維信息可視化工作，主要包括信息采集、重建模型、搭建場景、動畫制作和語音錄入、漫游處理、功能實現及后期完善等方面。
（1）信息采集。這是以后各制作階段的基礎，通過實地拍照處理和在互聯網搜集等方式獲取云岡石窟的二維化信息，如圖片、文字介紹等。
（2）重建模型。利用第一步搜集到的各信息對云岡石窟的模型進行重建，主要工具是3ds Max。
（3）搭建場景。主要是使用第二步建立好的模型，創建完整的場景，包括地形、周邊環境等，搭建過程是在3ds Max中完成，最后導入Unity 3D中。
（4）動畫制作和語音錄入。使用Flash制作動畫并鏈入場景，錄入語音講解石窟區各景點介紹。
（5）漫游處理。在Unity 3D中實現漫游功能，實現實時對各景點查詢。
（6）功能實現。在第五步實現了漫游，接著給各場景的布局實物上建立按鈕，實現與用戶的交互，該過程中會使用到SQL Server數據庫，在其中搭建好數據庫后與Unity進行連接，通過點擊鼠標調出數據以實現各用戶的操作。
（7）后期進行觀察和完善。對不滿意的地方進行修改并不斷完善，以達到預期的效果。
2.三維可視化技術在云岡石窟中的設計與實現
（1）模型的搭建與設計。
以第六窟為例，它的雕刻是云岡石窟所有窟中最為精美的，兩層結構十五米高的方形塔柱直接窟頂，塔的四面和周圍墻壁沒有一塊不曾雕刻的地方，東、西、南、北四面都開出大型佛龕。除去北面“釋迦、多寶”二佛并坐外，其余各面都有對應坐佛，東面交腳菩薩，南面釋迦牟尼佛，西面阿彌陀佛，佛龕更是各不相同。在對中心塔柱建模時可以選用長方體，再轉換為可編輯多邊形進行模型的處理，這主要是考慮到上層的四角都雕有方形九層塔。在建模時要將這四周的塔建出來。洞窟的四壁在建模時采用面片建模最為方便，考慮到觀看者只觀看洞內的場景，除了南壁以外基本一張面片一張貼圖。在南壁的建造上要將門的位置和天窗的位置留出來。使用3ds Max搭建中心塔柱和四周墻壁并貼圖完成后的效果圖如圖1所示。
（2）使用Unity 3D中搭建場景。
界面設計是人與機器之間傳遞和交換信息的媒介，為了更好地表現云岡的文化風情，帶給觀賞者更好的視覺享受，登錄后的界面色彩上選取石窟群的顏色為主色調，搭配藍天白云，視覺清晰。通過點擊按鈕“石窟區”“游覽區”即可選擇想去的景點。登錄后的界面如圖2所示。
點擊進入游覽區，使用鼠標或鍵盤可以360度全方位漫游云岡石窟各游覽勝地，如云崗石窟區、曇曜廣場、佛光大道、靈巖寺等，點擊右下角的地圖可彈出放大并快捷選擇到達目的地，效果如圖3所示。
通過登錄后的界面選擇和游覽區的地圖點擊都可以方便地到達石窟群區，石窟區首界面設計簡潔，并嵌入了關于景點的女聲解說，使用戶有身臨其境的感覺。用戶可以通過首界面的查詢對話框，輸入想要到達的窟穴，也可以通過鼠標操作實現對石窟的選擇。
（3）制作佛傳故事動畫。
仍以第六窟為例，除了方形塔柱和周圍墻壁，下層還有保存完整的三十多幅浮雕，描寫了釋迦牟尼從誕生到成道以來的佛傳故事，整個石窟既烘托出佛國世界的神圣與莊嚴，也反映出人們對美好生活的向往與追求。為使用戶對第六窟有更豐富的認識，筆者使用Flash將該窟的“右腋誕生”“抱子返城”和“相師占卜”等佛傳故事壁畫制作了動畫，點擊在第六窟中對應的壁畫位置，即可觀賞到生動逼真的動畫。上頁圖4是“釋迦牟尼佛右腋誕生”的動畫截圖。
結束語
本文筆者基于三維可視化技術，使用Unity3D、3ds Max等工具，為云岡石窟景點提供了翔實的數字化表示和逼真的交互式展示。為了使用戶自然、方便地了解其設計方式和細節，除了可視化技術一般的景點縮放、平移、旋轉和自由漫游等人機交互功能外，筆者還將重點放在多模態可視化、室內外三維一體化表示與漫游和多媒體屬性查詢上，并制作了有關各石窟佛傳故事的動畫，使得用戶觀賞石窟的感受更為豐富。最后筆者希望本文的研究能對云岡石窟景點的文化傳承和傳播起到一定的作用。
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1風扇葉片表面數據采集
本論文所研究的風扇葉片外形復雜，主要由若干自由曲面組成，采用傳統的測繪方法難以精確測量。最終采用上海塑造機電科技有限公司所生產的3DSS-STD-I（I標準型）三維掃描儀，精確、高效地完成了風扇葉片表面的數據采集。為防止環境光源對設備采集數據的干擾，必須保證環境光線不能太亮。調整并開啟三維掃描儀后，采用5步標定法校準設備。掃描前，在風扇葉片表面噴涂白色的顯像劑，如有必要，可以在需要的地方貼上參考點。采用多視掃描方法，并利用掃描軟件的自動拼接功能將相鄰兩個掃描視角的公共區域拼接起來以獲得風扇葉片外形的點云數據，由于該風扇葉片具有對稱性，掃描時選擇其中一片扇葉進行完整的掃描和數據處理，掃描完成后得到的模型點云。
2數據處理與模型重建
運用Geomagic軟件處理掃描儀測得的風扇葉片表面的點云數據，將點云數據轉變為曲面模型。在掃描儀采集數據時，由于測量方法、誤差處理方式及周圍環境等因素的影響，采集到的點云數據不可避免地會受到噪音的干擾，所以，在反求模型之前必須對數據進行編輯處理。刪除不需要的點數據，過濾噪聲。對于采點盲區，可采用填充命令進行修補。對原始點云進行去噪平滑處理，這樣修補后的模型整體光順性可得到進一步提高。
3風扇葉片注塑模具設計
在逆向工程的基礎上，在UG注塑模具設計（MoldWizard）模塊中，對該風扇葉片進行了注塑模設計。模具設計的基本流程如下：導入制件三維實體模型；對設計項目進行初始化，加載實體模型，確定材料及收縮率；分析實體模型出模斜度及分型情況；確定模具的分型面、型腔布局、推桿、澆口和冷卻系統等；修補開方面，定義分型面；生成型芯、型腔等工作部件；加入標準模架、推桿、滑塊等部件；設計澆注系統、冷卻系統；完善設計圖紙等。根據該塑件外觀質量及尺寸精度要求，選用模具為一模一腔單分型面模具。結合分型面的選擇原則，選取單分型面垂直分型。避免了頂桿端部與葉片的接觸，保證產品外觀的完整性。型芯、型腔由系統自動生成。
