三维表达（共3篇）
三维表达 篇1
地籍管理是规划国土资源管理中打基础、利当前、谋长远的一项基础性工作,它的根本任务是准确掌握每一宗土地的现势权属状况,摸清楚每一块土地的利用状况,为各项规划和土地管理工作提供权威的、可以信赖的基础数据。
理想的地籍管理模式应该是“源于地籍,归于地籍”的。“源于地籍”指的是土地利用规划、建设用地管理、耕地保护、执法监察等所有涉及土地使用和管理的工作,都必须要以地籍数据为基础,在土地权利人明晰、界址范围清楚、用途明确的条件下开展;“归于地籍”指的是各项土地管理工作的成果最终都将在地籍数据中体现出来。
1 现行的地籍管理模式
在我国现行的地籍管理系统中,登记的对象宗地是建立在二维地表上的权属界线封闭的地块。然而,地籍具有空间性、法律性、精确性和连续性的特点。随着社会经济的发展,城市土地的多元立体化开发、利用已经成为在土地资源节约、集约利用这一大背景下的一种新型土地利用趋势。对土地地上和地下空间的综合开发、利用,使得同一宗地——地表、地上和地下可能存在不同的土地使用权人。因此,基于二维平面地表上的宗地已经无法满足地籍“空间性”的特点,而且也无法采用“归于地籍”的管理模式实现对空间地籍的调查。未来的地籍管理迫切需要将宗地的概念拓展为“宗地体”的概念,将二维的地籍管理模式转化为在三维地籍形态下管理地籍数据和成果的模式。本文将以“上海市普陀区金沙江路真北路地下空间开发项目”中对土地使用权人三维空间表达模型的建立为例,介绍三维地籍管理模式的相关内容。
2 三维地籍管理研究
对于三维地籍管理的研究工作,国内外的学者都已经做出了一些探讨。2000年,荷兰代夫特工程大学测量学院就深入、全面地调查、分析和研究了三维地籍研究的必要性、可行性和各种约束条件,开创了三维地籍研究的先河。在我国,詹长根等学者从经济、法律和技术的层面讨论了当时三维地籍数据模型在建立过程中存在的障碍,阐述了我国土地利用发展现状对三维地籍管理的需求。综合考量国内外对三维地籍管理的各项研究,以及我国当前城市建设的土地利用情况,三维空间“宗地体”可以将三维空间内的土地使用权人进行2次投影,进而形成可确定的数据模型表达式。具体方法如下:①通过土地权属调查明确三维空间内所有土地使用权人的权属边界范围,依据所确定的边界范围垂直投影在二维平面空间内,以此确定每个土地使用权人边界的二维平面坐标点Si(Xi,Yi)。②对垂直投影所产生的每一块二维平面权属边界进行水平投影,以此确定每个土地使用权人边界的空间位置Zi。至此,即使土地使用权人边界范围空间交错,垂直投影后在二维平面内有所重叠,通过水平投影也可以明确其空间位置分隔。依据垂直和水平2次投影,可以确定土地使用权人三维空间边界坐标点Si(Xi,Yi,Zi),以此建立土地使用权人的三维空间表达模型Pi{S1,S2,……Si}。最终,整个三维空间用地范围形成的宗地体的表达模型为P{P1,P2……Pi}。
3 项目实例分析
以“上海市普陀区金沙江路真北路地下空间开发项目”为例,经过前期土地权属调查发现,该项目地下空间用地范围内包含上海市普陀区某投资发展有限公司地下建设用地P1、上海轨道交通某公司地下建设用地P2和城市地下用地(没有明确土地使用权人,属于城镇国有地下空间用地)P3三个土地使用权人。对该项目用地范围内3个土地使用权人的用地范围边界垂直投影后形成3个使用权人的二维边界,并标注出相应的坐标点,具体如图1所示。
根据项目用地规划选址意见,该项目地下空间包含地下10.71 m和地下15.31 m 2层。对P1、P2、P3进行水平投影可知,使用权人P1仅包括地下10.71 m的范围,使用权人P2和P3包括了地下10.71m和地下15.31 m 2层。由此可知,在该项目地下空间的用地范围内,3个土地使用权人的表达式为:P1{(X1,Y1,-10.71),(X2,Y2,-10.71)……(X6,Y6,-10.71)};P2{(X3,Y3,-15.31),(X4,Y4,-15.31),(X13,Y13,-15.31),(X12,Y12,-15.31)……(X7,Y7,-15.31)};P3{(X5,Y5,-15.31),(X16,Y16,-15.31)……(X14,Y14,-15.31),(X22,Y22,-15.31)……(X17,Y17,-15.31),(X10,Y10,-15.31)……(X12,Y12,-15.31)}。未来,整个地下空间项目以P{P1,P2,P3}的宗地体形式而非二维平面用地范围进行登记,并纳入三维地籍管理模式中。
4 总结
随着计算机技术、GIS技术、三维可视化技术的迅速发展和城市发展立体化程度的提高,社会各界对三维地籍数据的应用管理和需求也日趋显著。三维地籍数据库的建立和实现需要采集大量的三维数据,并以此作为基础支撑。这比获取二维地籍数据要花费的资源成本多。就目前实际情况而言,三维地籍数据管理研究不能摒弃已有的二维地籍数据,应充分利用现有的地籍数据资源,将二维的地籍数据与三维地籍数据模型的建立结合起来,通过二维、三维数据的转换(即宗地与宗地体的转换)实现未来三维地籍管理的新模式。随着三维地籍管理受关注程度的提高,三维地籍数据模型和数据库的建立越来越成熟。可以预见,未来以三维地籍为基础的地籍管理模式必将达到一个新的高度。
参考文献
[1]詹长根,齐志国,赵军华.三维地籍的建立分析[J].国土资源科技管理,2006,23(2):79-81.
