時間：2022-04-15 18:09:13
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)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(shù)字化論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí)；數(shù)據(jù)采集；檔案數(shù)字化
中圖分類號：TP311.1文獻(xiàn)標(biāo)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(shù)的快速發(fā)展與廣泛應(yīng)用給檔案工作帶來新的契機(jī)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(jìn)的信息技術(shù)對檔案進(jìn)行管理，開展檔案數(shù)字化系統(tǒng)建設(shè)勢在必行。目前國外的檔案數(shù)字化建設(shè)在檔案管理信息系統(tǒng)的建設(shè)方面比較成熟，關(guān)于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫、搜索引擎、檢索服務(wù)、信息資源共享、三維虛擬等方面技術(shù)在檔案管理中的應(yīng)用研究比較活躍，已經(jīng)達(dá)到新的。相比較，國內(nèi)的檔案數(shù)字化建設(shè)相對滯后，在檔案管理信息系統(tǒng)的建設(shè)方面尚處在起步的階段， WEB技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)方面在檔案管理中的應(yīng)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(dá)到有效虛擬管理作用的目的，有關(guān)檔案管理的三維虛擬現(xiàn)實(shí)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(xiàn)實(shí)系統(tǒng)有重要的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，將對檔案管理模式產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響與變革。
目前中國許多檔案部門著手進(jìn)行擋案的數(shù)字化工作，檔案整理工作量龐大，設(shè)計(jì)一套有效的檔案數(shù)字化模型是非常必要及時的，對檔案數(shù)字化工程的推進(jìn)有著非常重要的意義，通過數(shù)字圖象三維虛擬系統(tǒng)模型的建立，可保護(hù)實(shí)物檔案形成電子檔案，有助于電子查閱和網(wǎng)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(xiàn)實(shí)世界。
2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
2.1 主要內(nèi)容介紹
系統(tǒng)深入研究檔案數(shù)字化進(jìn)程中的檔案三維虛擬現(xiàn)實(shí)管理問題，包括紙質(zhì)檔案的拍攝或掃描采集錄入系統(tǒng)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(chuàng)建、上架下架位置排列與虛擬檔案袋的調(diào)閱等問題，充分利用理論、硬件、軟件與技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合，對檔案的三維虛擬現(xiàn)實(shí)管理方面進(jìn)行獨(dú)特而全面的研究。
系統(tǒng)主要運(yùn)用Visual Studio 2005和.Net框架建立一套基于B/S模式的數(shù)字圖象三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)模型，主要分成兩大塊：電子檔案數(shù)字圖象的采集錄入系統(tǒng)與三維檔案虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工作流程如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)工作流程
電子檔案數(shù)字圖象的采集錄入系統(tǒng)主要是通過錄入系統(tǒng)程序客戶端運(yùn)用USB接口控制技術(shù)控制數(shù)碼相機(jī)或高速掃描儀進(jìn)行檔案紙質(zhì)材料的拍攝或掃描錄入，以TIFF/JPEG等主要圖象格式進(jìn)行數(shù)字圖象的分布式存儲并上傳到文件目錄服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，為三維虛擬現(xiàn)實(shí)管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)來源；三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)主要建立三維虛擬檔案袋與虛擬檔案庫，根據(jù)檔案的空間位置信息與上架信息，通過虛擬檔案袋載入數(shù)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(jìn)行操作，如調(diào)閱、遷出、銷毀、借閱登記等，實(shí)現(xiàn)三維電子檔案的模擬實(shí)物查詢與操作，以簡化檔案管理的業(yè)務(wù)工作環(huán)節(jié)。
2.2 關(guān)鍵技術(shù)
(1)USB接口控制數(shù)碼相機(jī)技術(shù)：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(shù)碼相機(jī)或高速掃描儀的錄入接口，支持遠(yuǎn)程服務(wù)應(yīng)用，能進(jìn)行拍攝或掃描模板及參數(shù)的設(shè)置。
（2）數(shù)字圖象處理、圖象存儲安全與圖象壓縮技術(shù)：能對圖象進(jìn)行縮小放大、去噪去污等處理，以保證圖象質(zhì)量；鑒于檔案種類繁多，數(shù)據(jù)量龐大，考慮到虛擬現(xiàn)實(shí)管理的實(shí)時性與快速性，本系統(tǒng)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(shù)字圖象進(jìn)行高比例無損壓縮存儲，以滿足數(shù)字圖象訪問速度的需要，具有良好的實(shí)時性、擴(kuò)展性和伸縮性。
（3）虛擬電子檔案袋建立技術(shù)：將文本數(shù)據(jù)與圖象數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，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(xiàn)實(shí)技術(shù)：能形象逼真地模擬檔案的查詢與調(diào)閱；三維虛擬現(xiàn)實(shí)提供電子庫房虛擬管理和虛擬檔案的調(diào)檔查閱，具有生動逼真和模擬實(shí)物檔案管理的效果。同時，具有虛擬檔案位置信息大變動調(diào)整速度比實(shí)物檔案位置信息大變動快的得多。。
（5）數(shù)據(jù)庫存取與數(shù)字多媒體技術(shù)：能實(shí)現(xiàn)圖象文件的分布式存儲 ，能快速讀取圖象數(shù)據(jù)；支持聲音，實(shí)現(xiàn)多媒體漫游；
3 結(jié)論
該系統(tǒng)針對數(shù)字化檔案工程，提出了用三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、USB接口技術(shù)、圖象處理技術(shù)和WEB技術(shù)相結(jié)合來解決電子檔案數(shù)字圖象采集、存儲、三維虛擬調(diào)閱等問題的方案，給檔案數(shù)字化管理提供了有力的應(yīng)用工具，有利于信息共享，大大提高了數(shù)字化效率,圖2為系統(tǒng)在寧波數(shù)字化檔案管理使用過程中虛擬現(xiàn)實(shí)的圖片。該作品具有較好的前瞻性和實(shí)用性，不僅局限于檔案領(lǐng)域，可以擴(kuò)展到多種行業(yè)多種領(lǐng)域，具有很好的使用價(jià)值、社會效益和市場前景。
圖2 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)
參考文獻(xiàn)
[1] 胡西偉.基于三維動畫與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的理論研究[D].武漢大學(xué)碩士論文,2005,4.
[2] 古玲,苑志勇.基于B/S結(jié)構(gòu)的檔案管理信息系統(tǒng)研究貝華[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào),2005,1.
論文關(guān)鍵詞:原圖處理數(shù)字化繪圖數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)
論文摘要:文章根據(jù)工作中的一些實(shí)踐,簡要介紹了數(shù)字化技術(shù)在原圖處理和攝影測量中的應(yīng)用特點(diǎn)和一些要注意的方面,希望能給同行們作一些經(jīng)驗(yàn)參考。
傳統(tǒng)工程測量技術(shù)的服務(wù)領(lǐng)域主要包括水利、交通、建筑等行業(yè),隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展、測量儀器的智能化,數(shù)字化測繪技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用,而全球定位系統(tǒng)(GPS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、攝影測量與遙感(RS)以及數(shù)字化測繪和地面測量先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展,測量數(shù)據(jù)采集和處理的逐漸自動化、實(shí)時化和數(shù)字化,工程測量的服務(wù)領(lǐng)域也應(yīng)進(jìn)一步延伸,以滿足不斷提高的社會需要。
一、數(shù)字化技術(shù)在原圖處理中的應(yīng)用
(一)原圖數(shù)字化處理
在建立各種GIS系統(tǒng)時,需要對原有地圖進(jìn)行數(shù)字化處理,對于原始地圖,若其現(xiàn)勢性、精度和比例尺能滿足要求,就可以利用數(shù)字化儀對其進(jìn)行數(shù)字化處理工作。當(dāng)前主要有手扶跟蹤數(shù)字化和掃描矢量化、GPS數(shù)據(jù)輸入三種方法,手扶跟蹤數(shù)字化需要的儀器為計(jì)算機(jī),數(shù)字化儀及相關(guān)軟件,是較早的一種數(shù)字化輸入方法,輸入速度較慢,勞動強(qiáng)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(shí)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(yè)方法越來越趨于自動化,它是一種省時,高效的數(shù)據(jù)輸入方法。GPS輸入是依據(jù)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(shù)字,因此不需作任何轉(zhuǎn)換,可直接輸入數(shù)據(jù)庫,目前主要是應(yīng)用RTK(RealTimeKinematics-實(shí)時動態(tài))技術(shù),它是在GPS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的、能夠?qū)崟r提供流動站在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果,并在一定范圍內(nèi)達(dá)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(jī)安裝在已知點(diǎn)上對GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測,將采集的載波相位觀測量調(diào)制到基準(zhǔn)站電臺的載波上,再通過基準(zhǔn)站電臺發(fā)射出去;流動站在對GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測并采集載波相位觀測量的同時,也接收由基準(zhǔn)站電臺發(fā)射的信號,經(jīng)解調(diào)得到基準(zhǔn)站的載波相位觀測量,流動站的GPS接收機(jī)再利用0TF(運(yùn)動中求解整周模糊度)技術(shù)由基準(zhǔn)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(yīng)用這種測量方法測量可以不布設(shè)各級控制點(diǎn),僅依據(jù)一定數(shù)量的基準(zhǔn)控制點(diǎn),便可以高精度快速地測定圖根控制點(diǎn)、界址點(diǎn)、地形點(diǎn)、地物點(diǎn)的坐標(biāo),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(jù)已有的數(shù)據(jù)成果快速地進(jìn)行施工放樣。而實(shí)際應(yīng)用得較多的主要是數(shù)字掃描矢量化軟件,針對大比例尺地形圖,大多數(shù)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(jìn)行數(shù)字化處理。下面簡單介紹MAPCAD軟件的原圖數(shù)字化處理作業(yè)流程。
(二)數(shù)字化原圖作業(yè)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(zhuǎn)換等特點(diǎn)一般外設(shè)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(shè)備精度,而人工跟蹤精度主要取決于作業(yè)人員的技能掌握熟練程度和工作態(tài)度,所以必須在加強(qiáng)作業(yè)人員基本技能培訓(xùn)上下工夫,要求工作人員嚴(yán)格按矢量化方案作業(yè),確保圖件的精度和質(zhì)量高于國家現(xiàn)行數(shù)字化測圖規(guī)范所規(guī)定的數(shù)字化精度和質(zhì)量。在工程測量實(shí)踐中,要做好地形圖外業(yè)測點(diǎn)與數(shù)字化圖縮放相結(jié)合、符號圖層的劃分子圖、線型符號庫的設(shè)計(jì)等工作保證滿足工程進(jìn)度的同時又節(jié)約項(xiàng)目經(jīng)費(fèi),設(shè)計(jì)出的數(shù)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(shù)字化繪圖
(一)數(shù)字化繪圖的特點(diǎn)
大比例尺地形圖和工程圖的測繪是傳統(tǒng)工程測量的重要內(nèi)容,數(shù)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(yè)艱苦,作業(yè)程序復(fù)雜,煩瑣的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理和繪圖工作,成圖周期長,產(chǎn)品單一等缺點(diǎn),符合現(xiàn)代飛速發(fā)展的工程需要。目前,數(shù)字化成圖技術(shù)主要有內(nèi)外業(yè)一體化和電子平板兩種模式。內(nèi)外業(yè)一體化是一種外業(yè)數(shù)據(jù)采集方法,主要設(shè)備是全站儀、電子手簿等,其特點(diǎn)是精度高、內(nèi)外業(yè)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(diǎn):
1.一測多用:如在一些綜合性較強(qiáng)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(fù)工作,而數(shù)字化測圖則可以同時根據(jù)完成的地形圖繪制不同比例尺的多個地形圖,因?yàn)橥”壤甙舜蟊壤叩匦螆D測圖范圍。僅需先測大比例尺圖范圍,再補(bǔ)充小比例尺測圖范圍即可滿足各不同專業(yè)人員對不同比例尺的地形圖的需要。
2.精度高:數(shù)字化成圖系統(tǒng)在外業(yè)采集數(shù)據(jù)時,利用全站儀現(xiàn)場自動采集地形地物點(diǎn)的三維坐標(biāo),并自動存儲,在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時,完全保持了外業(yè)測量的精度,消除了人為的錯誤及誤差來源,而且外業(yè)工作省略了讀數(shù)、計(jì)算、展點(diǎn)繪圖等外業(yè)工序,減少了作業(yè)人員,外業(yè)工效大大提高,時間縮短,直接生產(chǎn)成本大幅度下降。
3.勞動強(qiáng)度:小數(shù)字化成圖的過程,減輕了作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度,使生產(chǎn)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(shù)字化產(chǎn)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(xì)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(xiàn)勢性和不變形性,避免重復(fù)測繪造成的浪費(fèi),增加地形圖的實(shí)用性和用戶的廣泛性。
(二)外業(yè)數(shù)據(jù)的采集