4結論
本文以逆向工程技術為基礎，采用三維掃描儀，對風扇葉片進行了表面數據采集，用Geomagic軟件對測量的點云數據進行處理，精確、快速的重構該產品的曲面模型，再用UG軟件進行曲面的擬合和修改，最終得到高精度的三維實體模型。最后，在UG注塑模具設計（MoldWizard）模塊中，對該產品進行了注塑模設計。逆向工程技術是全新的制造技術信息化、科學化的系統工程，為模具設計與制造開辟了新途徑。現代幾何信息數字化獲取技術和以UG為代表的三維造型技術，為逆向工程提供了強有力的模型設計工具。逆向工程作為一項新技術在產品設計開發和制造方面，能大大地縮短設計制造周期。實踐證明，將逆向工程技術應用到注塑模具設計中，可以在沒有產品圖紙的情況下，進行模型的模具數字化設計，大大提高了模具精度，縮短了開發周期，快速響應市場，提高企業競爭力。在消化、吸收先進技術的基礎上，可以加快我國自主開發創新的步伐。
作者:李東鋒彭浩舸張利君單位:湖南工程學院機械工程學院
關鍵詞：礦山，建設，方法
1.引言
21世紀是各種技術飛速發展的時期，數字化、網絡化、智能化已成為知識經濟的重要標志，通訊、信息和自動化生產及檢測技術的迅速發展和應用已經深刻地影響和改變著傳統的礦業生產。數字礦山實際就是以礦山系統為原型，以礦山科學、信息科學、人工智能為理論基礎，通過采用現代信息、數據庫、網絡支撐、傳感器和過程智能控制技術，在礦山企業生產活動的三維尺度范圍內，對礦山生產、經營與管理的各個環節及生產要素實現礦山企業生產的安全、高效和低耗，達到礦山資源管理和生產的最優化。
2.數字礦山概述
2.1數字礦山概念
數字礦山就是指在礦山范圍內建立一個以三維坐標為主線,將礦山信息構建成一個礦山信息模型,描述礦山中每一點的全部信息。按三維坐標組織、存儲起來,并提供有效、方便和直觀的檢索手段和顯示手段,使有關人員都可以快速準確、充分和完整地了解及利用礦山各方面的信息。科技論文。
2.2數字礦山意義
數字礦山可將企業的安全生產與經營管理業務流程數字化并加工成新的信息資源,迅速準確地提供給各層次的管理者及時掌握動態業務中的一切信息,以做出有利于生產要素組合優化的決策,使企業資源合理配置,從而使企業能夠適應瞬息萬變的市場經濟競爭環境,求得最大的經濟效益。
2.3數字礦山的特征
2.3.1實時的數據傳輸網絡。數字礦山技術環境下，理論上講礦山數據庫實時更新，井下工程數據可以實時傳輸到數據庫，井下瓦斯傳感器實時監測各處瓦斯含量，并實時反映到監測網絡上，井下現實狀態真實地、實時地反映出來，克服了傳統滯后性，提高了礦山工程的科學性。
2.3.2礦業數據信息系統化。數字礦山的核心就是數據倉庫。科技論文。整個礦山的問題都與礦業地理信息有關，所以事件必須與準確的地理信息數據緊密聯系。真正做到從數據收集、處理、融合、設備跟蹤、動態定位、調度指揮的全過程系統化。
2.3.3三維模擬系統。建立起虛擬礦山，進行礦山的模擬運轉，運輸系統模擬運轉、通風系統的模擬運轉、電路電機系統的模擬運轉，進行礦井開拓設計對比，突發事故搶險演習等等，還可以對礦工進行虛擬的井下條件培訓，提高他們的安全意識和工作效率。
3.數字礦山建設
3.1數字礦山建設現狀
目前，我國數字礦山建設現狀成果喜人，一批產、學、研結合的數字礦山建設優秀項目與成果脫穎而出。其特點可概括為：
（1）各行業競相建設：煤炭、冶金、有色、黃金、非金屬等礦山競相開展了多種數字礦山技術開發與示范工程建設，并在技術先進性、建設效果等方面相互超越。
（2）建設重點各不相同：目前的數字礦山工程建設形式多樣，有的以OA&ERP為主，有的以面向地質測量、一通三防、采掘設計為主，有的以人員定位、光纖環網、井下通訊系統為主，也有的以卡車調度、監測監控、安全檢查系統為主。
（3）建設起點差別較大：由于各礦山行業、各生產礦井的信息化水平不同，基礎條件和技術力量差異較大，因此具體實施數字礦山工程建設，存在改造提升、技術跨越和技術研發3種基本形態。
3.2 數字礦山建設
本文主要論述基于3S技術的數字礦山建設。3S技術在礦山建設中廣泛應用。GPS除廣泛應用于礦區控制及地面測量外，在變形監測、卡車調度等方面也得到了應用；RS近年已發展成為礦區生態環境受采礦影響的監測、調查與分析的重要手段；GIS在礦業界出現了應用推廣與理論研究并重的局面。
3.2.1 GPS在數字礦山建設中的應用
（1）目前，通過研究GPS的WGS-84坐標系與我國國家大地坐標系以及礦區獨立坐標系之間相互轉換的問題，提出基于Delaunay三角網的游動9參數等一系列坐標轉換方法，以滿足礦區控制網坐標轉換的實際需要。
（2）我國一些露天煤礦成功應用了卡車計算機調度系統進行礦山生產的指揮調度。借助無線通信和GPS衛星定位系統,將收集到的各種數據和邊坡監測數據實時地傳送到中央計算機,由中央計算機進行處理和調度,最終建立起一條數字化生產指揮控制鏈,提高了設備的臺時效率,實現了采礦作業的最優化,鉆機管理部分利用高精度GPS定位系統,實現了爆破孔的自動定位。
3.2.2 RS技術在數字礦山建設中的應用
（1）礦產資源開采狀況遙感動態監測。所謂礦產資源開采狀況動態監測，是將不同時相的礦區環境數據進行對比，從空間和數量上分析其動態變化特征及未來發展趨勢。目前礦山遙感動態監測提取信息的方法主要有人機交互式方法和計算機自動提取方法。人機交互式提取，最主要的是在遙感圖像上劃出各地物界線，得到遙感分類圖，再比較各時相的遙感分類圖，這樣可以很好地提取礦山各種地物的變化信息。
