三维建模论文通用多篇

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三维建模实验教学方法研究论文 篇一

三维建模实验教学方法研究论文

摘要：三维激光扫描技术已经开始大量应用于国民经济建设的各个领域，但作为新兴课程刚在各高校中开展教学活动，为了更好地服务于三维激光扫描课程的理论教学活动，本文从三维激光扫描仪参数设置和操作方法开始介绍了激光扫描点云采集实验、激光点云配准方法，着重论述了激光点云的复杂曲面和建筑物实体三维建模的实验方法，这些实验教学方案的实施有利促进了测绘工程专业本科生的综合实践操作技能的提升。

关键词：三维激光扫描；三维建模；教学方法

0引言

《三维激光扫描》课程是针对精细三维模型在城市规划、建筑设计、房产管理、文物保护等领域中的重要用途而开设[1]，但是目前使用地面三维激光扫描仪采集海量激光点云进行自动建模的方法尚不成熟，因为激光点云以三维离散点的方式在空间分布，所以直接通过二维绘图的方法绘制点云实体模型会产生严重的位置偏差。作为新兴课程其理论发展缓慢，多以上机实验掌握激光点云的建模方法为主[2]。针对规则实体的建筑物建模一般选用3dsMax、Microstation、AutoCAD、Sketchup等软件实现，而对具有曲面分布点云的建模一般通过构建三角网的方式来完成，在激光点云曲面建模方面GeomagicWrap软件功能强大，编辑灵活，操作方便，在实际实验课上应用最多。针对《三维激光扫描》课程中实验实施内容和过程中存在的问题，本文着重介绍激光点云的数据采集、复杂曲面实体和建筑物建模的教学方法，为该课程的建设提供参考实例。

1激光点云数据的采集实验

地面三维激光扫描仪与传统的测绘仪器（如经纬仪、水准仪、全站仪）在外形、原理和操作方法上有较大的差异，但该仪器起源于传统的测绘仪器（如免棱镜的全站仪），因此，在进行激光扫描实验之前，教师有必要向测绘工程专业学生说明地面三维激光扫描仪的工作原理、数据采集的模式以及与传统测绘仪器的异同点。在此基础上，向学生介绍地面激光扫描仪的架站方法、对中整平方法、单反相机安置方式、电缆和电池的安装方法等基本部件的组装方法，激光扫描仪的长距和高速扫描模式的选择方法、激光点云密度的设置方法、单反相机的曝光模式（如光圈、曝光速度）、拍摄相片的重叠度；向学生讲解使用电缆或无线WiFi连接扫描仪与笔记本电脑的方法、不使用笔记本电脑直接采用激光扫描仪的方法；向学生说明扫描过程中的一些注意事项，如不要触碰三脚架、不要遮挡到所采集地物的激光扫描仪和相机的视场角、不要长时间用眼睛注视扫描仪发射的激光等，还有如何布设强反射标准板的方法；激光扫描完成后，向学生演示如何下载存储激光点云和拍摄的RGB影像数据以及如何导入到激光扫描仪的后处理软件中。一般情况下，一台地面激光扫描仪的价格高达1百万元，因此实验室购置的地面激光扫描仪的数量通常不能满足一个教学班的教学需求，实验课上一般由教师进行演示操作，需要学生实验小组在课余时间分批次地借激光扫描仪进行操作训练。采集地物的过程中往往需要采集多站激光点云数据，然后配准多站激光点云成为一个全面整体的实体数据，这个过程需要完成激光点云的`粗配准和精配准2步操作[3]，下面以RieglRiscan软件4站激光点云为例进行说明。在粗配准操作中，以第1扫描站为基准站点，使用RiscanPro软件的粗配准功能在相邻2站之间选择4对强反射标志的圆心位置作为同名特征点对，经过平移和旋转后将另一站激光点云数据配准到第1站上，同理可依次将第3、4站分别配准到第2、3站上，从而完成激光点云数据的粗配准工作。在精配准操作中，利用迭代最邻近（IterativeClosestPoint,ICP）算法在站点对应点云中搜寻最邻近的同名点，根据最邻近点解求刚体变换的旋转和平移参数，这里仍然设置第1站为基准站，保持其位置和角度固定，只需要旋转平移其余3站激光点云即可，通过最邻近点对的不断搜索和变换参数的迭代计算完成点云的精配准过程，各点云精配准的相对误差控制在毫米精度以内。将精配准后的完整点云数据导出为*.wrl或*.las格式，然后导入到GeomagicWrap软件或MicrostationV8i中显示。

2激光点云复杂曲面实体的建模实验

不同的扫描对象对应不同的三维建模方法，对于复杂的曲面实体可采用GeomagicWrap软件进行三角网建模[4]。由于激光全景扫描过程中扫入了大量不需要的地物，因此首先需要对导入的激光点云进行裁剪操作得到大石头的激光点云，为增强点云显示效果对点云进行着色。教师通过上传实验的视频、操作指导书到网络课程资源平台，先由学生课下预习，然后教师课上演示建模过程。具体需要演示的建模过程如下：1）通过“体外孤点”和“非连接项”删除噪声激光点云，对于少量点云空洞区域，利用“填充孔”功能添加少量激光点。2）使用“棱柱形（保守）”工具减少点云噪声，使用“曲率采样”的方式重采样激光点。3）生成三角网后，仍需要“填充孔”工具修补模型孔洞，采用“去除特征”、“删除钉状物”和“砂纸”工具平滑对象表面，采用“网格医生”命令修复多边形缺陷，使用“用平面裁剪”和“伸出边界”工具制作底部平台。4）根据“纹理贴图”功能，生成“生成纹理贴图”，为对象的对应各个侧面和顶面映射纹理图像，其中纹理图像需要提前在Photoshop软件中进行斜切、图像增强等编辑操作。