在采集數(shù)據(jù)時,數(shù)據(jù)采集人員要準(zhǔn)確應(yīng)用地物代碼,以免在內(nèi)業(yè)成圖時出現(xiàn)錯誤;在觀測開始時,相關(guān)工作人員需嚴(yán)格按照要求應(yīng)對測站點(diǎn)進(jìn)行檢查,跑尺人員應(yīng)嚴(yán)格按照自動成圖的要求作業(yè),確保能完整地描述地形地貌的特征點(diǎn),必須通過繪制草圖來表明各個地物碎部點(diǎn)的屬性及相互關(guān)系,測量坎子時,要量取坎子比高,坎下也要進(jìn)行地形點(diǎn)采集。當(dāng)一個測區(qū)完成后,如果有必要可把數(shù)據(jù)備份。
(三)繪制內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理
無論是工程進(jìn)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(jù)誤差分析和測量平差理論選擇適當(dāng)?shù)臏y量手段,并對測量成果進(jìn)行處理和分析。
三、工程測量中的數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)
數(shù)字?jǐn)z影測量是基于數(shù)字影像與攝影測量的基本原理,應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字影像處理、影像匹配、模式識別等多學(xué)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(shù)字?jǐn)z影測量還是利用影像來進(jìn)行測繪的科學(xué)與技術(shù);而從信息科學(xué)和計(jì)算機(jī)視覺科學(xué)的角度來看,它是利用影像來重建三維表面模型的科學(xué)與技術(shù),也就是在“室內(nèi)”重建地形的三維表面模型,然后在模型上進(jìn)行測繪,從本質(zhì)上來說,它與原來的攝影測量沒有區(qū)別。因而,在數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)中,整個的生產(chǎn)流程與作業(yè)方式,和傳統(tǒng)的攝影測量差別似乎不大,但是它給傳統(tǒng)的攝影測量帶來了重大的變革。
目前通過在空中利用數(shù)字?jǐn)z影機(jī)所獲得的數(shù)字影像,內(nèi)業(yè)使用專門的航測軟件處理,進(jìn)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(jì)算機(jī)上對數(shù)字影像進(jìn)行像對匹配,建立地面的數(shù)字模型,再通過專用的軟件來獲得數(shù)字地圖。該方法的特點(diǎn)是可將大量的外業(yè)測量工作移到室內(nèi)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(jié)的限制等優(yōu)點(diǎn)。特別適合于城市密集地區(qū)的大面積成圖。但是該方法的初期投入較大,如果一個測區(qū)較小,它的成本就顯得較高。但可以說是今后數(shù)字測圖的一個重要發(fā)展方向,未來社會要求的是可以提供數(shù)字的、影像的、線劃的等多種形式的地圖產(chǎn)品。并且隨著全數(shù)字?jǐn)z影工作站的出現(xiàn),加上GPS技術(shù)在攝影測量中的應(yīng)用,使得攝影測量向自動化、數(shù)字化方向邁進(jìn)。
關(guān)鍵詞：虛擬，WebGIS，網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS
1.引言“數(shù)字校園”是繼“數(shù)字地球”、“數(shù)字城市”后提出的概念，它是一種集數(shù)字化、信息化、可視化等多種技術(shù)為一體的計(jì)算機(jī)管理應(yīng)用系統(tǒng)，而數(shù)字虛擬校園是其中最重要的部分。
數(shù)字虛擬校園系統(tǒng)不僅能將空間信息和非空間信息集成在統(tǒng)一的信息平臺上進(jìn)行管理和分析，而且，以地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以地理信息系統(tǒng)中的空間分析方法為手段，還可以開發(fā)各種應(yīng)用模塊，為學(xué)校的發(fā)展規(guī)劃、資源優(yōu)化配置、突發(fā)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(tǒng)的校園地理信息系統(tǒng)平臺就更加重要了。論文參考。
校園地理信息系統(tǒng)的建立，提高了數(shù)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(chǔ)設(shè)施建設(shè)信息和應(yīng)用系統(tǒng)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(xué)的工具來實(shí)現(xiàn)對高校的科學(xué)的、動態(tài)的管理規(guī)劃工作，使用虛擬校園系統(tǒng)管理后，將會方便、快捷的實(shí)現(xiàn)對校園的管理。利用WebGIS技術(shù)將校園信息到網(wǎng)上，方便了同學(xué)、老師及其校外人士對校園信息的查詢。
2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)地理信息系統(tǒng)（GIS）是用于采集、模擬、處理、檢索、分析和表達(dá)的地理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和人們對GIS需求的不斷增加，基于Internet技術(shù)的GIS—WebGIS應(yīng)用而生。WebGIS實(shí)際上是在Web上實(shí)現(xiàn)GIS的功能，也就是將GIS綜合進(jìn)Web以進(jìn)行信息。論文參考。從互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)、制作專題地圖，進(jìn)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(shù)同虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和科學(xué)計(jì)算可視化的結(jié)合，拓展了多維GIS、特別是三維GIS研究的內(nèi)涵，提供了全新的空間數(shù)據(jù)分析模式和新的GIS應(yīng)用模式。當(dāng)前國際上把這種結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和科學(xué)計(jì)算可視化而設(shè)計(jì)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(fā)揮人在圖形空間思維能力上的優(yōu)勢，探索數(shù)據(jù)分析，解決地學(xué)問題。同時，虛擬GIS拓展了在時間維上的表達(dá)能力，結(jié)合地學(xué)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(fā)展高級的空間決策支持環(huán)境提供了可能。
與網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合是當(dāng)前虛擬GIS發(fā)展的方向。目前網(wǎng)絡(luò)虛擬GIS主要采用兩種架構(gòu)方式：一種是以網(wǎng)絡(luò)GIS為基礎(chǔ)，將虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)同GIS的Client端連接起來，在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中提供簡單的空間分析功能或是將GIS的分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)支持的數(shù)據(jù)格式，供虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)觀察；另一種是基于分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中擴(kuò)展空間數(shù)據(jù)類型的支持能力，提供簡單的空間分析功能。
3網(wǎng)絡(luò)虛擬校園GIS的系統(tǒng)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)虛擬校園GIS的構(gòu)建涉及用戶、應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)三個方面。根據(jù)上述三者之間的相互關(guān)系，可設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；考慮用戶需求，在客戶端，可設(shè)計(jì)用戶界面和系統(tǒng)功能；根據(jù)系統(tǒng)功能和特征，在服務(wù)器端，可設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用程序服務(wù)器；根據(jù)許昌學(xué)院網(wǎng)絡(luò)虛擬校園GIS的數(shù)據(jù)維數(shù)、類型、大小和特點(diǎn)，可設(shè)計(jì)基于VRML的三維地理對象模型和數(shù)據(jù)流，同時還應(yīng)考慮到系統(tǒng)的維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)的安全性問題。
3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)虛擬校園GIS應(yīng)采用Client/Server結(jié)構(gòu)。在服務(wù)器端，包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用程序服務(wù)器；在客戶端，包括HTML瀏覽器、VRML瀏覽器和應(yīng)用程序，其中應(yīng)用程序包括用戶對話交流管理模塊、數(shù)據(jù)量測模塊、二維圖形顯示管理模塊等。
用戶的任務(wù)處理，有的在服務(wù)器端執(zhí)行，有的在客戶機(jī)端執(zhí)行。如果在服務(wù)器端，服務(wù)器接受請求后，運(yùn)行服務(wù)器端應(yīng)用程序，待處理完成后，就把結(jié)果傳回到客戶端。在客戶機(jī)端由應(yīng)用程序執(zhí)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(shí)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(wǎng)上免費(fèi)下載，從而可以把工作重點(diǎn)放在負(fù)責(zé)地學(xué)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備、建模，以及數(shù)據(jù)查詢、分析的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)上。論文參考。客戶端的VRML瀏覽器與客戶端的應(yīng)用程序的相互通信與交互，可采用VRML EAI(ExternalAuthoring Interface) 方式實(shí)現(xiàn)。
3.2 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用程序服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)虛擬校園GIS的服務(wù)器端包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用程序服務(wù)器。而應(yīng)用程序服務(wù)器是網(wǎng)絡(luò)虛擬校園GIS的核心部分，包括VRML世界生成服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理和分析服務(wù)器與多用戶管理服務(wù)器等。
網(wǎng)絡(luò)虛擬校園服務(wù)器在接到用戶的請求后，根據(jù)顯示范圍大小，要求的空間分辨率、屬性分辨率，顯示范圍內(nèi)地理目標(biāo)的選擇等參數(shù)，動態(tài)地與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接，把相應(yīng)的地理對象數(shù)據(jù)取出并轉(zhuǎn)換成VRML世界模型，供用戶瀏覽與交互。數(shù)據(jù)處理和分析服務(wù)器是執(zhí)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(jì)算與分析（如最佳路徑分析）等。
3.3 數(shù)據(jù)流網(wǎng)絡(luò)虛擬校園GIS的建立，從數(shù)據(jù)流角度，包括三維源數(shù)據(jù)、三維地理對象和VRML世界三個方面。三維地理數(shù)據(jù)的采集，可以通過野外測量、地形圖數(shù)字化和數(shù)字?jǐn)z影測量等方法獲取。一般應(yīng)用CAD和GIS等技術(shù)獲取，但用這些系統(tǒng)表達(dá)三維源數(shù)據(jù)時，由于主要考慮表達(dá)地理景觀的完備性，而對數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換應(yīng)用于VRML世界的構(gòu)建。對于三維地理對象，我們應(yīng)用面向?qū)ο竽Ｐ偷姆椒ǎ鶕?jù)三維源數(shù)據(jù)，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(shí)時可視與分析，即需考慮觀察者的存在與實(shí)時感覺，一般要應(yīng)用多層次法表達(dá)。
3.4系統(tǒng)維護(hù)和安全性問題網(wǎng)絡(luò)虛擬校園GIS運(yùn)行在Internet-Web上，可能會出現(xiàn)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(tǒng)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(xué)院網(wǎng)絡(luò)虛擬校園GIS系統(tǒng)管理中心統(tǒng)一嚴(yán)格管理，屬強(qiáng)制性控制。同時可以建立服務(wù)器端的用戶日志記錄，跟蹤用戶對系統(tǒng)的訪問情況；還可以運(yùn)用信息加密/解密、身份驗(yàn)證等現(xiàn)代密碼技術(shù)，來保障網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的安全。
4總結(jié)與展望
虛擬GIS是在傳統(tǒng)多維GIS系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型的GIS系統(tǒng)，虛擬GIS在擴(kuò)展GIS應(yīng)用領(lǐng)域的同時，也給GIS設(shè)計(jì)帶來了新的問題，特別是網(wǎng)絡(luò)虛擬校園GIS的設(shè)計(jì)更需要研究。本文旨在建立一個網(wǎng)絡(luò)虛擬校園GIS的設(shè)計(jì)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。
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關(guān)鍵詞 三維數(shù)字地形圖；三維空間數(shù)據(jù)；實(shí)時獲取
中圖分類號 TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2014）106-0217-03
0 引言
三維數(shù)字地形圖是三維GIS和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)VR的技術(shù)與數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，是能夠?qū)崟r獲取三維空間數(shù)據(jù)的重要手段，由此可以進(jìn)一步開展三維空間數(shù)據(jù)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(tǒng)的二維數(shù)字地形圖，三維數(shù)字地形圖是一種使用更加簡便，應(yīng)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(shù)字地形圖被三維的地理空間信息所取代，進(jìn)而能夠從三維空間的角度對真實(shí)復(fù)雜的客觀世界進(jìn)行理解和表達(dá)。
從現(xiàn)實(shí)層面來看，現(xiàn)實(shí)世界不僅有鱗次櫛比的地上高樓大廈，而且還有密如蛛網(wǎng)的低下管線，立體化呈現(xiàn)縱深發(fā)展趨勢，為了實(shí)現(xiàn)立體表達(dá)、精細(xì)管理和科學(xué)決策之目標(biāo)，就迫切需要三維地理空間對這些“上天入地下海”的現(xiàn)代人類活動進(jìn)行支撐。三維數(shù)字地形圖能夠使計(jì)算機(jī)存儲、運(yùn)算、處理信息的能力和屏幕可視化表達(dá)的優(yōu)勢得到進(jìn)一步發(fā)展，在具體操作上， 能夠通過人機(jī)交互方式來便捷地應(yīng)用于查詢、瀏覽、分析立體地圖甚至動態(tài)地圖信息，并使操作者能夠更直觀、更豐富地對空間地理環(huán)境信息進(jìn)行模擬再現(xiàn)，因此，在計(jì)算機(jī)三維可視化發(fā)展基礎(chǔ)上，用大比例尺針對小區(qū)域地理空間信息（例如：物體的空間立體結(jié)構(gòu)、形狀以及所處地形的高低起伏細(xì)節(jié)）進(jìn)行形象、完整、直觀、精細(xì)地表達(dá)。可見，三維數(shù)字地形圖是實(shí)施獲取三維空間數(shù)據(jù)的一個有效方法。
