时间：2022-04-15 18:09:13
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇三维数字化论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：虚拟现实；数据采集；档案数字化
中图分类号：TP311.1文献标识码：A 文章编号：
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
信息技术的快速发展与广泛应用给档案工作带来新的契机和新的研究课题。档案作为一种原生的信息资源，其重要性正日益凸显出来，采用先进的信息技术对档案进行管理，开展档案数字化系统建设势在必行。目前国外的档案数字化建设在档案管理信息系统的建设方面比较成熟，关于网络环境下的数据库、搜索引擎、检索服务、信息资源共享、三维虚拟等方面技术在档案管理中的应用研究比较活跃，已经达到新的。相比较，国内的档案数字化建设相对滞后，在档案管理信息系统的建设方面尚处在起步的阶段， WEB技术与虚拟现实技术方面在档案管理中的应用非常局限，虽有虚拟档案馆一词，但仅仅停留在展示方面，还未真正达到有效虚拟管理作用的目的，有关档案管理的三维虚拟现实方面的课题研究刚处在起步阶段。因此，建立档案管理的三维虚拟现实系统有重要的现实应用，将对档案管理模式产生深远的影响与变革。
目前中国许多档案部门着手进行挡案的数字化工作，档案整理工作量庞大，设计一套有效的档案数字化模型是非常必要及时的，对档案数字化工程的推进有着非常重要的意义，通过数字图象三维虚拟系统模型的建立，可保护实物档案形成电子档案，有助于电子查阅和网上浏览，降低办公成本，提高档案管理效率，而且使用直观方便，接近现实世界。
2 系统实现
2.1 主要内容介绍
系统深入研究档案数字化进程中的档案三维虚拟现实管理问题，包括纸质档案的拍摄或扫描采集录入系统与档案电子库房的三维虚拟管理如虚拟档案袋与档案架的创建、上架下架位置排列与虚拟档案袋的调阅等问题，充分利用理论、硬件、软件与技术应用相结合，对档案的三维虚拟现实管理方面进行独特而全面的研究。
系统主要运用Visual Studio 2005和.Net框架建立一套基于B/S模式的数字图象三维虚拟现实系统模型，主要分成两大块：电子档案数字图象的采集录入系统与三维档案虚拟现实系统。系统实现工作流程如图1所示。
图1 系统工作流程
电子档案数字图象的采集录入系统主要是通过录入系统程序客户端运用USB接口控制技术控制数码相机或高速扫描仪进行档案纸质材料的拍摄或扫描录入，以TIFF/JPEG等主要图象格式进行数字图象的分布式存储并上传到文件目录服务器与数据库服务器，为三维虚拟现实管理系统提供数据来源；三维虚拟现实系统主要建立三维虚拟档案袋与虚拟档案库，根据档案的空间位置信息与上架信息，通过虚拟档案袋载入数字图象信息，自动形成三维图形展示的档案库房密集架直观图，通过该图可以直接定位档案的具置，可以直接对该卷电子档案进行操作，如调阅、迁出、销毁、借阅登记等，实现三维电子档案的模拟实物查询与操作，以简化档案管理的业务工作环节。
2.2 关键技术
(1)USB接口控制数码相机技术：支持JPEG、GIF、PDF、BMP、DWG、DXF、TIFF等多种图象格式，支持黑白二值、灰度和彩色拍摄或扫描录入，支持多种数码相机或高速扫描仪的录入接口，支持远程服务应用，能进行拍摄或扫描模板及参数的设置。
（2）数字图象处理、图象存储安全与图象压缩技术：能对图象进行缩小放大、去噪去污等处理，以保证图象质量；鉴于档案种类繁多，数据量庞大，考虑到虚拟现实管理的实时性与快速性，本系统具有高效图象处理的功能，并采用LZW无损压缩算法对彩色数字图象进行高比例无损压缩存储，以满足数字图象访问速度的需要，具有良好的实时性、扩展性和伸缩性。
（3）虚拟电子档案袋建立技术：将文本数据与图象数据关联，存取在虚拟电子档案袋中，形成完整的电子档案；
（4）三维虚拟现实技术：能形象逼真地模拟档案的查询与调阅；三维虚拟现实提供电子库房虚拟管理和虚拟档案的调档查阅，具有生动逼真和模拟实物档案管理的效果。同时，具有虚拟档案位置信息大变动调整速度比实物档案位置信息大变动快的得多。。
（5）数据库存取与数字多媒体技术：能实现图象文件的分布式存储 ，能快速读取图象数据；支持声音，实现多媒体漫游；
3 结论
该系统针对数字化档案工程，提出了用三维虚拟现实技术、USB接口技术、图象处理技术和WEB技术相结合来解决电子档案数字图象采集、存储、三维虚拟调阅等问题的方案，给档案数字化管理提供了有力的应用工具，有利于信息共享，大大提高了数字化效率,图2为系统在宁波数字化档案管理使用过程中虚拟现实的图片。该作品具有较好的前瞻性和实用性，不仅局限于档案领域，可以扩展到多种行业多种领域，具有很好的使用价值、社会效益和市场前景。
图2 虚拟现实系统
参考文献
[1] 胡西伟.基于三维动画与虚拟现实技术的理论研究[D].武汉大学硕士论文,2005,4.
[2] 古玲,苑志勇.基于B/S结构的档案管理信息系统研究贝华[J].华中科技大学学报,2005,1.
论文关键词:原图处理数字化绘图数字摄影测量技术
论文摘要:文章根据工作中的一些实践,简要介绍了数字化技术在原图处理和摄影测量中的应用特点和一些要注意的方面,希望能给同行们作一些经验参考。
传统工程测量技术的服务领域主要包括水利、交通、建筑等行业,随着计算机、网络技术的发展、测量仪器的智能化,数字化测绘技术得到了广泛的应用,而全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、摄影测量与遥感(RS)以及数字化测绘和地面测量先进技术的发展,测量数据采集和处理的逐渐自动化、实时化和数字化,工程测量的服务领域也应进一步延伸,以满足不断提高的社会需要。
一、数字化技术在原图处理中的应用
(一)原图数字化处理
在建立各种GIS系统时,需要对原有地图进行数字化处理,对于原始地图,若其现势性、精度和比例尺能满足要求,就可以利用数字化仪对其进行数字化处理工作。当前主要有手扶跟踪数字化和扫描矢量化、GPS数据输入三种方法,手扶跟踪数字化需要的仪器为计算机,数字化仪及相关软件,是较早的一种数字化输入方法,输入速度较慢,劳动强度也较大。扫描矢量化是通过扫描仪输入扫描图像,然后通过矢量跟踪,确定实体的空间位置。随着扫描仪的普及和矢量化软件的不断升级,其作业方法越来越趋于自动化,它是一种省时,高效的数据输入方法。GPS输入是依据GPS工具能确定地球表面图形精确位置,由于它测定的是三维空间位置的数字,因此不需作任何转换,可直接输入数据库,目前主要是应用RTK(RealTimeKinematics-实时动态)技术,它是在GPS基础上发展起来的、能够实时提供流动站在指定坐标系中的三维定位结果,并在一定范围内达到厘米级精度的一种新的GPS定位测量方式,通过将1台GPS接收机安装在已知点上对GPS卫星进行观测,将采集的载波相位观测量调制到基准站电台的载波上,再通过基准站电台发射出去;流动站在对GPS卫星进行观测并采集载波相位观测量的同时,也接收由基准站电台发射的信号,经解调得到基准站的载波相位观测量,流动站的GPS接收机再利用0TF(运动中求解整周模糊度)技术由基准站的载波相位观测量和流动站的载波相位观测量来求解整周模糊度,最后求出厘米级精度流动站的位置。应用这种测量方法测量可以不布设各级控制点,仅依据一定数量的基准控制点,便可以高精度快速地测定图根控制点、界址点、地形点、地物点的坐标,利用测图软件可以在野外一次生成电子地图。同时,也可以根据已有的数据成果快速地进行施工放样。而实际应用得较多的主要是数字扫描矢量化软件,针对大比例尺地形图,大多数扫描矢量化软件能自动提取多边形信息,高效、便捷、保真的对地图进行数字化处理。下面简单介绍MAPCAD软件的原图数字化处理作业流程。
(二)数字化原图作业流程
由于MAPCAD软件扫描矢量化输入方法具有图像清晰、编辑方便、易于转换等特点一般外设精度都能满足,所以地形图的精度主要取决于人工跟踪精度和输出设备精度,而人工跟踪精度主要取决于作业人员的技能掌握熟练程度和工作态度,所以必须在加强作业人员基本技能培训上下工夫,要求工作人员严格按矢量化方案作业,确保图件的精度和质量高于国家现行数字化测图规范所规定的数字化精度和质量。在工程测量实践中,要做好地形图外业测点与数字化图缩放相结合、符号图层的划分子图、线型符号库的设计等工作保证满足工程进度的同时又节约项目经费,设计出的数字地图简单易用、美观整洁、易于使用地形图的工作人员判读。
二、数字化绘图
(一)数字化绘图的特点
大比例尺地形图和工程图的测绘是传统工程测量的重要内容,数字化绘图克服了手工绘图存在的许多弊端,如工作量大,作业艰苦,作业程序复杂,烦琐的内业数据处理和绘图工作,成图周期长,产品单一等缺点,符合现代飞速发展的工程需要。目前,数字化成图技术主要有内外业一体化和电子平板两种模式。内外业一体化是一种外业数据采集方法,主要设备是全站仪、电子手簿等,其特点是精度高、内外业分工明确、便于人员分配,从而具有较高的成图效率。具有以下的特点:
1.一测多用:如在一些综合性较强的工程中需要对同一地形图绘制不同比例尺的地形图,过去的平板测图方法则需要重复工作,而数字化测图则可以同时根据完成的地形图绘制不同比例尺的多个地形图,因为往往小比例尺包含了大比例尺地形图测图范围。仅需先测大比例尺图范围,再补充小比例尺测图范围即可满足各不同专业人员对不同比例尺的地形图的需要。