（2）礦山地質災害遙感監測。地質災害是礦山生產與礦區發展的重要影響因素。地質災害發生是一個時空動態過程，遙感應用于防災減災主要包括三個階段：災害發生前對孕災因子、背景信息的獲取、管理與預處理，并進行災害預報；災害發生過程中對災情的實時動態監測，提供救災減災需要的空間和專題信息，并進行信息分析、優化決策等；災害發生后對災情進行綜合分析和災害損失評估，為災后重建提供信息基礎和分析。
3.2.3 GIS技術在數字礦山建設中的應用基于GIS技術的礦業地理信息系統(MGIS)，是實現礦山信息化的最重要的工具之一。MGIS以在計算機網絡上建立一個長期穩定運行的分布式系統為目的，從而實現礦山企業中各種信息資源的共享，為“數字礦山”的實現奠定堅實的基礎。
MGIS的功能主要體現在以下幾個方面：
（1）礦山信息系統的數據管理。針對礦山數據信息的復雜性、海量性、不確定性和動態多源、多精度、多時相和多尺度性的特點，為統一管理和共享數據，必須研究一種新型的空間數據庫管理技術，其中包括礦山數據的分類組織、分類編碼、元數據標準、高效檢索、快速更新與分布式管理。而從海量的礦山數據中提取專題信息、發掘隱含規律也是空間數據管理的一方面。
（2）空間查詢、空間分析。空間查詢與空間分析是GIS的基本功能，在礦區中，“圖查屬性”、“屬性查圖”、空間緩沖區分析、疊加分析、網絡分析等功能，可以用于采礦過程中保安煤粒的設計、各水平煤層共同要素的提取、通風網絡的設計與實施等。科技論文。
（3）礦區制圖功能。MGIS系統能夠提供各種機制的高品質的數字礦圖，如礦井開拓圖、礦區地形圖、礦區土地利用圖、礦床產狀圖、采掘工程圖、井上下對照圖等。
4.結束語
數字礦山是礦業科技創新的核心方向，是礦山可持續發展的保障。隨著信息技術的飛速發展，數字礦山將會很快在礦山生產中推廣應用，數字礦山的強大功能及在礦山生產中的重要性將會在日后的應用中逐步體現出來。
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關鍵詞：日式動畫風格；非真實感渲染；賽璐珞著色法
一、概述
由于傳統的手工上色耗費大量的時間以及成本，數字化的無紙動畫上色也僅僅是將制作過程變成手工計算機上色，仍然需要耗費大量的人工時間以及成本。對于這種情況我們希望能夠出現一種技術可以減少這種勞動密集型的上色修型作業，提高效率，同時進一步改善并統一動畫圖形品質，減少項目的運作風險。
文介紹了一種卡通動畫渲染技術，使得上色過程自動化，如圖1左邊我們對角色進行數字化建模的過程，運用我們的算法使得三維角色擁有和二維角色近乎一樣的視覺特征。
圖1：從我們使用數字動畫軟件對二維角色進行數字模型化，我們運用抽象的渲染風格技術進行渲染，會讓人聯想到是卡通手繪的角色
在該技術研究中我們采用較為成熟的日式卡通風格，來作為衡量我們技術實用性，通過我們制定shader以及數字模型來生成日式卡通二維效果，同時我們還可以訪問以及修改shader的參數，例如顏色，高光特性，對比關系，等參數控制最終的渲染結果。同時我們改進相關的流程使得流程高效易用，并能很好的適用于實際的商業動畫項目中。
二、相關工作
1.建立角色模型。
我們通過建立三維幾何體描述需要生成圖形的造型形象。對我們來說具體使用哪一種建模方法并不重要，因為渲染算法本身是通用的，運用不同的算法我們可以計算真實感圖形以及非真實感圖形的計算。我們知道我們一般所制作的數字模型都是依據真實的光照標準來制作的。這種數學模型稱為光照模型，這種模型可以用描述物體表面光強度的物理公式推導出來。給予計算機生成的圖形最基本的真實性。但是三維數字卡通形象都是以非真實效果存在的，這就需要我們按照卡通渲染算法對光照模型的進行適當修改，已滿足最終渲染效果的需要。所謂卡通渲染的基本元素，就是“輪廓線和較統一的著色”。依據卡通圖形的基本特征我們將從著色以和勾線這兩方面來解決問題。
2.著色處理
給三維角色著色處理，需要我們考慮兩個方面。一個是物體本身的顏色紋理，二是環境光照情況。而且對于日式卡通渲染圖形來說，重點是在顏色光與影的變化，對紋理的要求比較少見。因此，對于我們卡通角色著色的討論主要集在光照顏色和陰影顏色上。通常情況，當光線照在物體上的時候，物體的顏色會依據光照強度的衰減出現平滑的明暗變化，這會讓物體看起來更為真實，而我們卡通渲染則需要離散這種光照，使得光與影能夠明顯的區分出來，且參數可以隨意控制光和影的色值，簡單的做法就是給光照強度限制范圍 也就是我們常說的非線性光照（如圖3 B），非線性光照是卡通渲染的重要特征。
圖3
非線性光照使圖像區別于真實感圖像所存在平滑過渡效果，這會讓我們很容易想到的一種解決方法是直接采用紋理貼圖，但是這種靜紋理貼圖局限性比較多，如不能夠根據光照變化而產生變化，在很多地方會限制效果的發揮，大部分時候需要光影動態計算方式，使得整體畫面視覺效果統一。
3.勾線
運用3D技術來為三維角色生成理想的輪廓線，是我們研究的重點，基本的要求是用黑色像素沿著物體的輪廓和邊緣進行填色 當視角點改變時，輪廓線也跟隨改變正確的渲染和計算。
下面是我提出的模擬手繪渲染邊線的解決辦法。
轉貼于
我們處理的思路是：采用取樣像素級法線信息，將顏色信息和法線信息分別輸出到兩個渲染目標紋理。再獲得了法線和顏色的渲染目標紋理后，利用這2個紋理做處理：判斷臨近的像素的法線的方向是否差別很多，如果很大，就是具有輪廓的地方，用黑色填充，否則作為顏色處理，對于顏色信息，就是正常渲染模型，法線信息就是計算三維物體在攝像機下空間坐標XYZ，并使用三元屬性RGB顏色值表示，由于法線信息是三元浮點信息，而圖形渲染格式則可擁有4個通道，所以多出來的一個通道可以記錄其他信息，如模型id號，根據id號不一致情況 這樣可以檢測是否處是外輪廓。