三维表达 篇2
After Effects是一款用于高端视频特效系统的专业特效合成软件, 它借鉴了许多优秀软件的成功之处, 将视频特效合成上升到了新的高度。和其他的Adobe公司的软件一样, 层概念的使用, 使其可以对复杂的颜色、形状、光线进行灵活地处理, 这大大拓宽了设计者的创作思路, 避免了许多重复性劳动。
然而, 层的使用在提供了便利的同时, 也给设计者带来了很大的限制。众所周知, 图层是一个仅有二维的平面, 没有厚度的概念。因此, 所有在After Effects中制作出的效果, 无论是三维的还是二维的, 都是平面的。换句话说, 在After Effects中制造出的三维效果, 就像生活中见到的照片一样, 照片的内容是三维的, 而照片本身是二维的。
这样的话, 合成师在创作的时候就有很大的局限性。尤其在图层间的相互运动上, 合成师无法做出逼真的效果。而一些三维软件, 如3D MAX、Maya等可以很容易地解决上述问题, 但是其特效的制作、光影的合成功能上又大大不如After Effects。针对这类问题, 本文采用After Effects的表达式功能来解决。
2、After Effects表达式简介
After Effects的表达式是以Javascript语言为基础。因此Javascript中丰富的语言工具都可以用来创建After Effects表达式。
在After Effects中, 表达式的添加非常简单。按住Alt键的同时, 点击需要添加表达式的参数左边的小码表即可。点击后, 左边的参数下方也会出来一排注释, 指明这是关于Rotation这一参数的表达式;同时, 右边的时间轴上会出现一段空格, 需要填入相应的表达式。该表达式的值会被赋予Roation参数。需要注意的是:应用表达式之后, 该参数的任何关键帧都会永久保持与之的连接关系。
3、三维形体的创建
使用After Effects滤镜创建的三维物体并不是真实地存在于立体空间内, 而是存在于一个二维平面。然而, 根据微积分的理论, 有一定厚度的物体可以看成由若干个内容相同的层叠加而成。因此, 合成师在After Effects中创建三维物体时, 可以先设计出该物体在XY平面上的投影, 然后将投影进行复制。复制后的层应保证每一层在Z轴上的位置都相差一个相同的距离。这样就得到了一个真三维的形体。
在复制的过程中, 还应注意:随着三维物体的厚度不断增加, 根据照明常识, 处于最底层部分的亮度要不断降低。也就是说, 在物体的Z轴上, 每一层的亮度按照从上到下的顺序递减。这样得到的形体才会更加逼真。
另外, 根据这个方法制作的三维物体, 是一个前后左右四面为纯色的物体。这是因为这四面是由若干个层的边缘构成的, 因此不存在颜色和图案上的变化。以上是创建方法的简单描述, 下面来看一下具体的操作。
现在软件中建立一个长为1280px, 宽为720px的合成, 置入文字层, 输入一组数字123。现在将这个文字层作为三维物体在XY平面上的投影。将该层设置成3D层, 改变它的X轴角度以便观察。给其添加滤镜:亮度和对比度。
下面对亮度参数和位置参数添加表达式。按照上文所示的方法, 给亮度属性添加的表达式是“ (index-2) * (-8) ”;给位置属性添加的表达式是“value+[0, 0, index*2]”。
第一个表达式以亮度为变量index, 将每一层的亮度值经过处理后再将其赋予亮度参数。从处理的过程可以看出, 每一层的亮度值都会衰减。第二个表达式以位置参数的Z轴数值为变量index, 当前位置参数值value加上[0, 0, index*2]后被重新赋予位置参数。这样, 在两个表达式填入后, 合成师只需将文字层不断复制, 就可以得到一个有一定厚度的, 有着较好的亮度过度的形体。然后将所有层进行预合成, 再添加摄像机改变视角, 得到如图1所示结果。