2.精度高:数字化成图系统在外业采集数据时,利用全站仪现场自动采集地形地物点的三维坐标,并自动存储,在内业数据处理时,完全保持了外业测量的精度,消除了人为的错误及误差来源,而且外业工作省略了读数、计算、展点绘图等外业工序,减少了作业人员,外业工效大大提高,时间缩短,直接生产成本大幅度下降。
3.劳动强度:小数字化成图的过程,减轻了作业人员的劳动强度,使生产周期大大缩短,能及时满足用户的要求。
4.便于保存管理及更新方便:数字化产品既可以存储在软盘上,也可以通过绘图仪绘在所需的图纸上,线条、线划粗细均匀,注记、字体工整,图面整齐、美观。且便于修改,能更好地保证图形的现势性和不变形性,避免重复测绘造成的浪费,增加地形图的实用性和用户的广泛性。
(二)外业数据的采集
在采集数据时,数据采集人员要准确应用地物代码,以免在内业成图时出现错误;在观测开始时,相关工作人员需严格按照要求应对测站点进行检查,跑尺人员应严格按照自动成图的要求作业,确保能完整地描述地形地貌的特征点,必须通过绘制草图来表明各个地物碎部点的属性及相互关系,测量坎子时,要量取坎子比高,坎下也要进行地形点采集。当一个测区完成后,如果有必要可把数据备份。
(三)绘制内业数据处理
无论是工程进程各阶段的测量工作,还是不同工程的测量工作,都需要根据误差分析和测量平差理论选择适当的测量手段,并对测量成果进行处理和分析。
三、工程测量中的数字摄影测量技术
数字摄影测量是基于数字影像与摄影测量的基本原理,应用计算机技术、数字影像处理、影像匹配、模式识别等多学科的理论与方法。就摄影测量本身而言,从测绘的角度上来看数字摄影测量还是利用影像来进行测绘的科学与技术;而从信息科学和计算机视觉科学的角度来看,它是利用影像来重建三维表面模型的科学与技术,也就是在“室内”重建地形的三维表面模型,然后在模型上进行测绘,从本质上来说,它与原来的摄影测量没有区别。因而,在数字摄影测量系统中,整个的生产流程与作业方式,和传统的摄影测量差别似乎不大,但是它给传统的摄影测量带来了重大的变革。
目前通过在空中利用数字摄影机所获得的数字影像,内业使用专门的航测软件处理,进行的航空摄影测量是大面积、大比例尺地形测图、地籍测量的重要手段与方法,在计算机上对数字影像进行像对匹配,建立地面的数字模型,再通过专用的软件来获得数字地图。该方法的特点是可将大量的外业测量工作移到室内完成,它具有成图速度快、精度高而均匀、成本低,不受气候及季节的限制等优点。特别适合于城市密集地区的大面积成图。但是该方法的初期投入较大,如果一个测区较小,它的成本就显得较高。但可以说是今后数字测图的一个重要发展方向,未来社会要求的是可以提供数字的、影像的、线划的等多种形式的地图产品。并且随着全数字摄影工作站的出现,加上GPS技术在摄影测量中的应用,使得摄影测量向自动化、数字化方向迈进。
关键词：虚拟，WebGIS，网络虚拟GIS
1.引言“数字校园”是继“数字地球”、“数字城市”后提出的概念，它是一种集数字化、信息化、可视化等多种技术为一体的计算机管理应用系统，而数字虚拟校园是其中最重要的部分。
数字虚拟校园系统不仅能将空间信息和非空间信息集成在统一的信息平台上进行管理和分析，而且，以地理空间数据为基础，以地理信息系统中的空间分析方法为手段，还可以开发各种应用模块，为学校的发展规划、资源优化配置、突发事件的处理等提供决策分析方面的支持。因此，建立一个完整的、系统的校园地理信息系统平台就更加重要了。论文参考。
校园地理信息系统的建立，提高了数字校园的集成度，用户不但可以随时获得所需的信息（其中包括基础设施建设信息和应用系统信息等），而且有效地提高了高校的管理水平，这是手工分散管理所无法比拟的。我们正是充分利用GIS这一科学的工具来实现对高校的科学的、动态的管理规划工作，使用虚拟校园系统管理后，将会方便、快捷的实现对校园的管理。利用WebGIS技术将校园信息到网上，方便了同学、老师及其校外人士对校园信息的查询。
2.虚拟现实技术地理信息系统（GIS）是用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达的地理空间数据的计算机信息系统。随着信息技术的发展和人们对GIS需求的不断增加，基于Internet技术的GIS—WebGIS应用而生。WebGIS实际上是在Web上实现GIS的功能，也就是将GIS综合进Web以进行信息。论文参考。从互联网络的任意一个用户上使用浏览器就可以浏览WebGIS站上的空间数据、制作专题地图，进行地理信息的空间分析和空间查询，从而给Web的信息加上了GIS这一直观工具，使人们通过Web浏览查询信息更方便，也使GIS通过Web得到了普及。
GIS技术同虚拟现实技术和科学计算可视化的结合，拓展了多维GIS、特别是三维GIS研究的内涵，提供了全新的空间数据分析模式和新的GIS应用模式。当前国际上把这种结合虚拟现实技术和科学计算可视化而设计的多维GIS称为虚拟GIS（VirtualGIS，简称VGIS）。人们可以充分利用虚拟GIS提供的“逼真”图形显示和高级的交互分析手段，充分发挥人在图形空间思维能力上的优势，探索数据分析，解决地学问题。同时，虚拟GIS拓展了在时间维上的表达能力，结合地学分析模型，虚拟GIS为过去和未来的某一地理场景提供了更为便利的手段，从而为发展高级的空间决策支持环境提供了可能。
与网络相结合是当前虚拟GIS发展的方向。目前网络虚拟GIS主要采用两种架构方式：一种是以网络GIS为基础，将虚拟现实系统同GIS的Client端连接起来，在虚拟现实系统中提供简单的空间分析功能或是将GIS的分析结果转化为虚拟现实系统支持的数据格式，供虚拟现实系统观察；另一种是基于分布式虚拟现实系统，在虚拟现实系统中扩展空间数据类型的支持能力，提供简单的空间分析功能。
3网络虚拟校园GIS的系统设计网络虚拟校园GIS的构建涉及用户、应用程序和数据三个方面。根据上述三者之间的相互关系，可设计系统结构；考虑用户需求，在客户端，可设计用户界面和系统功能；根据系统功能和特征，在服务器端，可设计数据库服务器和应用程序服务器；根据许昌学院网络虚拟校园GIS的数据维数、类型、大小和特点，可设计基于VRML的三维地理对象模型和数据流，同时还应考虑到系统的维护和网络的安全性问题。
3.1 系统结构网络虚拟校园GIS应采用Client/Server结构。在服务器端，包括数据库服务器和应用程序服务器；在客户端，包括HTML浏览器、VRML浏览器和应用程序，其中应用程序包括用户对话交流管理模块、数据量测模块、二维图形显示管理模块等。
用户的任务处理，有的在服务器端执行，有的在客户机端执行。如果在服务器端，服务器接受请求后，运行服务器端应用程序，待处理完成后，就把结果传回到客户端。在客户机端由应用程序执行。用户对话交流管理模块用于管理用户的对话输入、谈话对象实时选择、三维化身表情动作选择等。客户端的HTML浏览器，可以采用InternetExplorer；VRML浏览器可以采用Cosmo Player。它们均可从因特网上免费下载，从而可以把工作重点放在负责地学数据的准备、建模，以及数据查询、分析的应用程序设计上。论文参考。客户端的VRML浏览器与客户端的应用程序的相互通信与交互，可采用VRML EAI(ExternalAuthoring Interface) 方式实现。
3.2 数据库服务器和应用程序服务器网络虚拟校园GIS的服务器端包括数据库服务器和应用程序服务器。而应用程序服务器是网络虚拟校园GIS的核心部分，包括VRML世界生成服务器、数据处理和分析服务器与多用户管理服务器等。
网络虚拟校园服务器在接到用户的请求后，根据显示范围大小，要求的空间分辨率、属性分辨率，显示范围内地理目标的选择等参数，动态地与数据库服务器连接，把相应的地理对象数据取出并转换成VRML世界模型，供用户浏览与交互。数据处理和分析服务器是执行地理对象的查询、增加/删除/编辑后的地理对象管理和地理空间计算与分析（如最佳路径分析）等。
3.3 数据流网络虚拟校园GIS的建立，从数据流角度，包括三维源数据、三维地理对象和VRML世界三个方面。三维地理数据的采集，可以通过野外测量、地形图数字化和数字摄影测量等方法获取。一般应用CAD和GIS等技术获取，但用这些系统表达三维源数据时，由于主要考虑表达地理景观的完备性，而对数据三维显示与处理的效果与效率考虑较少，所以较难通过直接转换应用于VRML世界的构建。对于三维地理对象，我们应用面向对象模型的方法，根据三维源数据，建立三维地理对象模型。三维地理对象的建立，必须考虑VRML世界的实时可视与分析，即需考虑观察者的存在与实时感觉，一般要应用多层次法表达。
3.4系统维护和安全性问题网络虚拟校园GIS运行在Internet-Web上，可能会出现安全问题，所以必须采取一定的安全措施。防火墙作为对系统的访问的控制是十分重要的有效方法，访问控制是由许昌学院网络虚拟校园GIS系统管理中心统一严格管理，属强制性控制。同时可以建立服务器端的用户日志记录，跟踪用户对系统的访问情况；还可以运用信息加密/解密、身份验证等现代密码技术，来保障网络和系统的安全。
4总结与展望
虚拟GIS是在传统多维GIS系统基础上发展起来的新型的GIS系统，虚拟GIS在扩展GIS应用领域的同时，也给GIS设计带来了新的问题，特别是网络虚拟校园GIS的设计更需要研究。本文旨在建立一个网络虚拟校园GIS的设计方案，所做的工作还是比较初步的，还有许多尚待解决的问题。
参考文献
[1]承继成等.数字地球导论[M].北京:科学出版社;2000,224-229.
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[3]崔伟宏.数字地球[C].北京:中国环境科学出版社;1999,137-145.
