三维表面形貌仿真模型
重庆市城市规划三维仿真模型数据标准（试行） 1范围 本标准规定了三维仿真模型的术语、基本规定、成果内容及相关要求、建模要求及三维动画制作要求。 本标准适用两江四岸规划区及其他重点控制区域（以下简称规划控制区）的现状三维模型、城市设计三维成果，以及规划控制区内的新建、改造建设项目三维模型成果制作。 2术语 2.1现状三维模型 指真实反映现状地形、基础设施、自然景观以及建筑外观和风格的虚拟现实模型。 2.2城市设计三维模型 指侧重于城市空间形态和环境的整体构思和安排，表达规划编制范畴的城市空间布局、景观形象、地形、基础设施以及建筑设计的虚拟现实模型。 2.3建设项目三维模型 指在行政审批环节中反映的建设项目的建筑体量、建筑外形和风格、外立面及建筑布局的规划方案虚拟现实模型。 3基本规定 3.1基础地形建模要求 1）城市规划区域的数字高程模型必须采用1:500地形图，地表纹理信息根据规划设计方案的景观设计材质库中选取相应的图片。 2）城市建成区域的数字高程模型必须采用1:500地形图，地表纹理信息由实地拍摄的数码照片，拍照应使用500万像素以上的广角照相机。 3）其他区域的数字高程模型可采用用1:2000或1:1万地形图，地表纹理信息由1:2000真彩色正射影像或分辨率不小于1m的彩色卫星影像图片获取。 3.2空间参考系要求 1）大地基准：必须采用重庆市独立坐标系。 2）高程基准：必须采用1956年黄海高程系。 4成果内容及相关要求 4.1成果文件内容 三维模型成果必须经过烘培，能够真实而艺术地反映地形地貌、基础设施、自然景观以及建筑外观和设计风格。三维成果必须包含以下内容： 1）三维渲染整体效果图，图像分辨率不小于2048×2048，图片格式采用*.tif。 2）带材质贴图且经过烘培的三维仿真模型，文件格式为3DS MAX 7.0或以上的*.max，贴图为tif格式。 3）对于建设项目三维模型，必须提交项目总平面、剖面图、立面图、平面图等电子文件，文件格式为AutoCAD2005的*.dwg格式。 4）对于城市设计成果，必须提交相应三维动画（A VI）资料。
3D扫描仪原理及用途 内容来源网络，由SIMM深圳机械展整理 更多3D扫描及测量设备展览，就在深圳机械展！ 这是一个无所不能的时代，一些你认为只会在科幻中出现的产品其实早已存在3D扫描仪就是其中之一。借助它超强的能力，许多基础工业的日常运作都在发生着翻天覆地的变化。即使如此，它的潜力也只是得到了初步开发，未来若能和3d打印机搭配使用，一定会焕发更加强大的活力，甚至有望成为创客的必备神器之一。不过现阶段的价格问题是它绕不开的一大槽点。 所以，我们需要在购买之前摸清它的底细，看看这家伙能否物有所值，甚至成为回本神器。3D扫描仪是怎么工作的？ 说到3D扫描仪，许多人的第一印象可能会觉得它是台加强版的相机，不过其实它的主业是制作3D渲染图。 3D打印机会搜集它视野内的物体信息，不过跟相机有所不同，它记录下的是物体各部分的位置信息，而不是其色彩和外观。那么3D扫描仪是如何记录下这些位置信息呢？原来是靠计算扫描仪和物体表面点阵的距离得来的。 一般来说，3D扫描仪可以分为两类：接触式和非接触式。 接触式扫描仪，顾名思义，需要与被扫描物体直接接触。相反，非接触式扫描仪则不需要直接接触，它依靠激光或辐射（如X光或超声波）来搜集被扫描物体的信息。 不过市售的3D扫描仪还是有一定的局限性，它们暂时还只能搜集物体可见表面的信息. 正因为如此，想要得到一张完整的3D渲染图，就需要扫描仪从不同角度采集多组信息，然后再将这些信息综合起来。不过随着3D扫描技术的逐步成熟，这一看似复杂的过程所耗费的时间正在不断缩短。
目前，多数的商用3D扫描仪都为非接触式 非接触式扫描仪工作时，会将激光（点、线或者阵列式）投射到物体表面，随后扫描仪就能根据物体反射光判断物体的位置信息。此外，扫描仪上还装配了一个传感器，用来搜集物体的形状信息（基于反射光的角度得出）。 显而易见，3D扫描的过程中会产生巨大的数据量，这些数据需要一个强大的软件来处理。网上这类软件琳琅满目，到底要如何选择呢？根据自己想要达到的目的选择吧。还是那句话，适合你的才是最好的。 3D扫描仪到底有什么用？ 在大型基础工业中，3D扫描仪有着相当广泛的用途。举例来说，博物馆可以利用该技术来制作知名艺术品的3D渲染图以供研究，厂商则利用该技术来制造零部件。看似这些用途与我们的日常生活关系不大，但其实它在家用领域潜力十足。 最简单的应用方式就是结合3D打印机打造小比例的模型，你可以试着打印一台自己爱车的模型，或者自己给朋友做出独一无二的纪念品。对于设计师来说，你甚至可以通过它来完成 自己的设计项目。 更多展示内容就在深圳机械展
高动态范围光亮表面的结构光三维形貌测量方法研究与实现结构光三维测量技术目前在工业检测/质量控制、逆向工程(复杂自由曲面的数字化)、物体识别、文物保护、医学和虚拟现实等领域得到了广泛应用。通过该技术可以准确获得工件的几何形貌信息,为先进制造、自动装配、表面检测等提供有效的指导;另一方面,将工件的三维点云与CAD模型或已有三维数据进行比对,可检测出工件的形变,为质量控制、应力分析、碰撞测试等提供更加完整和更容易理解的可视化分析手段。然而,现有的结构光三维测量技术在应用中仍然存在一些问题,比如要求测量时环境光照限制在一定范围内,被测物体必须是漫反射表面,且表面反射率变化范围不大。而工业生产中有大量金属工件以铣削加工为主,经过加工处理后工件的表面会变得十分光亮,若直接对这种光亮表面进行测量,则镜面反射之后的光会太强,造成相机图像传感器饱和,丢失条纹图像高光区域的条纹信息,以致难以正常进行测量;另一方面,由于相机的动态范围有限,对于反射率较低的区域,则会造成条纹过暗,大幅降低测量精度。 针对这些问题,本文系统地研究了结构光图案编码、相位误差补偿、系统标定和高动态范围条纹图像的获取等多个关键技术,提出一种自适应、高动态范围结构光三维测量新方法,包括线移法编码结构光图案、基于特征点映射的系统标定算法、自适应调节条纹图案的最佳投射灰度值和基于平滑样条拟合的相位误差补偿算法,有效地解决了光亮表面结构光三维测量中数据丢失的难题,为高动态范围光亮表面的三维测量,特别是复杂机加工零件的三维测量,提供了有效的解决途径。本文主要内容概括如下:(1)深入调研国内外光亮表面的三维形貌测量方法,对现有的方法进行归纳,比较,分析,同时指出该领域仍然存在的难点问题,明确本文的研究内容。(2)针对目前广泛使用的相移法在测量光亮表面时面临图像饱和、互反射和噪声灵敏度高等问题,在深入研究空间编码方法、时间编码方法、相移法等结构光图案编码原理的基础上,提出一种面向光亮表面的快速、鲁棒、高空间分辨率的线移法。为了使生成的图案比正弦条纹图案更可靠,使用格雷码生成正反黑白条纹图案,并像相移法一样进行线移。 而在图案解码时,对采集的条纹图像边缘的非线性轮廓做线性插值,通过求解交点得到亚像素精度的边缘坐标,由此达到较高的空间分辨率。(3)测量系统标定是个复杂且耗时的过程,针对基于参考平面的系统标定算法存在约束过强、标