等然后在這個物體上進行輪廓描邊，渲染出較為理想的輪廓線。用這種方法渲染的最終效果是只有邊線的模型圖，獨立的渲染邊緣線好處就是可以獨立的處理這些邊緣線效果，我們可以按照自己預期的藝術效果，對渲染出的輪廓線進行手工二次修改或修正。
運用這種方法的優點在于：一是運用計算機批量生成動畫線稿的基礎上進行修改，這比用傳統手繪動畫的方法效率高得多，不需要太多的勾線人員，省時省力，節約成本和大量的制作時間；二是與全3D動畫相比，技術要求門檻比較低，即使在渲染中出現錯誤也可以快速修正過來。三是這種方法易于修改 可以更具需求制作如水墨線， 水彩 ，油畫等勾邊效果。
4.其他處理。
所研究的這種渲染方法還可以做進一步延伸：通過限制制作normal map貼圖來提升角色細節，使得模型面數大大降低，
通過用最少的點、線、面建模提高運行效率。渲染出明確、清晰的輪廓線和陰影線，以便于進行2D 手繪填色，或對邊緣輪廓線添加手繪貼圖材質，直接渲染出有手繪效果的線條。與手繪相比，由渲染貼圖生成的線條或用繪圖板在圖形軟件中繪制的線條缺少了個性化的特點。運用后期來處理來勾線提藝術家自由發揮的空間。
三、結論
我們已提出了二維風格渲染方法，這些都源運用不同的算法控制技術，使得模型能夠產生色彩邊界，強調形狀以及邊界，使得能夠表現各類非真實效果 。 我們通過這種方法模擬，使用程序化的三維渲染技術與傳統手工動畫角色視覺表現幾乎一致，與傳統手繪角色同樣具有表現力。我們的方法的主要優點是：該技術易于使用并可很好的整合在動畫制作流程當中，成本相對于傳統動畫方法低廉很多，即使剛成立的小型動畫工作室也可以利用這種方法快速的制作出高品質二維動畫出來。運用這種方法和技術，充分利用計算機的資源，減少勞動密集型的傳統動畫作業方式，提升效率降低動畫項目的風險和運營成本。雖然該技術仍然還有一定的局限性，需要制作人員針對不同鏡頭和不同情況做細致的參數調整，雖然這些參數需要被手動設定，但也意味著為制作人員提供了更多的控制。盡管有些限制，我們的方法和流程會產生人信服程二維卡通角色。
本課題系南昌大學科學技術學院科研立項項目。
參考文獻
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【關鍵詞】巖土工程；數字化勘察；應用方法
1. 引言
巖土工程勘察是工程設計的先決條件。一般巖土工程信息，包括地形地貌、地層界面、斷層、地下水位、風化層厚度以及各種物探、化探資料，這些資料只是一些離散的數據，巖土工程技術人員較難直接利用它們再去分析場地中工程地質參數的分布規律，更何況傳統的巖土工程資料分析和解釋一般都局限于二維、靜態的表達，這種表達描述空間構造起伏變化的直觀性差，往往不能充分揭示它們空間變化的規律，難以使人們直接、完整、準確地理解，也就越來越不能滿足工程的空間分析要求。 隨著計算機圖形處理技術的完善，已經完全可以集成以巖土工程建模、巖土工程數字化、巖土工程數據庫管理、巖土工程特性分析、巖土工程地質解釋以及空間分析和預測、地學統計和圖形可視化的一體化系統，繼而發展成為現代化、信息化為一體的巖土工程勘察數字化新體系。本論文就將主要對數字化的巖土工程勘察進行簡單的探討，以期和同行分享。
2. 巖土工程勘察方法概述
2.1 傳統的巖土工程勘察方法存在的問題。
(1)勘察資料過于地質化。 由于部門長期的條塊分割，勘察、設計分散作業，加之巖土工程規范制定和新技術、新方法應用的滯后，以及專業設置過細，巖土工程本身的特殊性等原因，設計與勘察之間脫鉤多，使得勘察提供的巖土工程信息通常以設計人員難以理解的形式出現，而且勘察也較難參與設計的全過程；設計人員也因知識的局限，很難深層次理解巖土工程勘察信息，因而勘察成果在設計中的轉化率較低，造成許多不應有的浪費和損失。
(2)數字化地圖與數字化設計系統間不夠貫通。 地形圖是設計系統的底圖或稱基礎數據，由于數字化地圖中的某些環節技術條件不成熟，與CAD設計軟件的接口不匹配，很難順利實現對接，設計系統不得不重新將勘察資料數字化，影響了設計系統CAD的推廣應用。
(3)勘察信息數字化程度低。 勘察部門提供的勘察信息往往以圖紙、表格、文字等形式為主，內容上定性描述較多。這一方面造成設計人員對于勘察信息難于準確理解，另一方面造成對勘察信息處理、利用上的困難。
2.2 數字化勘察技術概述。數字化巖土工程勘察是指應用當代測繪技術、數據庫技術、計算機技術、網絡通信技術和CAD技術，通過計算機及其軟件，把一個工程項目的所有信息(勘察、設計、進度、計劃、變更等數據)有機地集成起來，建立綜合的計算機輔助信息流程，使勘察設計的技術手段從手工方式向現代化CAD技術轉變，作到數據采集信息化、勘察資料處理數字化、硬件系統網絡化、圖文處理自動化，逐步形成和建立適應多專業、多工種生產的高效益、高柔性、智能化的工程勘察設計體系。該技術體系用系統工程觀點，把勘察、設計的圖紙、圖像、表格、文字等以數字化形式存貯，供各專業設計使用。
3. 數字化巖土工程勘察應用實現的關鍵技術探討
3.1 巖土工程數字化建模方法。