关键词 三维数字地形图；三维空间数据；实时获取
中图分类号 TP39 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2014）106-0217-03
0 引言
三维数字地形图是三维GIS和虚拟现实技术VR的技术与数据基础，是能够实时获取三维空间数据的重要手段，由此可以进一步开展三维空间数据的可视化操作，或者让三维影像地图得以制作出来。较之于传统的二维数字地形图，三维数字地形图是一种使用更加简便，应用更广泛的矢量或线划地形图，它不受绘图空间的局限，促使二维数字地形图被三维的地理空间信息所取代，进而能够从三维空间的角度对真实复杂的客观世界进行理解和表达。
从现实层面来看，现实世界不仅有鳞次栉比的地上高楼大厦，而且还有密如蛛网的低下管线，立体化呈现纵深发展趋势，为了实现立体表达、精细管理和科学决策之目标，就迫切需要三维地理空间对这些“上天入地下海”的现代人类活动进行支撑。三维数字地形图能够使计算机存储、运算、处理信息的能力和屏幕可视化表达的优势得到进一步发展，在具体操作上， 能够通过人机交互方式来便捷地应用于查询、浏览、分析立体地图甚至动态地图信息，并使操作者能够更直观、更丰富地对空间地理环境信息进行模拟再现，因此，在计算机三维可视化发展基础上，用大比例尺针对小区域地理空间信息（例如：物体的空间立体结构、形状以及所处地形的高低起伏细节）进行形象、完整、直观、精细地表达。可见，三维数字地形图是实施获取三维空间数据的一个有效方法。
1 三维数字地形图的主要特征
其一，三维数字地形图不仅能够准确地将制图区域内地表中的微小的高低起伏状态准确定位，而且还能对其地上物的空间立体形状和结构给予准确体现。
其二，三维数字地形图的表达媒介将是电子形式或者数字形式取代传统的纸质形式的模式。
其三，三维数字地形图较之于三维地理信息系统（3DGIS），两者之间既有联系，也有区别，具体而言，三维数字地形图主要用于工程规划和设计，主要关注的是实时获取三维空间信息，并且涵盖三维地形可视化以及地物的绘制等工作，从而使三维数字地形图的可编辑、可操作功能得以实现，而三维地理信息系统则主要侧重于实现三维地理信息的数据管理与分析的功能，侧重于三维空间数据建模领域。
其四，三维数字地形图通过对三维离散点采用矢量或者线划地图的形式来显示地形以及其地上物的空间立体结构，在反映地上物的平面位置以及垂直方向的高度时，比例尺一般为1：1。
其五，三维数字地形图能够对空间地理信息进行较为直观、细致、精确、细致的反映。常用的三维数字地形图比例尺为诸如 1：500、 1：1000和 1：2000的大比例尺。
2 三维空间数据的实时获取技术
三维数字地形图在对地形地物进行精细、直观、形象、完整表现的同时，促使测绘技术面临着更大的挑战。因为三维空间数据对地理信息完整、精细的表达建立在大量和细致的数据采集基础上，因此较之于二位数字地形图，采样点相对更加密集，这就决定了三维数字地形图不但要对地物与地形的特征进行收集，而且还要涵盖地物的高度。所以，下文将具体论述目前常用的三维数字地形图空间数据。
2.1 基于点方式的数据获取技术
1）传统测量技术。
即使在测绘技术快速发展的今天，作为空间定位的基本手段之一的传统测量技术仍然无法被其它手段取代。传统测量技术主要包括全站仪测量技术、数字化水准仪技术、电子经纬仪技术以及被称之为“测量机器人”的全自动电子全站仪测量系统，特别是针对全站仪测量技术来说，它是比较理想的方式，在采集三维数字地形地图方面，不仅可以直接获取2D坐标数据（x，y），还能够直接在自然表面上测量和获得被测点的3D坐标数据（x，y，z）。此外，全站仪测量技术能够针对高程数据z坐标值获取高精度数据，因此适用于大比例尺、小范围的要求高精度的三维数字地形图。因此，全站仪定位测量技术至少包括如下优势：一是效率高，不同于传统的人工数据采集方法，该项技术所采集的全部测量数据能够自动传输到计算机上，并自动成图；二具有很好的经济效益，这项技术能够自动化的实时的对3D坐标数据进行测量，所以在提高工作效率之时有效降低资源耗费；三具有较高的可靠性，因为要观测每一条边长，所以抵抗粗差的能力得到了明显提高；四有较高的精度，全站仪适合用于大比例尺、小范围的精度高的空间数据更新，因为它比同等级的三角锁/网的点位精度提高；五是具有灵活的布点，这项技术区别于三角锁/网要求具备有利的几何图形，所以在矿井、林区等复杂的情况下都能进行定位测量。
2）卫星导航定位技术
卫星定位与全站仪集成的技术会成为未来测量技术发展的重要趋势之一， GPS（Global Positioning System）最初是由美国国防部研制开发的，能够进行授时与导航定位功能，等距分布在6个轨道面上的高度约20200km的24颗卫星构成了它。现今，正在运行的全球定位系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）有俄罗斯的全球定位系统（GLONASS）和美国的全球卫星定位系统（GPS），前者因为经济上存在问题，所以没有连续性的进行实时定位。此外，我国在2001-2002年期间成功研制了” 中国北斗卫星导航广域增强系统”，该系统能够实现中国及周边海域的区域定位导航功能。
在具体工作的实践运行过程中，传统控制测量工作的工作量和工作强度都很大，尤其是在地标不明显以及不具备地面测量控制点的情况下，测量工作面临着极大的困难， GPS定位的优势也就由此得到了体现，在没有遮蔽的条件下实时定位速度快，抗干扰性能好，几乎不受地形、地物、天气的限制，能够在不依靠地面控制点的状态下开展工作，因此大大提高了传统测量工作的效率。
GPS目前在我国已成为控制测量的主要手段，自GPS技术出现之时至今，国内科研人员研制成功了差分GPS 技术，使GPS的定位精度得到进一步提高，应用领域也进一步被拓宽，同时也大大提高了原有GPS的精度。随后又产生了实时动态测量技术（Real Time Kinematic，RTK），但由于该项技术受制于城市中卫星信号接受不足以及高程异常等不利条件的限制，因此在获取地物的高度值h时，还存在一些障碍，这也是今后需要进一步研究的地方。
3）激光测量技术
激光和电子技术的不断进步，让激光测量技术朝着动态性的实时跟踪测量的方向迈进，并且逐步出现了三维立体量的测量。早在20世纪末，法国的MENSI公司和美国的CYRA公司将激光技术运用在了3D测量领域中。借助于高速激光扫描测量的手段，激光测量技术高分辨率、大面积地被测空间对象表面的三维坐标数据（x ，y，z）进行迅速获取，从而促使物体的三维模型能够迅速构成。由此可见，激光测量技术具有以下优势：一是实时性：激光测量技术不用考虑空间与时间的因素，借助于自身发射的光对相关的空间信息进行真实的获取；二是穿透性：激光扫描技术能够在一瞬间在某区域内能够获取大量的、能够反映目标地物不同层面采样信息的采样点；三是高密集性，借助于对地物目标进行直接扫描的手段，激光扫描技术能够得到空间信息的基本特征，能够得到点距很小的采样点，因此密集程度高；四是不需接触：激光测量技术可以在不用接触被测量的对象的情况下，获取所需要的空间数据信息，因此可以为具有危险性的测量区域的数据采集工作提供了方便；五是迅速性：激光测量技术可以在更大的程度上采集目标空间的数据，然后迅速获取地物目标空间的立体结构。
从实际应用层面来看，机载激光测量技术在目前是一项新兴的应用技术，具体而言，这项技术是继航空摄影测量之后又一项新的先进的对地观测技术，广泛地应用于地球科学领域。从构成要件的角度来看，该技术有三大核心系统，一是GPS全球定位系统，二是激光测距仪，三是惯性导航系统（INS），这就决定了该项技术在获取地面及附属物的数字影像数据以及三维坐标方面能体现出可准确、快速、高效的优势，尤其是在测量地形复杂多样，或地面被被森林大面积覆盖、或因地理条件恶劣二导致人力不能及的特殊地区，技术优势能够体现得更加明显。
2.2 面状方式获取技术
1）遥感技术
作为一门现代科学技术，遥感（Remote Sensing）利用红外、可见光、微波以及干涉雷达等电磁波探测仪器，从外层空间和远距离高空的多种平台上借助于扫描、信息传输、摄影以及信息处理等各项工作流程，对地面物体的形状、所处环境、位置和大小等信息进行获取，并由此进行后续研究。
遥感技术一致被得到广泛应用。从实际层面来看，例如，土地荒漠化的不断演进是全球共同面对的一个重大环境问题，这一生态换进的不断恶化趋势同样也对我国造成了很大的威胁，因此，土地荒漠化检测的重要性也就不言而喻。对土地荒漠化的发生和发展情况予以及时和准确地掌握无疑是有效防止和治理土地荒漠化的首要条件，在这一领域，遥感技术的众多优点也就得到了充分的体现，一是信息监测覆盖面广，二是能够对被检测目标快速获取有效信息，三是信息获取量大，并且，遥感技术能够在具体工作过程中环节人力物力不足等限制因素，因此，在过去的很长一段时间内，遥感技术一直被视为监测土地荒漠化动态演变的重要甚至不可替代的技术手段。
从发展现状分析来看，多分辨率、多波段、多时相以及多种传感器相融合成为遥感技术发展的方向，例如，遥感技术能够和GIS、GPS集成，并由此形成多信息量、高精度的对地观测系统。值得注意的是，因为受到分辨率和精度等的影响，在三维模型的构建之时，遥感技术对大地测量的数据信息具有恒强的依赖性，这就决定了遥感技术适用于对较大场景、较大区域以及精度要求相对不高的地区开展测量工作。
2）摄影测量技术
摄影测量技术是借助于其他传感器或者光学摄影机，采集被测物体的数据信息，并且对所采集的数据进行分析和处理，以获得被摄物体的形状、空间位置、各因素之间的相互关系以及大小等合理的信息。摄影测量技术可按照如下指标进行分类：一是距离指标，包括地面摄影测量技术、近景摄影测量技术，显微摄影测量技术、航天摄影测量技术以及航空摄影测量技术；二是技术方法指标，包括采用光学和机械方法的模拟摄影测量技术、根据被测物像点与相应地面点之间的数学关系的剖解数字摄影测量技术、摄影测量技术。特别是数字摄影测量技术，能够基于计算机对被摄对象的形状、大小、空间位置及其之间相互关系进行高效率、高质量地测量。从目前来看，数字摄影测量技术能够开展空中三角测量、自动正射影像图制、自动定向以及自动数字地面模型生成（辅以交互式编辑）等一系列工作，因此是目前应用较为广泛的一种舌音测量技术。
从实际应用层面来看，水下摄影测量技术是舌音测量技术在空间范围维度的进一步拓展，该技术是近景摄影测量中一种特殊的测量技术，即被测量物体存在于水中、也能够像该物体存在于空气中一样，通过相对便捷地拍摄到所需的图像来精确定位水下被摄目标的几何特性，从而以此对被测物展开进一步研究。因此，海洋工程、水生物研究、水深测量以及海底测图等相关测量工作中，都能够发挥水下摄影测量技术的重要功能。、
3）多传感器集成技术