第八章虚拟城市建模技术 8—1 虚拟环境建模概述 8—2 虚拟环境建模的特点 8—3 虚拟环境中虚拟实体的表现形式 8—4 虚拟环境几何建模技术 8—5 虚拟环境物理建模技术 8—6 虚拟环境行为建模技术 1
8—1 虚拟环境建模概述 评价一种建模技术的主要指标 （1）精确度 （2）显示速度 （3）易用性 （4）广泛性 2
8—2 虚拟环境建模的特点 虚拟环境建模的特点 （1）实体的广泛性。虚拟环境中有非常广泛的实体对象，往往要构造不同类型的实体。 （2）实体行为的独特性。虚拟环境中有些实体须有其自己的行为，而其它图形建模系 统一般只是构造静态的物体，物体的行为 往往是比较简单的平移或旋转等。 （3）交互性。虚拟环境中的实体须能够对观察者做出反应。当观察者与物体进行交互 时，物体须以某种适当的动作来响应。 3
8—2 虚拟环境建模的特点 虚拟环境建模特点对建模技术和软件的特别要求（1）可重用性。 （2）在对虚拟环境进行交互时，模型应 能提供某种暗示，使得交互可以按观 察者的意图进行。 （3）在构造物体的几何结构时，必须充 分考虑到是否有利于表现物体的行为。 4
8—3 虚拟环境中虚拟实体的表现形式（一）视觉外形 （二）物理特征 （三）实体信息 （四）环境信息 5
8—3 虚拟环境中虚拟实体的表现形式（一）视觉外形 虚拟环境中每个仿真对象都包含形状和 外观两个方面。物体的形状由构成物体的 各个多边形、三角形及顶点来确定；物体 的外观则是由表面纹理，材质，颜色，光 照系数等决定的。 仿真对象的外观特性主要由表面反射属 性和表面纹理来决定。表面反射特性需考 虑光源的位置和类型；纹理则能大大增强 物体的细节层次和真实感。 6
6 Morgan, Ste156, Irvine CA 92618 · P: 949.461.9292 · F: 949.461.9232 · https://www.doczj.com/doc/8117549867.html, Today's standard for tomorrow's materials. ? 2014 NANOVEA Processed Leather Surface Finish Using 3D Profilometry Prepared by Craig Leising
INTRO: Once the tanning process of a leather hide is complete the leather surface can undergo several finishing processes for a variety of looks and touch. These mechanical processes can include stretching, buffing, sanding, embossing, coating etc. Dependent upon the end use of the leather some may require a more precise, controlled and repeatable processing. IMPORTANCE OF PROFILOMETRY INSPECTION FOR R&D AND QUALITY CONTROL Because of the large variation possible, and unreliability of visual inspection, the surface finish of leather should be properly inspected for quality control. Understanding surface features can lead to the best selection surface finish and control measures. To insure the quality control of such parameters, inspection will heavily rely upon quantifiable, reproducible and reliable information. The Nanovea 3D Non-Contact Profilometers utilize chromatic confocal technology with unmatched capability to measure finished leather. Where other techniques fail to provide reliable data, due to probe contact, surface variation, angle, absorption or reflectivity, Nanovea Profilometers succeed. MEASUREMENT OBJECTIVE In this application, the Nanovea ST400 is used to measure and compare the surface finish of 2 different but closely processed leather samples. Several surface parameters will be automatically calculated from the surface profile. Here we will focus on surface roughness, dimple depth, dimple pitch and dimple diameter for comparative evaluation.
