三维动态（共9篇）
三维动态 篇1
0 引言
自从我国加入WTO之后,经济的全球化使服装企业面临的市场形势更加复杂多变、竞争更加激烈。在这种情况下,如何提高产品开发的效率、降低成本、迎合消费者的需求就成为服装企业需要这种考虑的问题。因此,随着计算机图形学技术的发展,三维CAD系统越来越成熟,三维CAD系统能进行服装的立体虚拟设计、试衣和展示,不需进行样品制作就能看到产品的状态,能提高效率、降低成本,逐渐受到企业的青睐,开始被应用到服装设计领域,下面分几个方面依次进行介绍。
1 三维人体测量技术
三维人体测量是三维服装设计的基础,即非接触式三维人体测量技术,通过应用光敏设备捕捉设备投射到人体表面的光(激光、白光及红外线)在人体上形成的图像,描述人体三维特征。三维非接触式扫描系统具有扫描时间短,精确度高、测量部位多等多种优于传统测量技术和工具的特点。随着服装行业的发展,三维人体测量技术被越来越广泛的用于服装设计和生产中。
三维人体测量技术可灵活准确地对不同客体人群、地域、国家的人体进行测量,获得有效数据,建立客观、精确反映人体特征的人体数据库。数据同方便易查便于管理和使用(比较、分析、应用)。可以追踪、研究客体、客体群组的整体变化情况,建立“流动”的人体数据库。如HY-Sanner310三维人体测量系统,其能使量体更精确,具有高效快捷的数据反馈系统,提高工作效率,方便建立客观、精确的人体号型数据库,为服装号型的修订、更新及人体体型的细分提供理论依据。在此基础上可以进行标准人台、人体模型的建立。而人体模型是企业用于纸样设计、研究进行服装立体设计裁剪的重要工具之一。
2 虚拟三维服装设计
设计师可以直接在三维人体模型上进行服装设计创作,这个方法能使设计师更加直观的了解自己作品的实时三维效果,还可以在人模上直接进行服装和纸样的修改。这样便于及时发现问题并解决问题,提高服装款式的市场通过率,减少样衣的制作次数,从而提高效率,减少成本。如:Vsticher系统,能使企业简化服装设计流程,在一个设定的仿真模特身上试穿即时呈现衣服仿真效果,并且能任意即时修改三维服装和在线展示、沟通。Virtual Mirror系统,其实现了客户(以人体扫描的方式)和款式纸样的实时连接。通过直接获取客人的尺寸生成扫描人体模型,三维人体扫描仪第一次实现了与3维试衣及CAD软件的互动连接。纸样自动在扫描人体模型上进行缝合,并实时的呈现模拟效果给门店的客人。
虚拟三维服装设计主要体现在两个方面,即:从3D服装到2D纸样的转换和2D纸样到3D服装的转换。
2.1 3D服装到2D纸样的转换
从三维(3D)服装到二维(2D)纸样是一个从3D到2D的展开过程。按照传统的理解,这个过程需要一个完整的3D模型,和一个验证纸样展开过程是否足够精确的智能化检验系统。
目前易图三维服装创样软件则通过立体裁剪的方式巧妙的实现这一3D到2D的过程。其软件的设计流程为:读入三维人体模型,在三维人体上生成三维服装模型,然后在服装模型表面绘制款式线,再将三维曲面自动展平为二维纸样,最后将二维纸样重新缝合成三维服装并进行悬垂模拟检验服装的合身性。其实现了服装设计“所见即所得”的效果,为设计师提供了一个快速便利的设计工具。
该软件的主要特点为:(1)立体裁剪。采用CAD技术模拟传统的立体裁剪方法,既降低了立体裁剪对人体模型的依赖性,又实现了对量的把握。(2)所见即所得。采用虚拟的三维服装设计方法,在设计过程中即可看到服装的立体设计效果,设计过程直观。另外其还具有,设计精度高、设计速度快、简单易学、交流方便、适用范围广的特点。
该软件的主要功能有:(1)三维人体造型。提供一系列标准三维人体模型满足多种款式服装的设计需要。可修改人台尺寸,定义个性化的人体模型,实现服装的量身定做。(2)三维服装造型。在三维人体模型上直接生成三维服装模型,通过修改服装轮廓线或横截面设计服装的三维形状。可设计上衣、裤子、内衣等,并提供衣领和衣袖的设计功能。(3)纸样自动展开。在三维服装模型上绘制款式线,将服装表面分割为三维曲面,采用曲面展开的方法将三维曲面自动展平为高精度的二维纸样。(4)真实感模拟。可在三维服装上设置纹理图案,在样品制作前观察服装的纹理效果。可进行悬垂模拟,获得逼真的服装模拟效果。(5)三维放码。输入人体尺寸后,根据人体的形状特征以及与纸样的对应关系,自动生成对应尺寸的纸样,实现服装的三维放码。(6)数据输出。可实现与其他CAD软件的兼容。提供绘制和打印的功能,可直接连接绘图仪或打印机打印纸样。
2.2 2D纸样到3D服装的转换
与从3D服装到2D纸样的转换相对应,三维服装CAD系统同样提供了从2D到3D的转化功能。即可利用现有的服装二维纸样自动生成穿着在人体模型上的三维效果。
例如,Vsticher是一种服装三维虚拟试穿设计应用软件,能使企业简化服装设计流程,Vsticher根据服装款式设计图片、布料和辅料、Logo、印花等资料,在一个设定的仿真模特身上试穿即时呈现衣服仿真效果,并且能任意即时修改和在线展示、沟通,Vsticher通过强大的三维仿真技术应用,降低了设计成本,缩短了设计时间,突破了服装三维仿真设计、试衣、和销售,提高了服装企业的竞争力。Vsticher的主要特点:(1)输入2D(DXF)文件即能制作3D三维服装;(2)逼真3D三维试穿效果;(3)随意修改三维服装并即时呈现修改后的效果;(4)任意设定数据制作三位模特;(5)逼真三维服装直接制成产品目录进行展示;(6)生成三维服装的电子文档能与客户在线合作沟通。
另外一个服装三维虚拟试穿软件是VIDAY系统。使用VIDAY,可以将面料、纸样在人体上获得很好的模拟效果。将标准的设计理念可视化,并在设计流程中加入全新的信息,比如客户群的平均体型数据模型等。VIDAY最重要的新功能是:在扫描的人台模型上预先定义衣片的位置,多层面料款式的快速缝合及模拟,以及产生更高的模拟解析度。另外VIDAY系统在20.11版本中提供了动态的实时显示二维纸样变化的功能。纸样设计人员可以随时了解纸样修改后的效果,全面掌握纸样设计过程的状态。而且,扫描的人台和标准人台都可以摆出任意姿势。用户还可以定义各种动画———包括如向前迈步,伸开胳膊,坐下等各种动作。这些都是三维服装CAD在技术上的进步,而且VIDAY还提供了虚拟镜子系统,可以让顾客快捷的试衣。
另外,YHT的Myu 3D也可通过二维的纸样实时的展示试穿效果。
3 数据的兼容性和接口技术
目前国内市场上服装CAD品牌众多,相互之间存在兼容性问题,而三维服装CAD和二维CAD之间同样也存在此问题,可喜的是许多企业已对此引起重视,并提出了解决方案。例如:图易三维服装创样软件,可以输出DXF文件,实现与其他CAD软件的兼容。PGM的三维虚拟试穿系统3D Runway,其可以接受各种2D纸样(DXF)档案格式。
4 一站式量身定做
为了满足服装企业的实际需求,提高企业的生产效率和降低企业的生产成本,服装CAD开始关注一站式的设计理念,即集三维人体尺寸获取、纸样设计、排料、裁剪于一体。这节省了企业在处理定制服装时的精力,提高了效率,节约了成本。如:和鹰科技的HY-320和鹰快速成衣系统,集成了从三维人体测量到衣片自动裁剪的一系列功能。20秒的自动获取人体尺寸,60秒智能配置,50秒系统规划,110秒衣片生成。这对个性服装的自动化生产具有很大的意义,为将来服装设计生产的自动化智能化奠定了基础。
5 结语
随着计算环境变革、计算方法的改进,CAD技术会继续向高效、实用、方便、快捷的方向发展,更加注重系统的全面性和协作性,力求使企业得到一站式的服务体验,以适应产品制造业和更多应用领域的要求。同时将不断研究、开发新的课题和产品,并在实际应用中得以提高和完善。
参考文献
[1]张鸿志.服装CAD原理与应用[M].北京:中国纺织出版社,2005.
