三维计算机图形

三维计算机图形（共7篇）

三维计算机图形 篇1

0 引言

从中国第一部三维动画影视作品《魔比斯环》开始,三维动画被逐渐的被应用于广告和电影电视剧的特效制作、广告产品展示、片头飞字等等。另外在不断的被应用于广告制作,如今也在教育行业被广泛的运用。计算机三维动画是利用计算机技术制作生成的立体动态图像。动画和电影的画面刷新率为24帧/s,即每秒放映24幅画面,主要是模仿现实人类或者任何东西的一连续动作,并且随着人们视觉的变化而不断变化,现代三维动画在视觉上可以做到以假乱真的效果。随着我国十二五规划中提倡大力发展动画产业,我国对三维动画技术的创新也是刻不容缓,利用计算机三维动画可以让现实、虚拟的世界更加的丰富多彩。另外一个问题是关于三维动画教学,应该在教学过程中融入计算机图形图像理论,从而使得学生能够更好的接受、学习三维动画制作与设计。

1 三维动画原理概述

计算机动画是指采用图形与图像的处理技术,借助于编程或动画制作软件生成一系列的景物画面,其中当前帧是前一帧的部分修改。计算机动画是采用连续播放静止图像的方法产生物体运动的效果,即一段三维动画是由多个静止的图像所组成。而且计算机三维动画在计算机图形图像理论中的一个重要的分支点,它是一种不同于平面动画的位移动画,利用位移向量改变定点的位置,但保持了原有的物质和拓扑结构,开发计算机三维动画制作程序,使得画中的景物有正面、侧面和反面,调整三维空间的视点,能够看到不同的内容。实现三维动画的语言种类有许多,主要分为线性表标记语言、扩展了动画描述功能的通用语言和图形语言三类。另外一种语言就是利用计算机程序语言来设计动画。

2 三维动画的实现

首先,三维软件的时间概念。通过在三维动画的设计软件里,主要是以“帧”来计算动画播放的时间,一帧就是一副静止的画面,连续的帧就形成动画,而对于帧数,简单地说,就是在1秒钟时间里传输的图片的帧数,也可以理解为图形处理器每秒钟能够刷新几次。对于某一个时间点到另一个时间点的帧,称之为关键帧,至少前后要给出两个不同的关键状态。中间状态的变化和衔接电脑可以通过计算机完成。关键帧在三维动画设计中是基础和普遍运用的技术方法,影响画面图像的的参数,如移动、旋转、变形、变色的参数,都可以成为关键帧的参数。

另外一种设计三维动画的方法就是利用样条驱动动画,它主要是对物体的运动轨迹样条进行交互式的制定,结合制作的素材资源对动画进行设计、构思。不仅是三维动画,基本上所有的动画设计都采用的这两种方法制作。

3 三维动画及与计算机理论的应用

三维动画是从单个的平面或二维动画设计成复杂的几何立体动画,它可以设计任何东西,对动画中角色的外形的物体和人物进行仿真,更重要是它结合了计算机图形学理论,使得动画具有空间感、立体感。利用三维动画制作软件结合动画角色中的不同对象,将它们结合完成后,会集合在一个单个的关键帧节点下,并且可以在某一处关键帧、通道对其进行所需要的适当动画设计。而角色并不是对象的成组集合,角色点知识单一的组节点,而不能代表动画动作的节点。而是把代表动作或其他的节点放入角色组中或通道中,特定的关键帧利用计算机技术来对角色进行模拟,然后随着时间的推移而发生行为或动作的变化。笔者是三维动画制作的教师,就本身多年的教学谈谈关于计算机三维动画制作的经验。

3.1 关键帧动画

三维动画的关键帧技术是在传统的动画制作的基础上发展而来的,从上一帧至下一帧的一段连续的动画,是其间的每一个静止画面的帧所组成。制作相对较为简单,不需要对所有的帧进行逐个的进行绘制,而是选取静止画面中的几帧进行绘制即可。我们通过画面中连续动作变化的转折点,可以修改该帧的内容,表示关键状态的帧,成为关键帧。关键帧的绘制完成后,在对中间帧画面进行绘制,然后将它们结合在一起,就完成了三维动画的制作。最初的计算机动画技术是利用计算机插值关键帧,即通过改变运行参数的插值,如移动、旋转、变形、变色的参数或者组合多个运动参数的插值,从而实现控制动画的运动。现代计算机动画的制作,为了实现各种条件下的插值算法,采用了许多的新型数学计算方法来加快插值计算的速度、减少运动画面的不连续性以及对画面运动的路径节点进行控制。主要有以下三种方法:1)Gauss型数值积分方法。在动画插值中都会遇到弧长参数化问题:为了确定物体在运动轨迹上在某一帧的画面中的位置,一般会采用参数样条来表示物体运动的轨迹。如果只是单一的把参数和帧频直接联系起来,或者对参数空间单一的等间隔采样,那么物体在运动时,可能会出现不均匀的现象。为了使物体沿着样条运动并且均匀,就必须是弧长与样条参数进行一一对应。利用Gauss数值积分方法来计算弧长,使得弧长点能够很好的确定其在曲线上的位置;2)向前查分和查找表的方法。动画设计师在设计中为了观察物体运动是否合格,会经常性的调整运动的轨迹,调整操作时对交互速度的要求较高。利用向前查分和查找表的方法,可以很好的提高交互的速度,如果对精确度的要求不高,那么采用这种方法则非常有效;3)双插值方法。关键帧插值的问题,从运动学控制的理论上来说,实际是一种参数插值的问题。运动的效果形象逼真取决于关键帧插值的方法是否合理和能否为用户提供快捷、方便和有效的控制手段。动画中的物体运动的轨迹应该要符合运动学控制和动画设计的原理,否则它给人们的感觉将会不真实,为了能够使得动画运动符合常规,那么必须对运动的特性进行控制,也就是通过对插值的函数进行调整,从而改变物体运动的速度和加速度。利用双插值的方法就是控制位置样条和运动样条,即位置对关键帧的函数和关键帧对时间的函数进行控制。总的来说,对于设置关键帧,主要是利用函数的变化来对插值进行控制。