美国NANOVEA公司的三维非接触式表面形貌仪 一、 产品简介 美国NANOVEA公司是一家全球公认的在微纳米尺度上的光学表面轮廓测量技术的领导者，生产的三维非接触式表面形貌仪是目前国际上用在科学研究和工业领域最先进表面轮廓测量设备，采用目前国际最前端的白光轴向色差原理（性能优于白光干涉轮廓仪与激光干涉轮廓仪）对样品表面进行快速、重复性高、高分辨率的三维表面形貌、关键尺寸测量、磨损面积、磨损体积、粗糙度等参数的测量。 二、产品分类 该公司的三维非接触式表面形貌仪主要有4款：JR25、PS50、ST400与HS1000（区别见技术参数）： JR25便携式三维表面轮廓仪： 野外操作或不可拆卸部件的理想选择 ·便携式表面形貌仪 ·结构紧凑，性价比高 ·替代探针式轮廓仪和干涉式轮廓仪 ·应用范围广 ·测量范围：25mm×25mm PS50表面轮廓仪： 科研单位与资金不足企业的最佳选择 ·性价比高 ·结构紧凑
·替代探针式轮廓仪和干涉式轮廓仪 ·应用范围广 ·测量范围：50mm×50mm ST400表面轮廓仪： ·应用范围广 ·适合大样品的测试 ·测量范围：150mm×150mm ·360 O旋转工作台 ·带彩色摄像机（测量前可自动识别特征区域） HS1000表面轮廓仪： ·适用于高速超快自动测量场合 ·超高的扫描速度（可达1m/s，数据采集频率可达 31KHz，最高可达324KHz） ·能保证超高平整度和稳定性（花岗石平台） 三、测量原理简介：
Nanovea 公司的三维非接触式表面形貌测量仪采用的是国际最前端的白光轴向色差技术技术实现先进的高分辨率的三维图像扫描与表面形貌测量。 ?利用白光点光源，光线经过透镜后产生色差，不同波长的光分开后入射到被测样品上。 ? 位于白光光源的对称位置上的超灵敏探测器系统用来接收经被测样品漫反射后的光。 ?根据准共聚焦原理，探测器系统只能接收到被测物体上单点反射回来的特定波长的光，从而得到这个点距离透镜的垂直距离。 ? 这个点为点光源与传感器所在的直线的中垂线与样品的交点。 ?再通过点扫描的方式以S路径获得物体的三维表面形貌特征。 ?最后将采集的数据交给专业的三维处理软件进行各种表面参数的分析。 ?软件能够自动获取用户关心的表面形貌参数。 四、 产品技术优势 1．采用国际最前端的白光轴向色像差技术，可获得最小2nm的分辨率 2．测量具有非破坏性，测量速度快，精确度高 3．测量范围广，可测透明、金属材料，半透明、高漫反射，低反射率、抛光、粗糙材料(金属、玻璃、木头、合成材料、光学材料、塑料、涂层、涂料、漆、纸、皮肤、头发、牙齿…)； 4．适合测量高坡度高曲折度的材料表面（最高坡度为86o,接近垂直） 5．不受样品反射率的影响 6．不受环境光的影响 7．测量简单，样品无需特殊处理
数字化三维仿真模拟城市管理系统项目实施方案
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1.概述 1.1.项目建设背景 “数字城市”是城市信息化发展的方向，是数字地球的一部分，三维地理信息是“数字城市”的重要基础空间信息。三维城市的建立能够全方位地、直观地给人们提供有关城市的各种具有真实感的场景信息，并可以以第一人称的身份进入城市，感受到与实地观察相似的体验感。 随着二十一世纪的互联网技术、计算机技术、3S（GIS/RS/GPS）技术、虚拟现实、航空与航天技术等的飞速发展，给地理信息技术手段带来前所未有的变革，利用高分辨率卫星影像以及航空像片，通过对影像的平面、高程、结构、色彩等的数字化处理，按照统一坐标无缝拼接而成可以迅速建立基于真实影象的“三维数字城市”，人们可以直观的从三维城市上判读处山川、河流、楼宇、道路。借助传统平面地图的概念，叠加空间矢量数据，地物兴趣点数据、以及三维模型数据形成可视化“三维数字”城市展示系统。 与传统二维地图相比，“三维数字城市”展示系统突破平面地图对空间描述二维化、三维空间尺度感差、没有要素结构与纹理信息等诸多限制，通过对真实地形、地物、建筑的数字化三维模拟和三维表达，提供给使用者一个与真实生活环境一样的三维城市环境。通过数字化三维仿真模拟城市的实现对城市的管理，把传统的限于二维的城市管理范围扩展到了三维甚至多维的管理范畴，为城市建设、政务管理、企业信息发布与公众查询提供多维的、可持续发展的信息化服务，将大大提高城市整体信息化管理和经营管理水平，并有利于提高公众参与城市管理的积极性和参与性。
1.2.项目建设目标 以先进的技术手段，在三维仿真模拟城市场景中实现朝阳辖区单位、人口、部件、事件、社区绿化等相关信息的管理，进一步提高**政府城市管理水平，提高居民参与城市管理的积极性。另一方面，能够很好的展现数字朝阳的建设成果。最终为建设和谐朝阳提供技术保障，为数字奥运做出贡献。 1.3.建设内容 1.3.1.数据库内容