前文所述的摄影测量技术以及遥感技术有很多的优势，但在三维空间数据的更新与采集方面仍然有很多亟待解决的问题。详细一点来讲，比如，遥感技术尽管可以获取所提供的目标物的空间数据，但缺少空间立体信息，侧重于对目标物顶面信息的采集；再如，尽管激光扫描仪LRS可以运用三维手段描述得到的数据，可是在拓扑关系以及目标物的空间信息方面存在一定难度；又如，地面摄影测量仅仅侧重于提供目标地物的立体造型。可见，如果把上述不同的方法进行整合，将会在更大的程度上提高技术水平，所以，在采集多元数据之时，可以运用多传感器集成技术，并且运用融合手段，建立三维模型，这可以成为现在乃至未来研究的重要课题。
既然多传感器集成技术在采集三维空间数据时，可以借助于多种传感器，这就表明不同的传感器可以组合成多样的多传感器集成空间数据采集系统。基于此，本文对多传感器集成体统进行如下三个层面的分类：一是机载激光扫描系统：这项系统借助于激光测量技术，对目标物的三维坐标（x，y，z）以及数字地面模型DTM进行高分辨率和高精度的测量，结合目标地物的光学成像结构，并进一步获取地表目标物的垂直结构形态，从而显著提高对目标物的识别水平；二是地面车载测量系统：该系统一般由车辆等移动载体、车载计算机、多传感器以及数据采集软件构成，是一种多传感器集成的数字成图系统；三是星载测图系统：星载多传感器集成具有大范围、大比例、高效率优势，该系统由此已成为研究焦点。
2.3图像扫描数字化技术
由于现有的纸质地图对地形表达的手段是图解形式，因此无法被计算机接受和解析，而将现有地形图用数字化仪表达，则其负载的大量信息能够被转换成能够被计算机处理和接受的数字信息。在这一技术前提下，能够检测出地形图中包含的非常重要的数据信息，其一，含有诸如高程点、等高线等3D空间数据所需要的几何信息，二是含有地理目标的平面、高度或层数等不同纬度的坐标数值，三是含有被测物目标的名称、用途、结构等属性信息。
对地图数字化的坐标数据精度的影响，主要来自于三个层面，一是扫描仪的分辨率高低，二是扫描过程的规范性程度，三是地图中数据源本身的精度以及控制点的精度，上述三个因素自然成为了图像扫描数字化技术的约束条件，因此，该尽管能够对被测物的高度获得概略性信息，但在高度准确测量方面却有着较大的困难，因此借助于这种手段无法对三维数字地形图获得较高的精度。所以，测绘机构常用的手段就是运用AutCAD 软件对地形图数据开发和管理，这也是值得在今后继续深入研究之处。
3 结论
较之于侧重于三维空间数据建模的三维地理信息系统（3DGIS），三维数字地形图侧重于对三维空间信息的实时获取以及对三维地形的绘制和可视化表达，由于这项技术还比较新颖，现在还在研究的初期阶段。本文对三维数字地形图获得三维空间数据的相关技术进行了探讨，实际上，今后还有必要针对集成匹配优化技术和地物地形的绘制技术等方面，对三维数字地形图进行更加全面的研究。
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[关键词]长桁、逆向技术、CATIA
中图分类号：V262.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）10-0005-01
1.数字化与逆向工程
产品研制中的数字化是以数字的生成、加工、传输、使用、修改和储存为基础，以数字模型为核心，以单一数据源为纽带，在设计、制造和试验、管理过程中用数字量取代模拟量、用数字技术取代传统技术，并以数字量作为设计、制造和试验的唯一依据。
逆向工程（ Reverse Engineering， 简称RE），也称反求工程，它是指在缺少实物零件的外形尺寸、特征、材料和物理性能的图纸和计算机模型的情况下，运用3D 扫描技术获取实物或模型的三维坐标点数据，并将这些坐标点利用曲面重构技术重建实物CAD 模型，最终通过数控（Computer Numerical Controlled，简称CNC）加工技术和快速原型制造（Rapid Prototyping Manufacture， 简称RPM）技术实现零件的仿制加工。
逆向建模技术能够快速的实现零件装配需要，同时对于老旧工装的破损修复、曲面重构技术开发等方面起着重要的技术支撑作用。目前比较普遍的应用是利用三维扫描设备获取产品的点云数据，利用相关软件和技术对点云数据进行处理，进而完成CAD模型重建。
2.CATIA逆向模块介绍
CATIA的逆向工程模块主要是利用点云或者网格构造模型的基本元素―点、线、面，然后经过一定的调整，建立模型并进行优化，使模型达到符合要求的状态。主要的模块为Digtized Shape Editor（简称DSE）以及Quick Surface Reconstruction（简称QSR），两者分别针对逆向设计中的两个阶段。对于一般的逆向设备，其采集形成的为点云，由于点云包含数量极其庞大的点，不利于设计分辨，因此一般都处理为网格，这就是CATIA DSE模块的主要用途―将点云形成网格。而从网格到曲面的处理，需要借助QSR进行。不过由于由点云到网格的过程并不复杂，为了更好的满足客户需求，现在多数设备都支持将扫描数据直接输出为网格文件。使用CATIA进行逆向设计的优势在于其兼容的点云文件格式较多，另外CATIA还具有强大的正向设计功能，能更好的保证曲面建立以及实体生成。
3.长桁类零件介绍
长桁类零件作为重要的结构支撑和连接件，在飞机中大量使用。由机复杂的气动外形和结构轮廓，长桁类零件常常变曲率、变截面、包含下陷。长桁类零件一般主要包括标准型材和铣切型材，通过模胎等进行拉弯成型。由于模胎长期存放和反复使用，部分存在不同程度损坏或实物数量不全，返修和新制周期长且困难大，直接影响这部分工装使用和零件成型，为此采用逆向技术进行模型的数据采集，构建三维数模，实现模型的数字化制造。
4.逆向数据获取
长桁类零件作为飞机上的重要结构连接件，一般长宽比大，零件厚度较小，容易变形，并且零件上豁口、切边等较多，外缘多为曲面，带有弧度，包含大量的挤压下陷，零件特征复杂。因此首先将零件安放在工装上进行检查，包括贴胎度和胎线等，保证零件正确性，然后采用非接触式三维激光扫描仪进行扫描，其原理为激光三角测量法。
5.逆向数据导入
在CATIA软件中新建Part文件以后，进入“Digitized Shape Editor”模块。在导入点云文件时，要将中的“Samplng”（采样百分比）项设置为“100%”，即将点云文件全部导入，“Scale factor”（比例因子）项设置为“1”，点击Apply后，在“Statistics”中会显示加载数据文件的信息，点击确定后，数据即被导入当前模型中。
6.逆向数据处理
对点云数据的预处理主要包括多视点云的拼合、噪声点的去除、点云数据精简和补缺、以及点云的三角网格化等方面的内容。对于多余点云扫描数据的筛选，主要应用弦高差法，应用此方法后在被测曲面曲率较小区域处去除的点比较多，曲率较大区域处去除的点比较少，能够较好地保留零件完整特征。
7.长桁曲面
7.1 构造长桁两侧曲面
对于长桁曲面，进入Quick Surface Reconstruction模块中，对长桁点云进行合理分块，首先拾取一侧面的点云（即网格面），采用强力拟合或网格曲面生成大曲面块，保证曲面的精确度。当曲面块较小时，可进行四周延伸，另一侧应用相同方法进行造。对于下陷部分，将下陷两端的曲面块分别构造，对于下陷部分采用桥接进行设计。
7.2 长桁宽度设计
对于长桁宽度，主要依据点云和尺寸设计。依据点云数据采用3D曲线方法进行长桁宽度边界设计，保证边界过度均匀平滑（图1）。
7.3 长桁曲面的偏差分析
数模的曲面品质通常包括平滑光顺程度与连续性等，可采用控制顶点、曲率梳、斑马线、反射线、等照度线、高光线和高斯曲率等方法实现曲面的内部品质和拼接连续性的评价。
对长桁曲面进行点云与曲面偏差分析，偏差0.2mm内为96.67%，精度较高，满足曲面构造要求（图2）。对曲面进行斑马线分析，曲面表面较光滑连续，黑色部分无尖角，曲面质量较好，符合使用要求（图3）。
8.逆向建模总结和分析
采用逆向扫描建模方法改变了传统逆向技术只停留在曲面的设计环节的理念，采用正向逆向相结合的设计思路，能够有效解决老旧实样、表面模型、工装等缺失造成的长桁零件无法制造的困难，切实解决零件生产、装配中的疑难问题。该方法所建立的长桁模型尺寸准确、长桁表面质量高，能够很好满足零件生产、装配。采用反向思维，解决以往的零件生产的模拟量传递制造的严重手工依赖性。采用数字化三维建模方法，实现零件的数字化制造和维护，有效提高生产效率和零件质量。
参考文献
[1] 唐小云.逆向工程中自由曲面数字化相关技术的应用研究[D].西安：陕西科技大学，2009.
关键词：文化传播；虚拟漫游；三维可视化；动态交互
中图分类号：G202 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2017）05-0070-03
引言
历史文化遗产是人类文明与智慧的结晶，山西省大同市作为一座历史名城和曾经的北魏国都，有着以云冈石窟为代表的一系列北魏物质文化遗产，但这些文化遗产历经岁月的洗礼后，出现了不同程度的损坏。使用传统技术手段对文物进行保护，存在只能够使用文字、二维绘画或者照片等方式，且不能很好地展示出文物本身的三维形态和当时条件下一些相关的科技水平、雕塑工艺等更全面信息的弊端。而采用三维可视化技术，能够使上述问题得到妥善解决。
云冈石窟景点中使用三维可视化技术的特点
近年来，我国在文物考古方面使用了一系列的三维数字建模和三维可视化技术，有很多成功之作，如陕西兵马俑的数字化景区旅游的实现等。这些实践对三维数字建模技术在文化遗产保护上的进一步开展起到了重大的推动作用。
本文所说的三维可视化技术在云冈石窟的应用中有自身显著的优势：①利用三维可视化技术，易与使用者交互，实现对云冈石窟各景点的实时动态查询功能；②采用二维地图与三维虚拟景点场景相结合的表现方式，使用户既能享受常规二维地图表现出来的优越方位感，又能得到三维技术呈现的真实感和沉浸感；③使用漫游一体化、光影一体化等三维一体化与漫游技术，营造更为自然和逼真的室内外漫游视觉体验；④景点整体的介绍和各窟的具体介绍都配备有实时的语音解说功能，使用户随时都有紧跟导游介绍、身临其境的真实感；⑤景点大到整个场景，小到每个构件，都附有详细的多媒体资料，如相关的图片、文本、动画、音视等信息，这些资料结合实时渲染的三维模型对古建筑的档案管理、考古等都具有很大的参考价值。
三维可视化技术在云冈石窟中的应用
笔者所采用的建模工具为3ds Max，数据库管理工具为SQLServer 2005，动画制作软件为Flash。
1.搭建总体设计框架
对云冈石窟开展的三维信息可视化工作，主要包括信息采集、重建模型、搭建场景、动画制作和语音录入、漫游处理、功能实现及后期完善等方面。
（1）信息采集。这是以后各制作阶段的基础，通过实地拍照处理和在互联网搜集等方式获取云冈石窟的二维化信息，如图片、文字介绍等。
（2）重建模型。利用第一步搜集到的各信息对云冈石窟的模型进行重建，主要工具是3ds Max。
（3）搭建场景。主要是使用第二步建立好的模型，创建完整的场景，包括地形、周边环境等，搭建过程是在3ds Max中完成，最后导入Unity 3D中。
（4）动画制作和语音录入。使用Flash制作动画并链入场景，录入语音讲解石窟区各景点介绍。
（5）漫游处理。在Unity 3D中实现漫游功能，实现实时对各景点查询。