3.2 变形动画

计算机三维动画技术常常会对动画中的人物、物体进行变形,因此必须提高变形技术。常用的二维动画变形技术是一种基于图像Morph的技术,在动画软件中,Morph称为图像之间插值的变形。而图像本身插值变形则称为Warp。在设计中如果要进行Warp操作,必须先明确图像特征结构的定义,然后根据特征结构对图像变形,这是单一的对单个图像进行变形操作。而对于两幅的图像操作Morph变形,首先必须对各个图像进行Warp操作,根据不同方向得到Morph的图像系列,将其合成来获得Morph的结果。通过点或结构矢量所构成的图像框架的描述结构称之为图象的特征结构。而三维动画进行变形操作,主要分为两大类:1)拓扑结构的变形。三维动画的Morph变形,主要是改变、建立两个三维物体的插值和对应关系,绘制三维Moth的插值转换路径,并且在对三维物体进行Morph处理是,可以融入物体的特征结构特性的描述;2)自由格式变形。这种变形方法主要是添加了Warp3D功能,使得三维物体在变形时,能够自由的进行空间放射的变换,如果要使物体变形,直接改变变形函数的参数即可。

3.3 人体动画

在三维动画中,人体的造型和仿真动作是三维动画最吸引人的地方,同时,而早期的计算机动画对人体外形的控制不是很好,随着动画产业的发展,它逐渐成为计算机图形学中最困难的挑战。主要是每个人的样貌、体型、骨骼、关节特征都不同,那么在动画中仿真设计就必须符合人的特征,而常规的计算机图形学中的计算和几何模型很难表现出人的那种生态和真实性。我国国内的一些电影和游戏只能做出简单的模仿,即利用旋转复制法,这种方法主要是通过感受器对人的实际运动状态进行记录和复制,然后在动画中模拟出真人实体的运动。

3.4 物理特性建模

这种方法主要是在几何模型中融入物体的物理特性,然后对仿真进行数值计算,而且在仿真的过程中,物体的行为会自动确定。物体的物理特性主要是指物体本身物理参量与几何模型及运动、不同物理参量和不同物体的参量之间的关系,它们分别表示了物体的内部结构和对物理特性的影响,物体之间的相互作用是随着物理参量的变化而变化。

3.5 位移动画技术

位移动画技术是动画制作中一种简单实用的方法,必须有两个或两个以上的关键帧,而且是一个成组的图形,它主要主要是进行延长帧和调整色彩的方法,在物体的表面设置一个顶点的位移向量,在保持物体的材质和拓扑结构的前提下,形成动画。而且计算机动画制作也充分利用了粒子、L系统的方法,例如,在许多的电影设计中,利用这种粒子系统来表现自然景物,例如雨水、暴雪、火焰等。

4 结束语

动画产业是我国十二规划中的重点发展产业。国产原创系列电视动画片《喜羊羊与灰太狼》,由广东原创动力文化传播有限公司出品。自2005年6月推出后,陆续在全国近50家电视台热播,这是我国动画产业发展的一个转折点。从《相似》到2008年的《北京欢迎您》,我国三维动画技术和产业也在不断发展。随着计算机动画软件的不断更新,例如FLASH、MAYA等软件已经被列入我国教育动画专业的必修教程,教师在教学时,也应该充分的融入计算机图形图像的理论,使得学生更容易接受三维动画学习,制作、设计的三维动画,更加具有真实性。

参考文献

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[5]肖平,边秋娟.结晶学教学中三维动画的制作与应用[J].中国地质教育,2009,18(2):148-151.

三维计算机图形 篇2

随着计算机性能的飞速发展,各领域的三维信息可视化已成为计算机图形技术的重要应用之一[1]。三维数据可视化显示与处理中,曲面构造、场景构建、三维映射、隐藏表面消除、光照模型设定、视图交互等,是影响可视化效果与效率的关键。计算机图形库为三维信息可视化提供了关键技术及算法,OpenGL以其跨编程语言、跨平台、高性能的特点,成为图形图像领域主流的图形库之一[2]。

三维地震勘探已成为地球物理勘探中最重要的方法,也是当前石油、天然气、煤炭等地下矿产的主要勘探技术[3]。三维地震数据的可视化是进行地震数据解释的有效手段。三维工区的场景构建与属性曲面显示是可视化的核心问题。文献[4]研究了Grid三维曲面构造与显示的算法,结合OpenGL显示技术实现了地质要素三维动态显示[4]。文献[5,5]研究了散乱点集构造三维曲面的有效算法,在3D激光扫描仪、照相测量等领域有较好应用[5,5]。文献[6]研究了利用OpenGL双缓存、显示列表技术提高三维曲面显示效率的策略[6]。此外,三维曲面的光照、采样率等也是三维数据可视化研究的关键。

论文运用三维图形技术实现三维地震数据可视化软件,解析SEGY地震数据文件,获取工区数据体、原始曲线数据、断层、剖面、属性等多种地震工区数据。

地震数据量大,一般的工区数据有几百兆甚至几G。要在三维地震工区体上有效显示有用信息,获得直观、快速的数据显示,重点要解决三维场景构建、视图交互、曲面绘制、渲染效率等关键问题。

2三维地震数据可视化软件及系统流程

三维地震数据可视化的核心是展示三维工区数据,在三维工区图上绘制地震数据、属性数据、标识地震勘探中的井数据、剖面信息,通过不同的数据属性直观展现勘探结果。三维工区以及工区上的层信息、剖面显示以及井标识如图1所示。

三维地震数据可视化系统以三维地震体为基础,其断层、剖面、属性数据均表示为地震体中的曲面[4]。因此,系统实现的重点问题在于三维场景构建、曲面绘制和渲染优化。软件的核心功能如图2所示。软件流程如图3所示。

文件解析:解析原始SEGY文件,生成工区信息。

数据提取:从工区中提取切片、剖面、断层等数据,作为数据处理及可视化显示的基础信息。

属性计算:对提取的数据进行计算,获得用户需要的属性数据。

场景构建:构造3D工区,设定坐标系统,初始化显示环境。

属性显示:绘制属性曲面。

3三维地震数据可视化的关键问题及实现

3.1三维地震数据工区体显示

图1中的三维场景构建基于地震数据的实际坐标,数据被划分为几十道至几万道的数据点阵。需要正确的设置场景范围并指定合适的观察点,还需要定义合理的视图变换如旋转、缩放、平移等操作。同时为了得到好的显示效果,还需要添加光照、消除锯齿、平滑边缘等。

实际的工区是规则的立方体,不同的工区坐标范围相差很大,而且众多工区并不规则。基于实际的工区坐标数据绘制场景,使用OpenGL的投影变换及视口变换呈现到窗口中。为了得到好的显示效果,需要合理设置观察点的位置及观察范围。假设场景立方体为sceneWidth,sceneHeight,sceneDepth,定义trans变量如下:

trans = max(sceneWidth, sceneHeight, sceneDepth)