摘要：随着科学技术的不断进步，在很多工程建筑和很多的媒体技术中，三维建模和三维动画的仿真技术被人们广泛运用，本文就三维建模和三维动画仿真技术的概念特点等进行分别介绍，集体研究。 关键词：三维建模；三维动画；仿真技术 中图分类号：j218.7 文献标识码：ａ文章编号：1005-5312（2012）17-0043-01 一、关于三维建模 （一）三维模型 所谓的三维模型就是一个物体用三维的多边形表示出来，然后用计算机或者其他的设备用视频的形式进行显示。现实的物体可以使在现实世界里存在的实际物体，也可以是设计者虚构出的，总之就是不管是有的没得，只要是能想出来的都能用三维模型表示出来。 （二）三维建模的应用范围 三维建模在现在这个科技发展迅猛的时代已经被运用在各个领域，其中在视频游戏中，三维建模是作为计算机和视频游戏中的资源被运用，而在医疗行业中，三维建模被使用于器官的制作模型等，在电影电视行业中，他们被用于特技手段和活动的人物制作，在建筑业中，三维建模用来展示所要表达的建筑物和地貌风景等。 （三）三维建模的方法 1、软件建模 现在市场上有很多比较先进的建模软件，比如3dmax、maya、autocad等等，这些软件的共性是用一些较基本的几何体，如长方体、正方体、立方体和球体等，构建一系列的平移、旋转、拉伸和一些较复杂的几何场景来实现的。能够用团建来进行三维建模的主要是屋里建模、几何建模和行为建模等等，而其中尤几何建模的创建和描述是三维建模之间的重点。 2、仪器设备测量建模 三维建模中重要的工具就是三维扫描仪，又被叫做三维数字化仪。这种仪器能够将现实世界中的彩色努力提的信息快速的转换成计算机能够识别和处理的数字信号，并且能够为三维建模实现数字化提供了有效的方法。 3、图像或者视频建模 在现在的计算机图形学的研究领域，用图像或者是视频来进行三维建模是很多学者比较感兴趣的，这种方法同那些比较传统的建模方法相比，具有很多特别的优势，比如，用图像或者视频创建的模型会比别的方法更加真实和自然，并且，运用这种方法创建模型会变得更方便，速度也会大大提升。质量和速度的提高，是图像或视频建模最大的特色。 二、关于三维动画的仿真技术 （一）动画 借用人的视觉暂留原理，一系列的静态图像播出之后，会在人的视网膜上留下动态的效果，而利用计算机设计的动画效果，就是用计算机中比较高效的图像处理的功能，用一连串的关键帧来对物体的关键时刻进行描述，准确的几率物体关键时刻的位置结构和其他的参数，并且自动的形成中间的图像，然后创建出一幅流畅的画面。 （二）三维动画的的仿真应用 三维动画的仿真技术能够将真实的物体模拟成一个虚拟的动画，但是这个动画会产生一定的价值。三维动画的真实和精确，可操作性，三维动画在教育、军事、建筑和医学、娱乐等领域都有很大的发展性。 在影视制作方面，三维动画能够制作出比较有创意的特效和3d动画，还能够制作出精良的后期效果和特效动画，应用这项技术，吸引了越来越多人的眼球，得到很多客户的青睐，剧中的爆炸，烟雾，下雨和光效还有撞车，变形和很绚丽的片头片尾等等的出现，都得益于
三维激光扫描仪 2.1三维激光扫描仪研究背景 自上个世纪60年代激光技术已经开始出现，激光技术以其单一性和高聚积度在20世纪获得巨大发展。实现了从一维到二维直至今天广泛应用的三维测量的发展，实现了无合作目标的快速高精度测量。而且数字地球，数字城市等一系列概念的提出，我们可以看到：信息表达从二维到三维方向的转化，从静态到动态的过渡将是推动我国信息化建设和社会经资源环境可持续发展的重要武器。目前，各种各样的三维数据获取工具和手段不断地涌现，推动着三维空间数据获取向着实时化、集成化、数字化、动态化和智能化的方向不断地发展，三维建模和曲面重构的应用也越来越广泛[1]。传统的测绘技术主要是单点精确测量，难以满足建模中所需要的精度、数量以及速度的要求。而三维激光扫描技术采用的是现代高精度传感技术，它可以采用无接触方式，能够深入到复杂的现场环境及空间中进行扫描操作。可以直接获取各种实体或实景的三维数据，得到被测物体表面的采样点集合“点云”，具有快速、简便、准确的特点。基于点云模型的数据和距离影像数据可以快速重构出目标的三维模型，并能获得三维空间的线、面、体等各种实验数据，如测绘、计量、分析、仿真、模拟、展示、监测、虚拟现实等。 其中，地面三维激光扫描技术的研究，已经成为测绘领域中的一个新的研究热点。它采用非接触式高速激光测量的方式，能够获取复杂物体的几何图形数据和影像数据，最终由后处理数据的软件对采集的点云数据和影像数据进行处理，并转换成绝对坐标系中的空间位置坐标或模型，能以多种不同的格式输出，满足空间信息数据库的数据源和不同项目的需要。目前这项技术已经广泛应用到文物的保护、建筑物的变形监测、三维数字地球和城市的场景重建、堆积物的测定等多个方面。 2.2 三维激光扫描技术研究现状 2.2.1 主要的三维激光扫描仪介绍 随着三维激光扫描技术研究领域的不断扩大，生产扫描仪的商家也越来越多。主要的有瑞士Leica公司，美国的FARO公司和3D DIGITAL公司、奥地利的RIGEL公司、加拿大的OpTech公司、法国MENSI公司、中国的北京荣创兴业科技发展公司等。这些扫描仪在扫描距离、扫描精度、点间距和数量、光斑点的大小等指标有所不同[2]。主要的分类见图1-1和表1-1。