[2]中国国际缝制设备展览会(CISMA)服装CAD厂商产品样本资料,上海,2011.
[3]周旭东,李艳梅.人体三维测量技术分析[J].上海纺织科技,2002(06).
三维动态 篇2
三维航道GIS中大型场景的动态组织与可视化技术研究
三维可视化技术以其直观、逼真、实时、动态等特征,目前已成为港口、海岸、航道、运河等相关领域进行科学研究工程投计、管理与决策的重要手段.本文在对基于该技术实现的天津三维港区与航道信息管理系统进行简单介绍的基础上,重点研究了基于空间网格索引技术、Delaunay三角网技术与LOD技术的港口地面景观与地形模型的.动态组织与管理,以及基于多线程技术和OpenGL的显示列表技术的子场景块与专题信息的实时读取与渲染,并对动态海洋、全景天空、水下地形仿真与漫游、交互操作与信息查询等作了深入探讨.实践表明,文中所开发的三维可视化系统中大数据量、复杂的场景对绘制的速度影响并不大,场景逼真度高,能进行实时操作与漫游,可以满足航道与港口三维可视化、空间分析与管理的需要.
作 者：杨东远 牛桂芝 杨凯 江文萍 YANG Dong-Yuan NIU Gui-zhi YANG Kai JIANG Wen-ping 作者单位：杨东远,牛桂芝,杨凯,YANG Dong-Yuan,NIU Gui-zhi,YANG Kai(交通部天津水运工程科学研究所,天津,300456)江文萍,JIANG Wen-ping(武汉大学,资源与环境科学学院,武汉,430079)
刊 名：水道港口 ISTIC英文刊名：JOURNAL OF WATERWAY AND HARBOR 年，卷(期)： 29(2) 分类号：P283.8 关键词：航道GIS 三维场景 多线程 可视化 空间分析三维动态 篇3
[摘 要]三维动态建模辅助工程制图教学实践的方法是通过组合体投影、组合体形体分析等内容与三维动态建模的多视角、草图建模、参数驱动等特点有机结合，使得投影规律、组合体的画图和读图等内容直观化、动态化，符合学生的认知思维。教学实践表明，该教学方法是行之有效的，可有效提高学生的学习兴趣和积极性，增强学生的空间想象力和空间思维能力，培养画图和读图能力。
[关键词]工程制图 三维CAD动态建模 动态辅助
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）09-0161-02
随着计算机技术和图像算法的快速发展，将二维、三维CAD融入工程制图课程的教学改革逐渐受到广泛关注。[1]国外一些大学也正尝试无纸化教学，将三维造型和计算机绘图直接引入工程制图课程。国内一些大学在工程制图教学中也尝试引入三维CAD软件，具体体现在：王建华等系统论述了三维建模入手的工程制图教学改革方案；[2]张京英等对比和论述了不同的三维CAD教学模式；[3]张淑艳等介绍了三维CAD辅助工程制图教学的方法；[4]同时《画法几何及机械制图》等教材也在书中前面章节首先简单介绍了三维CAD软件，将计算机三维造型的内容与二维绘图一样，融合到教学的全过程中，成为全书的主线，以便辅助学生学习。[5]
本文主要研究三维CAD动态建模在工程制图教学中与知识点的融合和应用，采用动态建模过程在视图投影、相贯线、组合体画法和组合体读图等几个知识点来阐述这一方法，增强了学生学习的兴趣，提高了学生的构型思维，加速了学生在三维和二维之间的思维转换效率，教学效果良好。
一、动态多角度观测物体与视图直观建立
如图1（a）所示为一几何形体在投影面系中投影的过程，其中蓝色的为物体，白色线框围成的为投影面系，选择任何一投影面时，可以直接将物体投影至该投影面，形成视图，使学生直观感受投影视图的生成。图1（b）采用三维图形选择四视图模式，采用三维软件一步形成主视、俯视、左视和正等轴测图，当从正等轴测视图上选取形体上任意点、线、面，并高亮表示时，都可以看到其他视图中也随即高亮显示，以此帮助学生建立空间概念，进一步加深学生对“长对正，高平齐，宽相等”的理解。
二、组合体动态画图和读图模型
如图2所示的组合体由底板、圆柱、肋板组成。组合体造型过程和投影视图的变化如图所示，图中给出了三维模型随着基本体增加，相应视图发生变化的情景。其中第一幅是底板，可由草图拉伸成型；圆柱由绕旋转轴的草图旋转成型；肋板由草图拉伸成型。从图中可以清楚地分析出轮廓线和内部线框的投影，即轮廓线为最外围，内部线框是由其他特征在轮廓线内进行的切割、凸起等操作形成，按照投影关系动态演示形成组合体的各个基本体的视图，明确了画图的顺序。
三、相贯线变化动态观测
图3所示的是圆柱与圆锥相贯时，圆柱直径尺寸变化引起的相贯线变化的典型特征。用来说明表面性质和相对位置相同而尺寸不同时对相贯线的影响。建模采用参数驱动方式将这一过程动态化，直观的帮助学生理解这一演化过程，便于掌握相贯线画法。
四、剖切面表达剖视图形成
图4给出了一个典型的轴类零件的三维模型动态显示过程。此轴类零件主体由5部分构成，其中两端和中部都开有键槽。图4（a）是完整的三键槽轴模型，图（b）-（d）是平行于轴端面的截面沿着轴线分别对三个键槽进行截切。这样可以清楚的看清截面与零件体的结交线，分析出其轮廓形状，便于学生理解。
五、结束语
在工程制图课程的教学当中，首先需要解决三维立体物体投影二维的问题，即绘图的“空间-平面”的过程，再解决由“平面-空间”的读图过程。在课堂教学中，选择性的采用三维CAD设计和造型，利用其动态演示功能，多视角观测，可以事半功倍的将传统教学中抽象的概念明晰化，提高效率，再结合手工制图，可以增强课堂学习效果，降低了抽象的构图思维入门难度，可以显著提高学生空间想象力，培养学生的图形分析、图像二维和三维转换的能力。[6]
[ 注 释 ]
[1] 童秉枢，易素君，徐晓慧.工程图学中引入三维几何建模的情况综述与思考[J].工程图学学报，2005（4）：130-135.
[2] 王建华，李晓民，杨莉，吕梅.由三维建模入手的工程制图课教学改革实践[J].工程图学学报，2008（6）：123-126.
[3] 张京英，罗会甫，张彤，等.三维造型设计与工程图学的有效融合[J].工程图学学报，2011（6）：151-154.
[4] 张淑艳，雷光明，成彬，等.三维CAD辅助工程制图教学的方法[J].图学学报，2014（3）.
[5] 常明著.画法几何及机械制图（第4版）[M].武汉：华中科技大学出版社，2009.
