三维角色建模的方法（精选9篇）
三维角色建模的方法 篇1
三维激光扫描技术是近年来迅速发展起来的一种获取空间数据的新技术,它通过激光测距原理,瞬时测得空间三维坐标,相当于一个高速测量的全站仪,但又不同于传统全站仪[1]。传统全站仪需要通过人工寻找目标,每次测量一个目标点。而三维激光扫描仪则通过自动控制技术,按照事先设定的分辨率对目标物体进行扫描,连续、快速地获取目标物体表面的密集采样点数据,即点云数据。利用点云数据,可快速构建结构复杂、不规则的三维表面模型。因此,该技术又称为“实景复制技术”。
目前,三维城市建模已成为数字城市研究的热点。常见建模方法是通过航空摄影测直接获取建筑物等地物表面的三维坐标和地形表面的DEM,进行几何建模,利用航空影像提取建筑物和地面纹理并进行纹理映射。但这种建模方法精度不高,建立几何模型的工作量较大。利用三维激光扫描仪获取的点云数据则可以实现物体表面快速、精确地建模,在城市建模研究与应用中被广泛关注。
笔者以拓普康GLS1500扫描仪作为实验设备,以三维城市建模中的典型地物———建筑物为研究对象,探讨利用三维激光扫描技术获取空间数据并建立三维模型的方法。
1 数据采集
1.1 制定扫描方案
为了获得完整的三维场景信息,首先要对扫描目标以及周围环境进行实地勘查,根据仰角及遮挡情况确定各个扫描站点,实施多测站多角度的场景扫描。因此,在实施扫描前,首先要制定扫描方案。若测区有现成的地形图,可根据地形条件和测量的具体条件来计划扫描的路线和测站点的位置,然后再到实地勘察,对预先设定的计划路线和控制点位置进行适时调整。若测区没有现成的地形图或者测区范围不大,可实地勘察,现场选择路线,确定扫描站点。
为了将各测站获取的点云数据统一到同一个大地坐标系下,在选定测站点后,需要根据测区控制网,测定测站点坐标。另外,为了便于后续的点云配准,要合理安排标靶的位置和数量。
1.2 实施扫描
1.2.1 扫描范围的设定
由于扫描距离越远,扫描时间就越长,像天空这样的无限远距离会降低工作效率,不应纳入扫描范围。从某一方向对目标进行扫描时,应从扫描仪视野范围中圈选出被扫描物体,这样既可减少噪点,又可减少扫描时间,提高工作效率。
1.2.2 点云密度的设置
点云密度的设置要充分考虑目标对象的复杂程度和实际应用需求,对细节较多的建筑物一般采用1 cm激光点位间隔扫描,对墙体平滑的部分可设置2 cm及以上间隔。
1.2.3 纹理数据的采集
拓普康GLS1500扫描仪自带摄像头,可在扫描的同时进行目标拍照,获取纹理数据,以作为建模后的纹理贴图使用,并为多站拼接提供参考。
2 点云数据处理
2.1 点云的预处理
由于扫描过程中外界环境对扫描目标会构成阻挡和遮掩,如移动的车辆、行人、树木的遮挡,及实体本身的反射特性不均匀,会形成散乱点或者空洞等噪声,需要对点云进行过滤,剔除点云数据内含有的不稳定点和错误点。实际操作中,需要选择合适的过滤算法来配合这一过程自动完成。滤波去噪原理是:根据激光扫描回波信号强度辨别,回波信号强度低于阈值时,距离信号值无效;利用中值滤波,剔除奇异点;利用曲面拟合去除前端遮挡物[2]。
2.2 点云配准
由于扫描系统是刚性的,点云配准时发生的坐标变换可视作三维刚体的坐标变换,即两点云之间尺度比λ取为1[3]。该转换模型仅包含6个独立参数,即3个平移参数Δx,Δy,Δz以及3个旋转参数α,β,γ。进行点云数据配准的关键是解算出这6个转换参数(Δx,Δy,Δz,α,β,γ)。而要解算出这6个参数,必须有不少于3对的同名点。若存在多余观测,即同名点对多于3对,则按最小二乘法进行平差解算。确定同名点对,解算旋转矩阵R和平移矩阵T,然后进行配准,即确定配准目标函数并获取最佳变换参数。坐标转换模型如下:
实际应用中,点云配准常用方法有两种,即控制点配准和标靶配准。使用控制点按照测站/后视方法将点云配准到大地坐标系下,这就要求各测站的扫描仪须架在已知点上,严格对中、整平,进行测站/后视点设置,原理与全站仪测量相同。使用标靶配准是利用公共标靶作为约束条件进行配准,该方法要求相邻测站在完成目标扫描的同时,还需扫描3个及以上的公共标靶,并且各测站中必须有一站要架在已知点上,按照测站/后视方法进行扫描,其余测站可任意架设,各站点云数据在配准的同时也统一到大地坐标系下。
另外,也有人提出利用扫描目标的特征点(如房屋角点、窗户边界)进行配准,但扫描时的点间隔一般为几毫米或几厘米,并且激光束的发散使得扫描光斑在目标表面也不是一个点,无法使相邻测站扫描到同一个特征点,致使配准时使用的并不是相同特征点,配准后会存在偏差,此种方法精度低,一般不宜采用。
本实验主要对昆明冶金高等专科学校西部入口处的校务大楼、图书馆和科技大楼三幢建筑物围合形成的场景进行扫描,充分利用预先布设在校区的控制点实施扫描和点云配准,选用控制点11个,表1为部分控制点坐标。对于没有控制点的测站,为将该站的点云数据坐标统一到大地坐标系下,在该测站和上一测站间增设3个公共标靶,操纵扫描仪分别在两测站完成标靶扫描和靶心自动识别,实现高精度配准。点云配准应注意两个问题:
(1)测量坐标系是左手坐标系,X轴为纵轴,向北为正,Y轴为横轴,向东为正;而实验所采用的拓普康GLS1500扫描仪坐标系是右手坐标系,即X轴为横轴,Y轴为纵轴。点云数据的原始坐标都是仪器内部坐标,在配准时应注意坐标轴的变换。
(2)扫描时标靶放置的位置会影响到配准精度,标靶要均匀分布于整个扫描范围或重叠范围,不能在一条直线上,相互之间尽量远离,这与影像校正中控制点的分布问题一样,在此不再赘述。
图1为校务大楼、图书馆、科技大楼三幢建筑物场景进行分站扫描的数据,可以看到,各测站的点云在配准前是重叠在一起的。利用Scan Master软件按测站/后视方法进行配准后,得到的点云如图2所示。
2.3 点云消冗处理
多站点云数据配准后,在扫描重叠区内的重复采样点会带来数据冗余的问题。在不降低原始扫描采样密度的前提下,有必要对冗余点云进行消冗处理。南京师范大学盛业华提出对拼接后的点云建立立方体格网索引,再对所有采样点按k-邻近结构进行组织,然后在k-邻近组织的数据中进行遍历,依据采样点间距是否小于给定的阈值确定是否删除某一采样点,最终实现对多站扫描的点云拼接数据进行消冗处理[4]。中国矿业大学黄承亮提出了区域重心压缩法和共顶点压缩法两种点云消冗处理方法[5]。
本项目采用拓普康GLS-1500三维激光扫描仪配套的Scan Master数据处理软件采用人机交互的方式完成。
3 三维几何建模
三维激光扫描仪所得到的点云是由不规则的离散点构成的,点云之间并没有构成建筑物的实际表面,所以要得到建筑物有拓扑关系的真实表面,还要恢复建筑物表面的这种拓扑关系,即构建三维建筑模型[6]。
三维模型建立的流程一般由特征线提取和模型构建两部分组成。
3.1 特征线提取
特征线提取可采用多种方法。如自动提取剖面、等值线,根据点云自动拟合线段、圆柱、圆锥、多边形等基本几何形状等。
由于目标物所在场景存在遮挡和建筑物本身的遮挡,以及窗玻璃等材料表面对激光的不同反射特性,导致点云数据的某些区域激光无法到达产生许多空洞,因此在建模过程中要对空洞进行修补,一般由手工完成。也可由软件自带算法解算补洞,但空洞有高程时误差会增大,需要拆分后与手动填补法结合使用。