三维建模及运动仿真 Pro/Engineer 软件集产品的三维造型设计、加工、分析、仿真及绘图等功能于一体，是一套使用方便、参数化造型精确的软件，其强大的造型功能及仿真分析功能受到众多工程人员的青睐。本节将采用Pro/E 软件，完成少齿数齿轮传动机构中所有零件的参数化建模，并对少齿数齿轮减速器进行虚拟装配，在此基础上，对传动机构进行运动仿真。 3.1 齿轮的参数化建模 3.1.1 零件分析 齿轮建模的操作步骤如下： (1)添加齿轮设计参数 (2)添加齿轮关系式 (3)创建齿轮的齿廓曲线 (4)创建螺旋线方程 (5)实体生成： 1)创建螺旋线线方程 2)）拉伸 3)）阵列 3.1.2 绘制齿轮 (1)新建文件： 启动PROE Wildfire4.0，单击工具栏新建工具，或单击菜单“文件/新建”。出现如图3.1所示对话框。选择系统默认“零件”，子类型“实体”方式，“名称”栏中输入“canshuhuachilun ”，同时注意关闭“使用缺省模板”。选择公制模板mmns-part-solid ，如图3.2所示，然后单击“确定”。 (2)创建齿轮程序。 选择菜单栏“工具/程序”命令，出现如图3.3所示对话框。单击“编辑设计”， 依次添加齿轮设计参数及初始值，添加完毕单击“确定”。选择工具菜单“工具/程序”命令，出现如图3.4信息窗口，在其中输入程序如下： Y0=(1/4)*PI*MT+XT*MT*TAN(α t) Xc=(HANX+CNX-XN)*MN-ρ
Yc=(1/4)*PI*MT+HANX*MN*TAN(αt)+ρ*COS(αt) (3)添加齿轮四个圆的关系式。 1)选择“插入/模型基准/ 草绘”特征工具，或单击工具栏 草绘命令，出现如图3.5所示对话框。单击“草绘”确认，进入二维草绘模式如图3.6所示。
城市三维仿真模型数据标准制定方法 随着三维可视化技术发展, 三维仿真系统在城市规划、城市管理辅助决策中得到越来越广泛的应用。城市三维模型数据生产制作流程和工艺方法多种多样, 但是三维模型数据至今没有行业规范和标准,各平台之间的数据共享困难。 一、制定要点 (1)满足三维可视化表达的需要 能准确表现地物空间对象和对象特征。三维模型的建立和数据组织要满足三维仿真后期渲染、系统集成,甚至动画制作的需要。 (2)为三维数据规模化生产提供指导 通过对三维数据的规范和约束 , 实现三维数据采集获取、生产、质量检查等环节既独立又完整 , 为规模化生产提供规范基础和作业指导。 (3)支持三维海量数据的存储、管理和维护更新 在标准制定中要将表现地物对象精度和合理控制数据规模统筹考虑 , 数据组织和结构设计 要能支持海量三维数据的存储、管理 ,更新和维护三维数据方便、高效。 (4)支持三维地理信息系统共享和集成 满足标准规范的数据既能提供三维仿真平台使用,还要在空间参考系的定义、数据源获取、数据组织和发布上能充分结合三维地理信息系统的特点, 使得这些三维数据成果成为三维 地理信息系统的重要数据源 ,促进三维地理系统共享和集成。 二、城市三维仿真模型分类 城市三维仿真模型一般分为:地形三维模型、现状建构筑物三维模型、城市设计三维模型。不同的模型类别, 其基础数据的采集获取方式多种多样, 模型制作方法和工艺流程多样。
(1)地形三维模型 利用基础测绘数据 , 如带有高程值的数字线划图 ,建立地面高程模型 (DEM), 将地形的高低起伏完全的真实模拟出来 , 这里的地面高程模型可以按照要求制作不同比例尺;正射影像(DOM)数据来源有多种方式 ,可以是不同分辨率的遥感影像, 也可以是高分辨率的航空影像, 甚至通过低空摄影及近景摄影得到的地貌数据 , 精度要求也是根据需求的不同选择不同分辨率的影像数据。按照统一的空间参考系 ,将正射影像叠加到地面高程模型上 , 形成表征地形地貌的三维模型。 (2)现状建 (构)筑物三维模型 现状建(构 )筑物是城市三维仿真模型中最重要的组成部分,包括房屋、道路、人行天桥、桥梁、隧道、堤坝、公园、绿地、树木等重要地物要素 ,以及路灯、消火栓、井盖、公交车站等城市附属设施。这类三维模型的制作往往投入人力和物力最多 ,时间周期最长, 所以在开始这部分工作时 ,要根据实际需要,按照不同的精度要求选择不同的建模方式。对于要求不高或者不重要的建 (构)筑物 ,可以利用基础测绘数据成果进行批量建模 ,尤其是规则形状的建 (构 )物 , 甚至建 (构 )筑物顶端的纹理也可以采用高分辨的影像进行贴图;而对于不规则形状的或者需要重点表现的建 (构 )筑物, 亦采用交互式手工精细建模 ,这部分纹理通过实地拍摄,采用专业的图像处理软件进行处理后贴图 , 体现建(构)筑物模型的美观性、逼真性。 (3)城市设计三维模型 这类三维模型的制作, 主要是满足城市规划设计、辅助城市规划管理需要 ,规划设计师在AutoCAD或者 3Dmax等三维软件中进行设计 , 将设计成果加入本系统与现状三维模型融为一体 , 同时可以根据现状三维模型周围环境对全部规划模型或部分模型进行修改、调整、替换 , 或在三维仿真系统上重新生成新模型 , 包括设计和定义位置、朝向、形状、高度、外部色调和纹理等 , 这些修改调整需要在统一的空间参考系中依比例进行。 三、案例演示和应用 桂林市城市三维仿真模型技术要求 1．数据范围： 完成桂林市主城区约21平方公里范围三维模型的采集、处理、建模与建库，包括约0.5平方公里（标志 性建筑、景观性道路）的精细模型和20.5平方公里标准模型。
