三维建模技术的应用领域

・设计・计算・研究・　客车技术与研究　２００６年　第４期　

维实俸建模技术的应用　

刘善锷　（广州骏威客车有限公司技术中心，广东广州　５１０４３０）　摘要：在科技飞速发展的今天，产品设计已经进入到全新的三维虚拟现实的设计环境。本文简介　三维设计在客车设计中的应用。　关键词：客车；三维设计；建模应用　中图分类号：Ｕ４６；ＴＰ３９１．７２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６—３３３１（２００６）０４—００２９　０２　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，３Ｄ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｔｏｏｌｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔＯ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｄｅｓｉｇｎ．　Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　３Ｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ｂｕｓｅｓ　ａｎｄ　ｃｏａｃｈｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｂｕｓ　ａｎｄ　ｃｏａｃｈ；３Ｄ　ｄｅｓｉｇｎ；ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　自从ＡｕｔｏＣＡＤ软件产生以后，ＣＡＤ（计算机辅　助设计）使得设计人员从传统的手工绘图中解放出　来。ＣＡＤ成为机械设计中必不可少的工具。随着　科技的进步发展，二维ＣＡＤ显示出其不足的一面，　越来越难适应当今产品的高效设计需要，取而代之　的是各种先进的数字化三维设计技术。众多企业的　经验告诉我们，优化机械设计，提高产品技术含量的　途径之一就是运用三维建模技术。　１　ＣＡＤ技术的发展历程及主要３Ｄ　ＣＡＤ软件　ＣＡＤ软件源自２０世纪６０年代的计算机辅助　几何设计，当时主要解决图形在计算机上的显示与　描述问题，逐渐提出了线框、实体、曲面等几何形体　描述模型。发展至今，共经历了以下几个阶段：　（１）计算机绘图阶段：重点解决计算机图形显　示、曲面表达方式等基础问题。　（２）参数化与特征技术阶段：解决ＣＡＤ数据的　控制与修改问题。　（３）智能设计阶段：在设计中融人更多的工程　知识和规则，实现更高层次上的计算机辅助设计。　经过４０多年的发展，ＣＡＤ设计软件已经由单　纯的图纸或者产品模型的生成工具，发展为可提供　广泛的工程支持，涵盖了设计意图表达、设计规范　化、系列化、设计结果可制造性分析（干涉检查与工　艺性判断）、设计优化等诸多方面。三维设计产生的　设计模型可转换为支持ＣＡＥ（计算机辅助工程）和　ＣＡＭ（计算机辅助制造）应用的数据形式。三维设　计的这些特点可满足企业的工程需要，极大地提高　企业产品开发质量和效率，大大缩短产品设计和开　发周期。　当前广泛应用的三维设计软件主要分为高端和　中端ＣＡＤ系统，其中高端三维ＣＡＤ软件主要有Ｉ—　ＤＥＡＳ、ＵＧ、Ｐｒｏ／ＥＮＧＩＮＥＥＲ、ＣＡＴＩＡ等，而中端　三维ＣＡＤ系统主要有ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ、ＳｏｌｉｄＥｄｇｅ、　ＭＤＴ、Ｉｎｖｅｎｔｏｒ等，对于普通的客车制造企业来讲，　ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ强大的功能足以完成一般的设计任务，　同时其易用性和高效性也吸引了越来越多用户的　关注。　２三维设计的特点　相对于二维设计（计算机辅助绘图），三维设计　最大的特点就是采用了特征建模技术和设计过程的　全相关技术。三维设计软件不仅具有强大的造型功　能，而且可提供广泛的工程支持，包括设计意图的描　述、设计重用和设计系列化等。　（１）数字化产品设计。数字化产品设计又称全　面设计。现在绝大部分三维设计软件都包容该技　术。该技术使概念设计与详细设计过程无缝组合。　装配设计被提升为基于系统的建模。它提高了工程　师对整个产品和生产过程进行评估的能力。评估过　程中，工程师可以无限地修改设计尺寸、零件或整个　部件。　（２）数字化仿真。传统的产品仿真往往意味着　需要专门训练的工程师和昂贵的物理原形。尽管随　着高级仿真工具的出现而省掉一些物理原形，但对　产品而言，这些工具往往显得笨拙而不易操作。但　三维设计软件可以很好地解决这一问题，它提供了　专业的产品仿真应用模块，能够进行产品的运动仿　

1、应用范围

（1）矿产资源开发状况调查中的应用：

矿产开采位置，占地范围、用地类型、固体废弃物堆积范围及体积等。

（2）矿产资源开发引发的灾害调查中的应用：

包括地面沉陷范围、地裂缝长度、塌陷坑位置、山体陷裂（垮塌）范围、崩塌位置、滑坡位置及体积，河道淤塞长度（位置）及煤田（矸石堆自然、尾矿库）范围等。

（3）矿山生态环境信息调查中的应用：

被损毁的土地范围、受损植被范围、水体污染范围、荒漠化范围、土地复垦及矿山环境治理效果，数字矿山等。

（4）地质矿山公园景观建模中的应用：

地质公园、矿山公园在线三维景点介绍。

（5）其他方面的应用：

区域地质调查、土壤调查，应急灾害治理等。

2、在矿山环境中应用优势

（1）具有机动性、灵活性和安全性 无需专用机场起降，适合再地形复杂以及南方丘陵、多云地区应用；能够在危险和恶劣环境下直接获取现场资料和数据。

（2）分辨率高、多角度

分辨率达到2cm，成图比例尺达到1：500，可用于构建高精度数字地面模型及三维立体景观图的制作；可低空多角度获取矿区内损毁土地的纹理信息，弥补了普通航空摄影中的遮挡问题。