本项目在提取特征线时采用Auto Desk公司的Auto CAD软件先绘制三维结构线,再统一投影到二维平面的方法,以保证结构线的平面精度,如图3所示。
3.2 三维模型创建
基于线划图的三维模型创建,主要思想是由线成面。将CAD线划图导入3DMAX软件中。基于点云每个方向构件的线划图间都具有准确的位置关系,将前后左右上下六个立面图一同导入后,可合成完整的建筑结构图。
但大型建筑物一般都比较复杂,对建筑物的整体构件进行识别并全部自动建模到目前为止还没有很好的解决方法。通常,建模时把建筑物的每一个构件进行分离,可分为规则的建筑物构件和不规则的建筑物构件。规则建筑物构件的建模方法有很多种,如线性回归和分段线性拟合等;不规则建筑物构件的建模则要复杂得多,主要是曲面特征点和特征线的提取,然后再利用旋转、放样等方法构建模型。对于需要保留现状或者使用上述方法较难建模的建筑物构件,建议构建三角网模型,因为三角网模型损失的精度最少,能保留住建筑物原始面貌。
利用上述方法把建筑物的构件分别建模完成后,即可把这些构件放到同一个文件里,由于之前进行了整体测量控制,所以这些构件都有统一的坐标系,只要把它们放到一起就可组成一个完整的建筑物。但是由于各个构件是分开建模的,所以构件之间会有大大小小的缝隙和交叉,需要对构件之间的误差加以修正,最终形成完整的建筑物实体模型。
4 纹理映射
纹理映射是实现三维模型真实感的关键。可利用扫描仪自带摄像头或数码相机获取纹理信息,进行建筑模型表面的纹理映射。为使建筑物看起来真实、美观,还需要利用Photoshop或其他图像处理软件对所获取的纹理图像进行纠正、缩放和匹配处理。
纹理映射中,包括几项关键技术,即透明纹理映射、不透明单面中的纹理映射和纹理拼接[7]。纹理映射可以大大提高模型的逼真度,一方面可通过纹理图像模拟出丰富的建筑物细节,简化模型的复杂程度;另一方面可赋予模型丰富的色彩、贴图特征,从而生成三维景观。图4为校务大楼和图书馆模型纹理映射后的效果。
5 结论
实践表明,三维激光扫描技术适用于城市景观的精确建模,为今后三维数字城市建设提供了有效手段。但由于所获取的点云数据量庞大,如何管理和处理海量数据,并且保证数据在处理过程中精度不受损失仍然是亟待解决的问题。
摘要：以拓普康GLS1500扫描仪作为实验设备,从数据采集、点云处理、三维模型建立和纹理映射等方面探讨了利用三维激光扫描技术进行建筑物三维建模的方法。
关键词：激光扫描,三维建模,点云数据,纹理映射
参考文献
[1]徐源强,高井祥,王坚.三维激光扫描技术.测绘信息与工程,2010;8:5—6
[2]路兴昌,宫辉力,赵文吉,等.基于激光扫描数据的三维可视化建模.系统仿真学报,2007;4:1624—1629
[3]葛晓天,卢小平,王玉鹏,等.多测站激光点云数据的配准方法.测绘通报,2010;11:15—17
[4]盛业华,张凯,张卡.多站拼接后三维激光扫描点云的消冗处理.测绘通报,2010;3:28—30
[5]黄承亮,吴侃,向娟.三维激光扫描点云数据压缩方法.测绘科学,2009;3:142—144
[6]丁延辉,邱冬炜,王凤利,等.基于地面三维激光扫描数据的建筑物三维模型重建.测绘通报,2010;3:55—57
[7]程效军,朱鲤,刘俊领.三维建模中的纹理处理.应用技术,2004;2:24—26
三维角色建模的方法 篇2
先看一个自己做好的简单的三维实体本人使用的是2008版本的，感觉没有方便，但公司通用这个，没办法…那具体得怎么样建模呢?先从平面二维的开始，因为CAD中所有的三维图都是基于二维的!新建一个文件然后画一个简单的矩形;你可以故意画歪点，这样三维才能看到很明显的效果然后画一条中心轴线只要不是正式的，这个中心轴线可以随便点，没必要非得点划线因为实体是由面经过一些实体修改命令(比如，旋转，拉伸等)，所以需要把这个不规则的长方形变成一个整体面，
AutoCAD2008三维建模的新手教程
，或者绘图工具栏里面然后选择那四条线，面域成功后最下面会出现这样才表示这个长方形变成一个面了变成一个面后它就是一个整体了
面域这个是最重要的一步
继续，然后选择创建好的面域确定，下面提示然后选择那条中心轴线默认旋转360度(当然，你也可以不要360度)
三维角色建模的方法 篇3
关键词： 实体建模 涵洞 AutoCAD 二维视图 三维建模
引言
AutoCAD是目前世界上应用最广泛的CAD软件之一，不仅功能强大，而且易学易用、界面人性化。AutoCAD的广泛应用在于它的二维功能。随着三维建模技术的发展，三维CAD成为产品设计创新的必要手段，现在比较流行的三维绘图软件如CATIA、UG、PROE等，各种软件各有特色，各有千秋。对于应用AutoCAD熟练的广大客户群，是否要改学其他的三维软件呢？2008至2015年的“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品创新建模大赛中连续多年获水利团队一等奖的黄河水利职业技术学院，其使用的三维建模软件就是AutoCAD。因此，用户可根据自己的专业及工作需要，量体裁衣，不要盲目跟从。AutoCAD对水工建筑图的三维建模来说比较方便和简单，且AutoCAD对系统配置要求不高，程序运行快，借助熟练的二维操作基础，绘制三维入门更快。
1.建模方法
实体建模技术是CAD技术发展的一个里程碑，是三维CAD/CAM软件系统普遍采用的建模形式。实体造型的构造方法常常采用一些基本实体（体素），通过集合运算（布尔运算）生成复杂的形体。表1结合实体建模理论总结了常见实体建模的方法，它是复杂形体建模的基础。
表1 实体建模方法及示例
2.二维图生成三维法
AutoCAD中三维建模前，首先读图，读图的基本方法是形体分析法，所谓形体分析法就是把一个复杂形体分解成若干简单形体，并分析这些形体的形状、相对位置及表面连接关系。
二维图形转换为三维图形的总体思路是：利用形体分析法读图;找出每一部分的特征视图，并放在相应的视图上，生成实体;然后按相对位置、表面连接关系组合。
下面以涵洞为例，介绍二维图转三维图的方法。利用形体分析法可知涵洞由底板、八字翼墙、带门洞通孔的面墙三部分组成。
作图步骤：（1）关闭图1（a）涵洞二维图形尺寸图层，左视图顺时针旋转90°，并移动与俯视图对齐，如图1（b）所示。（2）点击菜单栏，视图—三维视图—西南等轴测，进入三维建模环境。利用三维旋转3drotate功能，使主视图绕X轴旋转90°，左视图绕Y轴旋转90°，构成立体三面投影体系，如图1（c）所示。（3）底板、面墙、八字翼墙的建模过程分别如图1（d）、（e）、（f）所示。（4）底板、面墙、八字翼墙按相对位置组合成整体，如图1（g）所示。
结语
AutoCAD三维建模是绘图的一种手段，读图是基础。在具备一定读图能力的基础上，掌握建模原理和常用的建模形式，可起到提綱挈领的作用，极大降低绘图难度，提高绘图效率。“画”无定法，在实践中要不断探索、不断尝试，找到解决问题的最佳途径。
参考文献：
[1]张圣敏，陈红中.AutoCAD三维建模方法和技巧探讨[J].黄河水利职业技术学院学报，2011.4，Vol23.No2：44-47.