[6] 陈彩萍，谭建荣.工程制图CAI课件中学习情境的设计[J].工程图学学报，2011（1）：138-142.
三爪卡盘三维建模与动态仿真 篇4
三爪卡盘属于最为常见的机床附件, 其中包含了锥齿轮和平螺纹转动机构。当旋动卡盘扳手时, 3个卡盘爪将沿径向同步向内或向外移动, 夹紧或松开工件。当装夹工件外表面时, 卡盘爪向内移动为夹紧工件;当装夹工件内孔时, 卡盘爪向外移动为夹紧工件。
而Pro/E具有参数化、特征建模和全相关单一数据库的CAD设计新思想, 正是采用了这种独特的建模方式和设计思路, Pro/E软件表现出了不同于一般CAD软件的优越建模特性。使用Pro/E进行开发设计, 比使用其它软件要快几倍。在Pro/E的标准菜单中包含了草图绘制工具栏和特征工具栏, 其中特征工具栏有拉伸基体、旋转基体等。合理运用上述特征造型技术就能设计出三爪卡盘传动的实体模型。
本文以三爪卡盘运动为例说明其建模过程。
1.1 启动并新建零件文件
步骤1:用鼠标左键双击桌面上的快捷方式启动Pro/ENGINEER Wildfire 3.0系统。
步骤2:在工具栏上单击 (新建) 按钮, 弹出“新建”对话框。在“类型”选项组中选择“零件”单选按钮, 在“子类型”中默认“实体”:在“名称”文本框中输入sanzhua_1.prt并默认“使用缺省模板”复选框, 单击“确定”按钮。
1.2 使用“拉伸”命令建立盘体
步骤1:单击绘图区右侧工具栏上的拉伸按钮, 在绘图区下方显示拉伸命令的控制面板。
步骤2:确认控制面板上的特征属性是“伸出项”,
按钮处于被选择状态。
1.3 设置平面
1.3.1 设定草绘平面
步骤1:单击控制面板上的草绘按钮, 弹出剖面“放置”对话框, 系统处于选择草绘平面状态。
步骤2:选择FRONT基准平面作为草绘平面, 并且默认黄色箭头方向为草绘视图的方向。系统提示:选取一个参照以定义视图方向。
步骤3:选择RIGHT基准平面为参照, 方向为“右”。
步骤4:完成剖面“放置”设定, 单击对话框中“草绘”按钮, 进入草绘环境中。
1.3.2 绘制剖面
步骤1:进入到草绘器中, 显示“参照”对话框, 首先定义草绘截面的参照。
步骤2:默认系统参照RIGHT和TOP, 单击对话框上的“关闭”按钮。
步骤3:绘制两个同心圆。单击右侧工具栏上的按钮, 然后以两条中心线的交点为圆心画圆, 双击尺寸上的数字进入修改状态, 两圆的直径分别为200和65, 其显示效果如图1所示。
步骤4:完成绘制, 单击按钮退出草绘环境。
1.4 设定拉伸方向和拉伸深度
步骤1:认可当前拉伸方向 (垂直屏幕向外) 。
步骤2:使用操控板上的方式设定拉伸深度, 在数值框内键入“75”。
步骤3:单击操控面板上的特征预览按钮观看效果, 如图2所示。
步骤4:单击按钮完成此拉伸特征的创建。
1.5 使用“拉伸”命令建立切口
(1) 选择命令
步骤1:单击拉伸命令按钮后, 在绘图区下方显示拉伸命令的操控板。
步骤2:确认操控板上的特征是“伸出项”, 以及切口按钮处于被选择状态。
(2) 设定草绘平面
步骤1:单击操控板上的按钮, 弹出剖面“放置”对话框。
步骤2:选择RIGHT平面为草绘面, 并且默认黄色箭头方向为草绘视图的方向。
步骤3:选择TOP基准平面为参照, 方向为“右”。
步骤4:完成剖面“放置”设定, 单击对话框中“草绘”按钮, 进入草绘环境中。
(3) 绘制剖面
步骤1:进入到草绘器中, 显示“参照”对话框。
步骤2:默认系统参照FRONT和TOP, 单击对话框上的“关闭”按钮。
步骤3:单击直线按钮绘制如图3所示的剖面, 修改后的尺寸如图所示。
步骤4:完成绘制, 单击按钮退出草绘环境。
(4) 设定切口的材料移除方向和拉伸方向, 拉伸深度
步骤1:认可当前材料移除方向 (指向剖面内侧) 。
步骤2:认可当前拉伸方向 (指向实体外侧) 。
步骤3:使用操控板上的方式设定拉伸深度, 在数值输入框内键入“126”。
步骤4:单击预览按钮观看效果, 单击按钮完成此拉伸特征的创建。
(5) 建立旋转阵列
步骤1:选择前一步所切除材料的拉伸特征, 单击右侧工具栏上的阵列按钮。
步骤2:在操控板上的第一个下拉框中选择“轴”, 然后单击旋转中心作为旋转轴, 在阵列成员数输入框中输入“3”, 角度输入框中输入“120”, 操控板如图4所示。
2 三爪卡盘的虚拟装配
在虚拟装配前首先创建基准中心线, 然后打开一个装配体文件, 调入卡盘体, 再依次调入平螺盘、卡盘爪, 由于3个卡盘爪结构一样, 但螺牙位置不同, 因而不是通用的, 需要分别装入。因为Pro/E默认的第一个零件是固定的, 不能运动, 其它的零件 (大齿轮、小齿轮、定位销钉、卡盘扳手) 都是以它为装配参考体。调入零件后, 使两面重合, 至此, 各零件安装全部结束。如图6所示为三爪卡盘的装配图。
3 三爪卡盘动态仿真
进入机构仿真, 接着定义凸轮副, 因为3个卡盘爪与平螺纹之间的运动副是以凸轮定义的。然后定义齿轮副, 最后运动仿真, 同时按下ctrl+Alt, 鼠标左键控制卡盘扳手令其顺时针旋转, 3个卡盘爪将同步向内移动, 卡盘扳手逆时针旋转时, 3个卡盘爪将同步向外移动, 这与实际情况相反。
4 结语
本文采用Pro/E三维实体造型软件, 通过凸轮副和齿轮副以实现三爪卡盘的动态仿真, 使设计人员能够全方位地观察三爪卡盘的运动状态。
参考文献
[1]张智明, 李预斌.精通PRO/ENGINEER中文野火版-零件设计篇[M].北京:中国青年出版社, 2004.