假设场景中心为(s_x, s_y, s_z),窗口宽高比为aspectRatio,使用OpenGL的库函数gluPerspective设置观察范围,gluLookAt设置观察点及视线方向,伪代码如下:

gluPerspective(angle, aspectRatio, 2.5*trans, 10*trans);

gluLookAt(s_x, s_y, s_z – 5*trans, s_x, s_y, s_z, 0, 1, 0);

angle的范围在30°～45°,这样的设置保证了场景在窗口中的显示大小适中,同时也使场景不因窗口缩放而变形。

3.2基于冗余坐标填充的残缺曲面绘制

地震数据3D可视化的关键就在于残缺曲面的绘制,OpenGL提供了分格化机制以支持复杂曲面绘制,但其需要提供曲面轮廓的顶点信息以进行分格化计算,残缺度不可知的地震数据是无法获取轮廓顶点的,因此该方法不能用于地震数据的曲面绘制。当前应用较为广泛的三角划分算法在复杂曲面构造上有良好效果[4],但其处理过程复杂,若应用到地震工区这种动辄几百万个测点的大数据上必然无法实现实时显示,同时使用该方法生成的曲面是由大量散乱的三角形构成,无法使用OpenGL的优化策略(如顶点数组、显示列表等)提升渲染效率,因此该方法也不适合地震曲面绘制。

针对地震数据的特点,绘制曲面时缺失的地震道数据往往在整个工区中所占的比例比较小,而工区主体是规则的矩形,地震道也是整齐的分布在工区范围内,因此我们可以使用OpenGL的基本绘图方法如三角形带或矩形带绘制工区,遇到无效道则拒绝绘制临近的多边形。为了提高绘制效率,基于OpenGL的ALPHA测试区别有效道与无效道。

当OpenGL状态机处于RGBA模式下,alpha测试允许根据一个片段的alpha值接收或拒绝它。我们可以将有效道的alpha值设为1,无效道的值设为0,在绘制的时候启用alpha测试。无效道的坐标值理论上是可以为任意值的,因为启用了alpha测试,这些坐标都会被抛弃而不进行绘制。然而,在有效道与无效道相邻的地方,由于无效道的顶点坐标与有效道顶点坐标差距太大,会产生边界阴影,严重影响显示效果,如图4(a)所示。而如果无效道的坐标与有效道的坐标差距不大,那在做alpha测试之后就不会产生边界阴影。这些不被绘制的无效道坐标就属于冗余坐标。无效道的坐标应该与其邻近的有效道坐标值相近或差距很小,才能够有效的减少阴影。但对于每个工区,无效道的范围和数量都是未知的,无法预测哪些有效道距离当前无效道较近。

本论文考虑到工区的中心部分地震道数据出现缺失的概率很小(小于1%),采用了如下策略:从工区中间的有效道开始,逐渐向四周搜索,每当发现无效道,则将其坐标值替换为与其接近的有效道的坐标值,以消除边界阴影。

具体实现方法如下:

(1)将工区分为三部分(中心主测线,左边工区,右边工区)。

(2)遍历中心主测线,如果遇到无效道,则使用圆圈搜索法为其填充冗余坐标,最终使该条主测线上所有道的坐标都为有效值;

(3)以中心主测线为参考,分别遍历左边工区和右边工区,每当遇到无效道的时候,都使用圆圈搜索法填充冗余坐标,直到遍历完整个工区。

圆圈搜索法的目的是使无效道的坐标与邻近有效道的差值尽量小,从而尽可能减少alpha测试带来的边界阴影。该方法是以当前道为圆心,搜索邻近八个地震道的坐标值,取其平均值作为当前道的坐标;如果不存在有效道,则扩大搜索半径重复以上过程,直到找到邻近的有效道。

使用冗余坐标填充算法之后绘制的曲面有效的消除了边界阴影,实验效果图如图4(b)所示。

3.3基于OpenGL索引数组的渲染效率提升

地震数据是海量数据,一个工区动辄就是几百兆甚至几G。如此大的数据量要在普通PC机上实时显示,对渲染效率的要求是非常高的。

当绘制图形顶点数较少时,可以直接绘制各个多边形;而当顶点数增多时,渲染效率会很低,可以使用顶点数组(glArrayElement);场景更复杂时,可以使用索引数组(glDrawArrays, glDrawElement)。这两种渲染优化手段可以极大提高图形的渲染速度,但其负作用是需要额外的内存,顶点数组需要使用数组存储所有的顶点坐标及每个顶点对应的颜色值,而索引数组是在顶点数组的基础上使用的,需要数组存储顶点的调用顺序。

本文采用了索引数组以提高渲染效率。表1给出了不同大小的地震数据使用不同的绘制方式的实际运行时间。数据量单位为(主测线数*联络线数=地震道数量),时间单位为毫秒,此结果是在使用Intel i3处理器、2G内存的PC机上得到的。可以看出,使用索引数组后,图形绘制所耗费的时间及视图交互的响应时间都大幅减少。

4结果与结论

论文基于OpenGL图形库实现三维地震数据的可视化,主要解决了三维场景构建、残缺面绘制、提高渲染效率等关键问题。能够快速显示地震数据体及数据曲面。在Intel 双核处理器、2G内存的计算机上,支持的数据文件达4G,可以同时管理6个工区,最多同时显示10个属性数据窗口,对小于100万道的地震属性数据,显示时间为毫秒量级。软件部分测试图如图5所示。

参考文献

[1]吴冲龙,何珍文等.地质数据三维可视化的属性_分类和关键技术.地质通报,2011,5

[2]朱亚平,杨慧珠等.OpenGL技术在地震数据可视化中的应用.石油地球物理勘探,2000.8

[3]程建远,王寿全等.地震勘探技术的新进展与前景展望.煤田地质与勘探,2009.4

[4]朱建辉,范益进.Grid三维曲面构造与显示的算法及实现,长江大学学报,2007.3

[5]张婉,王磊等.Windows环境下基于Qt的SEGY格式地震数据可视化.计算机与数字工程,2008.2

[5]张典华,蔡勇等.散乱数据点集的三角划分算法研究,计算机工程与设计,2005.8

[6]白婷,赵军等.基于OpenGL的三维曲面数据场动态显示,计算机与信息技术,2009.8

三维图形的三视图实现方法 篇3

在制图教学中,根据实物的实测图绘制三视图是基本的教学内容,尽管专业绘图软件功能十分强大,但是教师还是喜欢使用专业绘图软件画好图后,再把图形粘贴到PowerPoint中进行教学[1,2,3,4],究其原因,是因为PowerPoint在演示方面有着其它软件无法替代的独到优势。有鉴于此,可以利用PowerPoint自带的VBA语言,编制可以自动绘图的通用程序,在PowerPoint中根据所给物体三维图形画出三视图。