（1）巖土工程地質建模的方法目前采用的主要有表面模型法，表面模型法(也叫數字表面模型)的歷史較早，它的基本內容就是通過精確的表示出工程地質體的外表面來表示均質地質體的建模方法，也是目前廣泛使用的建模方法。表面模型法的數據來源是通過測點獲得的一系列離散的測點資料，包括測點的幾何特征數據和屬性特征數據，然后利用數據解釋結果重構地質體界面。可以抽象為把一系列同屬性的點按照一定的規則連接起來，構成網狀曲面片，進而確定整個地質體的空間屬性，有很多方法用來表示表面，常用的方法主要有數學模型法和圖示模型法，本論文主要討論圖示模型法。常用的圖示模型法有邊界表示法、規則格網法、等值線法、不規則格網法等，其中不規則格網法是本系統選用的模型表示法，將做詳細分析討論。
（2）不規則格網法(TIN)是將區域內有限個點將區域劃分為相連的三角面網絡。區域中任意點落在三角面的頂點、邊上或三角形內，如果任意點不在頂點上，則該點的數字屬性值通常通過線性插值的方法得到(在邊上用邊的兩個頂點的高程，在三角形內則用三個頂點的高程)，所以TIN是一個三維空間的分段線性模型，在整個區域內連續但不可微。有許多種表達TIN拓撲結構的存儲方式，這里采用一個簡單的記錄方式是：對于每一個三角形、邊和節點都對應一個記錄，三角形的記錄包括三個指向它三個邊的記錄的指針，邊的記錄有四個指針字段，包括兩個指向相鄰三角形記錄的指針和它的兩個頂點的記錄的指針；也可以直接對每個三角形記錄其頂點和相鄰三角形。每個節點包括三個坐標值的字段，分別存儲X，Y，Z坐標。這種拓撲網絡結構的特點是：對于給定一個三角形，查詢其三個頂點屬性和相鄰三角形所用的時間是定長的。它在沿直線計算地形剖面線時具有較高的效率，當然可以在此結構的基礎上增加其它變化，以提高某些特殊運算的效率。
3.2 數字化巖土勘察工程數據庫系統。基于GIS的巖土工程勘察涉及到的原始數據主要為地理信息方面的空間數據和非空間數據，數據來源包括：
3.2.1 基礎地理數據這些數據主要包括：
（1）自然區劃圖。 該圖反映被研究區域的地理區劃、河流、道路、居民區、山川、公共設施等等自然地理信息。
（2）地形、地貌圖。 該圖反映被研究區域的自然地貌情況。
3.2.2 巖土工程勘察數據這些數據主要包括： 所研究區域的工程地質勘探資料。 經過篩選、處理的各勘探點包括地理、環境、土的物理力學指標在內的所有信息。 各類建筑場地的地層信息，比如液化等級、液化指數、特征周期、年代、沉積相等。 結合上述分析，數字化巖土勘察工程數據庫系統可以按以下幾個步驟實施構建：
（1）巖土工程勘察數據庫的概念模型設計。 巖土工程勘察數據庫管理作為巖土工程勘察數字化系統的一項基礎工作是一個數據密集、處理復雜的數據庫應用問題，為了能獲得反映信息世界的概念性數據模型，將與實體和聯系相關的功能與行為剝離出來，僅從現實世界中實體的數據側面來建立模型即研究數據對象與屬性及其關系，并在此基礎上建立相對應的數據庫表結構。
（2）數據庫建立實現。 巖土工程一體化系統的數據有三類：用戶輸入的原始數據、系統生成的中間數據及最終數據。原始數據由測點數據組成，而測點數據又由測點幾何屬性數據(位置)和測點信息屬性數據；中間數據包括根據原始數據系統自動生成的地層層面等值線模型、三維表面模型、剖面模型等，根據這些模型可以生成用戶需要的各種圖件，還可以進行各種信息查詢操作；最終數據種類繁多，主要是根據用戶需要由中間數據生成，包括圖形資料和文檔資料(如地質勘察報告等)。
虛擬現實技術可利用計算機產生一個以自然的視、聽、觸等功能感受的三維環境，人們可以方便地對生成的“虛擬世界”進行交互式的觀察、分析、操作和控制。它以仿真方式給用戶創造了一個實時反映實體變化與相互作用的界面，使用戶可直接參與并探索仿真對象在所處環境中的作用與變化，它具有多媒體信息的感知性、沉浸性、交互性和自主性等特點。利用虛擬現實技術創建出逼真的礦山工程環境對優化系統設計具有重要的實用價值。
為了給用戶創建一個能使其感到身臨其境和沉浸其中的環境，必要的條件就是根據需要能在虛擬現實系統中逼真地顯示出客觀世界中的一切對象：不僅要求所顯示的對象模型在外形上與真實對象酷似，而且要求在形態、光照、質感等方面十分逼真。
目前，相關軟件發展迅速、種類較多，其中常用的軟件有MultiGenGreator、Vega、OpenGI以及我國圖靈公司的VRMAP、適普公司的IMAGIS等。
1．1模型構建軟件
MultiGenCreator是美國MultiGenParadigm公司開發的三維建模軟件，廣泛用于視景仿真、虛擬城市、模擬設計、交互式游戲等。它在滿足實時性的前提下可生成逼真的場景，可進行多邊形建模、矢量建模和地形生成。它的層次細節、多邊形篩選、邏輯篩選、繪圖優先級、自由度設置等高級功能使得其數據格式OpenFlight在實時三維領域成為流行的圖像生成格式。該軟件可接受DXF、DEM和其它矢量格式的數據與AutoCAD和GIS軟件結合方便。
1．2支持視景生成的語言——OpenGL
應該使用已有的商品化或標準化的圖形庫和程序設計語言來設計與實現虛擬環境，其中OpenGI(服務器)及其支持系統就是這樣一種可選用的圖形生成環境。OpenGI可按函數庫的形式被C語言調用，也可以被窗口系統直接調用。OpenGI是使用專用圖形處理軟件接口，該接口目前由幾百個過程函數組成，用以支持用戶對高質量三維對象的圖形和圖像進行操作。
()penGI指令的模型是客戶／服務器模式，即一個程序(客戶)提供指令，該指令由OpenGI解釋并處理，它直接執行3D及2D圖型的基本操作。這些操作包括轉換矩陣、光照模型和光線跟蹤、反混淆方法、z～Buf以及像素更新操作等。OpenGI也支持雙緩沖技術，該技術提供了生成動畫效果圖形所需要的機制，使所生成的圖形能夠像電影一樣平滑運動。
1．3視景漫游軟件