三维动态 篇5
随着全息技术迅速发展,传统的全息图在观赏性、技术性方面已不能满足发展需求。于是相继出现各种动态全息图,如动态合成全息图、三维双视全息图和动态体视全息图等[1,2,3]。其原理是设法把全息再现光波限制在空间某一个窄带区域内,利用不同窄带区域来显示三维物体的不同姿态,通过一序列分立的窄带区域效应使观察者获得三维动态效果,该类全息图具有很强的艺术观赏价值和防伪功能。
三维动态合成全息图是采用分立空间序列的物体不同侧面的多幅图像拍摄而成,传统拍摄方法需要多次人为调整物体的序列不同侧面和窄缝位移,过程繁杂,拍摄效率低,从而导致这种全息图在全息防伪标识的实际应用上受到限制。
本文提出一种综合计算机技术、单片机原理[4]和光电子技术等现代信息处理手段,研制一套自动控制系统来控制载物台旋转,改变物体有序的不同侧面和窄缝的移动,实现三维动态合成全图的自动化拍摄,改善传统拍摄方法效率低的缺陷,有利于推动全息防伪标识产品市场化发展。
2 自动拍摄三维动态合成全息图的制作系统
根据合成全息原理和二步法彩虹全息术提出一种三维动态合成全息图自动拍摄系统,用于二步法彩虹全息的第一步记录过程。该系统针对传统合成全息图制作中存在的诸多困难,采用了由计算机自动控制的设备代替传统光学元器件,以实现三维合成全息图的自动化拍摄。
实验装置如图1所示,氦氖激光器发出的光束经反射镜M反射,通过快门到分束镜BS分成两束,一束经反射镜M4到扩束镜SL2扩束照射被拍摄物体,物体表面产生的漫反射光作为物光波投射到H1底片上;另一束光经反射镜M1、M2和M3反射到扩束镜SL1,扩束后经透镜L准直获取平行光作为参考光投射底片H1上和物光产生干涉记录拍摄物体的信息。图1中计算机、可编程控制器和X、Y步进电动机组成控制部分,在计算机中运行专用的控制软件,设置相关参数,通过RS-232接口向可编程控制器发送指令去控制X、Y步进电机(X步进电机控制载物转盘转动,Y步进电机控制H1窄缝移动架移动)移动和快门曝光。
3 光学系统参数设计
如图2所示,利用双目视差和体视对原理,借助彩虹全息物像关系及Y向面积分割法,采用双缝来制作三维动态合成全息图。拍摄光学系统中双缝间距△Y设计为50mm,窄条缝宽度α为4mm。
双缝间距确定后光路中物像关系的设计应满足:
△Y'=佐Y'R-Y'L襔=65mm(1)
其中Y'L、Y'R为左右双视子全息元重现像的纵向坐标,佐|Y'R-Y'L|襔表示重现时双缝像间距。由于人眼瞳距平均尺寸为65mm,只有当(1)式满足时,人的双眼才能同时处于相应的双缝重现像位置观察到同时记录的一对物体子全息图的像,每对子全息图的像与物体的某一姿态相对应。
窄条缝窗口像的宽度α'受眼瞳孔径的制约,一般应满足:
如果(2)式中α'过小,会造成单眼同时接收到两个以上的再现像而出现像串扰;α'若过大,会减少拍摄物体序列分立的窄带区域数量,导致再现像姿态不连贯,从而影响全息图的动态艺术效果,失去动态合成全息图的真正意义。
4 可编程控制系统设计
可编程控制系统的构成如图3所示,系统中上位机(计算机)使用VC++提供的串行通信控件MSCOMM通过RS-232接口与下位机(单片机)通信。由于RS-232信号的电平和单片机AT89C52串口信号的电平不一致,这里使用集成电平转换芯片MAX232为RS-232作电平转换芯片,转换完毕的串口信号TXD(信号发送端)、RXD(信号接收端)、GND(信号地端)可直接与AT89C52相应引脚输出端连接,通过TXD、RXD和GND三端接线便可以进行通信。X、Y步进电机行程上各设有限位开关,确定X、Y步进电机的行程范围及起到复位的功能。
上位机中设置拍摄参数如下:
X步进电机初始位置——XS;
Y步进电机初始位置——YS;
X步进电机移动次数——XN;
Y步进电机移动次数——YN;
X步进电机单次移动量——XD;
X步进电机单次移动量——XD;
稳定时间——TW;
曝光时间——TB。
单片机控制程序流程图如图4所示,上位机设置参数,向下位机发送指令,下位机根据设置参数指令控制X、Y步进电机进行初始化操作,然后移动到起始位置稳定等待曝光。完成一次记录后,单片机自动控制下一个周期进行同样操作,直到拍摄完毕。自动拍摄系统实时窗口显示了设置的各个参数和即时曝光位置,以及时间显示,方便操作者即时了解拍摄进程。如图5和图6所示。
5 实验结果与讨论
实验中采用632.8nm的氦氖激光器作为H1记录光源,选用一个石膏像作为拍摄实物,如图7所示。制作系统采用图1,实物固定放置在载物旋转台中心,记录介质是天津-I型全息干板,垂直固定于H1窄缝移动架上,实物中心距离全息干板垂直距离20cm。拍摄时载物转台每次旋转8°改变一次实物姿态,相应全息干板的双缝阻挡板垂直移动4mm,稳定时间10s,曝光时间30s。完整的拍摄设定为11次曝光,在全息干板上记录11对全息图元,也就是物体的22个窄带区域的像。把记录有22个实物窄带区域像的全息干板经显影处理后获得一个H1全息干板,用它的共轭光照射便可以重现实物22个窄带区域有序姿态的像,如图8所示。由于采用了自动拍摄系统,总花时间仅为60min。制作过程操作紧凑、直观、定位精确,自动拍摄程序开启后操作人员可离开实验室。与传统方法相比显著地缩短了拍摄周期,大大提高了生产效率。
为在白光下直观地观察到实物各个姿态的像,采用二步法彩虹全息图术制作H2,以441.6nm氦镉激光器作为光源,F9600型光刻胶版作为记录介质,用共轭光重现H1的像进行一次曝光记录,经显影处理获取三维动态全息图H2。在白光下,左右缓慢转动H2或横向人眼,便可以直观地看到实物22幅三维动态全息图像,该实物的三维图像姿态连续呈现,动态效果逼真。图9是模压在PET材料上的全息产品效果图。
6 结论
本系统使用了计算机技术和单片机技术对全息图记录系统进行自动控制,整个记录过程由计算机控制相应器件进行移动和曝光,实现了三维动态合成全息图制作的全自动化流程,拍摄过程操作紧凑、定位精准,操作界面简易、直观。与传统制作方法相比,本文提出的自动控制系统制作三维动态合成全息图,能够极大地提高制作效率和精度。
参考文献
[1]于美文,张静芳.光全息术[M].北京:教育出版社,1995.
[2]朱伟利,张可如,宋媛,等.双视三维动态反射全息图合成技术研究[J].光学技术,2000,26(3):222-224.
[3]郭欢庆,王肇哲,王金城,等.数字合成全息系统中空间光调制器DMD的研究[J].光电子激光,2004,15(1):9-2.