1 基本思路及步骤

1.1 基本思路

一个实物或一个图形,可以看成是由一些顶点和边组成,每一条边都是由与其相关的两个顶点唯一确定,边的长度可以看作是这条边的权值。借用图论观点,一旦顶点集合和边的集合确定了,则图也就唯一确定了[5]。因此,可以把实物的三维图形看作是一个带权的无向图。三视图是三维图形在二维空间的正平行投影,利用图形的边由顶点唯一确定。在图形变换过程中,顶点之间的关系保持不变,只要把三维图形的各个顶点变换到二维空间中,再连接相关顶点之间的边,则三视图便可绘制完成。

由于三视图中任何一个视图都只是物体在某个方向上的投影,它不可能包含物体的所有顶点,把在某一视图中可以看到的顶点叫做这个视图中的“可见顶点”,简称“可见点”,与可见点相关联的边叫做“可见边”。显然,不同视图中的可见点集和可见边集是不同的。利用程序实现三维图形变换三视图的主要工作,就是判断三维图形中哪些点是可见的,进而确定哪些边也是可见的。一旦所有视图中的可见边都确定了,三视图也就确定了。

判断可见点的思路:在图1(a)所示的坐标系中,箭头所指方向的投影平面的横坐标是x轴,纵坐标是z轴,面向读者的是y轴。首先按照顶点横坐标x的值从大到小对所有顶点进行扫描;对于每一个扫描到的x值,再从大到小扫描相应顶点的纵坐标z值;对每个扫描到的z值,再从大到小扫描相应顶点的坐标y值,这样得到的y坐标值最大的那个顶点就是可见点。

可按如下方法将三维图形变换成三视图:根据顶点和边的数据确定各视图中可见的顶点和边,边是由可见的顶点对来确定的;利用平行投影坐标变换公式,将各个边的顶点空间坐标变换成平面坐标;用画线语句画出各个视图。

综上所述,整个三视图的绘制过程依赖3个数据集:(1)实物在三维空间中的顶点信息集合,在这个集合中包含了物体所有顶点的坐标及相关顶点的信息;(2)根据可见点判别结果产生的边的信息集合,这个集合包含了经过分类的所有边的信息;(3)三维空间的边经过正平行投影变换得到的二维空间边的信息集合。

1.2 绘图程序

根据上述思路,绘制三视图的过程分为4个阶段:(1)建立图形的基本数据集;(2)判断可见点及可见边,产生边的三维数据集;(3)坐标变换,产生边的二维数据集;(4)根据边的二维数据集画出三视图。从这4个阶段可知,判断阶段完成时会产生一个边的集合,供变换时使用;变换阶段完成时,也会产生一个边的集合,供画图时使用。因此,画图是建立在3个数据集正确的基础上的。

1.2.1 建立基本数据集

基本数据集是一个二维数组v(i,j),每条记录用7个数据项描述一个顶点,结构如下:

v(i,0):字符型数据,记录顶点i的编号;

v(i,1):数值型数据,记录顶点i的x坐标值;

v(i,2):数值型数据,记录顶点i的y坐标值;

v(i,3):数值型数据,记录顶点i的z坐标值;

v(i,4):字符型数据,记录所有与顶点i相关联的顶点编号;

v(i,5):数值型数据,顶点i是通槽的内部点,若通槽在主视图中可见,则为1;若通槽在俯视图中可见,则为2;若通槽在左视图中可见,则为3;

v(i,6):数值型数据,其值在程序中产生,顶点i在视图中不可见为0;顶点i在视图中可见为1;顶点i是通槽内部的点为2。

建立基本数据集数组可通过调用过程createvertex()完成。

1.2.2 三重排序

在对顶点的可见性判别之前需要对顶点的三维坐标值进行降序排序,不同的视图排序前后顺序是不一样的。主视图的排序是x、z、y,俯视图的排序是x、y、z,左视图的排序是y、z、x。

三重排序可通过调用过程threesort(first,second,third)实现,其中参考first、second、third分别代表排序的第1个坐标、第2个坐标、第3个坐标。

1.2.3 确定可见顶点及可见边

判断可见点确定可见边通过两个步骤完成:(1)根据排序结果判断哪些点是可见点,哪些点应该被视作可见点;(2)根据判断结果确定哪些边需要用实线表示,哪些边需要用虚线表示。

可见顶点的集合确定之后,需要对可见边集合进行判定,判定有两种情况:(1)若一个可见顶点与另一个可见顶点相关,则这两个具有关联关系的顶点所确定的边一定是可见边;(2)若一个不可见顶点与一个可见顶点相关,这个不可见顶点最后排序的坐标值与可见顶点的相应坐标值相同,则这个不可见顶点与可见顶点之间的边可确定为可见边。可见边确定后,将其顶点信息和别的类型信息存入二维数组e(i,j)中,数组e(i,j)结构如下:

e(i,0):字符型,记录与第i条边相关的两个顶点编号;

e(i,1):数值型,记录与第i条边相关的第1个顶点的x坐标值;

e(i,2):数值型,记录与第i条边相关的第1个顶点的y坐标值;

e(i,3):数值型,记录与第i条边相关的第1个顶点的z坐标值;

e(i,4):数值型,记录与第i条边相关的第2个顶点的x坐标值;

e(i,5):数值型,记录与第i条边相关的第2个顶点的y坐标值;

e(i,6):数值型,记录与第i条边相关的第2个顶点的z坐标值;

e(i,7):数值型,记录与第i条边的类型,如果边不可见,为0,如果是实线边则为1,如果是虚线边为2。

可见点的判别可通过调用过程judgevisualpoint(first,second,third)实现,其中3个参数的意义与三重排序一样。

可见边的确定可通过调用过程findvisualedge(view)实现,其中view代表视图,1为主视图,2为俯视图,3为左视图。

1.2.4 坐标变换

所有的可见边确定后,需要用正平行投影变换公式将三维坐标变换成二维坐标,变换的基本公式如下:[6]

其中(a,b)是u、v坐标系下的值,tx、ty、tz如图2 所示,不同的图形显示设备对坐标系的定义有所不同,具体使用时应对变换公式作相应调整。

变换结果存入二维坐标系下边的数组uve(i,j)中,数组结构如下:

uve(i,0):字符型,记录与第i条边相关的两个顶点的编号;

uve(i,1):数值型,记录与第i条边相关的第1个顶点的x坐标值;

uve(i,2):数值型,记录与第i条边相关的第1个顶点的y坐标值;

uve(i,3):数值型,记录与第i条边相关的第2个顶点的x坐标值;

uve(i,4):数值型,记录与第i条边相关的第2个顶点的y坐标值;

uve(i,5):数值型,记录第i条边的类型,0为不画边,1为实线边,2为虚线边。

坐标变换通过调用过程transform(view)完成,其中参数的含义与确定可见边的过程相同。

1.2.5 绘图

根据数组uve(i,j)的数据,利用绘图语句用实线画出所有uve(i,5)=1的边,用虚线画出所有uve(i,5)=2的边,所得即为实物的三视图。

PowerPoint中画线语句的基本格式:addline(beginX,beginY,endX,endY),其中beginX和beginY分别是线段起点的x和y坐标,endX和endY分别是线段终点的x和y坐标。