1 三維數(shù)字地形圖的主要特征
其一，三維數(shù)字地形圖不僅能夠準(zhǔn)確地將制圖區(qū)域內(nèi)地表中的微小的高低起伏狀態(tài)準(zhǔn)確定位，而且還能對其地上物的空間立體形狀和結(jié)構(gòu)給予準(zhǔn)確體現(xiàn)。
其二，三維數(shù)字地形圖的表達(dá)媒介將是電子形式或者數(shù)字形式取代傳統(tǒng)的紙質(zhì)形式的模式。
其三，三維數(shù)字地形圖較之于三維地理信息系統(tǒng)（3DGIS），兩者之間既有聯(lián)系，也有區(qū)別，具體而言，三維數(shù)字地形圖主要用于工程規(guī)劃和設(shè)計(jì)，主要關(guān)注的是實(shí)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(shù)字地形圖的可編輯、可操作功能得以實(shí)現(xiàn)，而三維地理信息系統(tǒng)則主要側(cè)重于實(shí)現(xiàn)三維地理信息的數(shù)據(jù)管理與分析的功能，側(cè)重于三維空間數(shù)據(jù)建模領(lǐng)域。
其四，三維數(shù)字地形圖通過對三維離散點(diǎn)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(jié)構(gòu)，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(shù)字地形圖能夠?qū)臻g地理信息進(jìn)行較為直觀、細(xì)致、精確、細(xì)致的反映。常用的三維數(shù)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(shù)據(jù)的實(shí)時獲取技術(shù)
三維數(shù)字地形圖在對地形地物進(jìn)行精細(xì)、直觀、形象、完整表現(xiàn)的同時，促使測繪技術(shù)面臨著更大的挑戰(zhàn)。因?yàn)槿S空間數(shù)據(jù)對地理信息完整、精細(xì)的表達(dá)建立在大量和細(xì)致的數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)上，因此較之于二位數(shù)字地形圖，采樣點(diǎn)相對更加密集，這就決定了三維數(shù)字地形圖不但要對地物與地形的特征進(jìn)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(shù)字地形圖空間數(shù)據(jù)。
2.1 基于點(diǎn)方式的數(shù)據(jù)獲取技術(shù)
1）傳統(tǒng)測量技術(shù)。
即使在測繪技術(shù)快速發(fā)展的今天，作為空間定位的基本手段之一的傳統(tǒng)測量技術(shù)仍然無法被其它手段取代。傳統(tǒng)測量技術(shù)主要包括全站儀測量技術(shù)、數(shù)字化水準(zhǔn)儀技術(shù)、電子經(jīng)緯儀技術(shù)以及被稱之為“測量機(jī)器人”的全自動電子全站儀測量系統(tǒng)，特別是針對全站儀測量技術(shù)來說，它是比較理想的方式，在采集三維數(shù)字地形地圖方面，不僅可以直接獲取2D坐標(biāo)數(shù)據(jù)（x，y），還能夠直接在自然表面上測量和獲得被測點(diǎn)的3D坐標(biāo)數(shù)據(jù)（x，y，z）。此外，全站儀測量技術(shù)能夠針對高程數(shù)據(jù)z坐標(biāo)值獲取高精度數(shù)據(jù)，因此適用于大比例尺、小范圍的要求高精度的三維數(shù)字地形圖。因此，全站儀定位測量技術(shù)至少包括如下優(yōu)勢：一是效率高，不同于傳統(tǒng)的人工數(shù)據(jù)采集方法，該項(xiàng)技術(shù)所采集的全部測量數(shù)據(jù)能夠自動傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上，并自動成圖；二具有很好的經(jīng)濟(jì)效益，這項(xiàng)技術(shù)能夠自動化的實(shí)時的對3D坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，所以在提高工作效率之時有效降低資源耗費(fèi)；三具有較高的可靠性，因?yàn)橐^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(shù)據(jù)更新，因?yàn)樗韧燃壍娜擎i/網(wǎng)的點(diǎn)位精度提高；五是具有靈活的布點(diǎn)，這項(xiàng)技術(shù)區(qū)別于三角鎖/網(wǎng)要求具備有利的幾何圖形，所以在礦井、林區(qū)等復(fù)雜的情況下都能進(jìn)行定位測量。
2）衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)
衛(wèi)星定位與全站儀集成的技術(shù)會成為未來測量技術(shù)發(fā)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(fā)的，能夠進(jìn)行授時與導(dǎo)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(wèi)星構(gòu)成了它。現(xiàn)今，正在運(yùn)行的全球定位系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）有俄羅斯的全球定位系統(tǒng)（GLONASS）和美國的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS），前者因?yàn)榻?jīng)濟(jì)上存在問題，所以沒有連續(xù)性的進(jìn)行實(shí)時定位。此外，我國在2001-2002年期間成功研制了” 中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航廣域增強(qiáng)系統(tǒng)”，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)中國及周邊海域的區(qū)域定位導(dǎo)航功能。
在具體工作的實(shí)踐運(yùn)行過程中，傳統(tǒng)控制測量工作的工作量和工作強(qiáng)度都很大，尤其是在地標(biāo)不明顯以及不具備地面測量控制點(diǎn)的情況下，測量工作面臨著極大的困難， GPS定位的優(yōu)勢也就由此得到了體現(xiàn)，在沒有遮蔽的條件下實(shí)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(diǎn)的狀態(tài)下開展工作，因此大大提高了傳統(tǒng)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(shù)出現(xiàn)之時至今，國內(nèi)科研人員研制成功了差分GPS 技術(shù)，使GPS的定位精度得到進(jìn)一步提高，應(yīng)用領(lǐng)域也進(jìn)一步被拓寬，同時也大大提高了原有GPS的精度。隨后又產(chǎn)生了實(shí)時動態(tài)測量技術(shù)（Real Time Kinematic，RTK），但由于該項(xiàng)技術(shù)受制于城市中衛(wèi)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(jìn)一步研究的地方。
3）激光測量技術(shù)
激光和電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，讓激光測量技術(shù)朝著動態(tài)性的實(shí)時跟蹤測量的方向邁進(jìn)，并且逐步出現(xiàn)了三維立體量的測量。早在20世紀(jì)末，法國的MENSI公司和美國的CYRA公司將激光技術(shù)運(yùn)用在了3D測量領(lǐng)域中。借助于高速激光掃描測量的手段，激光測量技術(shù)高分辨率、大面積地被測空間對象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)（x ，y，z）進(jìn)行迅速獲取，從而促使物體的三維模型能夠迅速構(gòu)成。由此可見，激光測量技術(shù)具有以下優(yōu)勢：一是實(shí)時性：激光測量技術(shù)不用考慮空間與時間的因素，借助于自身發(fā)射的光對相關(guān)的空間信息進(jìn)行真實(shí)的獲取；二是穿透性：激光掃描技術(shù)能夠在一瞬間在某區(qū)域內(nèi)能夠獲取大量的、能夠反映目標(biāo)地物不同層面采樣信息的采樣點(diǎn)；三是高密集性，借助于對地物目標(biāo)進(jìn)行直接掃描的手段，激光掃描技術(shù)能夠得到空間信息的基本特征，能夠得到點(diǎn)距很小的采樣點(diǎn)，因此密集程度高；四是不需接觸：激光測量技術(shù)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(shù)據(jù)信息，因此可以為具有危險(xiǎn)性的測量區(qū)域的數(shù)據(jù)采集工作提供了方便；五是迅速性：激光測量技術(shù)可以在更大的程度上采集目標(biāo)空間的數(shù)據(jù)，然后迅速獲取地物目標(biāo)空間的立體結(jié)構(gòu)。
從實(shí)際應(yīng)用層面來看，機(jī)載激光測量技術(shù)在目前是一項(xiàng)新興的應(yīng)用技術(shù)，具體而言，這項(xiàng)技術(shù)是繼航空攝影測量之后又一項(xiàng)新的先進(jìn)的對地觀測技術(shù)，廣泛地應(yīng)用于地球科學(xué)領(lǐng)域。從構(gòu)成要件的角度來看，該技術(shù)有三大核心系統(tǒng)，一是GPS全球定位系統(tǒng)，二是激光測距儀，三是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS），這就決定了該項(xiàng)技術(shù)在獲取地面及附屬物的數(shù)字影像數(shù)據(jù)以及三維坐標(biāo)方面能體現(xiàn)出可準(zhǔn)確、快速、高效的優(yōu)勢，尤其是在測量地形復(fù)雜多樣，或地面被被森林大面積覆蓋、或因地理?xiàng)l件惡劣二導(dǎo)致人力不能及的特殊地區(qū)，技術(shù)優(yōu)勢能夠體現(xiàn)得更加明顯。
2.2 面狀方式獲取技術(shù)
1）遙感技術(shù)
作為一門現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，遙感（Remote Sensing）利用紅外、可見光、微波以及干涉雷達(dá)等電磁波探測儀器，從外層空間和遠(yuǎn)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(xiàng)工作流程，對地面物體的形狀、所處環(huán)境、位置和大小等信息進(jìn)行獲取，并由此進(jìn)行后續(xù)研究。
遙感技術(shù)一致被得到廣泛應(yīng)用。從實(shí)際層面來看，例如，土地荒漠化的不斷演進(jìn)是全球共同面對的一個重大環(huán)境問題，這一生態(tài)換進(jìn)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(fā)生和發(fā)展情況予以及時和準(zhǔn)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(lǐng)域，遙感技術(shù)的眾多優(yōu)點(diǎn)也就得到了充分的體現(xiàn)，一是信息監(jiān)測覆蓋面廣，二是能夠?qū)Ρ粰z測目標(biāo)快速獲取有效信息，三是信息獲取量大，并且，遙感技術(shù)能夠在具體工作過程中環(huán)節(jié)人力物力不足等限制因素，因此，在過去的很長一段時間內(nèi)，遙感技術(shù)一直被視為監(jiān)測土地荒漠化動態(tài)演變的重要甚至不可替代的技術(shù)手段。
從發(fā)展現(xiàn)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(shù)發(fā)展的方向，例如，遙感技術(shù)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(tǒng)。值得注意的是，因?yàn)槭艿椒直媛屎途鹊鹊挠绊懀谌S模型的構(gòu)建之時，遙感技術(shù)對大地測量的數(shù)據(jù)信息具有恒強(qiáng)的依賴性，這就決定了遙感技術(shù)適用于對較大場景、較大區(qū)域以及精度要求相對不高的地區(qū)開展測量工作。
2）攝影測量技術(shù)
攝影測量技術(shù)是借助于其他傳感器或者光學(xué)攝影機(jī)，采集被測物體的數(shù)據(jù)信息，并且對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)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(guān)系以及大小等合理的信息。攝影測量技術(shù)可按照如下指標(biāo)進(jìn)行分類：一是距離指標(biāo)，包括地面攝影測量技術(shù)、近景攝影測量技術(shù)，顯微攝影測量技術(shù)、航天攝影測量技術(shù)以及航空攝影測量技術(shù)；二是技術(shù)方法指標(biāo)，包括采用光學(xué)和機(jī)械方法的模擬攝影測量技術(shù)、根據(jù)被測物像點(diǎn)與相應(yīng)地面點(diǎn)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系的剖解數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)、攝影測量技術(shù)。特別是數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)，能夠基于計(jì)算機(jī)對被攝對象的形狀、大小、空間位置及其之間相互關(guān)系進(jìn)行高效率、高質(zhì)量地測量。從目前來看，數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)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(shù)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(yīng)用較為廣泛的一種舌音測量技術(shù)。
從實(shí)際應(yīng)用層面來看，水下攝影測量技術(shù)是舌音測量技術(shù)在空間范圍維度的進(jìn)一步拓展，該技術(shù)是近景攝影測量中一種特殊的測量技術(shù)，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(biāo)的幾何特性，從而以此對被測物展開進(jìn)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(guān)測量工作中，都能夠發(fā)揮水下攝影測量技術(shù)的重要功能。、
3）多傳感器集成技術(shù)
前文所述的攝影測量技術(shù)以及遙感技術(shù)有很多的優(yōu)勢，但在三維空間數(shù)據(jù)的更新與采集方面仍然有很多亟待解決的問題。詳細(xì)一點(diǎn)來講，比如，遙感技術(shù)盡管可以獲取所提供的目標(biāo)物的空間數(shù)據(jù)，但缺少空間立體信息，側(cè)重于對目標(biāo)物頂面信息的采集；再如，盡管激光掃描儀LRS可以運(yùn)用三維手段描述得到的數(shù)據(jù)，可是在拓?fù)潢P(guān)系以及目標(biāo)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(cè)重于提供目標(biāo)地物的立體造型。可見，如果把上述不同的方法進(jìn)行整合，將會在更大的程度上提高技術(shù)水平，所以，在采集多元數(shù)據(jù)之時，可以運(yùn)用多傳感器集成技術(shù)，并且運(yùn)用融合手段，建立三維模型，這可以成為現(xiàn)在乃至未來研究的重要課題。
既然多傳感器集成技術(shù)在采集三維空間數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。基于此，本文對多傳感器集成體統(tǒng)進(jìn)行如下三個層面的分類：一是機(jī)載激光掃描系統(tǒng)：這項(xiàng)系統(tǒng)借助于激光測量技術(shù)，對目標(biāo)物的三維坐標(biāo)（x，y，z）以及數(shù)字地面模型DTM進(jìn)行高分辨率和高精度的測量，結(jié)合目標(biāo)地物的光學(xué)成像結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步獲取地表目標(biāo)物的垂直結(jié)構(gòu)形態(tài)，從而顯著提高對目標(biāo)物的識別水平；二是地面車載測量系統(tǒng)：該系統(tǒng)一般由車輛等移動載體、車載計(jì)算機(jī)、多傳感器以及數(shù)據(jù)采集軟件構(gòu)成，是一種多傳感器集成的數(shù)字成圖系統(tǒng)；三是星載測圖系統(tǒng)：星載多傳感器集成具有大范圍、大比例、高效率優(yōu)勢，該系統(tǒng)由此已成為研究焦點(diǎn)。
2.3圖像掃描數(shù)字化技術(shù)
由于現(xiàn)有的紙質(zhì)地圖對地形表達(dá)的手段是圖解形式，因此無法被計(jì)算機(jī)接受和解析，而將現(xiàn)有地形圖用數(shù)字化儀表達(dá)，則其負(fù)載的大量信息能夠被轉(zhuǎn)換成能夠被計(jì)算機(jī)處理和接受的數(shù)字信息。在這一技術(shù)前提下，能夠檢測出地形圖中包含的非常重要的數(shù)據(jù)信息，其一，含有諸如高程點(diǎn)、等高線等3D空間數(shù)據(jù)所需要的幾何信息，二是含有地理目標(biāo)的平面、高度或?qū)訑?shù)等不同緯度的坐標(biāo)數(shù)值，三是含有被測物目標(biāo)的名稱、用途、結(jié)構(gòu)等屬性信息。