浅谈动态三维任意点的准确测定 篇6
法汤公路是1999年修建的连接佛教圣地法门寺和旅游名胜地太白山的一条二级旅游专线, 其间在眉县兰家与西宝高速相连, 方便了游客出入。路线在充分考虑了平纵线型后, 在扶风和兰家修建高架桥两座跨越深沟, 桥头连接线部分路段为深路堑。路堑两侧边坡表面平均坡度32°左右, 高差约40米。
2 动态三维任意点简介
一般常见锚索施工对孔口都不要求有十份准确的孔位, 因为锚索工程大多用于悬崖危石锁定、滑坡边坡整治等工程;即便是用于较正式的结构物之中, 也是先施工结构物预留孔位后, 采用后钻孔的方法钻孔。
固定三维坐标任意一点的放样已是目前全站型站点测量工作中较为普遍的测量方法之一;测距仪配合经纬仪或全站仪基本上都是采用这种全站型站点测量方法;但是在原地面上钻孔孔口不是一个固定不变的点位, 它是钻孔轴线与不同的原地面地形相交的一个不定的点位, 这就意味着固定三维坐标任意一点的直接全站点测量方法不能适用于原地面钻孔放样, 必须采取动态三维任意点的放样方法 (孔口三维坐标是沿钻孔轴线不断改变的参数) , 实测采取变三维坐标为二维坐标的间接测量方法, 用类似于断面测量的方法测量孔口点位, 化三维为二维的主要目的是解决图纸上不可推算的原地面地形尺寸问题。
3 构筑物上钻孔理论孔口的三维坐标计算
根据线路三种线型 (直线、回旋线和圆曲线) 的参数推算出挡墙墙外趾的三维坐标值 (X, Y, E) , 参见图1。
导线测量中, 中线坐标的推算, 法线上任意一点的坐标推算均可以用计算器或计算机编好程序后计算出来;标高计算推算至墙趾为止;至于曲线加宽、超高、竖曲线等等问题是设计所给定的参数也是值得注意的问题。
3.1 根据所计算的墙外趾三维坐标再推算出肋柱上各孔口的三维坐标参数 (
实际只需计算出肋柱轴线外趾边沿点三维坐标即可) 。
需要计算的参数有肋柱轴线的里程、轴线 (法线) 方位角;曲线墙板实际上是在曲线内按折线布置的平面板, 这样肋位处就存在着一个矢距E值, 这个E值随着半径的变小而增大, E值大于厘米级就不可忽略。
3.2 最终列出肋柱轴线外边沿点的等效里程、法线方位角、距线路中线的水平距离 (
含E值) 、设计标高及 (X, Y) 坐标。
4 原地面上钻孔口的实际放样
实地放样要根据现场地形采取不同的方法和程序 (见图2钻孔放样示意图) 。
4.1 第一种方法:
如果地形平坦就可以直接测定肋柱轴线 (法线) 所在的中线桩后再置镜于中桩用断面测量方法测定孔位。
详述如下:
a.将经纬仪加测距仪 (或全站仪) 置于中线桩上。
b.丈量仪高 (或者用高程测量法后视基点) 计算仪器中心标高。
c.后视导线控制点后转动镜头至肋柱轴线 (法线) 方位上。
d.将反光镜顺法线方向置于估计合适的位置粗测一次, 计算出此点距中桩的水平距离和标高。
e.将粗测数据和设计数据对比计算处理后告诉前视调整高度或宽度 (基本为平地时) 。
f.调整高度后定桩再测桩顶标高和平距, 再次和设计数据对比计算处
g.桩顶标高计算E=Em+L*SINα+I-H平距计算D=L*COSα
h.桩顶与理论孔口的高差计算ΔE=E-Ed推算等效宽度b=-ΔE*K
计算宽度差值Δb= (D+b) -B
i.将宽度差值Δb换算为在所定桩上的垂直调整高度值h=Δb/K, 注意h值必须为负值 (也就是下量值) 否则重测;另外, 在桩上的调整高度不宜过大, 测定的十字线要基本贴于地表, 否则施钻人员不好标记孔口的记号。
j.因为钻孔角度较小 (俯角15o) , 坡度为1:3.732, 所以调整高度比调整宽度更容易, 在桩上下量h值即可。
k.钻孔深度的计算
根据计算所得的ΔE值和h值代数和 (超钻和少钻情况相反) , 然后乘以K值计算出相应的水平距离, 最后用勾股定理计算出钻孔增量;钻孔深度就可用设计值加孔深增量算出。
l.参数解释
B为孔口设计距中桩的总宽度;Ed为孔口设计标高;E为测点的计算标高;D为测点至置镜点的水平距离;Em为中桩顶已测标高;I为中桩顶至经纬仪镜心的高度;α为竖直角度;H为反光镜高度;L为测量得到的斜距, ΔE为测点至理论孔口的高差, b为测点顺锚索孔轴推算的投影水平总宽度, Δb为理论宽度与推算宽度之差, K为锚索轴线坡度值, h为桩上的垂直调整高度值。
m.以上步骤一般编好一个小程序于计算器 (或计算机) 中;另可加入宽度、高度调整变量随时输入调整估值以提高找点定位速度。
4.2 第二种方法
如果地形陡峭就采取中桩侧移合适横宽的方法, 在法线方向上设定任意横宽、高程控制点;再置镜于此点上用断面测量方法测定孔位。
这种方法是在第一种方法的基础上衍变而来, 也是经常采用的方法, 是第一种方法的扩展应用, 计算稍有不同这里不再详述。上挡和下挡的区别可视为不同的侧移情况。
5 放样精度保证和分晰
5.1 全站型站点测量的主要误差在于高程测量上
因为三角高程测量的竖角误差最大, 其次是仪器平整度误差, 测距仪的精度很高已不是影晌主要因素。为了满足测量精度的要求, 应注意以下几个方面:
第一, 后视和前视的测距尽量采用较近点位 (测距最好不超过100m) , 这就要求平时多布设一些带标高的第一级加密导线点点位。
第二, 基点采用与前视点较近的点 (距离和高程对比) , 这样在前、后视上, 其标高误差大小相近, 这样才能基本上抵消误差。
第三, 注意反光镜的垂直情况及变高杆的准确高度影晌。
第四, 其它诸如高原低气压、气温、地球曲率、大气折光系数等均不是主要影晌因素。
5.2 水平角度测量精度的保证
主要撑握好后视对点的准确性, 置镜对中的精度, 读数窗中符合丝的符合准确性, 注意旋转镜筒的方向尽量要单向转动以避免带动误差的引入, 前视做点的精度等等。
5.3 测距精度的保证
测距时注意前方障碍物的横向距离不要小于0.1m;避免强光直射入镜头内;反光镜的垂直度;测距仪与经纬仪两仪心的同轴性校正等等。
5.4 实测精度情况
在100m左右测距综合误差一般在5mm以内。
三角高程测量换算标高综合误差一般在1 5 mm以内。
水平角度测量综合误差一般在5mm以内。
在正常情况下以上误差一般不会同时产生, 测距误差为三角高程测量误差的一部份。综上所述最终误差一般为20mm以内。
结束语
使用动态三维任意点的测量方法, 在锚索施工完成后, 能够及时进行锚索肋板墙浇注、填土、张拉, 对缩短工期、提高工效起到了重要作用。
本方法可适用于任何工程中原地面动态任意点的准确测定, 具有一定的参考价值。
参考文献
[1]宋文.公路施工测量[M].北京:人民交通出版社, 2000, 9.