三维扫描技术调研 一、技术原理 1.1 概述 三维扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，通过测量空间物体表面点的三维坐标值，得到物体表面的点云信息，并转化为计算机可以直接处理的三维模型，又称为“实景复制技术”。 三维扫描技术是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术，主要用于对物体空间外形和结构进行扫描，以获得物体表面的空间坐标，用软件来进行三维重建计算，在虚拟世界中创建实际物体的数字模型。这些模型具有相当广泛的用途，举凡工业设计、瑕疵检测、逆向工程、机器人导引、地貌测量、医学信息、生物信息、刑事鉴定、数字文物典藏、电影制片、游戏创作素材等等都可见其应用，示了巨大的技术先进性和强大的生命力。 1.2 三维扫描仪分类 三维扫描仪主要分为以下几类： 三维扫描仪分类 接触式测量又称为机械测量，这是目前应用最广的自由曲面三维模型数字化方法之一。三坐标测量机是接触式三维测量仪中的典型代表，它以精密机械为基础，综合应用了电子技术、计算机技术、光学技术和数控技术等先进技术。根据测量传感器的运动方式和触发信号的产生方式的不同，一般将接触式测量方法分为单点触发式和连续扫描式两种。接触式三维扫描适用性强、精度高（可达微米级别）；不受物体光照和颜色的限制；适用于没有复杂型腔、外形尺寸较为简单
的实体的测量；由于采用接触式测量，可能损伤探头和被测物表面，也不能对软质的物体进行测量，应用范围受到限制；受环境温湿度影响；同时扫描速度受到机械运动的限制，测量速度慢、效率低；无法实现全自动测量；接触测头的扫描路径不可能遍历被测曲面的所有点，它获取的只是关键特征点，因而，它的测量结果往往不能反映整个零件的形状。在行业中的应用具有极大的限制。 现代计算机技术和光电技术的发展使得基于光学原理、以计算机图像处理为主要手段的三维自由曲面非接触式测量技术得到了快速发展，各种各样的新型测量方法不断产生，它们具有非接触、无损伤、高精度、高速度以及易于在计算机控制下实行自动化测量等一系列特点，已经成为现代三维面形测量的重要途径及发展方向。三维激光扫描仪和三维照相式扫描仪占据了及其重要的位置。 1.3 三维激光扫描仪 三维激光扫描仪按照扫描成像方式的不同，激光扫描仪可分为一维(单点)扫描仪、二维(线列)扫描仪和三维(面列)扫描仪。而按照不同工作原理来分类，可分为脉冲测距法（亦称时间差测量法）和三角测量法。 脉冲测距法：激光扫描仪由激光发射体向物体在时间t1发送一束激光，由于物体表面可以反射激光，所以扫描仪的接收器会在时间t2接收到反射激光。由光速c，时间t1，t2算出扫描仪与物体之间的距离d=(t2-t1)c/2。
表面形貌测量仪技术参数 1.设备用途说明 适用于各种机加工（如车、铣、钻、刨、镗、磨）金属表面粗糙度测量与评定；石材、塑料、纸张、木材等非金属表面的形貌测量与评定；球面、非球面、自由曲面、结构表面等表面形貌的测量与评定；台阶、沟槽高度的测量及工件尺寸的比较测量。具有一定光反射率的非金属材料工件的表面形貌测量与评定；MEMS器件、集成电路、膜厚、刻线深度的测量与评定。 2.数量：1台 3.交货方式与地点：武汉理工大学 4.交货日期：合同生效后120天 5.设备工作环境： 环境温度：0～45°C 相对湿度：35°C时，≤80% 6.主要设备技术要求及参数 测量方式: 二维、三维轮廓测量；接触/非接触式测量 测量原理: 激光干涉位移测量，扫描白光干涉测量 技术指标: 6.1 激光干涉接触式表面测量 针尖端半径：≤2μm 垂直测量范围（z）：0~5mm 垂直分辨率（z）：5nm（全量程） 水平测量范围（x,y）：50mm×50mm 水平采样最小间隔：0.2μm 粗糙度测量最大误差：≤5％ 6.2 白光干涉表面测量 垂直测量范围：0~40μm 垂直分辨率（z）：5nm 横向测量范围：0.3mm×0.2mm 横向分辨率：1μm 放大倍数：4~40X
6.3 软件主要功能： 虚拟仪器操作 滤波选择：最小二乘方法、算术平均中线方法、多项式方法、高斯方法。 评定参数：GB/T3505-2000的二维评定参数、ISO25178的三维评定参数。 图形显示：二维图形/三维图形。 6.4 仪器构成： 1）白光干涉显微镜 2）激光干涉触针位移传感器 3）图像采集系统 4）二维位移工作台 5）纳米垂直位移机构 6）工控机与控制器 7）标准刻线样板 8）表面形貌测量与分析软件