對地圖數(shù)字化的坐標(biāo)數(shù)據(jù)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(guī)范性程度，三是地圖中數(shù)據(jù)源本身的精度以及控制點(diǎn)的精度，上述三個因素自然成為了圖像掃描數(shù)字化技術(shù)的約束條件，因此，該盡管能夠?qū)Ρ粶y物的高度獲得概略性信息，但在高度準(zhǔn)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(shù)字地形圖獲得較高的精度。所以，測繪機(jī)構(gòu)常用的手段就是運(yùn)用AutCAD 軟件對地形圖數(shù)據(jù)開發(fā)和管理，這也是值得在今后繼續(xù)深入研究之處。
3 結(jié)論
較之于側(cè)重于三維空間數(shù)據(jù)建模的三維地理信息系統(tǒng)（3DGIS），三維數(shù)字地形圖側(cè)重于對三維空間信息的實(shí)時獲取以及對三維地形的繪制和可視化表達(dá)，由于這項(xiàng)技術(shù)還比較新穎，現(xiàn)在還在研究的初期階段。本文對三維數(shù)字地形圖獲得三維空間數(shù)據(jù)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了探討，實(shí)際上，今后還有必要針對集成匹配優(yōu)化技術(shù)和地物地形的繪制技術(shù)等方面，對三維數(shù)字地形圖進(jìn)行更加全面的研究。
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[關(guān)鍵詞]長桁、逆向技術(shù)、CATIA
中圖分類號：V262.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）10-0005-01
1.數(shù)字化與逆向工程
產(chǎn)品研制中的數(shù)字化是以數(shù)字的生成、加工、傳輸、使用、修改和儲存為基礎(chǔ)，以數(shù)字模型為核心，以單一數(shù)據(jù)源為紐帶，在設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)、管理過程中用數(shù)字量取代模擬量、用數(shù)字技術(shù)取代傳統(tǒng)技術(shù)，并以數(shù)字量作為設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)的唯一依據(jù)。
逆向工程（ Reverse Engineering， 簡稱RE），也稱反求工程，它是指在缺少實(shí)物零件的外形尺寸、特征、材料和物理性能的圖紙和計(jì)算機(jī)模型的情況下，運(yùn)用3D 掃描技術(shù)獲取實(shí)物或模型的三維坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并將這些坐標(biāo)點(diǎn)利用曲面重構(gòu)技術(shù)重建實(shí)物CAD 模型，最終通過數(shù)控（Computer Numerical Controlled，簡稱CNC）加工技術(shù)和快速原型制造（Rapid Prototyping Manufacture， 簡稱RPM）技術(shù)實(shí)現(xiàn)零件的仿制加工。
逆向建模技術(shù)能夠快速的實(shí)現(xiàn)零件裝配需要，同時對于老舊工裝的破損修復(fù)、曲面重構(gòu)技術(shù)開發(fā)等方面起著重要的技術(shù)支撐作用。目前比較普遍的應(yīng)用是利用三維掃描設(shè)備獲取產(chǎn)品的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，利用相關(guān)軟件和技術(shù)對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)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(diǎn)云或者網(wǎng)格構(gòu)造模型的基本元素―點(diǎn)、線、面，然后經(jīng)過一定的調(diào)整，建立模型并進(jìn)行優(yōu)化，使模型達(dá)到符合要求的狀態(tài)。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(shè)計(jì)中的兩個階段。對于一般的逆向設(shè)備，其采集形成的為點(diǎn)云，由于點(diǎn)云包含數(shù)量極其龐大的點(diǎn)，不利于設(shè)計(jì)分辨，因此一般都處理為網(wǎng)格，這就是CATIA DSE模塊的主要用途―將點(diǎn)云形成網(wǎng)格。而從網(wǎng)格到曲面的處理，需要借助QSR進(jìn)行。不過由于由點(diǎn)云到網(wǎng)格的過程并不復(fù)雜，為了更好的滿足客戶需求，現(xiàn)在多數(shù)設(shè)備都支持將掃描數(shù)據(jù)直接輸出為網(wǎng)格文件。使用CATIA進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)的優(yōu)勢在于其兼容的點(diǎn)云文件格式較多，另外CATIA還具有強(qiáng)大的正向設(shè)計(jì)功能，能更好的保證曲面建立以及實(shí)體生成。
3.長桁類零件介紹
長桁類零件作為重要的結(jié)構(gòu)支撐和連接件，在飛機(jī)中大量使用。由機(jī)復(fù)雜的氣動外形和結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)型材和銑切型材，通過模胎等進(jìn)行拉彎成型。由于模胎長期存放和反復(fù)使用，部分存在不同程度損壞或?qū)嵨飻?shù)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(shù)進(jìn)行模型的數(shù)據(jù)采集，構(gòu)建三維數(shù)模，實(shí)現(xiàn)模型的數(shù)字化制造。
4.逆向數(shù)據(jù)獲取
長桁類零件作為飛機(jī)上的重要結(jié)構(gòu)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(fù)雜。因此首先將零件安放在工裝上進(jìn)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(jìn)行掃描，其原理為激光三角測量法。
5.逆向數(shù)據(jù)導(dǎo)入
在CATIA軟件中新建Part文件以后，進(jìn)入“Digitized Shape Editor”模塊。在導(dǎo)入點(diǎn)云文件時，要將中的“Samplng”（采樣百分比）項(xiàng)設(shè)置為“100%”，即將點(diǎn)云文件全部導(dǎo)入，“Scale factor”（比例因子）項(xiàng)設(shè)置為“1”，點(diǎn)擊Apply后，在“Statistics”中會顯示加載數(shù)據(jù)文件的信息，點(diǎn)擊確定后，數(shù)據(jù)即被導(dǎo)入當(dāng)前模型中。
6.逆向數(shù)據(jù)處理
對點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理主要包括多視點(diǎn)云的拼合、噪聲點(diǎn)的去除、點(diǎn)云數(shù)據(jù)精簡和補(bǔ)缺、以及點(diǎn)云的三角網(wǎng)格化等方面的內(nèi)容。對于多余點(diǎn)云掃描數(shù)據(jù)的篩選，主要應(yīng)用弦高差法，應(yīng)用此方法后在被測曲面曲率較小區(qū)域處去除的點(diǎn)比較多，曲率較大區(qū)域處去除的點(diǎn)比較少，能夠較好地保留零件完整特征。
7.長桁曲面
7.1 構(gòu)造長桁兩側(cè)曲面
對于長桁曲面，進(jìn)入Quick Surface Reconstruction模塊中，對長桁點(diǎn)云進(jìn)行合理分塊，首先拾取一側(cè)面的點(diǎn)云（即網(wǎng)格面），采用強(qiáng)力擬合或網(wǎng)格曲面生成大曲面塊，保證曲面的精確度。當(dāng)曲面塊較小時，可進(jìn)行四周延伸，另一側(cè)應(yīng)用相同方法進(jìn)行造。對于下陷部分，將下陷兩端的曲面塊分別構(gòu)造，對于下陷部分采用橋接進(jìn)行設(shè)計(jì)。
7.2 長桁寬度設(shè)計(jì)
對于長桁寬度，主要依據(jù)點(diǎn)云和尺寸設(shè)計(jì)。依據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)采用3D曲線方法進(jìn)行長桁寬度邊界設(shè)計(jì)，保證邊界過度均勻平滑（圖1）。
7.3 長桁曲面的偏差分析
數(shù)模的曲面品質(zhì)通常包括平滑光順程度與連續(xù)性等，可采用控制頂點(diǎn)、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(shí)現(xiàn)曲面的內(nèi)部品質(zhì)和拼接連續(xù)性的評價(jià)。
對長桁曲面進(jìn)行點(diǎn)云與曲面偏差分析，偏差0.2mm內(nèi)為96.67%，精度較高，滿足曲面構(gòu)造要求（圖2）。對曲面進(jìn)行斑馬線分析，曲面表面較光滑連續(xù)，黑色部分無尖角，曲面質(zhì)量較好，符合使用要求（圖3）。
8.逆向建模總結(jié)和分析
采用逆向掃描建模方法改變了傳統(tǒng)逆向技術(shù)只停留在曲面的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的理念，采用正向逆向相結(jié)合的設(shè)計(jì)思路，能夠有效解決老舊實(shí)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(shí)解決零件生產(chǎn)、裝配中的疑難問題。該方法所建立的長桁模型尺寸準(zhǔn)確、長桁表面質(zhì)量高，能夠很好滿足零件生產(chǎn)、裝配。采用反向思維，解決以往的零件生產(chǎn)的模擬量傳遞制造的嚴(yán)重手工依賴性。采用數(shù)字化三維建模方法，實(shí)現(xiàn)零件的數(shù)字化制造和維護(hù)，有效提高生產(chǎn)效率和零件質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：文化傳播；虛擬漫游；三維可視化；動態(tài)交互
中圖分類號：G202 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2017）05-0070-03
引言
歷史文化遺產(chǎn)是人類文明與智慧的結(jié)晶，山西省大同市作為一座歷史名城和曾經(jīng)的北魏國都，有著以云岡石窟為代表的一系列北魏物質(zhì)文化遺產(chǎn)，但這些文化遺產(chǎn)歷經(jīng)歲月的洗禮后，出現(xiàn)了不同程度的損壞。使用傳統(tǒng)技術(shù)手段對文物進(jìn)行保護(hù)，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(tài)和當(dāng)時條件下一些相關(guān)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(shù)，能夠使上述問題得到妥善解決。
云岡石窟景點(diǎn)中使用三維可視化技術(shù)的特點(diǎn)
近年來，我國在文物考古方面使用了一系列的三維數(shù)字建模和三維可視化技術(shù)，有很多成功之作，如陜西兵馬俑的數(shù)字化景區(qū)旅游的實(shí)現(xiàn)等。這些實(shí)踐對三維數(shù)字建模技術(shù)在文化遺產(chǎn)保護(hù)上的進(jìn)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(shù)在云岡石窟的應(yīng)用中有自身顯著的優(yōu)勢：①利用三維可視化技術(shù)，易與使用者交互，實(shí)現(xiàn)對云岡石窟各景點(diǎn)的實(shí)時動態(tài)查詢功能；②采用二維地圖與三維虛擬景點(diǎn)場景相結(jié)合的表現(xiàn)方式，使用戶既能享受常規(guī)二維地圖表現(xiàn)出來的優(yōu)越方位感，又能得到三維技術(shù)呈現(xiàn)的真實(shí)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(shù)，營造更為自然和逼真的室內(nèi)外漫游視覺體驗(yàn)；④景點(diǎn)整體的介紹和各窟的具體介紹都配備有實(shí)時的語音解說功能，使用戶隨時都有緊跟導(dǎo)游介紹、身臨其境的真實(shí)感；⑤景點(diǎn)大到整個場景，小到每個構(gòu)件，都附有詳細(xì)的多媒體資料，如相關(guān)的圖片、文本、動畫、音視等信息，這些資料結(jié)合實(shí)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(jià)值。
三維可視化技術(shù)在云岡石窟中的應(yīng)用
筆者所采用的建模工具為3ds Max，數(shù)據(jù)庫管理工具為SQLServer 2005，動畫制作軟件為Flash。
1.搭建總體設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)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(chǔ)，通過實(shí)地拍照處理和在互聯(lián)網(wǎng)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(jìn)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(chuàng)建完整的場景，包括地形、周邊環(huán)境等，搭建過程是在3ds Max中完成，最后導(dǎo)入U(xiǎn)nity 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(qū)各景點(diǎn)介紹。
（5）漫游處理。在Unity 3D中實(shí)現(xiàn)漫游功能，實(shí)現(xiàn)實(shí)時對各景點(diǎn)查詢。
（6）功能實(shí)現(xiàn)。在第五步實(shí)現(xiàn)了漫游，接著給各場景的布局實(shí)物上建立按鈕，實(shí)現(xiàn)與用戶的交互，該過程中會使用到SQL Server數(shù)據(jù)庫，在其中搭建好數(shù)據(jù)庫后與Unity進(jìn)行連接，通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)調(diào)出數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)各用戶的操作。
（7）后期進(jìn)行觀察和完善。對不滿意的地方進(jìn)行修改并不斷完善，以達(dá)到預(yù)期的效果。
2.三維可視化技術(shù)在云岡石窟中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
（1）模型的搭建與設(shè)計(jì)。
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(jié)構(gòu)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(yīng)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(zhuǎn)換為可編輯多邊形進(jìn)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(nèi)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(shè)計(jì)是人與機(jī)器之間傳遞和交換信息的媒介，為了更好地表現(xiàn)云岡的文化風(fēng)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(diào)，搭配藍(lán)天白云，視覺清晰。通過點(diǎn)擊按鈕“石窟區(qū)”“游覽區(qū)”即可選擇想去的景點(diǎn)。登錄后的界面如圖2所示。
點(diǎn)擊進(jìn)入游覽區(qū)，使用鼠標(biāo)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(qū)、曇曜廣場、佛光大道、靈巖寺等，點(diǎn)擊右下角的地圖可彈出放大并快捷選擇到達(dá)目的地，效果如圖3所示。
通過登錄后的界面選擇和游覽區(qū)的地圖點(diǎn)擊都可以方便地到達(dá)石窟群區(qū)，石窟區(qū)首界面設(shè)計(jì)簡潔，并嵌入了關(guān)于景點(diǎn)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(dá)的窟穴，也可以通過鼠標(biāo)操作實(shí)現(xiàn)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(yán)，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(rèn)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(diǎn)擊在第六窟中對應(yīng)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(jié)束語