三维动态 篇7
虚拟现实 (VR) 技术是近几年来出现的高新技术, 由计算机所模拟的三维环境, 通过让眼睛接收到在真实情境中才能接收到的信息, 使人产生“身临其境”的感觉。VR-Platform是由深圳中视典公司开发的具有自主知识产权的一款国产三维虚拟现实平台软件。
虚拟现实技术应用广泛:电影《阿凡达》的全球热映, 让我们认识了虚拟现实技术;虚拟旅游为传统旅游业带来了新的诠释;某些事故的模拟再现, 帮助人们更加清晰的了解整个事情的来龙去脉;三维地图的应用也为当今忙碌的人们的出行提供了极大的方便等等。随着计算机技术的发展, 游戏爱好者对游戏的逼真度及娱乐性要求越来越高。如今网络上流行的网页农场游戏比如QQ农场, 开心农场, 它们都是二维的基于平面的, 本文运用虚拟现实技术在VRP平台上完成三维农场的动态显示。
2、开发工具选择
3ds Max作为专业三维建模软件, 功能强大, 扩展性好, 另外在角色动画方面具备很强的优势, 丰富的插件也是其一大亮点。
Poser是由美国Curious Labs开发的三维人体图像和动画软件, 是全球第一个也是迄今为止使用最广泛和最受欢迎的专门用于人体造型的软件。它可以为本文提供人物, 动物狗的模型。
VRP属于桌面型虚拟现实系统, 该软件适用性强、操作方便、功能强大、高度可视化.真止做到了管理意义上的所见即所得。但是仿真软件在模型面片数和纹理贴图量方面都有可以承受的上限, VRP要求贴图量不要超过计算机的可用显存量, 面片数也需尽量少。本文游戏三维农场的动态显示正是在VRP平台上实现的。
之所以选择这三款软件, 是因为它们之间有着很好的衔接性, 可以充分发挥出它们各自的优势。选择3ds Max进行场景大部分的建模, 结合Poser提供的相应人物动物模型, 最后导入到VRP平台中进行交互以及界面设计, 实现动态显示功能。
3、三维农场总体设计及制作流程
一个完整的三维农场系统包括两个部分:数据管理部分和三维显示部分。
三维农场的总体设计如图1所示。
本文实现的是三维显示部分, 数据管理部分不作展开。网上如今存在农场只是基于平面的二维游戏, 无法从多个角度来观察农场中的对象, 本文中实现的是一个基于VRP的三维农场, 能够跟随相机或者使用者可以通过鼠标全方面来浏览农场。实现方法主要是应用3ds Max进行建模, 渲染、烘焙, 然后导入到VRP-Builder编辑器中, 再经过简单的编辑操作之后即可生成一个可执行的exe文件, 用户可以通过执行该文件浏览三维场景中的每个模型, 用户还可以使用鼠标、键盘在农场中实现多种方式行走。
三维农场动态显示的实现流程如图2所示。
4、三维农场游戏显示的实现
4.1 三维农场的制作要点
农场中的三维模型是构成农场中的重要组成部分, 模型质量的高低直接影响着整个虚拟场景的效果。房子以及栅栏比较规则的物体模型可以由挤出命令完成, 需要注意的是制作模型时能用【挤出】修改器实现的模型就不要使用【布尔】运算去实现, 因为相对来说布尔运算不稳定, 导入VRP中很可能发生错误。
农场中人和狗的模型在满足条件的情况下, 本文直接选用了Poser中的模型。狗的模型可以在poser当中直接导入到3ds Max中, 通过添加变形器, 为狗的行走路径设置关键帧的方式可以实现狗行走的动画部分。
由于树的结构相对来说比较复杂, 直接在3ds Max中建模会导致会给以后VRP的导入带来困难, 本文选择了通过下载树插件, 然后对相应树模型的系数反复进行调整的方式来制作, 直至成功导入到VRP中。
农场中植物模型通过在3ds Max中绘制样条曲线, 修改顶点使其更加平滑, 为其添加【车削】修改器并调整中轴位置即可完成。
4.2 场景优化
假如场景模型过多的话会增加客户机端的负担, 很难得到平滑的运行效果。除此之外, 模型面数过多还会增大文件的容量, 在网络上发布会使得下载时间增加。本文针对以上问题, 对场景进行了优化。
最终影响虚拟场景运行速度主要有三个要素:VR场景模型的总面数, VR场景模型的总个数和VR场景模型总的贴图量。
在优化过程中, 将需要对其的物体的面和顶点进行对齐, 删除每个模型中的看不到的面以及它们之间发生重叠的面等。在删除多余的边时, 可能会有遗漏的点未删除, 此时尽管看不到多余的面, 但那些点组成的三角面仍然存在, 所以多余的点也一定要删除。最终在存储数据和外形方面, 做到“小而精”。
场景模型个数的多少直接影响到VRP的启动速度, 假如场景中模型个数过多, 计算机可能会因为计算不过来造成模型丢失的情况。避免此现象发生的做法是先给各个模型进行合理命名和分组, 赋好材质之后, 对近距离材质相同的模型进行合并。
贴图量也是影响VRP启动速度的一个关键因素, 所以要在模型个数, 面数, 贴图量三者之间做一个权衡, 既要保证在计算机承载范围之内, 又不影响场景的实际观赏效果。
4.3 渲染和烘焙
3ds Max默认的渲染器是扫描线渲染器, 它的渲染采用的是模拟的算法, 要想得到逼真的渲染效果, 对灯光的设置要求非常高, 而且速度慢。本文中采用的是mental ray渲染器, 该渲染器渲染的图片具有真实的反射、折射和焦散效果, 能实现很多3ds Max默认渲染器无法达到的真实效果, 主要是采用mental ray渲染器渲染并得到场景不同角度的效果图。
烘焙深受建模和赋予材质效果的影响, 建模过程中每增加一个点一个面对烘焙都是一种负担, 而材质贴图的大小也很大程度上影响烘焙的顺利进行。在3ds Max中每修改一个物体, 都要把该物体重新烘焙出新的贴图, 修改才会有效, 这里可以根据烘焙错误物体的个数灵活处理。
4.4 VRP农场演示
农场场景在建模, 渲染烘焙完成之后, 通过VRP-3ds Max插件将其导入到VRP中进行交互设计。本文在农场场景添加了行走、相机、飞行、旋转以及角色等多个相机, 用户可以实现漫游农场的功能。
农场最重要的是实现与用户交互来播种和摘取, VRP提供的脚本编辑器可以实现这些功能, 其中包含系统函数, 触发函数, 自定义函数等。系统函数可以初始化一些模型定义所需的变量。触发函数主要是实现当外界条件发生改变时, 系统中模型执行相应的动作或命令, 可以通过单击左键实现场景中开门放狗以及栅栏门开关等动作。自定义函数里包括控制点击控件按钮所产生的系统反应函数, 同时农作物生长过程的也是通过自定义函数实现的。
为了使场景更加真实, 美观, 最后为农场添加了天空盒, 太阳, 阴影, 音乐等, 让用户快乐地享受播种采摘全过程。调整好VRP场景之后, 将该场景生成单机版可执行exe文件, 便于在其它计算机上进行演示。
5、结语
本文构建的虚拟三维农场以VRP为平台, 实现了具有漫游、播种、采摘等一系列功能的三维可视化仿真。它向我们展示了一个全新意义的农场。随着计算机技术的发展, 我们看到了未来开心农场等游戏的一个发展方向以及三维游戏带来的巨大的商业前景, 彼时它们即将掀起一轮新的热潮。
参考文献
[1]胡小强.虚拟现实技术[M].北京邮电大学出版社, 2005.
[2]卞峰, 江漫清.虚拟现实及其应用进展[J].计算机仿真, 2007, 24 (6) , 1986-1990.