三视图的绘制通过调用过程mapping()完成。

除建立基本数据过程外,每个视图的绘制都要运行一遍所有过程。第一次运行后,数组内容会发生变化,为了不对后续操作造成影响,实际运行时,在过程createvertex()运行完后,后面的每一轮运行之前都要运行一个initial()过程,即把数组v(i,j)的内容复制到数组v1(i,j)中,所有操作都是对数组v1(i,j)进行。

2 绘图实例

2.1 实例1

对于图1(a),首先按图1(b)所示对所有顶点进行编号,根据尺寸标注确定各顶点的坐标值,建立图形的三维数据信息,即数组v(i,j),然后运行如下程序:

其中t是时间变量,当需要对绘图过程分步演示时,可以在幻灯片的放映界面输入t的值,其单位是秒,可精确到0.001秒。

程序运行结果如图3所示。

2.2 实例2

对于图4中的三维图形,只要在基本程序中重新输入顶点基本信息,调整个别语句即可绘出三视图。

2.3 实例3

对于带有弧形边和通孔的图形,当加入处理弧形边的语句后,输入各顶点基本信息,程序也能绘制出满意的三视图,如图5所示。

3 评价

通过编程方法,本文解决了直接在PowerPoint中根据三维图形绘制三视图的问题,优点如下:(1)程序具有良好的向下兼容性,当程序针对某一较为复杂的图形作了扩充后,不影响原有简单图形的绘制,可不断扩展绘制图形;(2)图形绘制方式十分灵活,可以把3个视图画在同一张幻灯片中,以显示各部分之间的关系。当图形较复杂时,也可以在一张幻灯片中仅画一个视图,以放大显示细节;(3)由于是使用程序在PowerPoint中直接画出的图形,图形绘制的精确度极高;(4)画图过程由程序控制,通过延时功能,可以以动画的方式演示绘图过程,画出的图形可以随时擦掉重画;(5)图形可以保存,并可进行缩放、复制、裁剪、组合、添加动画效果等二次加工;(6)程序通用性较高。对于复杂性相似的图形,只要输入顶点的基本信息就能画出三视图;(7)程序本身是幻灯片的一部分,非常方便制作图集插入到其它演示文稿中,极大地减少了绘图工作量。

不足之处:对于较复杂的图形,如较复杂的内部结构、通槽、通孔、斜面及含有弧形边的图形,程序代码显得较为繁杂,有些问题还难以解决。

参考文献

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[5]王朝瑞.图论[M].北京:人民教育出版社,1981.

基于二维图形数据的三维模型重建 篇4

三维空间数据的快速获取与重建是制约3D GIS发展的瓶颈问题之一。特别是随3D GIS不断成熟及应用的深入, 许多领域 (如数字城市、房产管理) 因昂贵的三维数据获取方式而发展滞慢, 如何快速、经济的重建是实现3D GIS在各领域深入应用的关键。城市中的建筑物多为规则体, 并有对应的二维图形数据 (楼层平面图) 和高度信息, 可采用基于二维图形法的三维重建技术来获取建筑物房产单元的三维模型, 即以二维图形为底面, 按照给定高度, 自下向上“拔高”生成体模型。基于二维图形法的三维重建技术具有成本低、自动化程度高等优点。本文将研究基于二维图形法的房产单元重建, 为三维房产空间数据获取、模型构建提供快速、经济的手段。

2 二维数据预处理

以DXF格式建筑物的竣工测量图和各楼层平面结构图为基础, 生成三维数据。其中竣工测量图中的建筑物基底图 (建筑物首层) 的各拐角点坐标及其标高提供了三维数据生成所需的坐标和高程值。楼层平面结构图则提供了各楼层的结构, 依照这些楼层平面结构图可以生成每一层体的三维数据。因楼层平面结构图是示意图, 没有坐标, 需要对它们进行预处理。步骤如下:

2.1 同名控制点的选取

为了使校正后的各层平面图与基底图一致, 每一栋楼至少要选取四个同名控制点, 这四个点从基底图出发, 垂直向上延伸, 与每一个楼层平面结构图相交, 相交后产生的每一组交点即是该楼层平面结构图相对于基底图的同名控制点。

2.2 格式转换

利用ArcInfo的命令将dxf格式的楼层平面结构图转换为Coverage格式, 并剔除因格式转换而导致的数据问题, 如数据丢失、增多等, 生成规范化的楼层平面结构图。

2.3 创建控制点文件 (Coverage格式)

将四个同名控制点的坐标添加到控制点文件中。

2.4 仿射变换

利用同名控制点文件进行仿射变换。

3 体的重建

经仿射变换, 各楼层的平面图得到了校正, 校正后的每一个楼层平面结构图与基底图都具有相同的坐标系统及相关参数。以各楼层二维平面图数据来生成三维体数据过程实际上是对二维图形“拔高”的过程。“拔高”采用了文献所提出的三维拓扑重建算法。“拔高”涉及三类信息:第一类是所“拔高”层的底面信息;第二类是生成墙体所依赖的框架, 也是墙体生成的依据;第三类是所“拔高”层的顶面信息。为了获得这三类信息, 需要三张结构平面图来综合的生成所“拔高”层的三维信息:

3.1 顶图

由该层的平面结构图和上层的平面结构图叠加生成, 如果该层为最顶层, 顶图等同于该层的平面结构图, 顶图用于生成该层的顶面面片信息。

3.2 结构图

即该层的平面结构图, 结构图用于在拔高过程中生成侧面墙体。

3.3 底图

由该层的平面结构图和下层的平面结构图叠加生成。如果该层为第一层, 底图等同于该层的平面结构图, 底图用于生成该层的底面的面片信息。通过上述的步骤, 利用“拔高”算法程序, 生成一层体数据。对一栋建筑物中的每一层均采用上述方法, 可以得到整个建筑物的三维数据。最后删除重复的公共面, 这样就构建了整栋楼的三维拓扑数据。

4 实验与结论

以某小区住宅中的部分建筑物为实验数据, 进行了实验测试。利用小区的建筑物竣工测量图与《房屋建筑层高表》分别获取了三维宗地的平面结构信息和高度信息。利用SketchUp“拔高”功能生成三维模型数据。图1是多楼层三维体的“拔高”实验结果, 左图为某建筑物, 其中透明的那层为选中效果, 右图为小区多个建筑物实验结果。实验结果表明, 所使用的方法可行。

摘要：三维空间数据的快速获取与重建是制约3D GIS发展的瓶颈问题之一, 利用已有二维图形数据重建三维模型是一条经济、快捷的途径。本文以DXF的二维图形为原始数据, 将它们分为顶图、底图和结构图, 利用ArcInfo工具进行数据预处理, 利用SketchUp进行“拔高”重建三维模型数据。实验结果表明方法可行。

关键词：3DGIS,DXF数据,三维重建,SketchUp

参考文献

[1]Tao V.Data collection and 3D object reconstruction, Large-scale 3D data integration (Problems and challenges) , Bentley International User Conference, 2004.