本文筆者基于三維可視化技術(shù)，使用Unity3D、3ds Max等工具，為云岡石窟景點(diǎn)提供了翔實(shí)的數(shù)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(shè)計(jì)方式和細(xì)節(jié)，除了可視化技術(shù)一般的景點(diǎn)縮放、平移、旋轉(zhuǎn)和自由漫游等人機(jī)交互功能外，筆者還將重點(diǎn)放在多模態(tài)可視化、室內(nèi)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(guān)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(diǎn)的文化傳承和傳播起到一定的作用。
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1風(fēng)扇葉片表面數(shù)據(jù)采集
本論文所研究的風(fēng)扇葉片外形復(fù)雜，主要由若干自由曲面組成，采用傳統(tǒng)的測繪方法難以精確測量。最終采用上海塑造機(jī)電科技有限公司所生產(chǎn)的3DSS-STD-I（I標(biāo)準(zhǔn)型）三維掃描儀，精確、高效地完成了風(fēng)扇葉片表面的數(shù)據(jù)采集。為防止環(huán)境光源對設(shè)備采集數(shù)據(jù)的干擾，必須保證環(huán)境光線不能太亮。調(diào)整并開啟三維掃描儀后，采用5步標(biāo)定法校準(zhǔn)設(shè)備。掃描前，在風(fēng)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(diǎn)。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(qū)域拼接起來以獲得風(fēng)扇葉片外形的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，由于該風(fēng)扇葉片具有對稱性，掃描時選擇其中一片扇葉進(jìn)行完整的掃描和數(shù)據(jù)處理，掃描完成后得到的模型點(diǎn)云。
2數(shù)據(jù)處理與模型重建
運(yùn)用Geomagic軟件處理掃描儀測得的風(fēng)扇葉片表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榍婺Ｐ汀Ｔ趻呙鑳x采集數(shù)據(jù)時，由于測量方法、誤差處理方式及周圍環(huán)境等因素的影響，采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進(jìn)行編輯處理。刪除不需要的點(diǎn)數(shù)據(jù)，過濾噪聲。對于采點(diǎn)盲區(qū)，可采用填充命令進(jìn)行修補(bǔ)。對原始點(diǎn)云進(jìn)行去噪平滑處理，這樣修補(bǔ)后的模型整體光順性可得到進(jìn)一步提高。
3風(fēng)扇葉片注塑模具設(shè)計(jì)
在逆向工程的基礎(chǔ)上，在UG注塑模具設(shè)計(jì)（MoldWizard）模塊中，對該風(fēng)扇葉片進(jìn)行了注塑模設(shè)計(jì)。模具設(shè)計(jì)的基本流程如下：導(dǎo)入制件三維實(shí)體模型；對設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行初始化，加載實(shí)體模型，確定材料及收縮率；分析實(shí)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(tǒng)等；修補(bǔ)開方面，定義分型面；生成型芯、型腔等工作部件；加入標(biāo)準(zhǔn)模架、推桿、滑塊等部件；設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)；完善設(shè)計(jì)圖紙等。根據(jù)該塑件外觀質(zhì)量及尺寸精度要求，選用模具為一模一腔單分型面模具。結(jié)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(chǎn)品外觀的完整性。型芯、型腔由系統(tǒng)自動生成。
4結(jié)論
本文以逆向工程技術(shù)為基礎(chǔ)，采用三維掃描儀，對風(fēng)扇葉片進(jìn)行了表面數(shù)據(jù)采集，用Geomagic軟件對測量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，精確、快速的重構(gòu)該產(chǎn)品的曲面模型，再用UG軟件進(jìn)行曲面的擬合和修改，最終得到高精度的三維實(shí)體模型。最后，在UG注塑模具設(shè)計(jì)（MoldWizard）模塊中，對該產(chǎn)品進(jìn)行了注塑模設(shè)計(jì)。逆向工程技術(shù)是全新的制造技術(shù)信息化、科學(xué)化的系統(tǒng)工程，為模具設(shè)計(jì)與制造開辟了新途徑。現(xiàn)代幾何信息數(shù)字化獲取技術(shù)和以UG為代表的三維造型技術(shù)，為逆向工程提供了強(qiáng)有力的模型設(shè)計(jì)工具。逆向工程作為一項(xiàng)新技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)和制造方面，能大大地縮短設(shè)計(jì)制造周期。實(shí)踐證明，將逆向工程技術(shù)應(yīng)用到注塑模具設(shè)計(jì)中，可以在沒有產(chǎn)品圖紙的情況下，進(jìn)行模型的模具數(shù)字化設(shè)計(jì)，大大提高了模具精度，縮短了開發(fā)周期，快速響應(yīng)市場，提高企業(yè)競爭力。在消化、吸收先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以加快我國自主開發(fā)創(chuàng)新的步伐。
作者:李東鋒彭浩舸張利君單位:湖南工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院
關(guān)鍵詞：礦山，建設(shè)，方法
1.引言
21世紀(jì)是各種技術(shù)飛速發(fā)展的時期，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化已成為知識經(jīng)濟(jì)的重要標(biāo)志，通訊、信息和自動化生產(chǎn)及檢測技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用已經(jīng)深刻地影響和改變著傳統(tǒng)的礦業(yè)生產(chǎn)。數(shù)字礦山實(shí)際就是以礦山系統(tǒng)為原型，以礦山科學(xué)、信息科學(xué)、人工智能為理論基礎(chǔ)，通過采用現(xiàn)代信息、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)支撐、傳感器和過程智能控制技術(shù)，在礦山企業(yè)生產(chǎn)活動的三維尺度范圍內(nèi)，對礦山生產(chǎn)、經(jīng)營與管理的各個環(huán)節(jié)及生產(chǎn)要素實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)生產(chǎn)的安全、高效和低耗，達(dá)到礦山資源管理和生產(chǎn)的最優(yōu)化。
2.數(shù)字礦山概述
2.1數(shù)字礦山概念
數(shù)字礦山就是指在礦山范圍內(nèi)建立一個以三維坐標(biāo)為主線,將礦山信息構(gòu)建成一個礦山信息模型,描述礦山中每一點(diǎn)的全部信息。按三維坐標(biāo)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(guān)人員都可以快速準(zhǔn)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(shù)字礦山意義
數(shù)字礦山可將企業(yè)的安全生產(chǎn)與經(jīng)營管理業(yè)務(wù)流程數(shù)字化并加工成新的信息資源,迅速準(zhǔn)確地提供給各層次的管理者及時掌握動態(tài)業(yè)務(wù)中的一切信息,以做出有利于生產(chǎn)要素組合優(yōu)化的決策,使企業(yè)資源合理配置,從而使企業(yè)能夠適應(yīng)瞬息萬變的市場經(jīng)濟(jì)競爭環(huán)境,求得最大的經(jīng)濟(jì)效益。
2.3數(shù)字礦山的特征
2.3.1實(shí)時的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。數(shù)字礦山技術(shù)環(huán)境下，理論上講礦山數(shù)據(jù)庫實(shí)時更新，井下工程數(shù)據(jù)可以實(shí)時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫，井下瓦斯傳感器實(shí)時監(jiān)測各處瓦斯含量，并實(shí)時反映到監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)上，井下現(xiàn)實(shí)狀態(tài)真實(shí)地、實(shí)時地反映出來，克服了傳統(tǒng)滯后性，提高了礦山工程的科學(xué)性。
2.3.2礦業(yè)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)化。數(shù)字礦山的核心就是數(shù)據(jù)倉庫。科技論文。整個礦山的問題都與礦業(yè)地理信息有關(guān)，所以事件必須與準(zhǔn)確的地理信息數(shù)據(jù)緊密聯(lián)系。真正做到從數(shù)據(jù)收集、處理、融合、設(shè)備跟蹤、動態(tài)定位、調(diào)度指揮的全過程系統(tǒng)化。
2.3.3三維模擬系統(tǒng)。建立起虛擬礦山，進(jìn)行礦山的模擬運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)輸系統(tǒng)模擬運(yùn)轉(zhuǎn)、通風(fēng)系統(tǒng)的模擬運(yùn)轉(zhuǎn)、電路電機(jī)系統(tǒng)的模擬運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行礦井開拓設(shè)計(jì)對比，突發(fā)事故搶險(xiǎn)演習(xí)等等，還可以對礦工進(jìn)行虛擬的井下條件培訓(xùn)，提高他們的安全意識和工作效率。
3.數(shù)字礦山建設(shè)
3.1數(shù)字礦山建設(shè)現(xiàn)狀
目前，我國數(shù)字礦山建設(shè)現(xiàn)狀成果喜人，一批產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合的數(shù)字礦山建設(shè)優(yōu)秀項(xiàng)目與成果脫穎而出。其特點(diǎn)可概括為：
（1）各行業(yè)競相建設(shè)：煤炭、冶金、有色、黃金、非金屬等礦山競相開展了多種數(shù)字礦山技術(shù)開發(fā)與示范工程建設(shè)，并在技術(shù)先進(jìn)性、建設(shè)效果等方面相互超越。
（2）建設(shè)重點(diǎn)各不相同：目前的數(shù)字礦山工程建設(shè)形式多樣，有的以O(shè)A&ERP為主，有的以面向地質(zhì)測量、一通三防、采掘設(shè)計(jì)為主，有的以人員定位、光纖環(huán)網(wǎng)、井下通訊系統(tǒng)為主，也有的以卡車調(diào)度、監(jiān)測監(jiān)控、安全檢查系統(tǒng)為主。
（3）建設(shè)起點(diǎn)差別較大：由于各礦山行業(yè)、各生產(chǎn)礦井的信息化水平不同，基礎(chǔ)條件和技術(shù)力量差異較大，因此具體實(shí)施數(shù)字礦山工程建設(shè)，存在改造提升、技術(shù)跨越和技術(shù)研發(fā)3種基本形態(tài)。
3.2 數(shù)字礦山建設(shè)
本文主要論述基于3S技術(shù)的數(shù)字礦山建設(shè)。3S技術(shù)在礦山建設(shè)中廣泛應(yīng)用。GPS除廣泛應(yīng)用于礦區(qū)控制及地面測量外，在變形監(jiān)測、卡車調(diào)度等方面也得到了應(yīng)用；RS近年已發(fā)展成為礦區(qū)生態(tài)環(huán)境受采礦影響的監(jiān)測、調(diào)查與分析的重要手段；GIS在礦業(yè)界出現(xiàn)了應(yīng)用推廣與理論研究并重的局面。
3.2.1 GPS在數(shù)字礦山建設(shè)中的應(yīng)用
（1）目前，通過研究GPS的WGS-84坐標(biāo)系與我國國家大地坐標(biāo)系以及礦區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)系之間相互轉(zhuǎn)換的問題，提出基于Delaunay三角網(wǎng)的游動9參數(shù)等一系列坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法，以滿足礦區(qū)控制網(wǎng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的實(shí)際需要。
（2）我國一些露天煤礦成功應(yīng)用了卡車計(jì)算機(jī)調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行礦山生產(chǎn)的指揮調(diào)度。借助無線通信和GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng),將收集到的各種數(shù)據(jù)和邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時地傳送到中央計(jì)算機(jī),由中央計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和調(diào)度,最終建立起一條數(shù)字化生產(chǎn)指揮控制鏈,提高了設(shè)備的臺時效率,實(shí)現(xiàn)了采礦作業(yè)的最優(yōu)化,鉆機(jī)管理部分利用高精度GPS定位系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了爆破孔的自動定位。
3.2.2 RS技術(shù)在數(shù)字礦山建設(shè)中的應(yīng)用
（1）礦產(chǎn)資源開采狀況遙感動態(tài)監(jiān)測。所謂礦產(chǎn)資源開采狀況動態(tài)監(jiān)測，是將不同時相的礦區(qū)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從空間和數(shù)量上分析其動態(tài)變化特征及未來發(fā)展趨勢。目前礦山遙感動態(tài)監(jiān)測提取信息的方法主要有人機(jī)交互式方法和計(jì)算機(jī)自動提取方法。人機(jī)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(zhì)災(zāi)害遙感監(jiān)測。地質(zhì)災(zāi)害是礦山生產(chǎn)與礦區(qū)發(fā)展的重要影響因素。地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生是一個時空動態(tài)過程，遙感應(yīng)用于防災(zāi)減災(zāi)主要包括三個階段：災(zāi)害發(fā)生前對孕災(zāi)因子、背景信息的獲取、管理與預(yù)處理，并進(jìn)行災(zāi)害預(yù)報(bào)；災(zāi)害發(fā)生過程中對災(zāi)情的實(shí)時動態(tài)監(jiān)測，提供救災(zāi)減災(zāi)需要的空間和專題信息，并進(jìn)行信息分析、優(yōu)化決策等；災(zāi)害發(fā)生后對災(zāi)情進(jìn)行綜合分析和災(zāi)害損失評估，為災(zāi)后重建提供信息基礎(chǔ)和分析。
3.2.3 GIS技術(shù)在數(shù)字礦山建設(shè)中的應(yīng)用基于GIS技術(shù)的礦業(yè)地理信息系統(tǒng)(MGIS)，是實(shí)現(xiàn)礦山信息化的最重要的工具之一。MGIS以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上建立一個長期穩(wěn)定運(yùn)行的分布式系統(tǒng)為目的，從而實(shí)現(xiàn)礦山企業(yè)中各種信息資源的共享，為“數(shù)字礦山”的實(shí)現(xiàn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
MGIS的功能主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）礦山信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理。針對礦山數(shù)據(jù)信息的復(fù)雜性、海量性、不確定性和動態(tài)多源、多精度、多時相和多尺度性的特點(diǎn)，為統(tǒng)一管理和共享數(shù)據(jù)，必須研究一種新型的空間數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)，其中包括礦山數(shù)據(jù)的分類組織、分類編碼、元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、高效檢索、快速更新與分布式管理。而從海量的礦山數(shù)據(jù)中提取專題信息、發(fā)掘隱含規(guī)律也是空間數(shù)據(jù)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(qū)中，“圖查屬性”、“屬性查圖”、空間緩沖區(qū)分析、疊加分析、網(wǎng)絡(luò)分析等功能，可以用于采礦過程中保安煤粒的設(shè)計(jì)、各水平煤層共同要素的提取、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與實(shí)施等。科技論文。