（3）性能优异

可按预定航线再航高50米到1000米范围内自主飞行、拍摄，飞行高度控制精度达到10米。

（4）低成本

传感器和飞行器使用成本远远低于其他航摄系统，一般单位和个人有能力负担；对数据处理设备要求不高，费用低。

3、应用案例

①三维建模基础数据获取（DEM\DOM数据）（图一-图二）

②全自动生成地形模型（图三）

③自动生成矿区3D模型 ④三维建模可视化分析（旋转、局部放大、白板图、三角网、点云图、面积量算、距离量算、坡面量算、体积量算、空间点位坐标提取、手机随时浏览）（图三-图七）

⑤在线三维景点介绍（图八）

图一 三维建模基本数据获取（DOM+等高线）

图二 三维建模基本数据获取（DEM）

图三 三维建模及任意角度观察

图四 三维建模及测量体积

浅谈三维建模技术的研究与应用

兰文涛

新疆油田公司风城油田作业区

摘要：以应用为主的三维地理信息系统模型，通过Skyline TerraExplorer Pro和3ds Max模型制作，并发布应用到GIS,从而推进了GIS应用，实现了油田设施在计算机中的展示、研究与管理步伐，加快了数字油田建设，并促进了克拉玛依标志性建筑三维模型的早日完成。

关键词：3ds Max；Skyline TerraExplorer Pro；建模；GIS；应用

1.1 前言

2000年，中国石油天然气股份有限公司新疆油田分公司（以下简称油田公司）在“数字地球”技术背景下，提出了数字新疆油田的宏伟战略，并制定了“数字新疆油田”信息建设“三个阶段”的战略部署。不仅将从根本上建立从分散到集中，从无序到有序的信息化建设新秩序，而且标志着“数字新疆油田”规模化建设的开始。

但是“数字油田”是一个庞大，复杂的工程，涉及的内容之多，之广，它涉及数据建设，信息系统建设，网络工程建设等， 其中信息系统的建设，是由二维地理信息来表示的。二维 GIS始于二十世纪六十年代的机助制图，今天已深入到社会的各行各业中，如土地管理、电力、电信、城市管网、水利、消防、交通以及城市规划等。但二维GIS存在着自身难以克服的缺限，本质上是基于抽象符号的系统，不能给人以自然界的本原感受。随着应用的深入，第三维的高程信息显得越来越重要。一些二维GIS和图象处理系统现已能处理高程信息，但它们并未将高程变量作为独立的变量来处理，只将其作为附属的属性变量对待，能够表达出表面起伏的地形，但地形下面的信息却不具有，因此它们在国际国内也被俗称为2.5维的系统。考虑到2.5维这一概念并不严密，作者称之为“地形面三维”或简称面三维。我们认为，面三维的GIS本质上仍然是二维GIS系统。

二维GIS只能处理平面X、Y轴向上的信息，不能处理铅垂方向Z轴上的信息。它在表达上通常是将Z值投影到二维平面上进行处理，因此对于同一（x, y）位置的多个Z值不能表达。

三维建模技术在考古学中的应用

考古遗址发掘过程中所产生的各类遗迹、遗物信息，是考古学研究的重要基础。但是文物遗迹在长期的保存过程中，面临逐步自然消亡的危机。同时，考古遗址中很多重要的迹象，在发掘过程中不可避免地会有所丢失。因此，如何科学、准确地获取考古遗址中的各类相关信息，长期以来都是考古工作者关注的焦点之一。传统的绘图、照相、摄影以及文字记录手段限于某种因素，无法准确而详细地记录遗迹、遗址的几何信息和三维形态，为后来的研究、展示等应用需求提供完整的资料。随着信息技术的发展及全站仪、GPS、数字相机等一些新技术手段在考古发掘中的广泛应用，一定程度上提高了考古遗址信息获取的能力。但是毋庸置疑的是，这些手段仅仅满足了考古信息采集的某一个，或某几个层面的需求。

利用现代信息技术获取考古遗址的相关信息，首先，需保证所获取的资料科学准确；同时，还要具有一定的时效性，以保证在考古发掘过程中同步记录相关信息；第三，其生成的基础数据要具有多种应用可能，以满足考古发掘、保护、研究和展示等各层次的需要。实践表明，在考古遗址应用三维数字建模技术，不仅可以完全满足这些要求，同时，将会是考古信息获取和资料后期整合、分析手段的一次具有重要意义的变革。

三维数字建模技术是近年来发展起来的一项高新技术，它通过高速激光扫描测量的方法，以被测对象的采样点（离散点）集合──称之为“点云”的形式获取物体或地形表面的阵列式几何图像数据。可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速、精确地获取物体的三维信息，并进而建立起科学准确的数据模型提供了一种全新的技术手段。正是基于这些优点，三维数字建模技术已广泛地应用于航天、航空、水利、制造等诸多领域。近年来，在文物考古领域也开展了一系列三维数字建模技术应用实践工作，如故宫博物院正在开展的古建筑数字建模项目，洛阳龙门石窟研究院利用三维技术建立的数字档案。这些实践工作为三维数字建模技术在文物考古领域的进一步深入开展都是有益的探索和实践。而二号坑遗址三维数字建模项目的工作实践表明，在考古发掘与文物保护工作的同时，引入三维数字建模技术，对考古遗址的相关信息进行同步采集和处理，并进而建立数字模型，不仅可以满足考古发掘过程中科学、准确获取遗址各类信息的要求，同时也为后期研究、保护、考古资源管理、公众教育奠定了重要的基础。