[2]黄石安.AutoCAD中二维图形向三维图形的转换[M].电脑学习，2008，8.12，6：63-64.
三维角色建模的方法 篇4
1 影响三维地层模型精度的因素
从三维地层建模过程来看, 影响三维地层模型精度的因素主要有地层自身的特性、地层建模的方法和原始建模数据的属性等。其中, 原始建模数据是影响地层结构模型精度的主要方面, 主要原因是原始数据类型众多, 精度不一, 数据之间存在着不一致性。就钻井数据和地质平面解释数据而言, 它们各有其特点, 对地层模型的精度影响也不同。如钻井数据是对地下地质情况的直接观测, 具有较高的可信度, 但从分布密度上来看, 钻井数据往往比较稀疏, 不足以精确描述地层界面的特征。地质平面数据详细描述了地层顶板 (底板) 埋深、地质构造及其相互之间的关系等重要地质信息。此外, 它能在平面上综合反映地层与地层、地层与地质构造之间的关系, 地层面的延伸趋势断层的走向。但地质平面数据主要是通过对地质勘探等数据的解释而获得的, 其精确性不能满足精细描述地下地质构造特征的需要。可见, 单独利用一种类型数据无法满足构建高精度地质模型, 只有充分利用各类数据特点, 采用多元数据耦合方式建模才能提高模型精度。
2 建模流程
2.1 数据提取
人类的工程活动一般是在地壳浅层进行的。地壳中的岩土体大部分是呈层状分布的, 但在长期复杂的地质作用和人类活动的影响下, 地层 (尤其是地壳浅层) 形态各异, 地层之间相互交叉侵蚀, 空间位置关系错综复杂。利用有限的工程勘察资料模拟出复杂的地层状况对工程建设有很重要的意义。岩土工程中地层信息主要是由地质勘察的钻孔数据、地质剖面图, 基础地理数据的等高线和监测数据获得的。其中, 钻孔采样等系列数据可以直接获取详细的岩层分布状况, 是地层建模的主要数据来源。
2.2 原始数据的预处理
三维地质模型建立的数据源大多都是基于钻孔数据。该方法将钻孔数据分类整理。
钻孔是具有狭小地表面积和一定深度的柱状三维体, 表现钻孔的岩层垂直分布特征, 可以反映整个场区地下的地质状况。
地层是根据不同地质年代、成因及岩土特征, 把矿体地表下立体空间划分成许多具有一定厚度和分布特征的不规则空间体。
钻孔资料主要包括各岩层、土层分界点的X、Y坐标、高程、钻孔深度、岩性等, 建模前首先要进行预处理, 即进行钻孔内地层的划分, 排序和统一编符号, 有的缺失、有的剥离、有的断层、有的尖灭。地层是由地层边界所围成的, 其所含信息是与边界联系在一起的, 地层本身也含有属性信息。对钻孔中的地层采用自上向下顺序统一编写岩性并用符号表示, 如p (磷) 、Fbp (含磷粉砂质板岩) 、 sy (石英岩) 等。
2.3 数据导入
原始数据均以EXCEL格式组织, 包括矿区基本信息、勘探线信息、工程测量信息、岩层基本信息、矿区化学分析基本信息、钻孔基本信息、钻孔弯曲信息表、钻孔分层信息表、钻孔取样基本信息表、钻孔回次数据表等, 在菜单“数据处理”下的“数据导入”分表导入或一键导入对数据进行入库。
2.4 图形校正
建模前首先要在ARCGIS下, 添加地形地质图和勘探线剖面图, 打开地理配准工具, 添加控制点击右键输入X和Y (此处实际用的是高程) 进行校正。
2.5 二维下地层划分过程
在MAPGIS地图编辑器下, 加载已经校正好的勘探线剖面底图, 区编辑下的输入区造矩形区, 然后线编辑下的输入线造折线, 首先画地表勘探线, 用线分割区 (分完区以后把线移除) , 删除上面多余面, 而后根据底图一一画出每个地层岩性的分界线及钻孔线并赋属性。岩性用∈1sa (p) 、∈2-3xsa (Fbp+sy) 、Z2a-2 (xbd) 等符号表示, 钻孔输钻孔号、X、Y坐标及高程。如图1所示。
对有断层的剖面图, 要把断层线画上, 按断层走向并参照地形地质图画断层两边对称的岩性的分界线。
2.6 三维下建模过程
打开MAPGIS K9固体矿资源与三维建模系统的三维渲染视图下:
左面工具栏 (三维模型) :Mine3D根图层击右键分别创建数据层1、2、3个, 容器类型为要素, 然后点击刚才创建的数据层击右键关联TDE模型, 矿区数据库, 三维模型数据集, 三维要素类:1为剖面模型要素类, 2为地质面要素类, 3地质块体要素类。
右面工具栏 (TDE组件工具箱) :三维矿体插件平台下三维交互建模插件和三维剖面导入及编辑下同时导入两个建好的二维剖面, 先经过两个剖面查询属性, 岩性相同的改为同一种颜色, 便于建模。从两边往中间建, 即从新地层往老地层建, 岩性相同的则两剖面对应一起建一个块体, 若不同则进行尖灭到对面的边界线上而本身建一个块体。另外, 对有断层的剖面必须在二维下 (MAPGIS6.6) 下进行对称切割 (方法同二维下地层划分) , 并保存为工程文件。在三维剖面导入及编辑下再重新导入新的剖面图进行建模。
地质面构建:弧段拼接构网—选择两个剖面岩性相同地层的相应弧段—地层属性改一致—建模—生成地质面, 若地质面扭曲, 则必须将弧段打断再分段对应重建。如图2所示。
地质体构建:地质块体编辑—选刚才所建的地质面—添加选中面到地质体—块体封闭性检查, 若显示封闭, 则构体成功, 否则必须检查重建。如图3所示。
就这样, 相邻剖面间相互对应建模, 效果如图4所示。
3 结束语
以敦煌磷钒矿为例, 介绍了地质体建模的方法。通过利用MAPGIS K9软件成熟的工具, 使得项目的周期大大缩短, 取得了较好的效果, 该方法具有较强的理论性和准确性, 而且操作简单, 灵活且易于更新。而且在此基础上, 可以进行矿体圈定、品位估计和储量估算, 为矿山开采设计提供有力的参考。
摘要：以敦煌磷钒矿为例, 分析了三维数据模型的可视化表达与建模方法, 基于组件MAPGIS K9技术, 通过将二维和三维空间信息统一在一个平台和数据模型下, 建立矿山三维地质勘查可视化与立体模型。可以实时修改数据、显示三维模型, 查询矿山地质体的空间数据, 同时还可以输出打印三维矿山矿体的渲染图, 并给人一种直观的感受, 为后期矿产资源开发提供了有力的科学依据。
关键词：MAPGIS,空间数据,地质体,三维矿山可视化,三维模型
参考文献
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[2]陈学习, 吴立新, 车德福, 等.基于钻孔数据的含断层地质体三维建模方法[J].煤田地质与勘探, 2005, 33 (5) :5-8.