（3）礦區(qū)制圖功能。MGIS系統(tǒng)能夠提供各種機(jī)制的高品質(zhì)的數(shù)字礦圖，如礦井開拓圖、礦區(qū)地形圖、礦區(qū)土地利用圖、礦床產(chǎn)狀圖、采掘工程圖、井上下對照圖等。
4.結(jié)束語
數(shù)字礦山是礦業(yè)科技創(chuàng)新的核心方向，是礦山可持續(xù)發(fā)展的保障。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字礦山將會很快在礦山生產(chǎn)中推廣應(yīng)用，數(shù)字礦山的強(qiáng)大功能及在礦山生產(chǎn)中的重要性將會在日后的應(yīng)用中逐步體現(xiàn)出來。
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關(guān)鍵詞：日式動畫風(fēng)格；非真實(shí)感渲染；賽璐珞著色法
一、概述
由于傳統(tǒng)的手工上色耗費(fèi)大量的時間以及成本，數(shù)字化的無紙動畫上色也僅僅是將制作過程變成手工計(jì)算機(jī)上色，仍然需要耗費(fèi)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(xiàn)一種技術(shù)可以減少這種勞動密集型的上色修型作業(yè)，提高效率，同時進(jìn)一步改善并統(tǒng)一動畫圖形品質(zhì)，減少項(xiàng)目的運(yùn)作風(fēng)險(xiǎn)。
文介紹了一種卡通動畫渲染技術(shù)，使得上色過程自動化，如圖1左邊我們對角色進(jìn)行數(shù)字化建模的過程，運(yùn)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(shù)字動畫軟件對二維角色進(jìn)行數(shù)字模型化，我們運(yùn)用抽象的渲染風(fēng)格技術(shù)進(jìn)行渲染，會讓人聯(lián)想到是卡通手繪的角色
在該技術(shù)研究中我們采用較為成熟的日式卡通風(fēng)格，來作為衡量我們技術(shù)實(shí)用性，通過我們制定shader以及數(shù)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(shù)，例如顏色，高光特性，對比關(guān)系，等參數(shù)控制最終的渲染結(jié)果。同時我們改進(jìn)相關(guān)的流程使得流程高效易用，并能很好的適用于實(shí)際的商業(yè)動畫項(xiàng)目中。
二、相關(guān)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?yàn)殇秩舅惴ū旧硎峭ㄓ玫模\(yùn)用不同的算法我們可以計(jì)算真實(shí)感圖形以及非真實(shí)感圖形的計(jì)算。我們知道我們一般所制作的數(shù)字模型都是依據(jù)真實(shí)的光照標(biāo)準(zhǔn)來制作的。這種數(shù)學(xué)模型稱為光照模型，這種模型可以用描述物體表面光強(qiáng)度的物理公式推導(dǎo)出來。給予計(jì)算機(jī)生成的圖形最基本的真實(shí)性。但是三維數(shù)字卡通形象都是以非真實(shí)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(jìn)行適當(dāng)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(tǒng)一的著色”。依據(jù)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(huán)境光照情況。而且對于日式卡通渲染圖形來說，重點(diǎn)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(dāng)光線照在物體上的時候，物體的顏色會依據(jù)光照強(qiáng)度的衰減出現(xiàn)平滑的明暗變化，這會讓物體看起來更為真實(shí)，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(qū)分出來，且參數(shù)可以隨意控制光和影的色值，簡單的做法就是給光照強(qiáng)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(qū)別于真實(shí)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(jù)光照變化而產(chǎn)生變化，在很多地方會限制效果的發(fā)揮，大部分時候需要光影動態(tài)計(jì)算方式，使得整體畫面視覺效果統(tǒng)一。
3.勾線
運(yùn)用3D技術(shù)來為三維角色生成理想的輪廓線，是我們研究的重點(diǎn)，基本的要求是用黑色像素沿著物體的輪廓和邊緣進(jìn)行填色 當(dāng)視角點(diǎn)改變時，輪廓線也跟隨改變正確的渲染和計(jì)算。
下面是我提出的模擬手繪渲染邊線的解決辦法。
轉(zhuǎn)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(biāo)紋理。再獲得了法線和顏色的渲染目標(biāo)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(jì)算三維物體在攝像機(jī)下空間坐標(biāo)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(diǎn)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(jù)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(jìn)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(dú)立的渲染邊緣線好處就是可以獨(dú)立的處理這些邊緣線效果，我們可以按照自己預(yù)期的藝術(shù)效果，對渲染出的輪廓線進(jìn)行手工二次修改或修正。
運(yùn)用這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于：一是運(yùn)用計(jì)算機(jī)批量生成動畫線稿的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，這比用傳統(tǒng)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(jié)約成本和大量的制作時間；二是與全3D動畫相比，技術(shù)要求門檻比較低，即使在渲染中出現(xiàn)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(jìn)一步延伸：通過限制制作normal map貼圖來提升角色細(xì)節(jié)，使得模型面數(shù)大大降低，
通過用最少的點(diǎn)、線、面建模提高運(yùn)行效率。渲染出明確、清晰的輪廓線和陰影線，以便于進(jìn)行2D 手繪填色，或?qū)吘壿喞€添加手繪貼圖材質(zhì)，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(diǎn)。運(yùn)用后期來處理來勾線提藝術(shù)家自由發(fā)揮的空間。
三、結(jié)論
我們已提出了二維風(fēng)格渲染方法，這些都源運(yùn)用不同的算法控制技術(shù)，使得模型能夠產(chǎn)生色彩邊界，強(qiáng)調(diào)形狀以及邊界，使得能夠表現(xiàn)各類非真實(shí)效果 。 我們通過這種方法模擬，使用程序化的三維渲染技術(shù)與傳統(tǒng)手工動畫角色視覺表現(xiàn)幾乎一致，與傳統(tǒng)手繪角色同樣具有表現(xiàn)力。我們的方法的主要優(yōu)點(diǎn)是：該技術(shù)易于使用并可很好的整合在動畫制作流程當(dāng)中，成本相對于傳統(tǒng)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(zhì)二維動畫出來。運(yùn)用這種方法和技術(shù)，充分利用計(jì)算機(jī)的資源，減少勞動密集型的傳統(tǒng)動畫作業(yè)方式，提升效率降低動畫項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)營成本。雖然該技術(shù)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(xì)致的參數(shù)調(diào)整，雖然這些參數(shù)需要被手動設(shè)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(chǎn)生人信服程二維卡通角色。
本課題系南昌大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院科研立項(xiàng)項(xiàng)目。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】巖土工程；數(shù)字化勘察；應(yīng)用方法
1. 引言
巖土工程勘察是工程設(shè)計(jì)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(fēng)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(shù)據(jù)，巖土工程技術(shù)人員較難直接利用它們再去分析場地中工程地質(zhì)參數(shù)的分布規(guī)律，更何況傳統(tǒng)的巖土工程資料分析和解釋一般都局限于二維、靜態(tài)的表達(dá)，這種表達(dá)描述空間構(gòu)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(guī)律，難以使人們直接、完整、準(zhǔn)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(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)的完善，已經(jīng)完全可以集成以巖土工程建模、巖土工程數(shù)字化、巖土工程數(shù)據(jù)庫管理、巖土工程特性分析、巖土工程地質(zhì)解釋以及空間分析和預(yù)測、地學(xué)統(tǒng)計(jì)和圖形可視化的一體化系統(tǒng)，繼而發(fā)展成為現(xiàn)代化、信息化為一體的巖土工程勘察數(shù)字化新體系。本論文就將主要對數(shù)字化的巖土工程勘察進(jìn)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(tǒng)的巖土工程勘察方法存在的問題。
(1)勘察資料過于地質(zhì)化。 由于部門長期的條塊分割，勘察、設(shè)計(jì)分散作業(yè)，加之巖土工程規(guī)范制定和新技術(shù)、新方法應(yīng)用的滯后，以及專業(yè)設(shè)置過細(xì)，巖土工程本身的特殊性等原因，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)人員難以理解的形式出現(xiàn)，而且勘察也較難參與設(shè)計(jì)的全過程；設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中的轉(zhuǎn)化率較低，造成許多不應(yīng)有的浪費(fèi)和損失。
(2)數(shù)字化地圖與數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)間不夠貫通。 地形圖是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的底圖或稱基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，由于數(shù)字化地圖中的某些環(huán)節(jié)技術(shù)條件不成熟，與CAD設(shè)計(jì)軟件的接口不匹配，很難順利實(shí)現(xiàn)對接，設(shè)計(jì)系統(tǒng)不得不重新將勘察資料數(shù)字化，影響了設(shè)計(jì)系統(tǒng)CAD的推廣應(yīng)用。
(3)勘察信息數(shù)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(nèi)容上定性描述較多。這一方面造成設(shè)計(jì)人員對于勘察信息難于準(zhǔn)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(shù)字化勘察技術(shù)概述。數(shù)字化巖土工程勘察是指應(yīng)用當(dāng)代測繪技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和CAD技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)及其軟件，把一個工程項(xiàng)目的所有信息(勘察、設(shè)計(jì)、進(jìn)度、計(jì)劃、變更等數(shù)據(jù))有機(jī)地集成起來，建立綜合的計(jì)算機(jī)輔助信息流程，使勘察設(shè)計(jì)的技術(shù)手段從手工方式向現(xiàn)代化CAD技術(shù)轉(zhuǎn)變，作到數(shù)據(jù)采集信息化、勘察資料處理數(shù)字化、硬件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、圖文處理自動化，逐步形成和建立適應(yīng)多專業(yè)、多工種生產(chǎn)的高效益、高柔性、智能化的工程勘察設(shè)計(jì)體系。該技術(shù)體系用系統(tǒng)工程觀點(diǎn)，把勘察、設(shè)計(jì)的圖紙、圖像、表格、文字等以數(shù)字化形式存貯，供各專業(yè)設(shè)計(jì)使用。
3. 數(shù)字化巖土工程勘察應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)探討
3.1 巖土工程數(shù)字化建模方法。
（1）巖土工程地質(zhì)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(shù)字表面模型)的歷史較早，它的基本內(nèi)容就是通過精確的表示出工程地質(zhì)體的外表面來表示均質(zhì)地質(zhì)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(shù)據(jù)來源是通過測點(diǎn)獲得的一系列離散的測點(diǎn)資料，包括測點(diǎn)的幾何特征數(shù)據(jù)和屬性特征數(shù)據(jù)，然后利用數(shù)據(jù)解釋結(jié)果重構(gòu)地質(zhì)體界面。可以抽象為把一系列同屬性的點(diǎn)按照一定的規(guī)則連接起來，構(gòu)成網(wǎng)狀曲面片，進(jìn)而確定整個地質(zhì)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(shù)學(xué)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(guī)則格網(wǎng)法、等值線法、不規(guī)則格網(wǎng)法等，其中不規(guī)則格網(wǎng)法是本系統(tǒng)選用的模型表示法，將做詳細(xì)分析討論。
（2）不規(guī)則格網(wǎng)法(TIN)是將區(qū)域內(nèi)有限個點(diǎn)將區(qū)域劃分為相連的三角面網(wǎng)絡(luò)。區(qū)域中任意點(diǎn)落在三角面的頂點(diǎn)、邊上或三角形內(nèi)，如果任意點(diǎn)不在頂點(diǎn)上，則該點(diǎn)的數(shù)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(diǎn)的高程，在三角形內(nèi)則用三個頂點(diǎn)的高程)，所以TIN是一個三維空間的分段線性模型，在整個區(qū)域內(nèi)連續(xù)但不可微。有許多種表達(dá)TIN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(jié)點(diǎn)都對應(yīng)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(diǎn)的記錄的指針；也可以直接對每個三角形記錄其頂點(diǎn)和相鄰三角形。每個節(jié)點(diǎn)包括三個坐標(biāo)值的字段，分別存儲X，Y，Z坐標(biāo)。這種拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：對于給定一個三角形，查詢其三個頂點(diǎn)屬性和相鄰三角形所用的時間是定長的。它在沿直線計(jì)算地形剖面線時具有較高的效率，當(dāng)然可以在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加其它變化，以提高某些特殊運(yùn)算的效率。
3.2 數(shù)字化巖土勘察工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。基于GIS的巖土工程勘察涉及到的原始數(shù)據(jù)主要為地理信息方面的空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源包括：
3.2.1 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)這些數(shù)據(jù)主要包括：
（1）自然區(qū)劃圖。 該圖反映被研究區(qū)域的地理區(qū)劃、河流、道路、居民區(qū)、山川、公共設(shè)施等等自然地理信息。