通过这两个表达式, 合成师可以在After Effects中很方便地得到三维的形体。
4、三维光线的创建
在After Effects的光线滤镜中, 无论是自带的还是外挂的, 都只能做出二维效果的光线。当发光体在立体空间中运动时, 其散发的光线无法随之发生变化, 尤其在光线的发散方向上, 这一特征非常明显。针对这一问题, 笔者认为可以通过表达式的巧妙运用来解决。方案如下:
首先, 创建一个三维坐标, 笔者在软件中新建了一个灯光层 (Light) 。对于Light层, 各位读者应该都很熟悉。这是一个初始状态就是三维的图层。由于只需要灯光的三维坐标, 因此将灯光层隐藏显示。之后将发光物体复制, 将复制的层至于原始图层下方, 并添加滤镜CC Light Burst 2.5, 这是一个光线发散滤镜, 同其他的光线滤镜一样, 其原点参数只有二维。
按住Alt键的同时, 在滤镜CC Light Burst 2.5的Center参数前方的小码表上按下鼠标左键, 给Center参数添加表达式。表达式为:thisComp.layer ("Light 1") .toComp ([0, 0, 0]) 。这个表达式的意思是:将目前合成中的层Light1的三维坐标提取出来, 把提取出来的数值赋予使用这一表达式的Center参数。这样, 尽管Center参数原本只有二维坐标, 但使用这一表达式后, 该参数将和Light1层使用同一坐标值。也就是说, Light1的位置取代了滤镜CC Light Burst 2.5的光源位置。
这样设置后, 在软件中移动摄像机, 就可以看到明显的、真实的光线发散效果了。如图2所示。
5、结语
本文针对After Effects中常见的两类问题提供了使用表达式的解决方案。在动画的设计过程中, 遇到的问题远远不止这些, 各位读者在遇到此类问题的时候, 不妨试试表达式, 或许会有意想不到的结果。
参考文献
[1]董宁.JavaScript语言与Ajax应用.
三维表达 篇3
我国古典园林的构成要素众多, 而尤以池、山为核心骨架, 园林整体的风貌也正是藉由其格局和品味奠定。
由于山石摆放、池岸走势皆需顺应自然, 故其轮廓向无规律可循;而山石层次的复杂多变, 又为量得数据后的图面表达带来更多困难。
自2011年起, 西安建筑科技大学针对诸多苏州古典园林, 使用三维激光扫描和近景摄影测量技术对其中几座代表性的假山、池沼部分进行了信息采集, 以作辅助制图之用。
1 传统测量手段评述
传统测量仪器包括经纬仪、水准仪及手工皮、卷尺等, 具体操作分平面、立面两个环节完成, 先行量得各建筑物台基部分角点作为定位依据, 再自台基边缘以直角坐标法或两点法向外引出池、山部分各标高上的控制性拐点, 获得其分层轮廓, 继而由测得多个特征点令各石块的边缘闭合。在此基础上利用经纬仪量点并代入公式计算, 得到石块水平与竖直方向的拐点数据, 连接后即得到立面轮廓。
这样的技术手段, 虽然有成本低廉、轻便易携、流程单一等优点, 但耗费人工, 测得数据有限且精度不足, 因此有必要尝试新的信息采集技术, 比较与反思新、旧测绘手段在记录与表达池、山要素时的优劣差别。
2 三维激光扫描技术在园林测绘中的使用
三维激光扫描仪采用激光测距的工作原理, 连续、自动采集海量数据, 可以快速、准确、无接触地完成复杂表面的测量工作, 而被测对象表面扫描点的集合则称为“点云”。
在环秀山庄北侧池、山部分的测绘中, 我们利用徕卡C10扫描仪, 前后共架设11个分站, 围绕假山形成闭合导线。
经总结, 三维激光扫描技术应用于园林假山时主要存在以下问题:其一是盲区众多, 因山石纵横堆叠, 相互遮挡, 形成大量孔隙, 加之山径狭窄, 难以架站, 导致缺失信息较多, 模型完整度不高。其二是难以降噪, 因园林池、山之上, 大量植物与测量对象混杂, 无法剥离。其三是难以建模, 三角网封装无法适用于遮挡严重的山石, 导致难以将点云总合成具有闭合表面的模型。即或如此, 一个较为粗糙的全息点云模型对于园林测绘及园林史教学还是不无裨益的。通过整理两套技术路线分别针对同一对象的测绘成果, 我们总结了一些结合两者之长以校正、完善最终图面成果的方法, 详述如下。