[3]陈健.三维地层信息系统的建模与分析研究[D].武汉:中国科学院武汉岩土力学研究所, 2001.
三维城市景观建模方法 篇5
数字城市中涉及到多种地物模型,如建筑物、地下管线等,而地形模型是其中必不可少的一种特殊模型类别。三维GIS中的建筑物模型必须以地形模型为载体,从而能够确定它们在空间坐标系中的具体位置。要建立一个三维可视化平台,三维建筑物模型的建立是非常重要的,而城市地形模型则是这些工作的基础。
1 地形模型的构造原理
1.1 TIN构建方法
在数字地形建模中,不规则三角网(Triangulated Irregular Network,TIN)通过从离散的不规则分布的数据点生成连续的三角面来模拟地形表面。TIN模型的特点在于它能以不同层次的分辨率来描述地形表面。与GRID数据模型相比,TIN模型在某一特定分辨率下能用更少的空间和时间更精确地表示更加复杂的表面,还可以克服GRID模型在地形起伏不大的地区所产生的数据冗余问题。当地形中包含有大量特征如断裂线、构造线时,TIN模型能更好地顾及这些特征从而可以更精确、合理地表达地表形态。
1.2 GRID构建方法
规则格网DEM是利用一系列在X,Y方向上都是等间隔排列的地形点的高程Z来表示地形,形成一个矩形格网DEM。其中任意点Pij的平面坐标可根据该点在DEM中的行列号I,J及存放在该DEM头部文件的基本信息推算出来。这些基本信息文件应包括DEM起始点坐标X0,Y0,DEM格网在X方向与Y方向的间隔Dx,Dy及DEM的行列数M,N等。点Pij的平面坐标(X,Y)为:
X=X0+J×Dx,Y=Y0+I×Dy。
1.3 TIN与GRID的比较
在现有的地理信息系统中,TIN和GRID都被广泛的用来表示数字地形模型表面的数据结构。对于TIN模型最主要的优点在于:TIN能够充分地表达地形的结构特征,具有可变的分辨率,即当地形表面粗糙或变化剧烈时,TIN能包含大量的数据点,而当地形表面相对平缓时,TIN只需要最少的数据点。此外,TIN还具有考虑重要表面数据点的能力,便于表达断裂线、构造线等地形特征。TIN的缺点也很明显,主要表现在数据存储与操作复杂、存储空间较大。GRID的优点主要在于:数据结构简单、易于构网、数据存储量小、可以方便有效地进行各种分析与计算、建模方法直接等。它的缺点是存储数据冗余,在地势起伏不大的地区数据冗余量较大。
2 建筑物模型的建立
几何模型就是指城市建筑物的形状和外表。建筑物根据几何形状可以分为规则建筑物和不规则建筑物。其中,不规则建筑物主要是指那些具有保存价值的古建筑和由曲面造型所设计的现代建筑。至于不规则的建筑物,可以用数字表面模型(DSM)来表达,TIN是目前表达DSM的最佳方法,因此可以定义TIN面片来表达不规则的面对象。文中以单体建筑物几何模型为例,利用CSG/B-rep混合技术对单体建筑物进行三维建模的研究。
2.1 单体建筑物的CSG/B-rep建模
要对城市单体建筑物进行三维建模,这就要求知道组成单体建筑物的基本CSG体元。所以,对单体建筑物进行三维建模时,首要的问题是抽象出单体建筑物的几何形体模型,然后是按照一定规则对单体建筑物进行分解,其目的就是要通过单体建筑物分解获得简单、基本的建筑CSG体元。因此,建立合适的分解规则是非常重要的。这里可以采用几点规则:基于建筑构件的分解;基于各种特殊轮廓的分解;基于自身外部形状的分解。利用得到的建筑物CSG体元,通过实体间的正则布尔运算和空间变换,就可以获得建筑物的实体模型。B-rep法在图形处理上有明显的优点,因为这种方法与工程图的表示相近,根据B-rep数据可迅速转换为线框模型,尤其在曲面造型领域,便于计算机处理、交互设计与修改。此外,B-rep多面体系统在生成浓淡图时也有特点。CSG和B-rep表示法各有所长,许多系统采用两者综合的表示方法进行实体造型。现在许多CAD/CAM系统均已采用CSG模型系统为外部模型,而用B-rep模型作为系统的内部数据。为了发挥CSG和B-rep的长处,同时保留CSG和B-rep模型的数据是十分必要的,CSG加上B-rep一起可以作为整个几何数据模型。这样,当面临一个复杂的问题时,各应用程序可并行进行,时间和空间效率都可以提高。同时,CSG信息和B-rep信息可以相互补充,确保几何模型信息的完整与精确。
2.2 单体建筑物模型的CSG/B-rep混合表达
城市单体建筑物大都具有楼层,对楼层进行表示是必然的。单体建筑物三维建模的CSG和B-rep表达,而其中的“体”可以进一步进行分层描述,这就是单体建筑物模型的分层组合表达。根据建筑物CSG分层组合与B-rep混合表达的总体思路,具体建筑物建模思路如图1所示。
3 植物模型的建立
植物无疑是自然场景的重要构成因素,植物种类繁多,形态各异,复杂的结构使其无论在造型、存储还是在绘制上都存在相当的困难。植物的研究主要集中在造型上,常见的几种植物建模方法有系统模拟法、IFS法、基于表面剖分法、贴图法等。
4 道路模型的建立
道路模型可以用紧贴地表和高出于地表两种方式来建立,视其宽度、等级及有关具体情况来确定。级别低的,如乡村路、小路等,可以让其紧贴地表,而高速公路、国道及其他高等级公路可以让它高出地表一定的距离,使之尽可能地接近真实情况。
5 结语
在综合分析、对比不同三维数据模型的优缺点及其适用范围的基础上,文中通过试验表明,不同模型的适应性各不相同,要根据应用环境和用户的需要,从现存的各类独立、分散的三维GIS系统出发,从效果、效率和经济的最佳化考虑,城市三维景观建模中的三维空间数据模型应是各类模型的集成和综合。
摘要：概述了建立三维城市模型的重要性,介绍了不同三维数据模型的特点,研究了城市建筑物模型的建立方法,表明了三维可视化技术的优越性,指出三维GIS使城市规划、基础设施设计更加科学化,对于城市可持续发展研究具有重要意义。
关键词：数据模型,建筑物,混合模型
参考文献
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机械设计三维建模的教学方法探索 篇6
关键词：激发,三维建模,教学方法
1 前言