[2]朱庆.三维地理信息系统技术综述[J].地理信息世界, 2004, 2 (3) :8-12.

[3]贺彪, 李霖, 郭仁忠, 史云飞.顾及外拓扑的异构建筑三维拓扑重建[J].武汉大学学报·信息科学版, 2011, 36 (5) :579-583.

离散试验数据三维图形可视化处理 篇5

关键词：数学插值,等值线,云图,可视化,计算机技术,离散试验数据

1 概述

在我国油田开采区域, 通常是用蒸汽辅助重力泄田技术进行稠油开采。在设计稠油采收方案和工艺流程时, 通常通过建立三维比例物理试验模型方法, 对注入蒸汽油层温度场、压力场等的变化进行连续监控, 并实时采集相关的试验数据[1]。计算机数据采集和试验测试技术作为一种高效可靠的试验研究分析手段, 被广泛地应用于石油开采中[2]。

为了连续动态监控试验模型内部 (油层样本) 三维温度场等的发育和变化情况, 需要在模型内部设置大量的传感器点, 数据采集的时间步长从几秒钟到几十分钟, 需要采集和处理的数据量也很大。本文采用传感器测点网格层非均匀优化布置, 传感器网格节点对应析算优化方法, 大量减少使用传感器的数量。通过非线性数学插值算法将传感器测点的测量值映射到试验模型的网格单元节点上, 用等值线和云图形式描述出离散试验数据。

本文基于面向对象的程序设计方法, 应用VC++和Open GL作为主要开发工具, 开发出对稠油采收的三维比例试验模型中获得的离散数据进行三维图形可视化处理的软件系统。

2 网格划分

网格划分包括三部分:一是试验模型空间网格划分;二是传感器网格层非均匀优化布置;三是传感器测量点对应折算优化布置。

2.1 试验模型空间网格划分

本文采用八节点六面体单元三维网格单元。六面体单元不仅在处理离散点的映射插值方面具有更高的效率, 而且数据结构简单, 能获得很好的插值计算精度。

2.2 传感器网格层非均匀优化布置

在本文使用的试验模型中, 高温、高压蒸汽从试验模型底部某一对角线两端A和B位置注入。温度、压力等在底部附近变化比较剧烈, 并形成一个不断扩展的蒸汽腔。随着蒸汽腔不断向上向内扩展, 温度、压力也随之降低, 变化也较为缓慢。本文采用了传感器测量层非均匀优化布置, 即在靠近底部区域, 传感器测量层布置的密一些;在靠近顶部区域, 布置的疏一些, 如图1所示。

2.3 传感器测量点对应折算优化布置

在蒸汽注入点A、B处, 注入蒸汽的温度、压力是相同的, 可以认为在某些传感器测量层上各对应点的温度场、压力场及其变化情况也是相同的。利用这一对应性, 可以在一侧传感器测量层网格节点上设置传感器;另一侧对应节点上不设置传感器, 这些节点的数据可通过对应折算获得。

3 离散数据数学插值

形函数插值:

形函数法是目前实体插值领域最重要的一种算法, 被应用于等高线的生成。美国学者D.Sulsky是物质点法MPM (Material Point Method, MPM) 的创始人, 他提出了对离散点采用形函数法向固定的背景网格进行插值计算的理论[3]。当传感器测量点网格为规则的八节点六面体网格单元时, 采用MPM法的形函数可以实现离散数据测量点向三维试验模型网格单元节点的插值计算。这种插值方法运算速度快、插值精度高, 能够生成高质量的等值线和云图。待插值点的值由八个离散点值共同决定。

在图2中, N1~N8为八个离散数据点, 中间的P点为待插值点。

形函数法的优点是计算速度快、插值精度和平滑度好, 在大规模离散数据插值中有突出的优势。缺点是当离散数据点不规则分布或非均匀分布时, 构造形函数比较复杂。

4 等值线绘制

等值线在科学研究及工程领域中有广泛的应用, 如航空测量中的等高线地形图, 应力应变场中的等效应等值线图等。与图表、曲线等数据处理方法比较, 等值线和云图更加直观和高效。本文采用等值线和云图对稠油蒸汽辅助热采三维试验模型离散试验数据进行图形可视化处理。

4.1 等值线生成网格选择

在三角形网格单元内绘制等值线算法比较简单, 等值点计算、等值线追踪及走向搜索也相对容易。相对于四边形网格单元的等值点追踪要简单很多, 而且等值线之间也不会产生相互交叉[5]。因此, 本文采用三角形网格单元绘制等值线。

为此, 首先对测量数据向六面体网格单元各节点进行插值映射计算。然后在六面体单元的每个面的四边形中间增加一个插值点5, 形成四个三角形单元。最后在形成的各三角形单元中绘制等值线。在一个三角形内绘制等值线时, 需将三个节点值 (u1, u2, u3) 按从小到大 (或从大到小) 进行排序并编号, 便于确定等值线的起始点位置及等值线的走向。

4.2 等值线绘制

设全部三角形网格单元节点值的最小值为umin, 最大值为umax, 全部等值线条数为m, 则相邻两条等值线的间隔值为:

三维试验模型包括三种坐标平面 (XOY, XOZ, YOZ) , 在每种坐标平面内绘制等值线的方法和步骤完全一样。以XOY平面为例, 绘制等值线的步骤如下:

步骤1:对于三个坐标视图内, 绘制第k条等值线, 其值为uk=umin+Δu×k, 令初始值k=1;

步骤2:接下来判断 (u1-uk) × (u3-uk) ≤0是否成立, 如果不成立, 则表示该条等值线不通过该三角形单元, k=k+1, 返回步骤1, 如果成立, 表明值为uk的等值线通过该三角形单元, 接下来就要找出等值线与三角形单元的两个交点;