三维动态 篇8
随着计算机技术的飞速发展,GIS得到了广泛的重视和应用,目标定位与GIS的集成也已深入到各行各业特别是军事领域。它可以实现目标信息在地图上的可视化、一体化和集成化,能够在地图上实时动态地跟踪目标和显示地理方位,给用户的决策带来极大的方便,尤其是为高技术条件下的军事作战任务提供了高效、快速的决策方案。
EV-Globe是大型三维空间信息服务平台。集成了最新的地理信息系统(GIS)技术和三维软件技术,具有大范围的、海量的、多源的数据一体化管理和快速三维实时漫游功能,支持三维空间查询、分析和运算,提供全球范围的基础影像资料,能够方便快速的构建三维空间信息服务系统。EV-Globe平台具有以下功能:直观的全空间三维可视化能力、海量多元数据集成、高效的三维模型渲染与分析、三维特效功能、逼真的海水渲染效果、地图服务器端的数据动态更新切割。
1 系统设计目标
飞行器三维轨迹动态显示系统设计的目标是利用地理信息技术和三维可视化技术,将飞行器等关键对象和要素嵌入空间,结合卫星影像地图、数字高程数据和矢量地理信息,在动态构建的三维空间场景中,实现对三维轨迹显示信息的分层表现、空间表现和立体表现,以满足显示需求。
对软件设计方案和硬件的选择,在确保系统正常运行的基础上,保证系统有一定的处理能力余量;保证系统具有一定的先进性。系统设计尽可能做到操作简单、易用。采用开放式结构及成熟先进的技术和开发平台,兼顾未来的使用需求和技术发展趋势,以便系统不断扩充、完善。保证系统的可靠性,具备较强的容错能力与适应突发事件能力,具有必要的冗余设计和应急处置方案,防止因突发事件而导致数据丢失或系统丧失支持能力。
2 系统硬件组成
三维轨迹动态显示系统主要由两台数据服务器、两台态势图形工作站、两台转发控制微机以及相应的网络设备组成,设计成主备机配置。系统结构如图1所示。
2.1 数据服务器
用于存储数字高程数据、地理信息矢量数据、卫星影像信息、飞行器数据文件等,飞行器数据文件包括轨迹数据、动态模型、静态场景、测控装备参数及模型等。
2.2 态势图形工作站
用于飞行器飞行全过程的三维综合态势显示,包含飞行航迹、速高曲线、轨迹参数、特征点事件等。
2.3 转发控制工作站
用于接收实时数据,为态势图形工作站提供控制指令和数据源。
2.4 网络设备
网络设备包括千兆交换机、网卡、网线以及配套工具等。用于完成数据服务器、转发与控制工作站和态势图形工作站之间的信息交换。
3 系统软件接口
系统外部软件接口包括操作系统、数据库管理系统、三维空间信息开发平台、显示服务器软件等。操作系统为系统运行提供基础支持;数据库管理系统提供数据管理服务;三维空间信息开发平台提供GIS服务和基本的三维操作服务;指挥显示服务器软件为系统实时提供飞行器位置、姿态、遥测指令等信息。系统操作系统选用Microsoft Windows7和Microsoft Windows Server2008;数据库管理系统选用Microsoft SQL Server2008;三维空间信息开发平台选用EV-Globe3.1,系统软件接口关系如图2所示。
4 系统软件设计
4.1 软件结构
软件由三维显示模块和转发控制模块两部分组成,如图3所示。其中,三维显示模块在三维地理信息平台的支持下,通过调用卫星影像数据、数据高程数据及地理信息矢量数据等数据,构建所需三维地理虚拟环境;在三维可视化技术支持下,通过驱动模型、特效等完成相关信息的可视化展示;地理信息开发平台主要为三维显示模块提供高程数据、地理信息矢量数据、卫星影像信息等。转发控制模块主要完成数据接收、数据处理、数据发送、控制命令生成与流程驱动等功能,在设计中通过UD协议通信,控制三维显示模块的场景渲染,完成态势信息综合显示,采用实时数据驱动和人工干预相结合的方式,驱动流程执行。
三维显示模块在逻辑上通过数据驱动及渲染驱动构成模块的运行机制。三维显示模块通过读取配置文件对系统进行初始化,启动UDP侦听线程和渲染线程。通过UPD侦听线程接收转发控制模块发送的数据处理结果和命令集对弹道位置状态进行更新,对场景要素进行控制等。渲染线程通过帧同步与刷新机制对飞行器、场景要素及地理信息等进行更新渲染。三维显示模块信息流程图如下。
4.2 三维显示模块功能设计
三维显示模块主要用于飞行器飞行过程三维可视化实时显示和其它模型及关键事件的精细化动画演示。三维显示模块在EV-Globe平台的支持下,完成各种环境的虚拟显示及相关信息的可视化展示。根据需求分析,三维显示模块具体包括:飞行轨迹显示、参数曲线绘制、视角管理、地理信息管理、显示管理、动态模型管理等子模块。
1)飞行轨迹显示
飞行轨迹显示主要是根据实际测量出来的飞行器轨迹数据进行展示,使用空间轨迹和轨迹参数信息来显示实测轨迹。
空间轨迹显示主要是在三维地理空间通过绘制轨迹的方式展示飞行器实测轨迹信息。轨迹线可分为理论轨迹和实测轨迹,理论轨迹可用于对飞行器状态进行预示,同时也可用于与实测轨迹进行比较显示。
理论轨迹是根据预先装订的理论轨迹文件,在三维空间进行绘制显示。理论轨迹数据采用excel表的设计方式,方便理论数据的编辑和管理。
实测轨迹是通过UDP包接收转发控制模块处理的轨迹数据,进行实时显示。通过连续显示实时接收的数据,展示飞行器当前运动位置及运动趋势。理论轨迹和实测轨迹均具备空间数据点和投影数据点的显示模式。空间数据点模式是以空间数据点、空间图标模式绘制的空间轨迹;投影数据点模式是以投影数据点、投影图标模式绘制空间轨迹在地球表面上的投影点轨迹。飞行轨迹显示形式灵活、多样,系统支持多条轨迹同时绘制显示,轨迹上的点大小、颜色,以及轨迹的显示或隐藏,用户可设置,设置参数可存入配置文件。
2)动态模型管理
三维动态模型表现是三维显示与二维显示的主要不同点。软件设计通过加入三维动态模型,将飞行器等实体的外形、结构、动作、运动方式等进行表现,提高显示的直观性。
系统中模型对象的位置及姿态采用实时数据驱动的方式,模型的表现包括三维模型、动画、特效等要素。动画用于展示模型的运动状态,特效用于模拟如起飞、喷气等动态效果,两者结合展示关键事件,增强表现效果。
模型管理可分为模型装订、动画配置及演示、特效绑定及演示、动态模型的位置姿态驱动。模型采用专业建模软件构建,根据需求制作关键事件的动画。模型文件由系统读取并装订,在系统中通过特效编辑器绑定特效。利用工具软件创建三维模型后,生成模型文件,在三维显示模块中进行装订加载,可对模型进行添加、删除,并对模型的位置等相关属性进行编辑。用户可对系统中装订加载的模型进行动画配置,包括将动画集与模型部件进行绑定,通过动画集调用的方式对模型动作进行驱动演示。同时,通过动画调用的方式对部件进行隐藏。用户可对系统中加载的模型进行特效绑定,指定模型部件使用的特效,并可设定绑定特效的大小、位置等属性
3)参数曲线绘制
根据显示需求,三维显示模块具备高度、速度等参数时间特性信息的表现,具备理论、实测数据对比显示的表现形式。系统采用在三维空间场景叠加参数曲线窗体的方式对参数曲线进行绘制表现。为了满足多参数曲线绘制的需求,三维显示模块设计可设置多个曲线窗体进行参数绘制。
曲线的横轴为时间值,纵轴为参数值,曲线的设置包含时间轴设置和纵轴设置两部分。时间轴参数包括起始刻度、终止刻度、刻度大小、字体等;纵轴设置包括最大值、最小值、刻度大小、理论曲线颜色、实测数据颜色、单位、系数等。用户可对曲线窗体进行管理,包括设置曲线窗体的大小、位置以及曲线窗体的显示或隐藏等。
4)视角管理
视角管理采用视角分组和视角列表的方式对视角进行组织。视角分为固定视角模式、同步视角模式等。固定视角采用固定观察者位置和视角方向,对观察目标进行静态观察;同步视角采用跟随目标移动方式,以动态的视角观察目标特写、实时动态等信息。
通过视角分组和视角列表选择视角,用户可对每一个视角进行编辑,包括视角捕获、添加视角、视角修改和视角删除等功能。由于视角参数的复杂性不利于用户以参数设置方式进行编辑,设计采用灵活的场景捕获方式,用户通过人机交互界面鼠标拖动等形式,提取视角参数捕获视角,以及进行修改编辑。用户可通过视角预览的方式对场景进行调用,检查视角是否满足需求。为了使系统便于扩展,提高准备效率,用户可对视角文件进行导入、导出,提高视角的复用性和继承性。
4.3 转发控制模块功能设计
转发控制模块主要完成数据接收、数据处理、数据发送、控制指令生成与发送等功能。同时为了适应多任务的需求及后续任务发展需要,转发控制模块具备信息可灵活调整、功能方便扩展、代码修改量少、方便任务准备等特性,任务信息的设置采用配置文件的方式设计。通过配置文件的方式对任务信息进行管理,具备多任务处理的能力。转发控制模块主要具备以下子模块:数据处理、轨迹控制、动态模型控制、视角控制、地理信息控制、显示控制、理论数据模拟飞行。
5 结束语
本文从军事任务的实际需要出发,对飞行器三维轨迹动态显示系统进行了设计。系统在三维空间场景中,通过多种表现方式对飞行器三维轨迹和其它关键要素进行实时显示。重点解决了随着空间场景变化,如何将飞行器等实体运动与陆、海、空多维度相结合,实现态势信息一体化的综合显示问题。系统的设计使得飞行器的飞行过程更加直观生动,数据准确丰富,为指挥人员的决策提供了有力的技术支持。
随着计算机技术特别是软件技术的不断发展,三维显示系统在军事领域的应用必将越来越广泛,将会为提高军事效益和经济效益作出更大贡献。
参考文献
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[2]范新南,陈鹏,谢迎鹃.组件式GIS软件MapX的应用技术研究[J].微计算机信息,2007,19(8):92-93.