现实中, 由于学生的生源素质不断下降, 对教师在教学技巧和方法上提出了更高的要求。在现有的大学生教育中, 很多教师都抱怨说, 我们的学生文化基础差, 学习积极性不高, 似乎学什么都没有兴趣, 导致在上课时有“倒下一大片”打瞌睡的现象, 这种现象的出现, 至少说明两个问题, 一是学生的学习主动性不够, 二是教师在如何激发学生的学习兴趣方面上探讨的不够深刻。爱因斯坦说:“兴趣是最好的教师”, 我们应该在如何激发学生的学习兴趣上下功夫, 提高学生学习兴趣, 来达到预期的教学目的。不同的学科有各自的具体特点和方法, 下面本人针对如何激发机械设计专业课学习兴趣的教学方法作一个初步探索[1]。
2 学习兴趣与教学
学习兴趣是学生力求认识世界, 渴望获得知识和探求真理并带有情绪色彩的认识倾向, 学习兴趣又是在好奇心、求知欲的基础上产生的, 是学习需要的一种表现形式。因此, 教师在上课开始时, 就要引发学生对课题的兴趣, 做好课题的铺垫, 让学生对他尚不能解决的问题产生好奇, 感兴趣, 让其注意力指向学习目标。要做到这一点, 创设一定的情境, 能让学生亲身体验到, 比用口头解说要好很多。因此, 我们在机械设计教学中, 可以创设一些生活中的物件为教学对象, 把枯燥、刻板的原理融化在多姿多彩的真实情境中, 化抽象为直观, 化刻板为生动, 让学生在欢乐、活跃的氛围中学习, 可大大激发学生的求知欲[2]。
例如:在讲解三维建模中的放样与旋转时, 可将学生日常常见的物体水杯、牙膏等作为讲解对象。又如:当我们要讲解三维物体的色彩体现时, 就将上述所建的模型作为讲解的对象, 在讲解玻璃材质的属性时以水杯作为对象, 以手机作为对象来讲解金属材质属性, 让学生和现实中的物件进行对比, 使学生在观察材质属性的效果图中产生兴趣和疑问及求知的欲望, 老师根据这些现象, 一步一步向学生阐明点材质的表现原理、如何调节相关属性及如何掌握一般材质的有关属性参数, 从而系统地理解材质的内涵。
3 循序渐进式教学
机械设计专业的课程中, 每一门课程互相联系, 同一门课程的不同章节也联系紧密, 从三维建模的原理来说, 也是每个建模思想与其证明的方法也各有不同。在证明不等式时, 应注意多种证明方法的综合应用, 绝不可以将某种证法看成是孤立的。
总之, 解题有法, 但无定法, 遵循规律, 因题他的专业课之间相互联系的。如果在教学过程直接宣讲要学的新知识, 有可能让学生产生“苹果太高摘不到”的心理, 教师可以由旧知识及经验导出新知识、新课题的学习, 这样让学生产生“我能懂”的心理, 以提高学生的学习兴趣。所以, 我们在讲授三维建模领域新知识时, 如果与学生旧有的知识、技能、习惯性的思维方式与活动方式有联系, 学生就会兴致勃勃地投入学习。教师在教授新知识之前, 尽可能使学生回忆旧有经验并注意诱发一连串疑问。例如:我们在讲解NURBS曲线建模方法时, 可与传统的放样、旋转、拟合邓建模方法相对比;讲解金属材质的质地表达效果时, 可与玻璃的质地表达方法相对比, 在讲述灯光的照射原理时可与太阳、照明灯等照射原理相比。
4 理论实例分析教学法
机械设计专业三维建模课程涉及的知识是非常广泛的, 如果用传统的课堂教学方法去先讲解理论, 然后再进行实验的形式训练学生的技能, 效果并不理想。因为, 理论比较抽象和枯燥, 学生的理解能力相对比较弱, 学生难于听好课, 记忆不牢。因此, 可采用实例分析法进行教学, 让学生觉得原来高深的理论知识和日常生活这么密切, 这样的教学方法, 有利于激发学生的学习兴趣, 有利于学生把学到的知识与实践相结合。
所谓实例分析教学法, 是以“实例分析”为载体, 教师对学生进行理论知识和技能的教学。即在教师在指导下, 根据教学目标内容的需要, 采用典型三维建模实例进行分析, 把教学目标要求的一些理论知识和要求学生必须掌握的技能融入到实例中去, 通过分析实例, 教会学生相关的理论知识和技能。
5 感性认识与理性认识法
感性认识是认识的初级阶段, 是人们在实践的基础上, 客观事物直接作用于人的感官而产生的一种关于事物现象的认识, 没有感性材料, 理性认识就成为无源之水, 无本之木。由于机械设计专业三维建模是一个非常复杂的科技综合体, 它既含有机械设计的基本思想, 复杂的艺术设计美学原理的应用, 还有计算机软件建模的前沿思想等, 并且现在建模软件非常多。如果采用传统的教学方法, 先讲理论, 再到实验室去做实验, 往往收效不大。学生由于缺乏对三维建模后的效果图缺乏感性认识, 教师在讲授三维建模相关理论知识的时候, 会令择法, 想要熟练掌握这些技巧, 必须多实践, 悟出规律。
参考文献
[1]张禾瑞, 高等代数1997学生由于理解不了或听不懂而产生畏难的心理, 对学习失去兴趣。因此, 我们在讲新课时, 结合学生喜欢动手的特点, 可先让学生在思考将要讲解的模型的建模方法与思路, 让学生对模型的建立方法过程产生感性认识, 同时在讲解过程中结合现实的立体物件, 以解决由陌生感而产生疑问, 从而激发学生的求知欲, 让学生找出他们缺乏的知识和“还不能够处理”的情境。这时, 教师就可针对学生的存在问题给予一一解答, 让学生成为学习的主体, 学生有了兴趣, 学习起来又轻松又快。
6 强化结果法
成功感是学生学习的内在动力, 我们在经过一个阶段的学习后, 特别是实操课中, 可在课堂上让学生完成一些实际操作任务, 检验学生学习成效, 让学生在检验自己的过程中, 有自我成就感, 从而强化学生的学习兴趣。如:我们在完成对汽车结构原理及相关的知识介绍后, 针对不同程度的学生, 让他们分成若干小组, 对汽车外形的设计小组, 让学生着重点训练NURBS曲线建模;在汽车的发动机建模小组, 让学生着重训练精确尺寸的控制;在汽车座椅设计小组, 重点锻炼材质的处理方法;这样分开设计, 最后由教师组合和装配, 使学生的设计专心于某一点, 使学生在实操过程中充分体验到成功的喜悦, 强化学习兴趣。另外, 可利用社会上的各类设计比赛, 在教师的指导下, 对一些实际设计问题进行探讨与研究, 让学生在实践操作中获得成功感, 这样可大大强化学生的学习兴趣。
总而言之, 教学有法, 但不定法。从机械设计专业三维建模课程特点出发, 结合学校教育的特点, 注意积累科学、合理、有效的教学方法来提高学生的学习兴趣, 是能否取得教学成效的关键。
参考文献
[1]林振海、陈传锋, 《心理学》, 广东高等教育出版社
三维角色建模的方法 篇7
关键词：逆向工程,鞋楦,三维重建,准确性,可靠性
引言