（6）功能实现。在第五步实现了漫游，接着给各场景的布局实物上建立按钮，实现与用户的交互，该过程中会使用到SQL Server数据库，在其中搭建好数据库后与Unity进行连接，通过点击鼠标调出数据以实现各用户的操作。
（7）后期进行观察和完善。对不满意的地方进行修改并不断完善，以达到预期的效果。
2.三维可视化技术在云冈石窟中的设计与实现
（1）模型的搭建与设计。
以第六窟为例，它的雕刻是云冈石窟所有窟中最为精美的，两层结构十五米高的方形塔柱直接窟顶，塔的四面和周围墙壁没有一块不曾雕刻的地方，东、西、南、北四面都开出大型佛龛。除去北面“释迦、多宝”二佛并坐外，其余各面都有对应坐佛，东面交脚菩萨，南面释迦牟尼佛，西面阿弥陀佛，佛龛更是各不相同。在对中心塔柱建模时可以选用长方体，再转换为可编辑多边形进行模型的处理，这主要是考虑到上层的四角都雕有方形九层塔。在建模时要将这四周的塔建出来。洞窟的四壁在建模时采用面片建模最为方便，考虑到观看者只观看洞内的场景，除了南壁以外基本一张面片一张贴图。在南壁的建造上要将门的位置和天窗的位置留出来。使用3ds Max搭建中心塔柱和四周墙壁并贴图完成后的效果图如图1所示。
（2）使用Unity 3D中搭建场景。
界面设计是人与机器之间传递和交换信息的媒介，为了更好地表现云冈的文化风情，带给观赏者更好的视觉享受，登录后的界面色彩上选取石窟群的颜色为主色调，搭配蓝天白云，视觉清晰。通过点击按钮“石窟区”“游览区”即可选择想去的景点。登录后的界面如图2所示。
点击进入游览区，使用鼠标或键盘可以360度全方位漫游云冈石窟各游览胜地，如云岗石窟区、昙曜广场、佛光大道、灵岩寺等，点击右下角的地图可弹出放大并快捷选择到达目的地，效果如图3所示。
通过登录后的界面选择和游览区的地图点击都可以方便地到达石窟群区，石窟区首界面设计简洁，并嵌入了关于景点的女声解说，使用户有身临其境的感觉。用户可以通过首界面的查询对话框，输入想要到达的窟穴，也可以通过鼠标操作实现对石窟的选择。
（3）制作佛传故事动画。
仍以第六窟为例，除了方形塔柱和周围墙壁，下层还有保存完整的三十多幅浮雕，描写了释迦牟尼从诞生到成道以来的佛传故事，整个石窟既烘托出佛国世界的神圣与庄严，也反映出人们对美好生活的向往与追求。为使用户对第六窟有更丰富的认识，笔者使用Flash将该窟的“右腋诞生”“抱子返城”和“相师占卜”等佛传故事壁画制作了动画，点击在第六窟中对应的壁画位置，即可观赏到生动逼真的动画。上页图4是“释迦牟尼佛右腋诞生”的动画截图。
结束语
本文笔者基于三维可视化技术，使用Unity3D、3ds Max等工具，为云冈石窟景点提供了翔实的数字化表示和逼真的交互式展示。为了使用户自然、方便地了解其设计方式和细节，除了可视化技术一般的景点缩放、平移、旋转和自由漫游等人机交互功能外，笔者还将重点放在多模态可视化、室内外三维一体化表示与漫游和多媒体属性查询上，并制作了有关各石窟佛传故事的动画，使得用户观赏石窟的感受更为丰富。最后笔者希望本文的研究能对云冈石窟景点的文化传承和传播起到一定的作用。
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1风扇叶片表面数据采集
本论文所研究的风扇叶片外形复杂，主要由若干自由曲面组成，采用传统的测绘方法难以精确测量。最终采用上海塑造机电科技有限公司所生产的3DSS-STD-I（I标准型）三维扫描仪，精确、高效地完成了风扇叶片表面的数据采集。为防止环境光源对设备采集数据的干扰，必须保证环境光线不能太亮。调整并开启三维扫描仪后，采用5步标定法校准设备。扫描前，在风扇叶片表面喷涂白色的显像剂，如有必要，可以在需要的地方贴上参考点。采用多视扫描方法，并利用扫描软件的自动拼接功能将相邻两个扫描视角的公共区域拼接起来以获得风扇叶片外形的点云数据，由于该风扇叶片具有对称性，扫描时选择其中一片扇叶进行完整的扫描和数据处理，扫描完成后得到的模型点云。
2数据处理与模型重建
运用Geomagic软件处理扫描仪测得的风扇叶片表面的点云数据，将点云数据转变为曲面模型。在扫描仪采集数据时，由于测量方法、误差处理方式及周围环境等因素的影响，采集到的点云数据不可避免地会受到噪音的干扰，所以，在反求模型之前必须对数据进行编辑处理。删除不需要的点数据，过滤噪声。对于采点盲区，可采用填充命令进行修补。对原始点云进行去噪平滑处理，这样修补后的模型整体光顺性可得到进一步提高。
3风扇叶片注塑模具设计
在逆向工程的基础上，在UG注塑模具设计（MoldWizard）模块中，对该风扇叶片进行了注塑模设计。模具设计的基本流程如下：导入制件三维实体模型；对设计项目进行初始化，加载实体模型，确定材料及收缩率；分析实体模型出模斜度及分型情况；确定模具的分型面、型腔布局、推杆、浇口和冷却系统等；修补开方面，定义分型面；生成型芯、型腔等工作部件；加入标准模架、推杆、滑块等部件；设计浇注系统、冷却系统；完善设计图纸等。根据该塑件外观质量及尺寸精度要求，选用模具为一模一腔单分型面模具。结合分型面的选择原则，选取单分型面垂直分型。避免了顶杆端部与叶片的接触，保证产品外观的完整性。型芯、型腔由系统自动生成。
4结论
本文以逆向工程技术为基础，采用三维扫描仪，对风扇叶片进行了表面数据采集，用Geomagic软件对测量的点云数据进行处理，精确、快速的重构该产品的曲面模型，再用UG软件进行曲面的拟合和修改，最终得到高精度的三维实体模型。最后，在UG注塑模具设计（MoldWizard）模块中，对该产品进行了注塑模设计。逆向工程技术是全新的制造技术信息化、科学化的系统工程，为模具设计与制造开辟了新途径。现代几何信息数字化获取技术和以UG为代表的三维造型技术，为逆向工程提供了强有力的模型设计工具。逆向工程作为一项新技术在产品设计开发和制造方面，能大大地缩短设计制造周期。实践证明，将逆向工程技术应用到注塑模具设计中，可以在没有产品图纸的情况下，进行模型的模具数字化设计，大大提高了模具精度，缩短了开发周期，快速响应市场，提高企业竞争力。在消化、吸收先进技术的基础上，可以加快我国自主开发创新的步伐。
作者:李东锋彭浩舸张利君单位:湖南工程学院机械工程学院
关键词：矿山，建设，方法
1.引言
21世纪是各种技术飞速发展的时期，数字化、网络化、智能化已成为知识经济的重要标志，通讯、信息和自动化生产及检测技术的迅速发展和应用已经深刻地影响和改变着传统的矿业生产。数字矿山实际就是以矿山系统为原型，以矿山科学、信息科学、人工智能为理论基础，通过采用现代信息、数据库、网络支撑、传感器和过程智能控制技术，在矿山企业生产活动的三维尺度范围内，对矿山生产、经营与管理的各个环节及生产要素实现矿山企业生产的安全、高效和低耗，达到矿山资源管理和生产的最优化。
2.数字矿山概述
2.1数字矿山概念
数字矿山就是指在矿山范围内建立一个以三维坐标为主线,将矿山信息构建成一个矿山信息模型,描述矿山中每一点的全部信息。按三维坐标组织、存储起来,并提供有效、方便和直观的检索手段和显示手段,使有关人员都可以快速准确、充分和完整地了解及利用矿山各方面的信息。科技论文。
2.2数字矿山意义
数字矿山可将企业的安全生产与经营管理业务流程数字化并加工成新的信息资源,迅速准确地提供给各层次的管理者及时掌握动态业务中的一切信息,以做出有利于生产要素组合优化的决策,使企业资源合理配置,从而使企业能够适应瞬息万变的市场经济竞争环境,求得最大的经济效益。
2.3数字矿山的特征
2.3.1实时的数据传输网络。数字矿山技术环境下，理论上讲矿山数据库实时更新，井下工程数据可以实时传输到数据库，井下瓦斯传感器实时监测各处瓦斯含量，并实时反映到监测网络上，井下现实状态真实地、实时地反映出来，克服了传统滞后性，提高了矿山工程的科学性。
2.3.2矿业数据信息系统化。数字矿山的核心就是数据仓库。科技论文。整个矿山的问题都与矿业地理信息有关，所以事件必须与准确的地理信息数据紧密联系。真正做到从数据收集、处理、融合、设备跟踪、动态定位、调度指挥的全过程系统化。
2.3.3三维模拟系统。建立起虚拟矿山，进行矿山的模拟运转，运输系统模拟运转、通风系统的模拟运转、电路电机系统的模拟运转，进行矿井开拓设计对比，突发事故抢险演习等等，还可以对矿工进行虚拟的井下条件培训，提高他们的安全意识和工作效率。
3.数字矿山建设
3.1数字矿山建设现状
目前，我国数字矿山建设现状成果喜人，一批产、学、研结合的数字矿山建设优秀项目与成果脱颖而出。其特点可概括为：
（1）各行业竞相建设：煤炭、冶金、有色、黄金、非金属等矿山竞相开展了多种数字矿山技术开发与示范工程建设，并在技术先进性、建设效果等方面相互超越。
（2）建设重点各不相同：目前的数字矿山工程建设形式多样，有的以OA&ERP为主，有的以面向地质测量、一通三防、采掘设计为主，有的以人员定位、光纤环网、井下通讯系统为主，也有的以卡车调度、监测监控、安全检查系统为主。
（3）建设起点差别较大：由于各矿山行业、各生产矿井的信息化水平不同，基础条件和技术力量差异较大，因此具体实施数字矿山工程建设，存在改造提升、技术跨越和技术研发3种基本形态。
3.2 数字矿山建设
本文主要论述基于3S技术的数字矿山建设。3S技术在矿山建设中广泛应用。GPS除广泛应用于矿区控制及地面测量外，在变形监测、卡车调度等方面也得到了应用；RS近年已发展成为矿区生态环境受采矿影响的监测、调查与分析的重要手段；GIS在矿业界出现了应用推广与理论研究并重的局面。
3.2.1 GPS在数字矿山建设中的应用
（1）目前，通过研究GPS的WGS-84坐标系与我国国家大地坐标系以及矿区独立坐标系之间相互转换的问题，提出基于Delaunay三角网的游动9参数等一系列坐标转换方法，以满足矿区控制网坐标转换的实际需要。
（2）我国一些露天煤矿成功应用了卡车计算机调度系统进行矿山生产的指挥调度。借助无线通信和GPS卫星定位系统,将收集到的各种数据和边坡监测数据实时地传送到中央计算机,由中央计算机进行处理和调度,最终建立起一条数字化生产指挥控制链,提高了设备的台时效率,实现了采矿作业的最优化,钻机管理部分利用高精度GPS定位系统,实现了爆破孔的自动定位。
3.2.2 RS技术在数字矿山建设中的应用
（1）矿产资源开采状况遥感动态监测。所谓矿产资源开采状况动态监测，是将不同时相的矿区环境数据进行对比，从空间和数量上分析其动态变化特征及未来发展趋势。目前矿山遥感动态监测提取信息的方法主要有人机交互式方法和计算机自动提取方法。人机交互式提取，最主要的是在遥感图像上划出各地物界线，得到遥感分类图，再比较各时相的遥感分类图，这样可以很好地提取矿山各种地物的变化信息。
（2）矿山地质灾害遥感监测。地质灾害是矿山生产与矿区发展的重要影响因素。地质灾害发生是一个时空动态过程，遥感应用于防灾减灾主要包括三个阶段：灾害发生前对孕灾因子、背景信息的获取、管理与预处理，并进行灾害预报；灾害发生过程中对灾情的实时动态监测，提供救灾减灾需要的空间和专题信息，并进行信息分析、优化决策等；灾害发生后对灾情进行综合分析和灾害损失评估，为灾后重建提供信息基础和分析。