Vega是MultiGen--Paradigm公司開發的應用于實時視景、聲音仿真和虛擬現實等領域的高性能軟件環境和開發平臺，由Lynx圖形化用戶接口和Vega庫組成。利用Vega庫函數可在Lynx中建立漫游所需要的場景、窗口、通道、運動和碰撞方式，可以定義對象的初始化參數并建立對象之間的相互聯系。
2地質構造情況的模擬
對于礦山技術人員來說地質構造情況非常重要，如果對煤層、巖層、含水層、流沙層以及斷層和褶曲等情況的推斷有偏差，或圖形表現不直觀易懂，則在建井或生產過程中就可能發生塌方、突水等事故，造成人員傷亡和經濟損失。應用虛擬現實軟件可以根據地質體的三維分布，使礦井的規劃設計更加直觀方便。
綜合國內外現狀，三維地質體的繪制有塊段、表面、實體和斷面建模法等。
MultiGenCreator中需要的曲面數據是ded或。dem格式，使用GIS軟件Arolnfo、用插值方法生成不規則三角網(TIN)，然后轉成USGSDEM格式，將其導入Creator就可以生成煤層曲面。然后，通過光照、著色、紋理、渲染等處理三維地質體更加逼真。
3地形地貌及地物的模擬
地形地貌和地物的建立需要相應的三維數據。如果有研究區域的紙質地形圖，可以用掃描數字化的方法得到平面數據，按照圖上的標注得到高程數據；如果已有該區域的電子地圖，則可直接使用或通過數據格式轉換得到需要的數據；如果沒有上述數據源，則需要由野外測量獲得。
地形生成與地質曲面生成過程類似，先用ArcInfo將地形圖上的等高線和高程點進行數字化，把圖上標注的高程值輸入到屬性表中，生成不規則三角網(TIN)，然后轉成USGSDEM格式將其導入Creator生成三維地形。
對于建筑物、道路、圍墻、河流、湖泊等的建立，先用Auto—CAD進行數字化，得到其平面位置。將得到的*．def文件導入Creator，并與地形匹配。如果建筑物比較規則，則直接將其底面按照高度拉伸為立體，如果建筑物造型比較復雜，則需要分成規則的幾部分進行構建。
4礦山井下巷道建模
目前，礦山信息主要是通過CAD格式的雙線采掘工程平面圖來表達。首先根據采掘工程平面圖上的高程信息，利用CAD中的三維多線段重新描繪巷道，同時將高程信息賦予每個節點，實現巷道的單線顯示，井筒和巷道設計要布置合理，盡量避免穿過斷層、褶曲、含水層等不良地質構造，盡量減少礦井建設和生產地面的影響。
使用MultiGenCreator進行設計，用圓柱體表示井簡，用半圓型截面的柱體表示巖巷，然后進行模擬生產，以發現生產中可能遇到的問題，對設計方案進行比較和選擇。設計方案完成后可模擬不同設備、不同開采方式的生產系統進行生產，從而達到優化礦井設計和生產系統的目的。綜合考慮地質和技術條件、經濟、環境等各種因素，選擇合理的方案。
5虛擬巷道系統的建立
虛擬巷道系統是對礦井真實巷道多分辨率的三維虛擬表示，建立的主要任務之一是實現基于web環境下的可交互的、真實巷道的三維可視化表達，用戶可以從各個角度對巷道虛擬環境進行任意的瀏覽和觀察，并可通過網絡進行各種交互。
5．1礦井巷道的建模
礦井中各種實體大多是三維實體，其表面為不規則曲面，且內部礦體品位分布不均勻。對于礦體的外形，可用一個不規則的封閉曲面來確定。為確定礦體的范圍，要經地表勘查、地下勘探及推估等手段來完成。在瀏覽器上三維實體模型，可通過將現有的三維礦體模型中存儲的信息按照一定的規范轉換為系統可接受的格式得到。要在MuhiGenCreator中構建三維礦井巷道模型，首先應進行簡單的坐標轉換，這是因為MuhiGenCreator中采用的坐標系和地學中實際采用的坐標系的含義有所不同。MultiGenCreator中采用的坐標系為符合右手規則的空間坐標系，是以MuhiGenCreator瀏覽器中用戶區的中作為其坐標系的圓心，基底坐標為XOZ面，y表示高程。其坐標長度以米為單位，標準角度以弧度為單位。因此，為使它與人們通常采用的地學坐標系保持一致，應將原來礦井三維實體的(，Y，：)坐標轉換為MuhiGenCreator坐標系中的(，Y，Z)。轉換后的三維實體坐標應滿足虛擬場景中所采用的局部坐標系顯示的需要。由于礦井實體坐標的數值一般相當大，而實際顯示坐標值的前幾位高位數據對圖形形狀不產生任何影響，因此可將地理坐標數據各分量同時做一預選。
5．2虛擬巷道場景的繪制
對于規則格網構成的礦山地表模型及礦井實體的頂底板數字表面模型，可用ElevationGrid節點構建。該節點能很容易有效地設計創建一個位于局部坐標系X()Z平面上高低起伏的地域造型。該造型用高度值組成的標量陣列描述，陣列指定了表面每個格網點上的高度。和z方向的柵格點數量可以分別用xDimension和zDimension域建立。xSpacing和zSpacing域值指定了柵格行和列之間的空間。Height域的值指定了每一個柵格點的海拔高度，基底上的每一個柵格點都與height矩陣中的一個海拔值相對應；colorPerVertex域指定為TRUE或FAISE，表示color域中指定的顏色是用到ElevationGrid節點的每個頂點上(TRUE)，還是應用到每個四邊形上(FAISE)；此外，通過建立solid域值，所有的海拔柵格都可以當作實體。
對于由不同的三角面構成的復雜地表模型，則需要用MUITIGENCREATO提供的萬能幾何節點IndexedFaceSet來創建，它有coord與coordlndex兩個域，與IndexedFaceSet節點中的兩個域類似，前者提供了一個節點，列出了構造面幾種所有面的坐標。Coordlndex域的值提供了一張描述一張或多張面周界的列表。其中每一個值都是整型索引，并且每個索引都指定了在coord域內的坐標列表中的一個坐標。在實際的創建過程中，要求建立三角網的各個三角面按照法線方向向外的法則。