鞋楦是设计和制造鞋的基础,被称为制鞋的灵魂。鞋楦外观和质量直接影响鞋的加工生产及舒适度等[1]。
传统的鞋楦研制模式和研制流程主要基于实物样品设计为主,采用顺向工程设计流程:样品鞋→石膏模型→手工制楦→手工修改→加工制造。随着产品技术含量不断增加以及产品生命周期的缩短,这种既耽误生产周期,又耗费经费的设计流程,己显现出明显弊端。因此,近年来,有一些专家学者提倡在产品设计流程中,引入逆向工程技术[2]。
逆向工程技术方法是在鞋楦处理过程中,引入数字化和自动化技术,使得鞋楦更加精确可靠,从而保证鞋质量的稳定性,提高生产效率。
关于逆向工程技术在鞋楦方面的应用研究,国内外技术人员主要从3个方面开展工作:三维扫描、数据处理以及模型重建。
葡萄牙鞋业研发中心和SAICO公司共同研制的SHOELAST3D系统,采用Immerision公司的Micro Scrible-3D关节手臂式数字化采集设备,进行鞋楦逆向设计,扫描数据通过编码后,输入数控车床进行加工[3]。
美国CSM3D公司提供了从脚型扫描、鞋楦制造到鞋样设计和样板制作全过程的计算机解决方法[4]。
Jimeno等研究了使用虚拟离散方法的鞋楦数控加工技术[5]。
支卫新等利用Imageware软件和UG软件,实现了对鞋楦进行数控仿真加工[6]。
金杰等采用便携式测量系统Faro Arm Platinum和Imageware软件,完成了鞋楦模型的重构[7]。
以上研究虽通过不同的方法实现了鞋楦的逆向分析及加工处理,但很少有研究对逆向产品的质量进行比较和评价,且不同研究者采用的设备和软件不尽相同,通过逆向再现过程所加工的产品质量参差不齐,因此对逆向工程质量进行评价尤为重要。
误差分析是检验逆向工程技术可靠性和准确性的有效方法[8]。逆向工程的误差主要包括设备误差和测量误差[9]。
目前,评价重建模型的精度通常是通过测量曲面模型对应点之间的距离来比较差异,进行精度分析。该评价方法没有包含测量误差,是一种近似和权宜的方法。但在目前的技术条件下,逆向模型评价大多选择此方法[10]。
陈翔等对鞋楦3D重建曲面进行了精度分析,结果表明曲面误差达到加工要求,但该方法只分析了楦底部和楦身曲面,并未对鞋楦的关键部位进行误差分析[11]。
毛昕等通过网格划分和展开基点位置变化,对鞋楦展平曲面的误差进行定量分析,结果表明曲面展开的精度达到制鞋技术要求,但该方法只是评估展平曲面[12]。
综上所述,由于目前对鞋楦逆向模型的误差分析研究较少,且误差分析的内容也有待改进,因此,本研究在运用逆向工程技术对鞋楦进行三维模型重建的基础上,通过对鞋楦关键部位的误差分析,以检验本研究方法的可靠性和准确性。
1 试验部分
1.1 试验对象
从鞋楦厂提供的1 000多只女鞋楦中,随机挑选出6个女鞋楦。根据GB/T 3294-1998[13],选择10个变量作为最终的测量项目,包括:楦底样长、跖围、跗围、踵心宽度、斜宽、头厚、前掌凸度、底心凹度、踵心凸度以及后身高度。
由2名长期从事逆向工程的技术人员在2周内,分别对鞋楦进行逆向分析及加工处理,然后对原始鞋楦和对采用逆向工程技术之后的鞋楦分别进行3次测量,将测量数据取平均值。
1.2 试验设备和软件
DLO-J200三维扫描设备。Geomagic Studio逆向工程软件(版本号:2012版本)。爱玛刻楦机(型号:EMMAA6/S6)。卷尺(全国制鞋工业经济科技信息中心制作)。
1.3 试验过程
1.3.1 逆向设计与加工
(1)喷涂显影剂
本研究采用的三维扫描仪是非接触式光学扫描仪,在对特殊属性表面,如反光表面、深黑色表面、黑白对比面等进行测量前,需要对这些表面喷涂白色显影剂后,才能实现扫描。
(2)标定
实际三维扫描的过程常常分为多步完成,所获得的点云数据都是零散的,因此,为了方便后期在Geomagic Studio软件中对点云数据进行识别和拼接,在扫描之前,需要在鞋楦主要部位进行标记点标定。
(3)三维扫描
由于在扫描过程中,常常无法一次性扫描获得物件的三维数据,因此,扫描过程根据实际情况分多次进行。首先对鞋楦左侧进行扫描,然后再对鞋楦右侧进行扫描,最后对2部分进行数据拼接。
(4)点云数据处理
三维扫描获得的点云数据,由于有一些杂乱的点,存在不完整性,因此需进行格式转换、降低噪音等数据预处理工作。本研究主要利用Geomagic Studio软件,对扫描获得的点云数据进行消除杂质、去除噪声、数据补缺和精简。图1为经过数据优化后的鞋楦图像。
(5)数控刻楦机加工
将鞋楦数据输入CNC(数控,computerized numerical control)刻楦机进行加工,得到的鞋楦实物,见图2。
1.3.2 鞋楦测量与评估
(1)分别测量楦底样长、跖围、跗围等数据。如测量跖围、跗围时,以专用卷尺零点对准鞋楦的起始关键部位点,紧绕鞋楦一周后,以专用卷尺同边对准统一测量部位点,读取专用卷尺同边交合处的示值,即为所测得的相应围度。见图3。
(2)通过对研究员自身和研究员之间的测量值进行ICC(组内相关系数,intraclass correlation coefficient)统计与分析,对逆向工程技术鞋楦三维建模方法的可靠性进行评估。
(3)采用独立样本t检验方法,对采用逆向工程技术制作的鞋楦与原始鞋楦的测量数据进行比较。
2 结果及讨论
2.1 逆向工程技术方法的可靠性
通过对研究员自身和研究员之间的测量值进行ICC统计与分析,对逆向工程技术3D鞋楦建模方法的可靠性进行评估,见表1。
从表1可以看出,2位试验者各自的定点数据都具有良好的可靠性,大部分数据的组内相关系数ICC较高,其中60%的ICC大于0.9,90%的ICC大于0.8,仅有10%在0.7~0.8之间。2位试验者组间ICC显示了极好的可靠性,80%的ICC大于0.9,20%在0.7~0.9之间。2位试验者组间和组内ICC表明,本研究采用的逆向工程技术具有较好的可靠性。
2.2 逆向工程技术方法的准确性
采用独立样本t检验方法,对采用逆向工程技术制作的鞋楦与原始鞋楦的测量数据进行比较,以评估逆向工程技术3D鞋楦建模方法的准确性,见表2。
由表2可知,采用独立样本t检验,90%的均值差值不超过1mm,10%的均值差值介于1~2mm之间,说明逆向技术准确性较高,符合加工要求。差值显著性水平Sig值均大于0.05,表明采用逆向工程技术制作的鞋楦与原始鞋楦数据无明显统计学差异,即逆向工程技术较为可靠。