步骤3:在三角形单元节点1和节点3构成的边一定有一个交点, 记为 (xk1, yk1) , 该交点坐标等于:

步骤4:等值线的另外一个交点记为 (xk2, yk2) , 判断uk≥u2是否成立, 如果成立, 表明交点在节点1和节点2构成的边上, 该交点坐标等于

如果不成立, 表明等值线交点在节点2和节点3构成的边上, 该交点坐标等于

步骤5:连结两个交点 (xk1, yk1) 和 (xk2, yk2) , 即为等值线的一部分, 如果两个交点有一个在三角形单元的边界上, 就在这个交点处记录为uk, 令k=k+1, 返回步骤1, 然后重复执行步骤1到步骤5, 一直循环到uk=umax-Δu为止, 这样在该三角形单元中所有的等值线都已经绘制完毕。对所有的立方体单元网格中的每个面的四个三角形都作如上处理, 即可绘制出所有单元的等值线。

5 填充两等值线间区域绘制云图

彩色云图是在等值线图的两条相邻等值线间填充不同颜色来表示的图形, 是图形可视化的重要方法之一。目前, 常用的云图绘制算法有好多种:根据所选择的物理量, 在网格单元上以不同颜色填充网格, 生成既简单又十分直观的量值分布彩色云图;应用扫描线算法绘制云图;Open GL自动插值绘制云图等。

本文采用两相邻等值线间的区域以不同颜色填充的方法。假设在整个区域内共有m条等值线, 则绘制云图需要m-1种颜色, 等值线的间隔值为。与等值线类似, 考查一个正方形网格, 在网格正中间设置一节点, 并对其进行插值, 依次考查形成的4个三角形, 通过三角形来画云图, 较为简单的处理办法是等值线相夹判断法, 对四边形网格中的任一个三角形单元, 将其3个顶点的值分别定义为u1、u2、u3 (按由大到小的顺序重新排列u1≥u2≥u3) , 考查相邻两条等值线经过该三角形的情况, 如图3所示。

图3中的两条线段是相邻的两条等值线, 其数值分别等于

如果满足条件uk≥u3, uk-1≤u1, 则该三角形单元有一部分或者全部区域在这两条等值线中间, 为了使用不同颜色填充等值线所构成的多边形区域, 还需要进行以下详细判断:

a.若uk≥u1, uk-1≤u3, 则该三角形单元全部区域都在这两条等值线中间, 将该三角形单元全部填充为第k种颜色, 对应图3-a;

b.若uk

c.若uk≥u1, uk-1>u3, 则该三角形单元有一部分区域在这两条等值线的中间, 找到值为uk-1的等值线与该三角形单元的交点4和5, 将所等值线夹区域填充为第k种颜色, 对应图3-c;

d.若uku3, 则该三角形单元有一部分区域在这两条等值线中间, 找到值为uk的等值线与该三角形单元的交点4和5, 再找到值为uk-1的等值线与该三角形的交点6和7, 将等值线所夹区域填充为第k种颜色, 对应图3-d。对三维试验模型的所有网格单元都作如上处理, 即可以绘制出云图。

6 比例实验模型三维温度场等值线、云图实例 (见图4、5)

参考文献

[1]田利.洼38块转换开发方式三维比例模拟技术研究[D].大庆:大庆石油学院, 2006.

[2]郑小雄.蒸汽辅助重力泄油技术的优化设计[D].北京:中国石油大学, 2007.

三维计算机图形 篇6

关键词：扫描线法,三维生成,Z轴拉伸

0 引 言

在较早期的设计和测量中,其成果一般都是采用平面矢量图形数据格式保存。而现代的应用中不再满足于二维图形,因而需要把前期的平面矢量图形改造成三维的图形。

1 DWG格式二维图形数据结构分析

因为AutoCAD是二维矢量化绘画中最早使用,也是最好使用的绘图软件,因而其DWG格式的平面图形积累到现在已非常多。其本质就是存储在AutoCAD数据库中的数据,称为数据库对象(DBObject)。它是一幅AutoCAD图形的基本组成部分,包括可见几何实体对象和不可见的非几何对象等,一组符号表和有名对象字典是AutoCAD数据库的关键组成部分。由于它们又包含了其它对象,因而称为容器对象(Container Object),容器对象的作用是组织和管理数据库对象。

AutoCAD数据库主要包括9个符号表和对象字典。9种符号表分别是:①块表(BlockTabLe);②尺寸样式表(DimStyleTable);③层表(LayerTable);④线型表(LinetypeTable);⑤应用程序注册表(RegAppTable);⑥文字样式表(TextStyleTable);⑦用户坐标系表(UCSTable);⑧视口表(ViewportTable);⑨视窗表(ViewTable)。

对象字典是存储一般对象的容器,可用来存储任何数据库对象和子类,主要包括组(GROUP)和多线(MLINE)两个数据库字典。用户可以创建一个新的对象,并存储于对象字典中。

2 二维矢量图三维生成算法

对于DWG格式二维图形,首先采用扫描线对其进行预处理,使其成为单独的图元,并检测其区域联通性,判别其是否为独栋建筑。如果是,就赋予该建筑物的层数和层高,屋顶类型、屋外墙面特征等信息;如果不是,就判别其为平面,为其设置平面域显示颜色,如绿色的草地。当系统读取处理后的二维图形数据时,同时也读取其预处理后的属性,采用Z轴拉伸算法使其简单变成三维立体,然后根据屋顶形状进行叠加,根据屋外墙面特征进行贴图,最后根据光线消隐算法以及透视算法生成具有真实感的三维图形。

3 三维生成算法在某房地管理系统中的实现

某市国土与房地产管理局的管理系统中,用户在日常的管理中需要各种图形提供直观的支持,因而需要对二维图形数据进行可视化。其二维图形数据一般是由国土局测绘队自己测量后用AutoCAD绘制的矢量图形数据,同时也来源于房地产商申报房地项目提交的设计规划图纸。经过分析和研究,采用上面论述的各种算法,基本实现了图形数据的三维可视化。其图文一体化操作界面如图1所示。

在该系统中对二维数据进行Z轴高度拉伸主要采用

的是ArcGIS的3D Analyst高级扩展模块,利用它的ArcScene和 ArcGlobe两个专门的三维视图工具,能够有效地管理3D GIS数据、进行3D分析、编辑3D要素、创建3D图层以及把二维数据生成3D要素。

下面就是该系统实现从二维图形通过Z轴高度值进行三维拉伸形成3D图的部分代码:

4 结语

随着计算机技术的高速发展,用户对图形的要求不再满足于二维。三维图形具有真实可视性,对二维图形的三维生成的研究具有重要的现实意义。本文在研究了平面矢量图形数据的结构后,提出了一种三维生成算法,并把它应用于某房地管理系统中,提高了系统的可视化操作性,为高效准确的房产和国土管理提供了可靠保障。

参考文献

[1]张玉芳,刘君,彭燕.一种改进的扫描线多边形填充算法[J].计算机科学,2005(6).