3.2.3 GIS技术在数字矿山建设中的应用基于GIS技术的矿业地理信息系统(MGIS)，是实现矿山信息化的最重要的工具之一。MGIS以在计算机网络上建立一个长期稳定运行的分布式系统为目的，从而实现矿山企业中各种信息资源的共享，为“数字矿山”的实现奠定坚实的基础。
MGIS的功能主要体现在以下几个方面：
（1）矿山信息系统的数据管理。针对矿山数据信息的复杂性、海量性、不确定性和动态多源、多精度、多时相和多尺度性的特点，为统一管理和共享数据，必须研究一种新型的空间数据库管理技术，其中包括矿山数据的分类组织、分类编码、元数据标准、高效检索、快速更新与分布式管理。而从海量的矿山数据中提取专题信息、发掘隐含规律也是空间数据管理的一方面。
（2）空间查询、空间分析。空间查询与空间分析是GIS的基本功能，在矿区中，“图查属性”、“属性查图”、空间缓冲区分析、叠加分析、网络分析等功能，可以用于采矿过程中保安煤粒的设计、各水平煤层共同要素的提取、通风网络的设计与实施等。科技论文。
（3）矿区制图功能。MGIS系统能够提供各种机制的高品质的数字矿图，如矿井开拓图、矿区地形图、矿区土地利用图、矿床产状图、采掘工程图、井上下对照图等。
4.结束语
数字矿山是矿业科技创新的核心方向，是矿山可持续发展的保障。随着信息技术的飞速发展，数字矿山将会很快在矿山生产中推广应用，数字矿山的强大功能及在矿山生产中的重要性将会在日后的应用中逐步体现出来。
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关键词：日式动画风格；非真实感渲染；赛璐珞着色法
一、概述
由于传统的手工上色耗费大量的时间以及成本，数字化的无纸动画上色也仅仅是将制作过程变成手工计算机上色，仍然需要耗费大量的人工时间以及成本。对于这种情况我们希望能够出现一种技术可以减少这种劳动密集型的上色修型作业，提高效率，同时进一步改善并统一动画图形品质，减少项目的运作风险。
文介绍了一种卡通动画渲染技术，使得上色过程自动化，如图1左边我们对角色进行数字化建模的过程，运用我们的算法使得三维角色拥有和二维角色近乎一样的视觉特征。
图1：从我们使用数字动画软件对二维角色进行数字模型化，我们运用抽象的渲染风格技术进行渲染，会让人联想到是卡通手绘的角色
在该技术研究中我们采用较为成熟的日式卡通风格，来作为衡量我们技术实用性，通过我们制定shader以及数字模型来生成日式卡通二维效果，同时我们还可以访问以及修改shader的参数，例如颜色，高光特性，对比关系，等参数控制最终的渲染结果。同时我们改进相关的流程使得流程高效易用，并能很好的适用于实际的商业动画项目中。
二、相关工作
1.建立角色模型。
我们通过建立三维几何体描述需要生成图形的造型形象。对我们来说具体使用哪一种建模方法并不重要，因为渲染算法本身是通用的，运用不同的算法我们可以计算真实感图形以及非真实感图形的计算。我们知道我们一般所制作的数字模型都是依据真实的光照标准来制作的。这种数学模型称为光照模型，这种模型可以用描述物体表面光强度的物理公式推导出来。给予计算机生成的图形最基本的真实性。但是三维数字卡通形象都是以非真实效果存在的，这就需要我们按照卡通渲染算法对光照模型的进行适当修改，已满足最终渲染效果的需要。所谓卡通渲染的基本元素，就是“轮廓线和较统一的着色”。依据卡通图形的基本特征我们将从着色以和勾线这两方面来解决问题。
2.着色处理
给三维角色着色处理，需要我们考虑两个方面。一个是物体本身的颜色纹理，二是环境光照情况。而且对于日式卡通渲染图形来说，重点是在颜色光与影的变化，对纹理的要求比较少见。因此，对于我们卡通角色着色的讨论主要集在光照颜色和阴影颜色上。通常情况，当光线照在物体上的时候，物体的颜色会依据光照强度的衰减出现平滑的明暗变化，这会让物体看起来更为真实，而我们卡通渲染则需要离散这种光照，使得光与影能够明显的区分出来，且参数可以随意控制光和影的色值，简单的做法就是给光照强度限制范围 也就是我们常说的非线性光照（如图3 B），非线性光照是卡通渲染的重要特征。
图3
非线性光照使图像区别于真实感图像所存在平滑过渡效果，这会让我们很容易想到的一种解决方法是直接采用纹理贴图，但是这种静纹理贴图局限性比较多，如不能够根据光照变化而产生变化，在很多地方会限制效果的发挥，大部分时候需要光影动态计算方式，使得整体画面视觉效果统一。
3.勾线
运用3D技术来为三维角色生成理想的轮廓线，是我们研究的重点，基本的要求是用黑色像素沿着物体的轮廓和边缘进行填色 当视角点改变时，轮廓线也跟随改变正确的渲染和计算。
下面是我提出的模拟手绘渲染边线的解决办法。
转贴于
我们处理的思路是：采用取样像素级法线信息，将颜色信息和法线信息分别输出到两个渲染目标纹理。再获得了法线和颜色的渲染目标纹理后，利用这2个纹理做处理：判断临近的像素的法线的方向是否差别很多，如果很大，就是具有轮廓的地方，用黑色填充，否则作为颜色处理，对于颜色信息，就是正常渲染模型，法线信息就是计算三维物体在摄像机下空间坐标XYZ，并使用三元属性RGB颜色值表示，由于法线信息是三元浮点信息，而图形渲染格式则可拥有4个通道，所以多出来的一个通道可以记录其他信息，如模型id号，根据id号不一致情况 这样可以检测是否处是外轮廓。
等然后在这个物体上进行轮廓描边，渲染出较为理想的轮廓线。用这种方法渲染的最终效果是只有边线的模型图，独立的渲染边缘线好处就是可以独立的处理这些边缘线效果，我们可以按照自己预期的艺术效果，对渲染出的轮廓线进行手工二次修改或修正。
运用这种方法的优点在于：一是运用计算机批量生成动画线稿的基础上进行修改，这比用传统手绘动画的方法效率高得多，不需要太多的勾线人员，省时省力，节约成本和大量的制作时间；二是与全3D动画相比，技术要求门槛比较低，即使在渲染中出现错误也可以快速修正过来。三是这种方法易于修改 可以更具需求制作如水墨线， 水彩 ，油画等勾边效果。
4.其他处理。
所研究的这种渲染方法还可以做进一步延伸：通过限制制作normal map贴图来提升角色细节，使得模型面数大大降低，
通过用最少的点、线、面建模提高运行效率。渲染出明确、清晰的轮廓线和阴影线，以便于进行2D 手绘填色，或对边缘轮廓线添加手绘贴图材质，直接渲染出有手绘效果的线条。与手绘相比，由渲染贴图生成的线条或用绘图板在图形软件中绘制的线条缺少了个性化的特点。运用后期来处理来勾线提艺术家自由发挥的空间。
三、结论
我们已提出了二维风格渲染方法，这些都源运用不同的算法控制技术，使得模型能够产生色彩边界，强调形状以及边界，使得能够表现各类非真实效果 。 我们通过这种方法模拟，使用程序化的三维渲染技术与传统手工动画角色视觉表现几乎一致，与传统手绘角色同样具有表现力。我们的方法的主要优点是：该技术易于使用并可很好的整合在动画制作流程当中，成本相对于传统动画方法低廉很多，即使刚成立的小型动画工作室也可以利用这种方法快速的制作出高品质二维动画出来。运用这种方法和技术，充分利用计算机的资源，减少劳动密集型的传统动画作业方式，提升效率降低动画项目的风险和运营成本。虽然该技术仍然还有一定的局限性，需要制作人员针对不同镜头和不同情况做细致的参数调整，虽然这些参数需要被手动设定，但也意味着为制作人员提供了更多的控制。尽管有些限制，我们的方法和流程会产生人信服程二维卡通角色。
本课题系南昌大学科学技术学院科研立项项目。
参考文献
[1] David S， Texturing and Modeling [j]，Morgan Hofmann; (2003年1月4日).
[2] Kelly Dempski ，Advanced Lighting and Materials with Shaders [j].
【关键词】岩土工程；数字化勘察；应用方法
1. 引言
岩土工程勘察是工程设计的先决条件。一般岩土工程信息，包括地形地貌、地层界面、断层、地下水位、风化层厚度以及各种物探、化探资料，这些资料只是一些离散的数据，岩土工程技术人员较难直接利用它们再去分析场地中工程地质参数的分布规律，更何况传统的岩土工程资料分析和解释一般都局限于二维、静态的表达，这种表达描述空间构造起伏变化的直观性差，往往不能充分揭示它们空间变化的规律，难以使人们直接、完整、准确地理解，也就越来越不能满足工程的空间分析要求。 随着计算机图形处理技术的完善，已经完全可以集成以岩土工程建模、岩土工程数字化、岩土工程数据库管理、岩土工程特性分析、岩土工程地质解释以及空间分析和预测、地学统计和图形可视化的一体化系统，继而发展成为现代化、信息化为一体的岩土工程勘察数字化新体系。本论文就将主要对数字化的岩土工程勘察进行简单的探讨，以期和同行分享。
2. 岩土工程勘察方法概述
2.1 传统的岩土工程勘察方法存在的问题。
(1)勘察资料过于地质化。 由于部门长期的条块分割，勘察、设计分散作业，加之岩土工程规范制定和新技术、新方法应用的滞后，以及专业设置过细，岩土工程本身的特殊性等原因，设计与勘察之间脱钩多，使得勘察提供的岩土工程信息通常以设计人员难以理解的形式出现，而且勘察也较难参与设计的全过程；设计人员也因知识的局限，很难深层次理解岩土工程勘察信息，因而勘察成果在设计中的转化率较低，造成许多不应有的浪费和损失。
(2)数字化地图与数字化设计系统间不够贯通。 地形图是设计系统的底图或称基础数据，由于数字化地图中的某些环节技术条件不成熟，与CAD设计软件的接口不匹配，很难顺利实现对接，设计系统不得不重新将勘察资料数字化，影响了设计系统CAD的推广应用。
(3)勘察信息数字化程度低。 勘察部门提供的勘察信息往往以图纸、表格、文字等形式为主，内容上定性描述较多。这一方面造成设计人员对于勘察信息难于准确理解，另一方面造成对勘察信息处理、利用上的困难。
2.2 数字化勘察技术概述。数字化岩土工程勘察是指应用当代测绘技术、数据库技术、计算机技术、网络通信技术和CAD技术，通过计算机及其软件，把一个工程项目的所有信息(勘察、设计、进度、计划、变更等数据)有机地集成起来，建立综合的计算机辅助信息流程，使勘察设计的技术手段从手工方式向现代化CAD技术转变，作到数据采集信息化、勘察资料处理数字化、硬件系统网络化、图文处理自动化，逐步形成和建立适应多专业、多工种生产的高效益、高柔性、智能化的工程勘察设计体系。该技术体系用系统工程观点，把勘察、设计的图纸、图像、表格、文字等以数字化形式存贮，供各专业设计使用。
3. 数字化岩土工程勘察应用实现的关键技术探讨
3.1 岩土工程数字化建模方法。
（1）岩土工程地质建模的方法目前采用的主要有表面模型法，表面模型法(也叫数字表面模型)的历史较早，它的基本内容就是通过精确的表示出工程地质体的外表面来表示均质地质体的建模方法，也是目前广泛使用的建模方法。表面模型法的数据来源是通过测点获得的一系列离散的测点资料，包括测点的几何特征数据和属性特征数据，然后利用数据解释结果重构地质体界面。可以抽象为把一系列同属性的点按照一定的规则连接起来，构成网状曲面片，进而确定整个地质体的空间属性，有很多方法用来表示表面，常用的方法主要有数学模型法和图示模型法，本论文主要讨论图示模型法。常用的图示模型法有边界表示法、规则格网法、等值线法、不规则格网法等，其中不规则格网法是本系统选用的模型表示法，将做详细分析讨论。