本研究通过采用逆向工程技术制作鞋楦三维模型,这与以往采用不同的逆向技术路线所得到的结果相似[6,7],说明采用不同的设备和软件,对于重建鞋楦三维模型都是有效的。
本研究中,采用鞋楦关键点间距离来详估逆向工程的准确性,与以往采用曲面距离来评估逆向工程的准确性相比,结果有些差异[11]。这种差异的产生原因主要有以下几个方面:(1)研究所选用的设备和处理软件不同,因此会导致所获得的三维数据存在差异;(2)曲面距离的测量是通过计算机自动计算误差,而本研究是通过刻楦机加工后,手工对鞋楦进行测量,测量标志点的选择、加工误差以及人工测量误差,都会导致差异。
关于逆向工程技术的可靠性,本研究没有采用标记物对鞋楦进行关键部位点进行标记,而选择有丰富经验的工程师进行测量,更能反映这种方法的可靠性。
3 结论
三维角色建模的方法 篇8
随着我国科学技术的不断发展,计算机技术的应用对我国各方面都产生了重大影响,尤其是在制造业方面。;三维CAD技术在上个世纪至今在航空、电子要、汽车等制造业的应用越来越广泛。三维装配工艺模型技术不断地应用到制造业方面是科技发展和行业需求的必然结果。装配工艺设计在工艺设计方面十分重要,三维装配工艺设计中的三维建模是最为重要的技术阶段。三维装配工艺模型的建模方法主要是应用在相关的设计软件方面。
1 三维装配工艺模型基本认识
1.1 三维装配工艺模型研究背景
装配工艺模型方面的研究主要是针对模型的主要内容、具体信息、管理方式以及建模的具体方法。装配工艺模型已经有了很多研究成果,具体包括:基础模型和系统模型。从上世纪计算技术在装配工艺模型的建立方面的引入和应用,到本世纪初期,装配工艺模型的构建方面的具体技术的研发已经迈入了理论应用于实践的具体运用阶段。很多研发人员在基础装配工艺模型的基础上进行研究,经检验通过得出了拥有更加丰富信息资源的装配工艺模型。例如,可以应用于虚拟设定装配情况下的以场景图为基础的模型;模型与仿真紧密联系在一起所研发的面向过程与历史的模型;分为产品、部件、零件及特征层四个层次的产品装配模型;根据装配任务和操作划分装配过程的过程信息模型以及在虚拟环境下进行实体建模等等。目前,在具体工程中的装配工艺建模技术中,仍然存在着不少缺点有待完善。装配工艺模型的相关信息不够详尽和准确,比如尺寸、公差、技术要求等等。装配工艺模型中缺少部分辅助功能的技术工艺,导致在直接得到工艺文件上存在障碍。为了弥补缺失和解决问题,本文介绍了以产品层级构成为基础的装配工艺模型,它包含产品的装配工艺的全部信息,可以实现装配工艺文件的直接生成
1.2 三维装配工艺模型概述
装配工艺设计过程主要有两个:第一、通过建立拆卸工艺模型再映射出粗装模型的粗装设计过程。具体程序是:首先通过调整将相关部件对相应的任务节点进行映射然后建立拆卸模型的结构树,然后根据层次不同由上到下的顺序,拆卸各个任务节点并对其依次拆卸的部件进行具体记录,最后拆卸过程结束得出拆卸模型,对其进行相应的计算映射出粗装配工艺模型。第二、在粗装设计的基础上对其整体进行辅助添加和具体标示从而得到更加优良的精装配模型。精装配工艺模型相对粗装配模型,更加完善,同时囊括了装配的序列路径以及辅助工艺和标注等全面信息,能够实现仿真和直接生成工艺文件的功能。
1.3 三维装配工艺模型介绍
装配工艺模型的任务结构树是由于拆卸过程中任务节点存在的一定不同关系层面的总体结构而产生的,其本身及其映射对象的关联是装配进行序列和具体工艺设计的先决基础。
装配工艺模型的任务节点所囊括的内容有对象、关联任务及工序的各项列表。任务对象列表是作为相关工序进行具体操作对象的顺序表述。关联列表是任务列表有关对象的表述。关联列表的任务是作为前提先于其他部分完成的。工序列表是个系列活动列表,不但包括了各个分部分的详细操作内容,而且分为工步和活动具体工序的。精装配工艺模型主要是包括记录装配的相关信息以及相关辅助工艺和标注信息的添加。标注信息的添加方法主要是通过将其与工步装配列表结合并设置出具体的显示与否的节点,也就是合理的在适当的位置做适当的标注添加。
通常情况下,装配的零部件需要在装配前进行相应的清理、防腐的处理和相关的适配性的检测等等。粗装配设计阶段缺少一些辅助的工艺。而在精装配设计阶段对其进行完善而进行相关的辅助工艺的增加和补充。
2 三维装配工艺模型的建模方法
拆卸工艺模型的第一任务是建立任务的结构树。拆卸工艺模型是通过拆卸部件得到的。通过拆卸工艺模型的映射得到粗装配工艺模型。本着先拆后装的原则,在任务节点固定的情况下,将任务中的工序进行逆序调整,对相同的活动中的连续活动逆序,并且对位置变换矩阵进行逆向求证,这样就得到了粗装配工艺模型。
粗装配工艺模型相对来说,对工艺信息的全面性方面有所欠缺。精装装配工艺模型相对完善一些。具体完善主要是通过增加辅助工艺、同步和增加信息标注的方式来实现的。
第一、增加辅助工艺需要在后续改良阶段及关键位置和重点对象进行。首先对增加的对象进行选择和增加一些预处理方面的程序,然后将所选部分添加到辅助列表中。对列表中的具体对象和其相关的辅助信息进行标注、记录和说明。
第二、首先对具体工艺标注进行列表添加,然后根据顺序的不同进行具体的演示、标注和拆卸并保证整体的合理性。演示拆卸活动可以分成多个部分进行。每完成一个自动认为其在编辑状态。工作人员可以在这个状态下进行信息的标注。另外,工作人员要对标注的出现和隐藏的节点进行具体的明确。
第三、装配工艺模型建立和设计的过程中存在大量的信息数据以及其中相对比较复杂的联系,因此,需要合理地安排其管理的工作和流程。建模过程中的数据走向流程的主要内容包括过程中信息的产生和后期的管理的具体方式,包含资源、信息、规则、模型、装配工艺等方面的数据库。
3 结语
本文从装配工艺设计的历史背景和以往发展过程出发,对三维装配工艺模型的数字化建模方法的应用进行了分析和研究。具体产生了装配设计的概念、三维装配工艺模型的大致分类和主要内容以及对数字化建模方法在三维装配工艺模型中的实际应用进行了阐述和介绍。三维装配工艺数字化建模方法的信息完整性和实用性有效提高设计人员的工作效率,在未来的发展中,其应用范围和作用会越来越好。
参考文献
[1]叶盛,唐家霖,鲍劲松,黄卫东.基于MBD技术的三维装配工艺系统构建及应用[J].排灌机械工程学报,2015(02):179-184.