6結語
應用虛擬現實技術，生成一個逼真的礦山虛擬環境(VirtualEnvironment)。這樣在礦山設計或研究階段，科研人員可以置身于礦山虛擬環境下直觀審視礦山，按照設計給定的工藝方法和參數，選擇設備及確定生產模式。從基建到閉坑的全過程實時監控，發現問題進行實時修正。設計結束后，設計單位、礦山企業可向審查者、公眾展示一個三維和動態的礦山。總之，虛擬現實技術在礦山設計、技術改造、生產中可廣泛應用。
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【關鍵詞】：數字技術建筑信息模型（BIM） 建筑教育體系改革
中途分類號： G642文獻標識碼：A文章編號：
1.前言
一提到建筑數字技術教育，首先想到的可能是一系列的軟件，除了傳統的AutoCAD，3Dmax，Sketchup等，還有基于建筑信息模型BIM技術的Revit 等，另外擅長曲面造型的Rhino，誠然，這些軟件的教學能讓學生掌握更多表達建筑的方法或提供更好的建筑設計的思考途徑，但是由于在教學過程中大多側重軟件使用方面的講授，忽視了與設計課的結合，同時其他專業基礎課與設計課在數字技術的銜接方面也不成體系，因此很難達到預期的效果。在2007年全國高等學校建筑院系建筑數字技術教學研討會上提出的改革思路的一個重要方面就是將建筑數字技術課程與建筑設計教學結合起來，原本專業基礎課程的學習就應該服務于設計課，更好的將個專業基礎課與設計課達到無縫銜接的程度才是建筑學專業教學的目的。數字技術的應用是滲透到整個建筑行業中的，因此建筑學專業教學體系應抓住數字技術革新的契機，對各個課程的教學內容和教學方法做出相應的改革，建立更緊密圍繞設計課為主的教學體系，讓學生更加適應數字時代的到來！
2.建筑數字技術教學改革的現狀
隨著計算機、網絡、數字技術的發展，給建筑教學帶來了翻天覆地的變化。首先，網絡讓教學交流更容易。比如，班級一般都建有QQ群，任課老師經常被邀請加入群里，討論作業、設計等，在更輕松、平等的網絡氛圍下的師生交流更愉快，教學效果更好。此外，學生還把作業放到ABBS等建筑論壇上請求點評，在論壇上經常會碰到名師還有設計經驗豐富的建筑師，學生反映收獲很大。除了增進與老師的交流以外，學生與其他院校的同學交流也增多了，通過網絡他們了解了其他院校的同學都在學什么，怎么學，而且同齡人之間交流學習心得的效果比老師在課堂上反復強調要好。其次，實現了多媒體教學普及和精品課程資源共享。一般理論課教學都利用了多媒體教室，老師通過圖片、三維動畫、視頻資料輔助教學，學生更容易接收。更重要的是多媒體教學也讓精品課程庫的建立成為可能，讓不少一般院校的學生也能通過精品課程庫享受到優質教學資源，對提高老師的教學質量也有很大的幫助。最后，三維軟件的學習，增強了學生的空間思維和創新能力。絕大多數院校在大一下學期安排Sketchup軟件的教學，然后在接下來的設計課中馬上利用Sketchup建模并推敲方案，學生普遍都表現出比用手工模型推敲方案更高的熱情，他們對方案中內部空間的布置和外部環境的營造以及對建筑的材質、顏色的推敲顯得更細致入微。此外，幾乎所有重點高校，如清華大學、重慶大學、同濟大學等，以及部分普通高校，如湖北工業大學、河南工業大學，他們進行了數字技術教育改革的腳步較早，除了Sketchup，他們更安排了Revit、Rhino等三維軟件的教學或專題講座，讓不少學生使用Grasshopper體驗了參數化設計這種全新的設計思維，大大開闊了空間設計的思路創新。
3.建筑數字技術教學改革中存在的問題
建筑數字教學改革中存在的最重要的問題就是與設計課結合的不緊密。主要表現在以下兩個方面，第一，雖然在建筑數字教學中增加了大量的課時，但是大多普通院校主要用于講授新的軟件的使用方法，對數字建筑本身的意義和重要性對學生交待的不清楚，最后學生把興趣放在軟件的學習上，激動于軟件帶來的感官刺激，比如用rhino創建的自由形體讓學生激動不已，導致過分強調外部造型而忽視了設計最本質的東西比如空間的組合。目前除了一少部分院校開始講授基于BIM技術的Revit 以外，大部分院校三維軟件教學以講授Sketchup和3DMax為主，其它軟件推薦學生自學，因此有的學生在草圖構思階段也會受到軟件的限制，比如草圖大師不擅長曲面，學生在構思階段有意避開曲線構圖，或有想法也堅持不到最后。其實數字技術對設計的影響之大遠遠超出我們現在可以想象到的。比如在2011年CAADRIA（亞洲計算機輔助建筑設計協會）年會上SASADA獎最佳論文獎的冠軍獎勵給一個使用彎曲傳感器和記憶合金實現現實中的織物曲面形態和計算機中的曲面模型之間互動的研究，它使得建筑師對曲面形態的創作可以脫離計算機圖形界面而在物理世界中進行。
第二，專業理論課的教育對數字技術的反應太慢。正如建筑業對科技的反應比其它專業如機械、航天、導彈等等專業都慢很多一樣，專業理論課對設計課的支持也總是慢一拍。三維建模出現后，特別是基于建筑信息模型的軟件出現后，還有不少學生甚至老師還認為那只是類似或比3DMax高級的三維軟件，并沒有意識到BIM模型可以應用于整個建筑周期，從方案設計到施工圖設計，并整合結構、機電等，再到施工、物業管理等階段都有用武之地。比如Revit和ArchiCAD等三維軟件建立的模型或組件可以用于建筑構造課程，從整體到局部到節點構造均有比較精細的組件模型，而且利用這些軟件進行理論課的教學讓學生倍感親切，和設計聯系的也愈加緊密。又如Ecotect軟件本來可以提供很好的對建筑物理環境聲、光、熱全面分析，但大多數學生面對大量的數據設定望而生畏，然而，如果在建筑物理理論課的教學中在聲、光、熱三方面分別以小例子來講解相應的使用方法和分析途徑，學生也會對建筑物理這門本來比較難又略顯枯燥的課程更感興趣。因此在理論課上及時利用或補充數字技術方面的相關知識并與設計結合講解可能是數字技術帶給建筑教育課程體系的一個契機。