（2）地形、地貌圖。 該圖反映被研究區(qū)域的自然地貌情況。
3.2.2 巖土工程勘察數(shù)據(jù)這些數(shù)據(jù)主要包括： 所研究區(qū)域的工程地質(zhì)勘探資料。 經(jīng)過篩選、處理的各勘探點(diǎn)包括地理、環(huán)境、土的物理力學(xué)指標(biāo)在內(nèi)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(shù)、特征周期、年代、沉積相等。 結(jié)合上述分析，數(shù)字化巖土勘察工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以按以下幾個步驟實(shí)施構(gòu)建：
（1）巖土工程勘察數(shù)據(jù)庫的概念模型設(shè)計(jì)。 巖土工程勘察數(shù)據(jù)庫管理作為巖土工程勘察數(shù)字化系統(tǒng)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作是一個數(shù)據(jù)密集、處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用問題，為了能獲得反映信息世界的概念性數(shù)據(jù)模型，將與實(shí)體和聯(lián)系相關(guān)的功能與行為剝離出來，僅從現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)體的數(shù)據(jù)側(cè)面來建立模型即研究數(shù)據(jù)對象與屬性及其關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上建立相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)。
（2）數(shù)據(jù)庫建立實(shí)現(xiàn)。 巖土工程一體化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)有三類：用戶輸入的原始數(shù)據(jù)、系統(tǒng)生成的中間數(shù)據(jù)及最終數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)由測點(diǎn)數(shù)據(jù)組成，而測點(diǎn)數(shù)據(jù)又由測點(diǎn)幾何屬性數(shù)據(jù)(位置)和測點(diǎn)信息屬性數(shù)據(jù)；中間數(shù)據(jù)包括根據(jù)原始數(shù)據(jù)系統(tǒng)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(jù)這些模型可以生成用戶需要的各種圖件，還可以進(jìn)行各種信息查詢操作；最終數(shù)據(jù)種類繁多，主要是根據(jù)用戶需要由中間數(shù)據(jù)生成，包括圖形資料和文檔資料(如地質(zhì)勘察報(bào)告等)。
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一個以自然的視、聽、觸等功能感受的三維環(huán)境，人們可以方便地對生成的“虛擬世界”進(jìn)行交互式的觀察、分析、操作和控制。它以仿真方式給用戶創(chuàng)造了一個實(shí)時反映實(shí)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(huán)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(diǎn)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建出逼真的礦山工程環(huán)境對優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)用價(jià)值。
為了給用戶創(chuàng)建一個能使其感到身臨其境和沉浸其中的環(huán)境，必要的條件就是根據(jù)需要能在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)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(shí)對象酷似，而且要求在形態(tài)、光照、質(zhì)感等方面十分逼真。
目前，相關(guān)軟件發(fā)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(gòu)建軟件
MultiGenCreator是美國MultiGenParadigm公司開發(fā)的三維建模軟件，廣泛用于視景仿真、虛擬城市、模擬設(shè)計(jì)、交互式游戲等。它在滿足實(shí)時性的前提下可生成逼真的場景，可進(jìn)行多邊形建模、矢量建模和地形生成。它的層次細(xì)節(jié)、多邊形篩選、邏輯篩選、繪圖優(yōu)先級、自由度設(shè)置等高級功能使得其數(shù)據(jù)格式OpenFlight在實(shí)時三維領(lǐng)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(shù)據(jù)與AutoCAD和GIS軟件結(jié)合方便。
1．2支持視景生成的語言——OpenGL
應(yīng)該使用已有的商品化或標(biāo)準(zhǔn)化的圖形庫和程序設(shè)計(jì)語言來設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境，其中OpenGI(服務(wù)器)及其支持系統(tǒng)就是這樣一種可選用的圖形生成環(huán)境。OpenGI可按函數(shù)庫的形式被C語言調(diào)用，也可以被窗口系統(tǒng)直接調(diào)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(shù)組成，用以支持用戶對高質(zhì)量三維對象的圖形和圖像進(jìn)行操作。
()penGI指令的模型是客戶／服務(wù)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(zhí)行3D及2D圖型的基本操作。這些操作包括轉(zhuǎn)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(shù)，該技術(shù)提供了生成動畫效果圖形所需要的機(jī)制，使所生成的圖形能夠像電影一樣平滑運(yùn)動。
1．3視景漫游軟件
Vega是MultiGen--Paradigm公司開發(fā)的應(yīng)用于實(shí)時視景、聲音仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域的高性能軟件環(huán)境和開發(fā)平臺，由Lynx圖形化用戶接口和Vega庫組成。利用Vega庫函數(shù)可在Lynx中建立漫游所需要的場景、窗口、通道、運(yùn)動和碰撞方式，可以定義對象的初始化參數(shù)并建立對象之間的相互聯(lián)系。
2地質(zhì)構(gòu)造情況的模擬
對于礦山技術(shù)人員來說地質(zhì)構(gòu)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(xiàn)不直觀易懂，則在建井或生產(chǎn)過程中就可能發(fā)生塌方、突水等事故，造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)軟件可以根據(jù)地質(zhì)體的三維分布，使礦井的規(guī)劃設(shè)計(jì)更加直觀方便。
綜合國內(nèi)外現(xiàn)狀，三維地質(zhì)體的繪制有塊段、表面、實(shí)體和斷面建模法等。
MultiGenCreator中需要的曲面數(shù)據(jù)是ded或。dem格式，使用GIS軟件Arolnfo、用插值方法生成不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)，然后轉(zhuǎn)成USGSDEM格式，將其導(dǎo)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(zhì)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(yīng)的三維數(shù)據(jù)。如果有研究區(qū)域的紙質(zhì)地形圖，可以用掃描數(shù)字化的方法得到平面數(shù)據(jù)，按照圖上的標(biāo)注得到高程數(shù)據(jù)；如果已有該區(qū)域的電子地圖，則可直接使用或通過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換得到需要的數(shù)據(jù)；如果沒有上述數(shù)據(jù)源，則需要由野外測量獲得。
地形生成與地質(zhì)曲面生成過程類似，先用ArcInfo將地形圖上的等高線和高程點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化，把圖上標(biāo)注的高程值輸入到屬性表中，生成不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)，然后轉(zhuǎn)成USGSDEM格式將其導(dǎo)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(jìn)行數(shù)字化，得到其平面位置。將得到的*．def文件導(dǎo)入Creator，并與地形匹配。如果建筑物比較規(guī)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(fù)雜，則需要分成規(guī)則的幾部分進(jìn)行構(gòu)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(dá)。首先根據(jù)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(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)巷道的單線顯示，井筒和巷道設(shè)計(jì)要布置合理，盡量避免穿過斷層、褶曲、含水層等不良地質(zhì)構(gòu)造，盡量減少礦井建設(shè)和生產(chǎn)地面的影響。
使用MultiGenCreator進(jìn)行設(shè)計(jì)，用圓柱體表示井簡，用半圓型截面的柱體表示巖巷，然后進(jìn)行模擬生產(chǎn)，以發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中可能遇到的問題，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較和選擇。設(shè)計(jì)方案完成后可模擬不同設(shè)備、不同開采方式的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)，從而達(dá)到優(yōu)化礦井設(shè)計(jì)和生產(chǎn)系統(tǒng)的目的。綜合考慮地質(zhì)和技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等各種因素，選擇合理的方案。
5虛擬巷道系統(tǒng)的建立
虛擬巷道系統(tǒng)是對礦井真實(shí)巷道多分辨率的三維虛擬表示，建立的主要任務(wù)之一是實(shí)現(xiàn)基于web環(huán)境下的可交互的、真實(shí)巷道的三維可視化表達(dá)，用戶可以從各個角度對巷道虛擬環(huán)境進(jìn)行任意的瀏覽和觀察，并可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行各種交互。
5．1礦井巷道的建模
礦井中各種實(shí)體大多是三維實(shí)體，其表面為不規(guī)則曲面，且內(nèi)部礦體品位分布不均勻。對于礦體的外形，可用一個不規(guī)則的封閉曲面來確定。為確定礦體的范圍，要經(jīng)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(shí)體模型，可通過將現(xiàn)有的三維礦體模型中存儲的信息按照一定的規(guī)范轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可接受的格式得到。要在MuhiGenCreator中構(gòu)建三維礦井巷道模型，首先應(yīng)進(jìn)行簡單的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，這是因?yàn)镸uhiGenCreator中采用的坐標(biāo)系和地學(xué)中實(shí)際采用的坐標(biāo)系的含義有所不同。MultiGenCreator中采用的坐標(biāo)系為符合右手規(guī)則的空間坐標(biāo)系，是以MuhiGenCreator瀏覽器中用戶區(qū)的中作為其坐標(biāo)系的圓心，基底坐標(biāo)為XOZ面，y表示高程。其坐標(biāo)長度以米為單位，標(biāo)準(zhǔn)角度以弧度為單位。因此，為使它與人們通常采用的地學(xué)坐標(biāo)系保持一致，應(yīng)將原來礦井三維實(shí)體的(，Y，：)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為MuhiGenCreator坐標(biāo)系中的(，Y，Z)。轉(zhuǎn)換后的三維實(shí)體坐標(biāo)應(yīng)滿足虛擬場景中所采用的局部坐標(biāo)系顯示的需要。由于礦井實(shí)體坐標(biāo)的數(shù)值一般相當(dāng)大，而實(shí)際顯示坐標(biāo)值的前幾位高位數(shù)據(jù)對圖形形狀不產(chǎn)生任何影響，因此可將地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)各分量同時做一預(yù)選。
5．2虛擬巷道場景的繪制
對于規(guī)則格網(wǎng)構(gòu)成的礦山地表模型及礦井實(shí)體的頂?shù)装鍞?shù)字表面模型，可用ElevationGrid節(jié)點(diǎn)構(gòu)建。該節(jié)點(diǎn)能很容易有效地設(shè)計(jì)創(chuàng)建一個位于局部坐標(biāo)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(biāo)量陣列描述，陣列指定了表面每個格網(wǎng)點(diǎn)上的高度。和z方向的柵格點(diǎn)數(shù)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(diǎn)的海拔高度，基底上的每一個柵格點(diǎn)都與height矩陣中的一個海拔值相對應(yīng)；colorPerVertex域指定為TRUE或FAISE，表示color域中指定的顏色是用到ElevationGrid節(jié)點(diǎn)的每個頂點(diǎn)上(TRUE)，還是應(yīng)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(dāng)作實(shí)體。
對于由不同的三角面構(gòu)成的復(fù)雜地表模型，則需要用MUITIGENCREATO提供的萬能幾何節(jié)點(diǎn)IndexedFaceSet來創(chuàng)建，它有coord與coordlndex兩個域，與IndexedFaceSet節(jié)點(diǎn)中的兩個域類似，前者提供了一個節(jié)點(diǎn)，列出了構(gòu)造面幾種所有面的坐標(biāo)。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(nèi)的坐標(biāo)列表中的一個坐標(biāo)。在實(shí)際的創(chuàng)建過程中，要求建立三角網(wǎng)的各個三角面按照法線方向向外的法則。
6結(jié)語
應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，生成一個逼真的礦山虛擬環(huán)境(VirtualEnvironment)。這樣在礦山設(shè)計(jì)或研究階段，科研人員可以置身于礦山虛擬環(huán)境下直觀審視礦山，按照設(shè)計(jì)給定的工藝方法和參數(shù)，選擇設(shè)備及確定生產(chǎn)模式。從基建到閉坑的全過程實(shí)時監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行實(shí)時修正。設(shè)計(jì)結(jié)束后，設(shè)計(jì)單位、礦山企業(yè)可向?qū)彶檎摺⒐娬故疽粋€三維和動態(tài)的礦山。總之，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在礦山設(shè)計(jì)、技術(shù)改造、生產(chǎn)中可廣泛應(yīng)用。
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【關(guān)鍵詞】：數(shù)字技術(shù)建筑信息模型（BIM） 建筑教育體系改革
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1.前言