[2]沈润泉.改进的基于Z缓冲器和扫描线算法的消隐技术[J].科技信息,2008(1).

[3]熊丽华,杨峰.基于ArcSDE的空间数据库技术的应用研究[J].计算机应用,2004(3).

三维计算机图形 篇7

关键词：液压支架,三维模型,运动分析

1.综采液压支架的组成部分和相关的操作特点

综采液压支架的组成部分包括了底座、立柱、顶梁、掩护梁、护帮板、前探梁和前后连杆共同构成。立柱其实就是二级伸缩油缸, 它位于上面的活柱和顶梁的中间部位连接在了一起, 而下面的一部分的缸体则是和底座中间部分的球面连接在了一起。在顶梁的后段部分与掩护梁的上段部位是通过销轴连接在一起的, 掩护梁中间部位与下段部位通过销轴分别和前后连杆连接在了一起。前段连杆与后段连杆的下段部位和底座连接在一起依靠销轴的连接作用。顶梁的前段部位和前探梁后部都是通过销轴和底座的后部连接在一起的。前探梁的前段部分和护帮板也是通过销轴连接在了一起, 立柱的油缸提供了升降的运动形式以及支撑的动力, 顶梁与掩护梁的作用则是对顶端和后部的煤岩提供支撑的作用, 顶梁承受的压力来自顶部的, 掩护梁和连杆则是负荷着偏载扭矩。在整台机器当中, 全部的压力都由底座承担, 其充当的是整台机器当中最基础的作用[1]。

2.综采液压支架结构的三维图形模型建立

首先需要利用Pro/E三维建模以及设计软件进行模型的建立工作, 根据实际的综采液压支架的大小确定底座、立柱、掩护梁、顶梁、前探梁、护帮板以及连杆等各种组织结构部件的大小, 并且分别建立起其的三维立体模型, 之后再使用软件的装配模块进行虚拟的安装适配操作, 将综采液压支架的装配模型建立起来。

3.综采液压支架运动三维图形的仿真确定

通过使用ADAMS软件, 把之前已经建立好的综采液压支架的配置模型导入进去, 设定运动仿真环境, 并且在这个环境当中将各个运动部件之间的制约性关系导入进去并且将相关的驱动参数录入。按照综采液压支架在实际的工作当中的升降情况, 立柱向上面延伸拉长, 那么顶梁就会一起向上升并且发生平移的情况, 驱动掩护梁进行平面运动的操作并且连带着两个架杆进行底座转摆的运动, 实现三维图形的仿真效果, 把综采液压支架在升降的过程当中各个零件之间的组织形式和彼此之间的关系进行清楚表现。

4.综采液压支架的运动情况研究探讨

综采液压支架在运动的过程当中, 底座和整个的液压支架先是沿着水平负方向移动大约2s的时间, 距离是1200mm, 运动的形式是先匀加速运动, 然后是匀减速运动, 然后是二级立柱油缸在轴向方向当中进行拉伸运动大约4s的时间, 运动的距离是1200mm, 运动的方式也是先匀加速运动, 后匀减速运动。最后, 一级立柱的油缸沿着轴向的方向做伸长运动大约6s的时间, 运动的距离是800mm, 运动的方式也是先匀加速后匀减速, 仿真运动持续的时间总共是12s, 支架的总体高度从一开始的2750mm上升到5000mm, 透过仿真运动将各个组织构件的质心运动轨迹计算出来。在开始运动的2s时间之内, 顶梁的质心跟随着底座缠着水平负方向进行运动, 速度和加速度变化的程度相对较大, 最大的加速度达到了1750mm/s2;质心则是跟随着垂直方向进行运动的, 运动的速度以及加速度都表现为零, 在运动开始的2~12s时间之内, 底座呈现的是不动的状态, 但是顶梁质心随着水平方向进行运动的时候, 运动速度和加速度的变化都不太明显, 加速度最大的波动是50mm/s, 加速度最大的时候是120mm/s2。因为支架立柱的第一级油缸和第二级油缸分别按照立柱的垂直方向先做了匀加速的操作运动, 然后又进行了匀减速的操作运动, 质心跟着垂直方向的运动速度和加速度分别出现最高点, 速度最大的极值是450mm/s, 最大的加速度在760mm/s2之下[2]。

表现掩护梁的质心运动速度以及加速度的变化情况, 其的运动规律和顶梁质心的运动规律基本上保持一致。都是在最开始运动的2s时间之内, 掩护梁质心跟着底座一起沿着水平负方向进行运动操作, 速度和加速度的变化情况都表现的比较明显, 最大的速度是-900mm/s, 最大的加速度是1750mm/s2。质心在垂直方向上的速度和加速度都是零, 运动开始的2~12s之间, 底座都是处于一个静止不动的状态, 掩护梁的质心和顶梁的质心随着水平轴的负方向时, 运动速度和加速度的变化情况是最大的, 最大加速度的波动是-120mm/s, 最大的加速度大概是200mm/s2。因为支架的立柱第一级油缸和第二级油缸分别按照立柱的轴向先是进行匀加速的运动, 然后再进行匀减速的运动, 就会造成其在平面运动当中的掩护梁的质心沿着垂直的方向进行运动操作, 运动的速度以及加速度会出现两个极值, 在速度达到最大的情况下, 大约是300mm/s, 最大的加速度大约是470mm/s2。

5.结语

在实际的图形绘制过程当中, 使用计算机图形的仿真操作技术, 能够把综采液压支架在升降的过程当中每个零件和组织结构之间的运动情况与彼此之间的相互关系表现出来。通过分析液压支架在底座和整个的物体运动过程当中速度和加速度的变化, 确定定量结果。在本文的研究工作当中, 就是从深层次分析了在煤矿的开采过程当中综采液压支架工作的运动特征。这项工程数据的确定, 对设计以及研发制作工程的具体应用具有非常重大的现实性意义。在未来的煤矿开采的过程当中, 其研究成果对整个工程质量的建立与塑造将会起到一个促进性的作用[3]。

参考文献

[1]董志峰, 等.煤矿综采液压支架三维图形仿真及运动分析[J].东华大学学报 (自然科学版) , 2011, 08 (15) .

[2]张万喜.煤矿综采液压支架调架机构优化设计[J].科技创新导报, 2012, 11 (21) .