。4.建筑數字技術教學改革的探討
建筑學教育本來就是一個完整的體系，被人為的分成若干課程，最終通過設計課程來實現知識的整合。數字技術的發展特別是BIM技術，為學科的整合方式帶來的新的契機，通過BIM技術構建一些歷史的、現代的、著名建筑模型，并建立一個基礎數據庫，這個庫可以提供給各個課程分別引用，并根據知識側重點不同增添新的信息，然后成為這門課程的模型數據庫。因此借助數字技術的手段推動建筑學教育體系中知識的整合度，讓學生將各課程所學融會貫通于設計課程應該成為數字計算教學改革的重點。具體來講數字技術與各門課程之間的整合構想如下。
4.1數字技術與計算機輔助設計課的整合
大多院校雖然開設計算機輔助設計課已經有十多年歷史了，但通常把計算機作為繪圖工具取代手工繪圖，充其量達到“無紙化設計”的程度。近幾年來受大量外來數字建筑作品的沖擊，國內建筑師開始從創作思維層面上利用數字技術，重點建筑院校也開始探討數字技術教學改革的新模式。而要從創作思維層次上利用數字技術必須有有計算機圖形學的基本知識，但對于建筑學專業學生來說，基本的圖形學算法已經令人望而生畏，更不用說參數化設計這類需要總結設計的生成規則并轉化成算法的，更是讓人舉步維艱。但清華大學已邁出了第一步，開設了計算機圖形學課程，在參數化設計課題上做出不少有益的探索。因此普通院校在開設計算機圖形學課有難度的情況下，在計算機輔助設計課中增加相關的計算機圖形學知識是可行的。
4.2數字技術與建筑歷史課的整合
建筑歷史課教學宜從古建筑制式的介紹和現代建筑的數字設計方法兩個層次來結合數字技術。第一，利用數字技術建立古建筑模型庫，特別是基于BIM技術的三維模型。比如我國古代木結構建筑都有嚴格的等級劃分，而劃分的規律多以柱徑尺寸或斗拱中斗口的尺寸來控制，通過參數化設計，整個古建筑木結構模型一目了然，而且模型中各個部件均可以添加名稱和細部尺寸信息，學生只需更改參數即可查詢各種等級不同制式的古建筑，而且構件名稱、尺寸以及安裝方法等信息均可查詢。雖然很多學校在這方面都做了不少有益的探索，但是，如果能夠在常用軟件中有準確的三維模型，那將對歷史教學和設計課程的有機結合有很大幫助。另一方面，將數字技術的發展現狀作為教學內容。如果在介紹現代建筑時，結合其使用的數字技術進行分析，將在提高建筑歷史課的學習熱情同時開拓學生創新思維能力。
4.3數字技術與建筑構造課的整合
建筑構造課教學宜從構造節點信息和建造方法兩方面結合數字技術。一方面，利用通過BIM技術建立的模型庫添加細部信息，比如樓板、復合墻體、防水層的構造信息。這樣學生可以方便查詢，畢竟學校不可能在構造實驗室把所有的構造節點收集齊全。但是模型庫可以通用，構造節點只需在原有數據庫的基礎上添加詳細的節點信息。另一方面，可嘗試整合相關的CAM知識作為教學內容。因為學生在感嘆獨特的空間曲面造型的同時往往會有疑問這樣的造型怎么做。CAM是計算機輔助建造的縮寫，在汽車和航空領域的應用廣闊，目前建筑業也有應用的實例。如ONL設計的IWEB項目，一個類似太空飛船的造型，從設計到構件生產建造到施工組裝完全用三維數字技術，建立了從三維設計到鋼材制造的直接聯系。如果學生對空間曲面造型的構造更清晰會增加他們利用數字技術設計的信心。
4.4數字技術與建筑物理課的整合
建筑物理課教學應該補充講授如何利用數字技術進行各種物理環境的分析。學生提到物理課往往比較頭疼的，因為目前的教育側重概念介紹和計算，真正能運用于設計中的一般就是一些定性的知識。但如果利用數字技術對物理環境做足分析，可以為方案提供強有力的數據支持。對于如草圖大師上的日照分析，學生都非常樂意運用，但對于如Ecotect等專業分析軟件，大多數院校的學生都苦于自學難度很大，面對大量物理數據的設定無從下手，而且對分析結果如何指導設計改進也充滿困惑。在這方面，重慶大學已經做了不少探索，而且在新編的建筑物理教材中增加了Ecotect應用部分，為教學提供很大的方便。因此，結合設計案例講解軟件的使用方法，以及通過分析結果改進設計方案的手段是有必要的。
4.5數字技術與建筑設計課的整合
建筑設計課教學既要鼓勵學生在設計中運用所學的新軟件，還要提醒他們不要被軟件左右設計思想。近幾年“非線性設計”、“建筑設計生成法”、“參數化設計”新的概念層出不窮，學生一邊向往這些新概念帶來的視覺沖擊，一邊又害怕困難，沒有把握去嘗試，往往放棄或半途而廢。設計課上老師應該鼓勵學生在大學設計課程中至少做一個非線性設計的方案，課堂上對于想法很好，但建模有困難的同學可以做一部分示范，幫助他建立一部分模型，正如建筑表現課上給學生做示范一樣。這方面，東南大學、清華大學、同濟大學都開始了教育改革實踐取得了相當喜人的成績。但對于有些軟件基礎好的學生，他們雖然能很快結合設計，但容易沉迷于軟件帶來的新奇造型，欲罷不能，反而忘記了設計的本質，對他們則應正確引導，提醒數字技術是工具，要為設計服務而不是成為它的奴隸。
5.結語
總之，無論對于走在改革前列的重點院校,還是正準備邁出改革步伐的普通院校,要實現各課程之間的整合工作量相當大，教師培訓、教材編寫都需要付出大量心血，但是，借助數字技術的改革推動建筑學教育體系的整合是必然趨勢，隨著數字技術的發展，建筑教育體系必將同步發展、與時俱進。
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