. 三维仿真平台性能指标 4.1 数据要求 支持BMP、GIF、PNG、JPG等格式。 三维模型：支持3DS、DXF、VRML格式。 DEM数据：支持各种矢量等高线数据。 4.2 场景编辑 数据资料采集，包括科学城各栋房屋建筑外立面多角度数码拍照，路面、河流、树木、标志性物体数码拍照等。 图片处理，对外业采集的数字照片进行图片编辑处理，以符合建模标准； 地形建模，基于DEM（数字高程模型）数据和DOM（正射影像图）数据叠加生成地形； 地物建模，用内业处理完毕的数字图片构造地物模型，主要包括建筑物、路面、河流、路灯、花坛等； 可以对地形、模型、二维矢量数据、注记、场景贴图、环境、光源、模型贴图、动态贴图、摄像机等进行编辑处理，生成三维场景；并整体实现模型优化和拼凑。 支持模型库和贴图库管理。 4.3 实时浏览和可视化 实时浏览三维场景。 矢量数据的三维可视化表现。 支持行走，驾驶，飞行，UFO等多种浏览方式。 观察者能从任意角度任意高度观看系统的三维场景。 系统可实现实时随机漫游，漫游的方向和起点完全由用户自己进行选择。 系统可实现从室外漫游到室内漫游的无缝切换。 4.4 数据管理和数据查询 属性数据支持（支持Access、SQL Server、Oracle数据库等）和属性数据查询。 数据条件定位查询，根据查询条件，自动定位目标查询物。 4.5 跨平台 Windows操作系统。 Lunix操作系统。 Unix操作系统。 其它操作系统。 4.6 支持多种格式输出
支持生成高分辨率屏幕图。 可以将实时浏览结果输出成AVI和影像序列。 4.7 面向对象的管理方式 实现场景及路径漫游方式的编辑。 4.8 特效模拟方式的支持 可以对环境进行设置，包括云、雾、能见度等等；也可以实现诸如喷泉效果、旗帜飞扬等效果。
4 项目建设技术路线与三维建模方案
朝阳区数字化三维仿真模拟城市管理系统 建设方案
版本控制 修改记录说明
1.概述 1.1.项目建设背景 “数字城市”是城市信息化发展的方向，是数字地球的一部分，三维地理信息是“数字城市”的重要基础空间信息。三维城市的建立能够全方位地、直观地给人们提供有关城市的各种具有真实感的场景信息，并可以以第一人称的身份进入城市，感受到与实地观察相似的体验感。 随着二十一世纪的互联网技术、计算机技术、3S（GIS/RS/GPS）技术、虚拟现实、航空与航天技术等的飞速发展，给地理信息技术手段带来前所未有的变革，利用高分辨率卫星影像以及航空像片，通过对影像的平面、高程、结构、色彩等的数字化处理，按照统一坐标无缝拼接而成可以迅速建立基于真实影象的“三维数字城市”，人们可以直观的从三维城市上判读处山川、河流、楼宇、道路。借助传统平面地图的概念，叠加空间矢量数据，地物兴趣点数据、以及三维模型数据形成可视化“三维数字”城市展示系统。 与传统二维地图相比，“三维数字城市”展示系统突破平面地图对空间描述二维化、三维空间尺度感差、没有要素结构与纹理信息等诸多限制，通过对真实地形、地物、建筑的数字化三维模拟和三维表达，提供给使用者一个与真实生活环境一样的三维城市环境。通过数字化三维仿真模拟城市的实现对城市的管理，把传统的限于二维的城市管理范围扩展到了三维甚至多维的管理范畴，为城市建设、政务管理、企业信息发布与公众查询提供多维的、可持续发展的信息化服务，将大大提高城市整体信息化管理和经营管理水平，并有利于提高公众参与城市管理的积极性和参与性。 1.2.项目建设目标 以先进的技术手段，在三维仿真模拟城市场景中实现朝阳辖区单位、人口、部件、事件、社区绿化等相关信息的管理，进一步提高朝阳区政府城市管理水平，提高居民参与城市管理的积极性。另一方面，能够很好的展现数字朝阳的建设成果。最终为建设和谐朝阳提供技术保障，为数字奥运做出贡献。
三维扫描仪简介 随着信息和通信技术的发展，人们在生活和工作中接触到越来越多的图形图像。获取图像的方法包括使用各种摄像机、照相机、扫描仪等，利用这些手段通常只能得到物体的平面图像，即物体的二维信息。在许多领域，如机器视觉、面形检测、实物仿形、自动加工、产品质量控制、生物医学等，物体的三维信息是必不可少的。因此，如何如何迅速获取物体的三维信息并将其转化为计算机（如利用CAD 软件）能直接处理的三维数字模型就显得尤为重要。三维扫描仪正是实现这样的三维信息数字化的一种极为有效的工具。 三维立体扫描就是测量实物表面的三维坐标点集，得到的大量坐标点的集合称为点云（Point Cloud)。在中国南方，三维扫描俗称抄数，大家都管它叫抄数机。目前常用的三维扫描仪根据传感方式的不同，分为接触式和非接触式两种。 接触式测量仪采用探测头直接接触物体表面，通过探测头反馈回来的光电信号转换为数字面形信息，从而实现对物体面形的扫描和测量，主要以三坐标测量机为代表。 接触式测量具有较高的准确性和可靠性；配合测量软件，可快速准确地测量出物体的基本几何形状，如面，圆，圆柱，圆锥，圆球等。但其最大的缺点是：测量费用较高；探头易磨损。测量速度慢；检测一些内部元件有先天的限制，故欲求得物体真实外形则需要对探头半径进行补偿，因此可能会导致修正误差的问题；接触探头在测量时，接触探头的力将使探头尖端部分与被测件之间发生局部变形而影响测量值的实际读数；由于探头触发机构的惯性及时间延迟而使探头产生超越现象，趋近速度会产生动态误差。 随着计算机机器视觉这一新兴学科的兴起和发展，用非接触的光电方法对曲面的三维形貌进行快速测量已成为大趋势。这种非接触式测量不仅避免了接触测量中需要对测头半径加以补偿所带来的麻烦，而且可以实现对各类表面进行高速三维扫描。 目前，非接触式三维扫描仪很多，根据传感方法不同，常用的有基于激光扫描测量、结构光扫描测量和工业CT与核磁共振的。其中以综合性能较高结构光面扫描三维测量最为常用，也是目前市场上的主流产品。 采用非接触式三维扫描仪因其接触性，对物体表面不会有损伤，同时相比接触式的具有速度快，容易操作等特征，三维激光扫描仪可以达到5000－10000点/秒的速度，而光栅面扫描三维扫描仪则采用面结构光，一次可投影上百条条纹，速度更是达到几秒钟百万个测量点，应用于实时扫描，工业检测等时具有很大的优势。