三维角色建模的方法 篇9
1 三维虚拟校园建模概论
1.1 虚拟校园构建方式
具体而言, 现阶段的虚拟环境三维建模方式大致分为基于图像的建模技术及基于图形的建模技术这两类。基于图像构建的虚拟现实环境具备极强的景观真实感, 不过需要具备大量内存;基于图形建模方式所建立的虚拟环境要具备大量计算机矢量建模过程, 同时对计算机系统速度要求极高, 并且真实感不强, 便于人机交互的实现。随着矢量建模及图像纹理粘贴融合技术的出现及发展, 充分提升了三维景观逼真性, 不过这对虚拟环境硬件性能要求较高。
1.2 3DMAX三维建模
3DMAX属于Autodesk公司所开发的给予PC系统的一种技术, 大多是用于各类物体三维建模及可视化设计和动画与渲染等处理方案, 可以说是制作建筑效果图及动画制作的专业工具, 所以3DMAX于校园三维建模中有着较强的优势。3DMAX建模流程主要是:第一, 启动软件且设置单位, 通常单位设置是米, 基于CAD底图展开三维建模。从而直接性导入CAD底图, 同时勾画出各类建筑物大体轮廓, 若是没有CAD矢量图则可于googleearth上截取建筑物底图, 测量确定截取建筑物图片的长宽比例。再按照该比例创建box, 截取图片贴到建筑物长宽, 按照截图勾画建筑物轮廓, 从而确定建筑物材质。最终是按照高度信息挤压建立建筑物立体模型, 把所采集的纹理数据贴图以展开模型优化, 包括模型结构优化及模型贴图优化, 模型结构优化则是保持模型具体效果而尽可能缩减不必要的点线面, 避免出现冗余度。贴图优化则关键是对纹理数据施以亮度处理, 再按照所需调整纹理像素尺寸, 使得视觉效果更为逼真。
2 具体建模
2.1 数据准备
虚拟校园三维模型大致可分为建筑模型及地形模型和地物模型这三种。常见地物为树木及路灯等, 可通过3DMAX软件所提供的三维数据模型库中对应模型直接建模, 较为复杂或是大型建筑物模型则需采用3DMAX软件建模, 注重研究需要, 同时经过外业量测及资料搜集而获得各项数据。
(1) 通过大地测量工具测量, 运用Auto CAD编辑校正, 最终获取建筑物平面图及坐标底图;
(2) 采用高分辨率数码相机拍下各建筑物, 获得模型贴图照片, 再通过Photoshop等图像处理软件裁切校正, 最终以JPG格式保存以形成贴图库。贴图长度及宽度均是2的幂次整数, 以便后期能够有效显示贴图可视化。
2.2 内业建模
虚拟环境下三维建模中复杂且困难的就是模型建立, 为了能够确保模型精确度及真实感则建模中应保持对应原则:第一, 建模房屋长宽高数据务必严格根据基础数据实地勘测数据而建立, 建筑物方向应严格根据实地统一方向;第二, 房屋模型地面中心位置均位于3DMAX XY平面中心 (x, y, z:0, 0, 0) 的位置;第三, 适当的情况下则尽可能压缩纹理;第四, 模型建立时务必紧扣建筑主体轮廓, 以便确保模型真实性及可塑性, 从而有效减少不必要的细化。
2.3 材质贴图
利用贴图增加模型质感, 以便有效健全模型造型, 使得所创建的三维场景更加现实, 3DMAX中常用贴图方式为位图及光线追踪和衰减与噪波等程序贴图。虚拟校园三维建模中则位图方式应用较多, 该方式可生成良好的模拟建筑物表面, 同时操作便捷。三维场景制作中很多模型表面贴图均需及具体实体互相吻合, 但是这一点利用其它程序贴图较难实现, 选择数码相机收集各个建筑物外形轮廓, 以便获得三维地建模纹理图片。因为建筑物高度及拍摄距离和透视关系与光照条件等方面因素使得拍摄图片比例失调, 因此不能直接应用, 应通过Photoshop软件处理, 使得图片成为正射状态。具体流程为:
(1) 实地拍摄的数码照片中选用适宜的照片于Photoshpo中拉伸扭曲而获得贴图单元;
(2) 3DMAX中要采用经过处理的图片贴图, 利用修改工具中的UVW贴图坐标来确定二维贴图, 同时以任何方式映射于物体上, 再施以效果校正以使得贴图效果更加真实。
3 结束语
实现三维虚拟校园建模系统仍需相关部门更大的投入, 同时也应注重建模及实现和开发。本文通过3DMAX软件校园建筑物展开三维模型创建, 3DMAX于场景建模中具备极强的实用性及便捷性, 因此该技术所制作的三维模型场景非常细腻且真实感极强, 充分适用于学校小区域精细建模。采用3DMAX技术的构建的三维模型可实现及Auto CAD格式校园建模数据源无缝融合, 这两者的坐标系可精确拟合, 同时数据亦可快速相互转换, 准确无误的构建校园三维场景模型。
参考文献
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[3]冯莉莉, 武卫玲.基于3ds Max的虚拟校园三维模型的创建[J].林业科技情报, 2009 (01) .
[4]陈三, 蒋珊珊, 王蕾, 白元昊, 阚丽丽.数字化校园3D虚拟图书馆的建设[J].电脑知识与技术, 2014 (33) .