（2）不规则格网法(TIN)是将区域内有限个点将区域划分为相连的三角面网络。区域中任意点落在三角面的顶点、边上或三角形内，如果任意点不在顶点上，则该点的数字属性值通常通过线性插值的方法得到(在边上用边的两个顶点的高程，在三角形内则用三个顶点的高程)，所以TIN是一个三维空间的分段线性模型，在整个区域内连续但不可微。有许多种表达TIN拓扑结构的存储方式，这里采用一个简单的记录方式是：对于每一个三角形、边和节点都对应一个记录，三角形的记录包括三个指向它三个边的记录的指针，边的记录有四个指针字段，包括两个指向相邻三角形记录的指针和它的两个顶点的记录的指针；也可以直接对每个三角形记录其顶点和相邻三角形。每个节点包括三个坐标值的字段，分别存储X，Y，Z坐标。这种拓扑网络结构的特点是：对于给定一个三角形，查询其三个顶点属性和相邻三角形所用的时间是定长的。它在沿直线计算地形剖面线时具有较高的效率，当然可以在此结构的基础上增加其它变化，以提高某些特殊运算的效率。
3.2 数字化岩土勘察工程数据库系统。基于GIS的岩土工程勘察涉及到的原始数据主要为地理信息方面的空间数据和非空间数据，数据来源包括：
3.2.1 基础地理数据这些数据主要包括：
（1）自然区划图。 该图反映被研究区域的地理区划、河流、道路、居民区、山川、公共设施等等自然地理信息。
（2）地形、地貌图。 该图反映被研究区域的自然地貌情况。
3.2.2 岩土工程勘察数据这些数据主要包括： 所研究区域的工程地质勘探资料。 经过筛选、处理的各勘探点包括地理、环境、土的物理力学指标在内的所有信息。 各类建筑场地的地层信息，比如液化等级、液化指数、特征周期、年代、沉积相等。 结合上述分析，数字化岩土勘察工程数据库系统可以按以下几个步骤实施构建：
（1）岩土工程勘察数据库的概念模型设计。 岩土工程勘察数据库管理作为岩土工程勘察数字化系统的一项基础工作是一个数据密集、处理复杂的数据库应用问题，为了能获得反映信息世界的概念性数据模型，将与实体和联系相关的功能与行为剥离出来，仅从现实世界中实体的数据侧面来建立模型即研究数据对象与属性及其关系，并在此基础上建立相对应的数据库表结构。
（2）数据库建立实现。 岩土工程一体化系统的数据有三类：用户输入的原始数据、系统生成的中间数据及最终数据。原始数据由测点数据组成，而测点数据又由测点几何属性数据(位置)和测点信息属性数据；中间数据包括根据原始数据系统自动生成的地层层面等值线模型、三维表面模型、剖面模型等，根据这些模型可以生成用户需要的各种图件，还可以进行各种信息查询操作；最终数据种类繁多，主要是根据用户需要由中间数据生成，包括图形资料和文档资料(如地质勘察报告等)。
虚拟现实技术可利用计算机产生一个以自然的视、听、触等功能感受的三维环境，人们可以方便地对生成的“虚拟世界”进行交互式的观察、分析、操作和控制。它以仿真方式给用户创造了一个实时反映实体变化与相互作用的界面，使用户可直接参与并探索仿真对象在所处环境中的作用与变化，它具有多媒体信息的感知性、沉浸性、交互性和自主性等特点。利用虚拟现实技术创建出逼真的矿山工程环境对优化系统设计具有重要的实用价值。
为了给用户创建一个能使其感到身临其境和沉浸其中的环境，必要的条件就是根据需要能在虚拟现实系统中逼真地显示出客观世界中的一切对象：不仅要求所显示的对象模型在外形上与真实对象酷似，而且要求在形态、光照、质感等方面十分逼真。
目前，相关软件发展迅速、种类较多，其中常用的软件有MultiGenGreator、Vega、OpenGI以及我国图灵公司的VRMAP、适普公司的IMAGIS等。
1．1模型构建软件
MultiGenCreator是美国MultiGenParadigm公司开发的三维建模软件，广泛用于视景仿真、虚拟城市、模拟设计、交互式游戏等。它在满足实时性的前提下可生成逼真的场景，可进行多边形建模、矢量建模和地形生成。它的层次细节、多边形筛选、逻辑筛选、绘图优先级、自由度设置等高级功能使得其数据格式OpenFlight在实时三维领域成为流行的图像生成格式。该软件可接受DXF、DEM和其它矢量格式的数据与AutoCAD和GIS软件结合方便。
1．2支持视景生成的语言——OpenGL
应该使用已有的商品化或标准化的图形库和程序设计语言来设计与实现虚拟环境，其中OpenGI(服务器)及其支持系统就是这样一种可选用的图形生成环境。OpenGI可按函数库的形式被C语言调用，也可以被窗口系统直接调用。OpenGI是使用专用图形处理软件接口，该接口目前由几百个过程函数组成，用以支持用户对高质量三维对象的图形和图像进行操作。
()penGI指令的模型是客户／服务器模式，即一个程序(客户)提供指令，该指令由OpenGI解释并处理，它直接执行3D及2D图型的基本操作。这些操作包括转换矩阵、光照模型和光线跟踪、反混淆方法、z～Buf以及像素更新操作等。OpenGI也支持双缓冲技术，该技术提供了生成动画效果图形所需要的机制，使所生成的图形能够像电影一样平滑运动。
1．3视景漫游软件
Vega是MultiGen--Paradigm公司开发的应用于实时视景、声音仿真和虚拟现实等领域的高性能软件环境和开发平台，由Lynx图形化用户接口和Vega库组成。利用Vega库函数可在Lynx中建立漫游所需要的场景、窗口、通道、运动和碰撞方式，可以定义对象的初始化参数并建立对象之间的相互联系。
2地质构造情况的模拟
对于矿山技术人员来说地质构造情况非常重要，如果对煤层、岩层、含水层、流沙层以及断层和褶曲等情况的推断有偏差，或图形表现不直观易懂，则在建井或生产过程中就可能发生塌方、突水等事故，造成人员伤亡和经济损失。应用虚拟现实软件可以根据地质体的三维分布，使矿井的规划设计更加直观方便。
综合国内外现状，三维地质体的绘制有块段、表面、实体和断面建模法等。
MultiGenCreator中需要的曲面数据是ded或。dem格式，使用GIS软件Arolnfo、用插值方法生成不规则三角网(TIN)，然后转成USGSDEM格式，将其导入Creator就可以生成煤层曲面。然后，通过光照、着色、纹理、渲染等处理三维地质体更加逼真。
3地形地貌及地物的模拟
地形地貌和地物的建立需要相应的三维数据。如果有研究区域的纸质地形图，可以用扫描数字化的方法得到平面数据，按照图上的标注得到高程数据；如果已有该区域的电子地图，则可直接使用或通过数据格式转换得到需要的数据；如果没有上述数据源，则需要由野外测量获得。
地形生成与地质曲面生成过程类似，先用ArcInfo将地形图上的等高线和高程点进行数字化，把图上标注的高程值输入到属性表中，生成不规则三角网(TIN)，然后转成USGSDEM格式将其导入Creator生成三维地形。
对于建筑物、道路、围墙、河流、湖泊等的建立，先用Auto—CAD进行数字化，得到其平面位置。将得到的*．def文件导入Creator，并与地形匹配。如果建筑物比较规则，则直接将其底面按照高度拉伸为立体，如果建筑物造型比较复杂，则需要分成规则的几部分进行构建。
4矿山井下巷道建模
目前，矿山信息主要是通过CAD格式的双线采掘工程平面图来表达。首先根据采掘工程平面图上的高程信息，利用CAD中的三维多线段重新描绘巷道，同时将高程信息赋予每个节点，实现巷道的单线显示，井筒和巷道设计要布置合理，尽量避免穿过断层、褶曲、含水层等不良地质构造，尽量减少矿井建设和生产地面的影响。
使用MultiGenCreator进行设计，用圆柱体表示井简，用半圆型截面的柱体表示岩巷，然后进行模拟生产，以发现生产中可能遇到的问题，对设计方案进行比较和选择。设计方案完成后可模拟不同设备、不同开采方式的生产系统进行生产，从而达到优化矿井设计和生产系统的目的。综合考虑地质和技术条件、经济、环境等各种因素，选择合理的方案。
5虚拟巷道系统的建立
虚拟巷道系统是对矿井真实巷道多分辨率的三维虚拟表示，建立的主要任务之一是实现基于web环境下的可交互的、真实巷道的三维可视化表达，用户可以从各个角度对巷道虚拟环境进行任意的浏览和观察，并可通过网络进行各种交互。
5．1矿井巷道的建模
矿井中各种实体大多是三维实体，其表面为不规则曲面，且内部矿体品位分布不均匀。对于矿体的外形，可用一个不规则的封闭曲面来确定。为确定矿体的范围，要经地表勘查、地下勘探及推估等手段来完成。在浏览器上三维实体模型，可通过将现有的三维矿体模型中存储的信息按照一定的规范转换为系统可接受的格式得到。要在MuhiGenCreator中构建三维矿井巷道模型，首先应进行简单的坐标转换，这是因为MuhiGenCreator中采用的坐标系和地学中实际采用的坐标系的含义有所不同。MultiGenCreator中采用的坐标系为符合右手规则的空间坐标系，是以MuhiGenCreator浏览器中用户区的中作为其坐标系的圆心，基底坐标为XOZ面，y表示高程。其坐标长度以米为单位，标准角度以弧度为单位。因此，为使它与人们通常采用的地学坐标系保持一致，应将原来矿井三维实体的(，Y，：)坐标转换为MuhiGenCreator坐标系中的(，Y，Z)。转换后的三维实体坐标应满足虚拟场景中所采用的局部坐标系显示的需要。由于矿井实体坐标的数值一般相当大，而实际显示坐标值的前几位高位数据对图形形状不产生任何影响，因此可将地理坐标数据各分量同时做一预选。
5．2虚拟巷道场景的绘制
对于规则格网构成的矿山地表模型及矿井实体的顶底板数字表面模型，可用ElevationGrid节点构建。该节点能很容易有效地设计创建一个位于局部坐标系X()Z平面上高低起伏的地域造型。该造型用高度值组成的标量阵列描述，阵列指定了表面每个格网点上的高度。和z方向的栅格点数量可以分别用xDimension和zDimension域建立。xSpacing和zSpacing域值指定了栅格行和列之间的空间。Height域的值指定了每一个栅格点的海拔高度，基底上的每一个栅格点都与height矩阵中的一个海拔值相对应；colorPerVertex域指定为TRUE或FAISE，表示color域中指定的颜色是用到ElevationGrid节点的每个顶点上(TRUE)，还是应用到每个四边形上(FAISE)；此外，通过建立solid域值，所有的海拔栅格都可以当作实体。
对于由不同的三角面构成的复杂地表模型，则需要用MUITIGENCREATO提供的万能几何节点IndexedFaceSet来创建，它有coord与coordlndex两个域，与IndexedFaceSet节点中的两个域类似，前者提供了一个节点，列出了构造面几种所有面的坐标。Coordlndex域的值提供了一张描述一张或多张面周界的列表。其中每一个值都是整型索引，并且每个索引都指定了在coord域内的坐标列表中的一个坐标。在实际的创建过程中，要求建立三角网的各个三角面按照法线方向向外的法则。
6结语