[3]赵松涛.SQL Server2000应用及实例集锦[M].北京:人民邮电出版社,2002.
三维动态 篇9
1.1 一般资料 2008年1月至2010年7月于我院门诊及住院患者172例, 其中男98例, 女74例, 年龄15～76岁, 平均年龄45.5岁, 172例患者中, 肝脏肝瘤65例, 男47例, 女18例;膀胱肿瘤29例, 男23例, 女6例;胆囊肿瘤13例, 男9例, 女4例;肾脏肿瘤27例, 男19例, 女8例;子宫及卵巢肿瘤女, 38例。
1.2 仪器采用GE公司Voluson-Expert730型动态三维彩色超声诊断仪, 动态三维容积探头, 频率2～5MHZ。
1.3 仪器条件 ①根据部位选择仪器条件, 应用组织谐波, 单点聚焦, 透明或表面模式;②应用三维超声彩色能量图时, 设脉冲重复频率 (PRF) 为0, 6KHZ;
1.4 患者条件 ①消化系统检查:患者检查前空腹8 h以上;②膀胱及子宫附件检查:患者检查前适度充盈膀胱。
1.5 检查体位:采用仰卧位或左侧, 右侧卧位。
1.6 探头于检查部位探查, 在二维图像显示病变部位后, 激活三维扫查键, 适当调整取样窗大小, 调整立体扫查角度为40°～70°。监视器出现X, Y, Z轴图像及实时三维图像, 适当调整各轴使实时三图像显示清晰, 并在实时状态下旋转各轴进行观察。
1.7 二维及三维彩色能量图扫查 在二维图像肿瘤显示清晰后, 进行二维彩色能量图检查, 将肿瘤血管显示最丰富的二维图像冻结并存储。在二维彩色能量图显示肿瘤血流图像后, 开启三维超声扫查键, 设立体扫查角度为40°～70°。并同时嘱患者静止呼吸, 7 s后即获得三维彩色能量图, 调整各轴获得最佳图像后进行存储。
1.8 在单一病例获得的三维超声图像中, 选择最佳三维图像, 应用虚拟组织计算机辅助分析 (VOCAL) 技术, 图像在180°旋转切面中每隔6°, 为一个切面对肿瘤进行一次手动包络, 经过校对后即可获得肿瘤虚拟立体模型和体积测量值。
2结果
2.1 对本组患者进行三维超声图像检查分析结果见表1。
3讨论
在二维超声中腹部的大部分疾病已经能够准确地显示病变的部位, 大小, 形态及内部回声特征[1], 但并不能生动, 形象, 直观地展示肝脏的病变, 且立体效应差, 使二维图像在腹部肿瘤鉴别诊断中有一定困难, 而动态三维超声在获得二维图像的同时, 并可以同时观察X, Y, Z轴所产生的A, B, C面图像, 以及由X, Y, Z轴所共同构成的动态三维图像[2], 在动态三维图像中可以客观清晰, 直观地观察肿瘤的内部回声, 形态, 边界, 立体效应, 空间关系, 并可确定病变的空间形态, 范围以及显示二维超声无法显示的病变整体, 从而弥补二维超声图像的不足[1]。
经过我们临床应用动态三维超声以来, 对腹部肿瘤良恶性鉴别在空间的内部回声, 边界, 形态以及立体效应上有明显的差异, 恶性肿瘤在动态三维图像上内部回声明显强弱不等, 分布不均匀, 呈“球体状”, 有明显立体效应, 而良性肿瘤内部回声呈筛状, 分布均匀, 呈“片状”或“球状”无明显立体效应, 在对腹部肿瘤鉴别诊断中明显地提高了诊断的准确性。
三维超声彩色能量图像, 较二维超声彩色能量图能清晰显示恶性肿瘤内部及周边“线状”血流信号, 滋养血管与周围血管关系, 并可以完整的显示肿瘤滋养血管走行弯曲, 内部血管形态呈“树枝状”或“花篮状”, 分支为多支以及血流分布范围广, 以立体模型加以显示。三维彩色能量图显示的良恶性肿瘤血管空间结构的差异, 为肿瘤的定性诊断增加了一个新的参考指标。
恶性肿瘤, 因生长迅速, 应具有血流丰富的特征[3]。三维超声彩色能量图是在二维彩色能量图基础上, 经过三维重建而获得的图像。尤其是肿瘤二维彩色能量图内部血运显示不敏感状况下更能形象体现三维超声彩色能量图对肿瘤内部滋养血管显示的敏感性。
目前, 实时三维超声VOCAL技术未在临床广泛应用, 国内报道极少。实时三维超声VOCAL技术是在实时三维图像基础上, 应用虚拟技术把三维图像虚拟为立体模型, 并可在手动条件下动态观察立体模型, 此技术能够客观, 形象的显示肿瘤的空间形态, 比二维及三维图像更加接近实际肿瘤。
以往应用容积 (V) =0.523×高 (H) ×宽 (w) ×长 (l) , 简称HWL法计算[4]或仪器的容积测量来测量肿瘤的体积, 因 (1) 肿瘤非规则圆球体应用球体体积计算公式计算不准确。 (2) 肿瘤的直径受切面影响较大, 不同切面测量计算的体积相差较大。所以不能实际客观测量癌体体积。而VOCAL技术是在180°旋转切面中每间隔6°, 为一个切面对肿瘤进行一次手动包络, 经过校对后获得体积值, 因对180°切面中实施30次包络, 并经对A.B.C面包络线多次校对, 所以VOCAL体积测量值十分准确。尽管常规三维超声容积测量具有上述优点, 但是缺点也不容忽视, 主要存在费时费力, 步骤繁琐等问题[4]。
动态三维超声是唯一在实时状态下观察肿瘤在三维空间的内部回声, 边界, 空间关系, 并且具有无创伤性, 不需要三维重建节省了时间, 提高工作效率及诊断的准确性。笔者认为在三维图像肿瘤形态及回声基础上, 根据腹部肿瘤内部血管三维超声彩色能量图像, 血管走行弯曲, 分支呈“树枝状”或“花篮状”, 血管分布范围广的腹部肿瘤可判定为恶性肿瘤。实时三维超声VOCAL技术, 在给临床医生一个完整空间形态的同时又提供肿瘤的体积, 为临床的治疗提供客观依据。我们相信随着三维超声技术的不断发展普及和提高, 动态三维超声诊断技术在临床诊断中尤其是腹部肿瘤的鉴别诊断中将起到重要作用。
参考文献
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