3 点云在测绘图校正过程中的应用方法
3.1 点云切片操作与山石层次的精确表达
石砌假山本质上是由各标高上各自闭合的成组石块上下堆叠而成, 而又以山径、涧谷、飞桥、石洞等要素打断水平组块、联通竖向体块, 使之相互穿插交织而成。因此, 测量和绘制假山平、立面时, 分清层次最为重要。在点云中, 可以人为选择切片位置和厚度, 使其仅呈现该位置的物象轮廓并分层描图、叠加以获得精确的立面边缘。这相当于在信息采集阶段以机器自动读数代替人工测点, 在计算机辅助制图阶段以描摹光栅图像代替算点绘图, 从而将复杂劳动转化为简单劳动, 大幅提升工作效率。
3.2 摄影测量与池岸轮廓的直观呈现
在耦园黄石假山及池岸的测量工作中, 我们综合利用了多种摄影测量的手段, 首先在池、山控制点上粘贴纸标靶, 利用全站仪打点形成控制性空间网格;其次沿山体边缘环绕拍摄;最后利用大疆精灵3型四旋翼无人机进行了航拍;最后利用Photo Scan软件处理摄得照片。在此基础上, 我们以正射俯瞰视角调整模型并截图, 导入CAD文件后勾勒池、山整体轮廓与较大石块的边缘及分体线, 得到了较手工测量更为准确的平面图形。
3.3 数码相片提取与色彩渲染的真实表现
由于摄影测量所需照片量巨大, 且其最终模型直接来自大量总和后的相片, 其体现出的色彩与材质十分接近于现实中的平均情况, 因此可作为图纸后期着色的重要信息来源。即直接将模型图片导入Photoshop等软件, 吸取相应位置颜色后对白线图进行渲染。
3.4 点云密度估测与树形树冠的初步记录
使用三维激光扫描同样可以记录树木的相关信息, 虽然无法像建筑、山体、道路等硬质部分一样精确计量, 但较之以往的目测, 还是更为可靠。除了枝干形态、纹理等直观信息外, 尚可利用点云对树冠体积等较为虚化的空间关系进行推算。按照所谓的“体元模拟法”, 可以用固定大小的体元模拟不规则的树冠形状, 即首先将树冠沿高度方向以k为单位分段, 将每一段内的三维测点投射到底平面上, 继而将底平面划分为k×k的像元, 根据投射到各个像元内的点的数量, 以某一密度为限判定其有效性。统计有效像元数量T, 则树冠体积为T个k3之和。经试验, 当k等于冠径1/10时, 计算值达到稳定。该算法可以忽略树冠形状导致的主观估算失误, 直接根据三维扫描获取的点云数据科学计算树冠体积。如此一来, 三维扫描工作中的副产品———树木点云, 便可以作为植被生长情况的定量依据被记录, 从而不断充实整体信息库的内涵。
4 结语
相较于传统测量方式, 三维激光扫描和近景摄影测量技术除了无接触无损伤、快速、准确、全面之外, 还具有连续性的优势, 表现为对对象不规则缺陷和变形的测控, 包括构件倾斜、鼓胀、凹陷、损坏等, 因而特别适合于较复杂的非欧几何体块。这种特性与中国古典园林中以自然石材为主体构建的池岸、假山等部分恰相契合, 极大地弥补了传统测绘手段在面对这部分内容时的技术短板, 无论从古典园林信息记录的角度, 还是新兴量测技术适用对象的扩展方面来看, 都是非常重要的学科交叉增长点, 因而有必要围绕这一课题展开更多的实验与探讨, 从而使新的技术更好地服务于遗产保护与人才培养。
摘要：以苏州环秀山庄与耦园为例, 针对古典园林中池、山等部分的外观轮廓难以精确测量和清晰表达的问题作了研究, 探讨了三维激光扫描与近景摄影测量等技术在此类工作中的应用, 以供参考。
关键词：池山轮廓,非欧几何体,三维激光扫描,近景摄影测量
参考文献
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