应用虚拟现实技术，生成一个逼真的矿山虚拟环境(VirtualEnvironment)。这样在矿山设计或研究阶段，科研人员可以置身于矿山虚拟环境下直观审视矿山，按照设计给定的工艺方法和参数，选择设备及确定生产模式。从基建到闭坑的全过程实时监控，发现问题进行实时修正。设计结束后，设计单位、矿山企业可向审查者、公众展示一个三维和动态的矿山。总之，虚拟现实技术在矿山设计、技术改造、生产中可广泛应用。
参考文献：
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【关键词】：数字技术建筑信息模型（BIM） 建筑教育体系改革
中途分类号： G642文献标识码：A文章编号：
1.前言
一提到建筑数字技术教育，首先想到的可能是一系列的软件，除了传统的AutoCAD，3Dmax，Sketchup等，还有基于建筑信息模型BIM技术的Revit 等，另外擅长曲面造型的Rhino，诚然，这些软件的教学能让学生掌握更多表达建筑的方法或提供更好的建筑设计的思考途径，但是由于在教学过程中大多侧重软件使用方面的讲授，忽视了与设计课的结合，同时其他专业基础课与设计课在数字技术的衔接方面也不成体系，因此很难达到预期的效果。在2007年全国高等学校建筑院系建筑数字技术教学研讨会上提出的改革思路的一个重要方面就是将建筑数字技术课程与建筑设计教学结合起来，原本专业基础课程的学习就应该服务于设计课，更好的将个专业基础课与设计课达到无缝衔接的程度才是建筑学专业教学的目的。数字技术的应用是渗透到整个建筑行业中的，因此建筑学专业教学体系应抓住数字技术革新的契机，对各个课程的教学内容和教学方法做出相应的改革，建立更紧密围绕设计课为主的教学体系，让学生更加适应数字时代的到来！
2.建筑数字技术教学改革的现状
随着计算机、网络、数字技术的发展，给建筑教学带来了翻天覆地的变化。首先，网络让教学交流更容易。比如，班级一般都建有QQ群，任课老师经常被邀请加入群里，讨论作业、设计等，在更轻松、平等的网络氛围下的师生交流更愉快，教学效果更好。此外，学生还把作业放到ABBS等建筑论坛上请求点评，在论坛上经常会碰到名师还有设计经验丰富的建筑师，学生反映收获很大。除了增进与老师的交流以外，学生与其他院校的同学交流也增多了，通过网络他们了解了其他院校的同学都在学什么，怎么学，而且同龄人之间交流学习心得的效果比老师在课堂上反复强调要好。其次，实现了多媒体教学普及和精品课程资源共享。一般理论课教学都利用了多媒体教室，老师通过图片、三维动画、视频资料辅助教学，学生更容易接收。更重要的是多媒体教学也让精品课程库的建立成为可能，让不少一般院校的学生也能通过精品课程库享受到优质教学资源，对提高老师的教学质量也有很大的帮助。最后，三维软件的学习，增强了学生的空间思维和创新能力。绝大多数院校在大一下学期安排Sketchup软件的教学，然后在接下来的设计课中马上利用Sketchup建模并推敲方案，学生普遍都表现出比用手工模型推敲方案更高的热情，他们对方案中内部空间的布置和外部环境的营造以及对建筑的材质、颜色的推敲显得更细致入微。此外，几乎所有重点高校，如清华大学、重庆大学、同济大学等，以及部分普通高校，如湖北工业大学、河南工业大学，他们进行了数字技术教育改革的脚步较早，除了Sketchup，他们更安排了Revit、Rhino等三维软件的教学或专题讲座，让不少学生使用Grasshopper体验了参数化设计这种全新的设计思维，大大开阔了空间设计的思路创新。
3.建筑数字技术教学改革中存在的问题
建筑数字教学改革中存在的最重要的问题就是与设计课结合的不紧密。主要表现在以下两个方面，第一，虽然在建筑数字教学中增加了大量的课时，但是大多普通院校主要用于讲授新的软件的使用方法，对数字建筑本身的意义和重要性对学生交待的不清楚，最后学生把兴趣放在软件的学习上，激动于软件带来的感官刺激，比如用rhino创建的自由形体让学生激动不已，导致过分强调外部造型而忽视了设计最本质的东西比如空间的组合。目前除了一少部分院校开始讲授基于BIM技术的Revit 以外，大部分院校三维软件教学以讲授Sketchup和3DMax为主，其它软件推荐学生自学，因此有的学生在草图构思阶段也会受到软件的限制，比如草图大师不擅长曲面，学生在构思阶段有意避开曲线构图，或有想法也坚持不到最后。其实数字技术对设计的影响之大远远超出我们现在可以想象到的。比如在2011年CAADRIA（亚洲计算机辅助建筑设计协会）年会上SASADA奖最佳论文奖的冠军奖励给一个使用弯曲传感器和记忆合金实现现实中的织物曲面形态和计算机中的曲面模型之间互动的研究，它使得建筑师对曲面形态的创作可以脱离计算机图形界面而在物理世界中进行。
第二，专业理论课的教育对数字技术的反应太慢。正如建筑业对科技的反应比其它专业如机械、航天、导弹等等专业都慢很多一样，专业理论课对设计课的支持也总是慢一拍。三维建模出现后，特别是基于建筑信息模型的软件出现后，还有不少学生甚至老师还认为那只是类似或比3DMax高级的三维软件，并没有意识到BIM模型可以应用于整个建筑周期，从方案设计到施工图设计，并整合结构、机电等，再到施工、物业管理等阶段都有用武之地。比如Revit和ArchiCAD等三维软件建立的模型或组件可以用于建筑构造课程，从整体到局部到节点构造均有比较精细的组件模型，而且利用这些软件进行理论课的教学让学生倍感亲切，和设计联系的也愈加紧密。又如Ecotect软件本来可以提供很好的对建筑物理环境声、光、热全面分析，但大多数学生面对大量的数据设定望而生畏，然而，如果在建筑物理理论课的教学中在声、光、热三方面分别以小例子来讲解相应的使用方法和分析途径，学生也会对建筑物理这门本来比较难又略显枯燥的课程更感兴趣。因此在理论课上及时利用或补充数字技术方面的相关知识并与设计结合讲解可能是数字技术带给建筑教育课程体系的一个契机。
。4.建筑数字技术教学改革的探讨
建筑学教育本来就是一个完整的体系，被人为的分成若干课程，最终通过设计课程来实现知识的整合。数字技术的发展特别是BIM技术，为学科的整合方式带来的新的契机，通过BIM技术构建一些历史的、现代的、著名建筑模型，并建立一个基础数据库，这个库可以提供给各个课程分别引用，并根据知识侧重点不同增添新的信息，然后成为这门课程的模型数据库。因此借助数字技术的手段推动建筑学教育体系中知识的整合度，让学生将各课程所学融会贯通于设计课程应该成为数字计算教学改革的重点。具体来讲数字技术与各门课程之间的整合构想如下。
4.1数字技术与计算机辅助设计课的整合
大多院校虽然开设计算机辅助设计课已经有十多年历史了，但通常把计算机作为绘图工具取代手工绘图，充其量达到“无纸化设计”的程度。近几年来受大量外来数字建筑作品的冲击，国内建筑师开始从创作思维层面上利用数字技术，重点建筑院校也开始探讨数字技术教学改革的新模式。而要从创作思维层次上利用数字技术必须有有计算机图形学的基本知识，但对于建筑学专业学生来说，基本的图形学算法已经令人望而生畏，更不用说参数化设计这类需要总结设计的生成规则并转化成算法的，更是让人举步维艰。但清华大学已迈出了第一步，开设了计算机图形学课程，在参数化设计课题上做出不少有益的探索。因此普通院校在开设计算机图形学课有难度的情况下，在计算机辅助设计课中增加相关的计算机图形学知识是可行的。
4.2数字技术与建筑历史课的整合
建筑历史课教学宜从古建筑制式的介绍和现代建筑的数字设计方法两个层次来结合数字技术。第一，利用数字技术建立古建筑模型库，特别是基于BIM技术的三维模型。比如我国古代木结构建筑都有严格的等级划分，而划分的规律多以柱径尺寸或斗拱中斗口的尺寸来控制，通过参数化设计，整个古建筑木结构模型一目了然，而且模型中各个部件均可以添加名称和细部尺寸信息，学生只需更改参数即可查询各种等级不同制式的古建筑，而且构件名称、尺寸以及安装方法等信息均可查询。虽然很多学校在这方面都做了不少有益的探索，但是，如果能够在常用软件中有准确的三维模型，那将对历史教学和设计课程的有机结合有很大帮助。另一方面，将数字技术的发展现状作为教学内容。如果在介绍现代建筑时，结合其使用的数字技术进行分析，将在提高建筑历史课的学习热情同时开拓学生创新思维能力。
4.3数字技术与建筑构造课的整合
建筑构造课教学宜从构造节点信息和建造方法两方面结合数字技术。一方面，利用通过BIM技术建立的模型库添加细部信息，比如楼板、复合墙体、防水层的构造信息。这样学生可以方便查询，毕竟学校不可能在构造实验室把所有的构造节点收集齐全。但是模型库可以通用，构造节点只需在原有数据库的基础上添加详细的节点信息。另一方面，可尝试整合相关的CAM知识作为教学内容。因为学生在感叹独特的空间曲面造型的同时往往会有疑问这样的造型怎么做。CAM是计算机辅助建造的缩写，在汽车和航空领域的应用广阔，目前建筑业也有应用的实例。如ONL设计的IWEB项目，一个类似太空飞船的造型，从设计到构件生产建造到施工组装完全用三维数字技术，建立了从三维设计到钢材制造的直接联系。如果学生对空间曲面造型的构造更清晰会增加他们利用数字技术设计的信心。
4.4数字技术与建筑物理课的整合
建筑物理课教学应该补充讲授如何利用数字技术进行各种物理环境的分析。学生提到物理课往往比较头疼的，因为目前的教育侧重概念介绍和计算，真正能运用于设计中的一般就是一些定性的知识。但如果利用数字技术对物理环境做足分析，可以为方案提供强有力的数据支持。对于如草图大师上的日照分析，学生都非常乐意运用，但对于如Ecotect等专业分析软件，大多数院校的学生都苦于自学难度很大，面对大量物理数据的设定无从下手，而且对分析结果如何指导设计改进也充满困惑。在这方面，重庆大学已经做了不少探索，而且在新编的建筑物理教材中增加了Ecotect应用部分，为教学提供很大的方便。因此，结合设计案例讲解软件的使用方法，以及通过分析结果改进设计方案的手段是有必要的。
4.5数字技术与建筑设计课的整合
建筑设计课教学既要鼓励学生在设计中运用所学的新软件，还要提醒他们不要被软件左右设计思想。近几年“非线性设计”、“建筑设计生成法”、“参数化设计”新的概念层出不穷，学生一边向往这些新概念带来的视觉冲击，一边又害怕困难，没有把握去尝试，往往放弃或半途而废。设计课上老师应该鼓励学生在大学设计课程中至少做一个非线性设计的方案，课堂上对于想法很好，但建模有困难的同学可以做一部分示范，帮助他建立一部分模型，正如建筑表现课上给学生做示范一样。这方面，东南大学、清华大学、同济大学都开始了教育改革实践取得了相当喜人的成绩。但对于有些软件基础好的学生，他们虽然能很快结合设计，但容易沉迷于软件带来的新奇造型，欲罢不能，反而忘记了设计的本质，对他们则应正确引导，提醒数字技术是工具，要为设计服务而不是成为它的奴隶。
5.结语
总之，无论对于走在改革前列的重点院校,还是正准备迈出改革步伐的普通院校,要实现各课程之间的整合工作量相当大，教师培训、教材编写都需要付出大量心血，但是，借助数字技术的改革推动建筑学教育体系的整合是必然趋势，随着数字技术的发展，建筑教育体系必将同步发展、与时俱进。
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