学生实践报告 （文科类） 课程名称：物流三维建模与仿真专业班级： 学生学号：学生姓名： 所属院部：商学院指导教师： 20 ——20 学年第学期 金陵科技学院教务处制
实践报告书写要求 实践报告原则上要求学生手写，要求书写工整。若因课程特点需打印的，要遵照以下字体、字号、间距等的具体要求。纸张一律采用A4的纸张。 实践报告书写说明 实践报告中一至四项内容为必填项，包括实践目的和要求；实践环境与条件；实践内容；实践报告。各院部可根据学科特点和实践具体要求增加项目。 填写注意事项 （1）细致观察，及时、准确、如实记录。 （2）准确说明，层次清晰。 （3）尽量采用专用术语来说明事物。 （4）外文、符号、公式要准确，应使用统一规定的名词和符号。 （5）应独立完成实践报告的书写，严禁抄袭、复印，一经发现，以零分论处。 实践报告批改说明 实践报告的批改要及时、认真、仔细，一律用红色笔批改。实践报告的批改成绩采用百分制，具体评分标准由各院部自行制定。 实践报告装订要求 实践报告批改完毕后，任课老师将每门课程的每个实践项目的实践报告以自然班为单位、按学号升序排列，装订成册，并附上一份该门课程的实践大纲。
实践项目名称：物流三维建模与仿真的基础操作实践学时： 8 同组学生姓名：实践地点： 实践日期：实践成绩： 批改教师：批改时间： 指导教师评阅： 一、实践目的和要求 本课程实践教学的总体目标是在掌握物流系统建模理论知识的基础上，通过物流实验室的taraVRbuilder软件，熟练掌握物流三维建模及仿真过程，并能设计物流系统，为从事相关工作打下坚实的实践基础。 上述总体目标主要由多个具体的阶段性目标组成,遵循由浅入深、循序渐进的教学思路，有计划按步骤地加以落实。“物流三维建模与仿真的基础操作”的实践目的和要求是： 1、熟悉TaraVRbuilder三维建模及仿真软件的操作界面、工具栏和操作风格，掌握利用计算机进行物流系统建模及仿真的方法和程序，并领会三维仿真的原理和意义； 2、掌握建立物流入库和出库流程及相关设备设施的一般方法和过程，并学会利用计算机软件进行仿真，同时了解物流仓储作业的基本要求和相关物流设备的基本作用； 二、实践环境与条件
3 Dimensional Confocal Microscope Phase Shift MicroXAM-3D 用于测量表面粗糙度、精加工表面纹理，测量范围从高度 抛光的光学件直至粗糙表面；如：扎制的钢材、塑料、纸 张、陶瓷和硅晶片等。 备有光学显微镜及不同目镜；高分辨率的摄像机可自动调 焦测出752×480个数据点。 使用光学干涉法进行定量测量，可采用目视和共焦两种模 式操作。 使用所提供的绘图和分析软件，可获得优化表面纹理图像， 并生成三维干涉断面图。 MicroXAM-3D can measure the surface profile and surface roughness of polished optical elements and rough metal surfaces, such as the milled steel, plastics, ceramics and the silicon disks. The surface patterns and the 3D interference cross section figures can be acquired by the provided graphic and analysis tools. The optical interference method is used to achieve quantitative measurement, visual and confocal modes are both provided. Optical microscope and different eyepieces are provided. 752×480 data can be acquired by automatic focusing in high precision camera. 分辨率752×480像素（可选1K×1K） XYZ行程100mm×100mm×100mm RMS重复精度1nm 垂直扫描范围30um 100um 5mm10mm 垂直扫描分辨率最小可到0.01nm 数据采集速度标准型：2.1um/sec. 侧向分辨率0.11-8.8um 视场范围8mm×10mm-0.084mm×0.063mm 校正精度<<0.1% 反射率要求1%—100% 预约电话：６２７８３３６５