一提到建筑數(shù)字技術(shù)教育，首先想到的可能是一系列的軟件，除了傳統(tǒng)的AutoCAD，3Dmax，Sketchup等，還有基于建筑信息模型BIM技術(shù)的Revit 等，另外擅長曲面造型的Rhino，誠然，這些軟件的教學(xué)能讓學(xué)生掌握更多表達(dá)建筑的方法或提供更好的建筑設(shè)計(jì)的思考途徑，但是由于在教學(xué)過程中大多側(cè)重軟件使用方面的講授，忽視了與設(shè)計(jì)課的結(jié)合，同時其他專業(yè)基礎(chǔ)課與設(shè)計(jì)課在數(shù)字技術(shù)的銜接方面也不成體系，因此很難達(dá)到預(yù)期的效果。在2007年全國高等學(xué)校建筑院系建筑數(shù)字技術(shù)教學(xué)研討會上提出的改革思路的一個重要方面就是將建筑數(shù)字技術(shù)課程與建筑設(shè)計(jì)教學(xué)結(jié)合起來，原本專業(yè)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)就應(yīng)該服務(wù)于設(shè)計(jì)課，更好的將個專業(yè)基礎(chǔ)課與設(shè)計(jì)課達(dá)到無縫銜接的程度才是建筑學(xué)專業(yè)教學(xué)的目的。數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用是滲透到整個建筑行業(yè)中的，因此建筑學(xué)專業(yè)教學(xué)體系應(yīng)抓住數(shù)字技術(shù)革新的契機(jī)，對各個課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法做出相應(yīng)的改革，建立更緊密圍繞設(shè)計(jì)課為主的教學(xué)體系，讓學(xué)生更加適應(yīng)數(shù)字時代的到來！
2.建筑數(shù)字技術(shù)教學(xué)改革的現(xiàn)狀
隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，給建筑教學(xué)帶來了翻天覆地的變化。首先，網(wǎng)絡(luò)讓教學(xué)交流更容易。比如，班級一般都建有QQ群，任課老師經(jīng)常被邀請加入群里，討論作業(yè)、設(shè)計(jì)等，在更輕松、平等的網(wǎng)絡(luò)氛圍下的師生交流更愉快，教學(xué)效果更好。此外，學(xué)生還把作業(yè)放到ABBS等建筑論壇上請求點(diǎn)評，在論壇上經(jīng)常會碰到名師還有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)豐富的建筑師，學(xué)生反映收獲很大。除了增進(jìn)與老師的交流以外，學(xué)生與其他院校的同學(xué)交流也增多了，通過網(wǎng)絡(luò)他們了解了其他院校的同學(xué)都在學(xué)什么，怎么學(xué)，而且同齡人之間交流學(xué)習(xí)心得的效果比老師在課堂上反復(fù)強(qiáng)調(diào)要好。其次，實(shí)現(xiàn)了多媒體教學(xué)普及和精品課程資源共享。一般理論課教學(xué)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(xué)，學(xué)生更容易接收。更重要的是多媒體教學(xué)也讓精品課程庫的建立成為可能，讓不少一般院校的學(xué)生也能通過精品課程庫享受到優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，對提高老師的教學(xué)質(zhì)量也有很大的幫助。最后，三維軟件的學(xué)習(xí)，增強(qiáng)了學(xué)生的空間思維和創(chuàng)新能力。絕大多數(shù)院校在大一下學(xué)期安排Sketchup軟件的教學(xué)，然后在接下來的設(shè)計(jì)課中馬上利用Sketchup建模并推敲方案，學(xué)生普遍都表現(xiàn)出比用手工模型推敲方案更高的熱情，他們對方案中內(nèi)部空間的布置和外部環(huán)境的營造以及對建筑的材質(zhì)、顏色的推敲顯得更細(xì)致入微。此外，幾乎所有重點(diǎn)高校，如清華大學(xué)、重慶大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等，以及部分普通高校，如湖北工業(yè)大學(xué)、河南工業(yè)大學(xué)，他們進(jìn)行了數(shù)字技術(shù)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(xué)或?qū)ｎ}講座，讓不少學(xué)生使用Grasshopper體驗(yàn)了參數(shù)化設(shè)計(jì)這種全新的設(shè)計(jì)思維，大大開闊了空間設(shè)計(jì)的思路創(chuàng)新。
3.建筑數(shù)字技術(shù)教學(xué)改革中存在的問題
建筑數(shù)字教學(xué)改革中存在的最重要的問題就是與設(shè)計(jì)課結(jié)合的不緊密。主要表現(xiàn)在以下兩個方面，第一，雖然在建筑數(shù)字教學(xué)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(shù)字建筑本身的意義和重要性對學(xué)生交待的不清楚，最后學(xué)生把興趣放在軟件的學(xué)習(xí)上，激動于軟件帶來的感官刺激，比如用rhino創(chuàng)建的自由形體讓學(xué)生激動不已，導(dǎo)致過分強(qiáng)調(diào)外部造型而忽視了設(shè)計(jì)最本質(zhì)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(shù)的Revit 以外，大部分院校三維軟件教學(xué)以講授Sketchup和3DMax為主，其它軟件推薦學(xué)生自學(xué)，因此有的學(xué)生在草圖構(gòu)思階段也會受到軟件的限制，比如草圖大師不擅長曲面，學(xué)生在構(gòu)思階段有意避開曲線構(gòu)圖，或有想法也堅(jiān)持不到最后。其實(shí)數(shù)字技術(shù)對設(shè)計(jì)的影響之大遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們現(xiàn)在可以想象到的。比如在2011年CAADRIA（亞洲計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)協(xié)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(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中的織物曲面形態(tài)和計(jì)算機(jī)中的曲面模型之間互動的研究，它使得建筑師對曲面形態(tài)的創(chuàng)作可以脫離計(jì)算機(jī)圖形界面而在物理世界中進(jìn)行。
第二，專業(yè)理論課的教育對數(shù)字技術(shù)的反應(yīng)太慢。正如建筑業(yè)對科技的反應(yīng)比其它專業(yè)如機(jī)械、航天、導(dǎo)彈等等專業(yè)都慢很多一樣，專業(yè)理論課對設(shè)計(jì)課的支持也總是慢一拍。三維建模出現(xiàn)后，特別是基于建筑信息模型的軟件出現(xiàn)后，還有不少學(xué)生甚至老師還認(rèn)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(yīng)用于整個建筑周期，從方案設(shè)計(jì)到施工圖設(shè)計(jì)，并整合結(jié)構(gòu)、機(jī)電等，再到施工、物業(yè)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(gòu)造課程，從整體到局部到節(jié)點(diǎn)構(gòu)造均有比較精細(xì)的組件模型，而且利用這些軟件進(jìn)行理論課的教學(xué)讓學(xué)生倍感親切，和設(shè)計(jì)聯(lián)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(huán)境聲、光、熱全面分析，但大多數(shù)學(xué)生面對大量的數(shù)據(jù)設(shè)定望而生畏，然而，如果在建筑物理理論課的教學(xué)中在聲、光、熱三方面分別以小例子來講解相應(yīng)的使用方法和分析途徑，學(xué)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(bǔ)充數(shù)字技術(shù)方面的相關(guān)知識并與設(shè)計(jì)結(jié)合講解可能是數(shù)字技術(shù)帶給建筑教育課程體系的一個契機(jī)。
。4.建筑數(shù)字技術(shù)教學(xué)改革的探討
建筑學(xué)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(shè)計(jì)課程來實(shí)現(xiàn)知識的整合。數(shù)字技術(shù)的發(fā)展特別是BIM技術(shù)，為學(xué)科的整合方式帶來的新的契機(jī)，通過BIM技術(shù)構(gòu)建一些歷史的、現(xiàn)代的、著名建筑模型，并建立一個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，這個庫可以提供給各個課程分別引用，并根據(jù)知識側(cè)重點(diǎn)不同增添新的信息，然后成為這門課程的模型數(shù)據(jù)庫。因此借助數(shù)字技術(shù)的手段推動建筑學(xué)教育體系中知識的整合度，讓學(xué)生將各課程所學(xué)融會貫通于設(shè)計(jì)課程應(yīng)該成為數(shù)字計(jì)算教學(xué)改革的重點(diǎn)。具體來講數(shù)字技術(shù)與各門課程之間的整合構(gòu)想如下。
4.1數(shù)字技術(shù)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課的整合
大多院校雖然開設(shè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課已經(jīng)有十多年歷史了，但通常把計(jì)算機(jī)作為繪圖工具取代手工繪圖，充其量達(dá)到“無紙化設(shè)計(jì)”的程度。近幾年來受大量外來數(shù)字建筑作品的沖擊，國內(nèi)建筑師開始從創(chuàng)作思維層面上利用數(shù)字技術(shù)，重點(diǎn)建筑院校也開始探討數(shù)字技術(shù)教學(xué)改革的新模式。而要從創(chuàng)作思維層次上利用數(shù)字技術(shù)必須有有計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本知識，但對于建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生來說，基本的圖形學(xué)算法已經(jīng)令人望而生畏，更不用說參數(shù)化設(shè)計(jì)這類需要總結(jié)設(shè)計(jì)的生成規(guī)則并轉(zhuǎn)化成算法的，更是讓人舉步維艱。但清華大學(xué)已邁出了第一步，開設(shè)了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程，在參數(shù)化設(shè)計(jì)課題上做出不少有益的探索。因此普通院校在開設(shè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課有難度的情況下，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課中增加相關(guān)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識是可行的。
4.2數(shù)字技術(shù)與建筑歷史課的整合
建筑歷史課教學(xué)宜從古建筑制式的介紹和現(xiàn)代建筑的數(shù)字設(shè)計(jì)方法兩個層次來結(jié)合數(shù)字技術(shù)。第一，利用數(shù)字技術(shù)建立古建筑模型庫，特別是基于BIM技術(shù)的三維模型。比如我國古代木結(jié)構(gòu)建筑都有嚴(yán)格的等級劃分，而劃分的規(guī)律多以柱徑尺寸或斗拱中斗口的尺寸來控制，通過參數(shù)化設(shè)計(jì)，整個古建筑木結(jié)構(gòu)模型一目了然，而且模型中各個部件均可以添加名稱和細(xì)部尺寸信息，學(xué)生只需更改參數(shù)即可查詢各種等級不同制式的古建筑，而且構(gòu)件名稱、尺寸以及安裝方法等信息均可查詢。雖然很多學(xué)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(zhǔn)確的三維模型，那將對歷史教學(xué)和設(shè)計(jì)課程的有機(jī)結(jié)合有很大幫助。另一方面，將數(shù)字技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀作為教學(xué)內(nèi)容。如果在介紹現(xiàn)代建筑時，結(jié)合其使用的數(shù)字技術(shù)進(jìn)行分析，將在提高建筑歷史課的學(xué)習(xí)熱情同時開拓學(xué)生創(chuàng)新思維能力。
4.3數(shù)字技術(shù)與建筑構(gòu)造課的整合
建筑構(gòu)造課教學(xué)宜從構(gòu)造節(jié)點(diǎn)信息和建造方法兩方面結(jié)合數(shù)字技術(shù)。一方面，利用通過BIM技術(shù)建立的模型庫添加細(xì)部信息，比如樓板、復(fù)合墻體、防水層的構(gòu)造信息。這樣學(xué)生可以方便查詢，畢竟學(xué)校不可能在構(gòu)造實(shí)驗(yàn)室把所有的構(gòu)造節(jié)點(diǎn)收集齊全。但是模型庫可以通用，構(gòu)造節(jié)點(diǎn)只需在原有數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上添加詳細(xì)的節(jié)點(diǎn)信息。另一方面，可嘗試整合相關(guān)的CAM知識作為教學(xué)內(nèi)容。因?yàn)閷W(xué)生在感嘆獨(dú)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(jì)算機(jī)輔助建造的縮寫，在汽車和航空領(lǐng)域的應(yīng)用廣闊，目前建筑業(yè)也有應(yīng)用的實(shí)例。如ONL設(shè)計(jì)的IWEB項(xiàng)目，一個類似太空飛船的造型，從設(shè)計(jì)到構(gòu)件生產(chǎn)建造到施工組裝完全用三維數(shù)字技術(shù)，建立了從三維設(shè)計(jì)到鋼材制造的直接聯(lián)系。如果學(xué)生對空間曲面造型的構(gòu)造更清晰會增加他們利用數(shù)字技術(shù)設(shè)計(jì)的信心。
4.4數(shù)字技術(shù)與建筑物理課的整合
建筑物理課教學(xué)應(yīng)該補(bǔ)充講授如何利用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行各種物理環(huán)境的分析。學(xué)生提到物理課往往比較頭疼的，因?yàn)槟壳暗慕逃齻?cè)重概念介紹和計(jì)算，真正能運(yùn)用于設(shè)計(jì)中的一般就是一些定性的知識。但如果利用數(shù)字技術(shù)對物理環(huán)境做足分析，可以為方案提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。對于如草圖大師上的日照分析，學(xué)生都非常樂意運(yùn)用，但對于如Ecotect等專業(yè)分析軟件，大多數(shù)院校的學(xué)生都苦于自學(xué)難度很大，面對大量物理數(shù)據(jù)的設(shè)定無從下手，而且對分析結(jié)果如何指導(dǎo)設(shè)計(jì)改進(jìn)也充滿困惑。在這方面，重慶大學(xué)已經(jīng)做了不少探索，而且在新編的建筑物理教材中增加了Ecotect應(yīng)用部分，為教學(xué)提供很大的方便。因此，結(jié)合設(shè)計(jì)案例講解軟件的使用方法，以及通過分析結(jié)果改進(jìn)設(shè)計(jì)方案的手段是有必要的。
4.5數(shù)字技術(shù)與建筑設(shè)計(jì)課的整合
建筑設(shè)計(jì)課教學(xué)既要鼓勵學(xué)生在設(shè)計(jì)中運(yùn)用所學(xué)的新軟件，還要提醒他們不要被軟件左右設(shè)計(jì)思想。近幾年“非線性設(shè)計(jì)”、“建筑設(shè)計(jì)生成法”、“參數(shù)化設(shè)計(jì)”新的概念層出不窮，學(xué)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(shè)計(jì)課上老師應(yīng)該鼓勵學(xué)生在大學(xué)設(shè)計(jì)課程中至少做一個非線性設(shè)計(jì)的方案，課堂上對于想法很好，但建模有困難的同學(xué)可以做一部分示范，幫助他建立一部分模型，正如建筑表現(xiàn)課上給學(xué)生做示范一樣。這方面，東南大學(xué)、清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)都開始了教育改革實(shí)踐取得了相當(dāng)喜人的成績。但對于有些軟件基礎(chǔ)好的學(xué)生，他們雖然能很快結(jié)合設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)的本質(zhì)，對他們則應(yīng)正確引導(dǎo)，提醒數(shù)字技術(shù)是工具，要為設(shè)計(jì)服務(wù)而不是成為它的奴隸。
5.結(jié)語
總之，無論對于走在改革前列的重點(diǎn)院校,還是正準(zhǔn)備邁出改革步伐的普通院校,要實(shí)現(xiàn)各課程之間的整合工作量相當(dāng)大，教師培訓(xùn)、教材編寫都需要付出大量心血，但是，借助數(shù)字技術(shù)的改革推動建筑學(xué)教育體系的整合是必然趨勢，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，建筑教育體系必將同步發(fā)展、與時俱進(jìn)。
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