3激光点云三维建筑物建模实验

针对规则建筑物实体的建模方法，应采用传统的建筑类设计和规划软件比较适合，本文选择Microstation软件进行建模实验，该软件具有二三维设计和激光点云导入功能，操作简便，易于上手，适合本科生练习使用。首先，设计10个学时的时间教授该软件的二维对象绘图、三维位置精确绘图、辅助坐标系、三维对象的精确绘图、三维模型的高级编辑功能，促使学生掌握该软件的基本绘图、编辑和三维建模功能，以此为基础，再花费4个学时的时间讲解激光点云的三维建模方法，重点教授激光点云特征点捕捉方法、激光点云建筑物轮廓线绘制方法、辅助坐标系在点云绘图中的应用、三维模型纹理映射、光照设置、渲染设置等操作方法，通过几个三维模型绘制的实例将学生传统的二维绘图视野转换到三维空间世界，这些实验需要保证学生拥有充足的时间消化理解三维建筑物建模的原理和方法。

4结束语

地面三维激光扫描仪作为测绘新技术已经在测绘相关的领域发挥了巨大作用，该课程教学活动已在高等学校中开展，通过介绍激光扫描仪的采集方法，阐述基于激光点云的复杂实体曲面建模实验实施方案，简介了基于激光点云的三维建筑物建模实验过程，丰富了三维激光扫描课程的三维建模实验教学内容，提高了实验教学的水平，增强了测绘工程专业本科生的实践操作技能，为三维激光扫描课程的教学提供了实验教学参考。

参考文献 ……此处隐藏2113个字……点线面等，完成三维空间的完整剖分。工程中数据表达包含了数据结构、三维地形地貌建模基础、水利水电工程区域的三维地形数据等。表达三维实体的'数据结构包括了NURBS-TIN-BRep等基于曲面和体元的结构。前者对空间对象的边界进行了表达，后者对空间对象的信息进行了对比分析。不仅对水利水电工程的空间对象的边界、地质条件等进行了设计，也针对地形地貌环境的施工进行了围观属性的可视化技术实现。经过摸索和研究，对于地形地貌的三维测绘建模的非均匀有理结构，结合三角网不规则边界的模型结构进行了混合数据结构的表达。NURBS技术是建立在自由曲线曲面的表示方法，也是唯一的表示方法。对图形和曲线曲面的解析提供了数学统一描述，针对复杂地形的规律性变化进行了NURBS几何建模。可以节约存储空间，简单处理计算机，保证空间唯一性和几何不变性的前提下管理数据库。TIN的模型精度很高，存储的空间按大，可以为NURBS三维数字地形提供中间转换表达方式，这是一种建立在边界面对实体进行定义的有效的体描述的方法，可以实现任意定向的边界面，也可以组织NURBS去免检的拓扑关系，构造出复杂的地形体。形成包括NURBS曲线、曲面、三角形、BREP实体等在内的多种基本几何元素的数据结构，不仅有效表达地形对象的几何形态，也可以实现拓扑空间关系，将相关的地形属性信息和几何对象结合。按照模型精度和数据存储量进行布尔运算，满足水利水电工程地形地貌三维建模和分析的需要[2]。

5、工程中三维地形建模技术

使用NURBS进行三维数字地形的建模，简化为地形地貌形态中的直接和基本的部分，不仅要对整个地形地貌模型进行运算和操作，还要满足存储量小、精度高的图形操作运算要求，建立起实用的三维地形模型。根据目前的TIN模型和规则格网进行的三维数字地形，数据量小但是精度低的传统建模方法以及现在的数量较大精度高的建模方法，都无法真正该满足实际需要。需要引入NURBS技术构建DTM。结合TIN和NURBS-DTM等建模技术，对于复杂地形进行很好地建模。简化后的建模方法包括：处理密度过密或者过稀的等高线，进行加密或者稀疏差值；生成TIN模型，处理GIS环境中的三维DTM,消除等高线数据或者采集信息缺乏造成的细小和狭长的三角形，使得TIN模型的精度变高；对于TIN模型进行数据转换，得到GIS环境下的NURBS处理系统的mesh数据曲线保证三角形不会丢失或者变化；获取NURBS的控制点，按照u或者v的方向进行等间距的提取，或者足够多的分布均匀的轮廓线并进行离散化处理；拟合NURBS地形曲面，根据NURBS算法设计出函数，对于地形控制曲面进行重新拟合；利用布尔操作运算获得区域地形轮廓体的模型[3]。

6、结语

水利水电工程三维地形建模方法着力于从二维向三维动态转化的过程，使用NUBRS、TIN、Brep建构了面向水利水电工程三维建模的混合数据结构，解决了水利水电工程复杂地形信息存储量大和精度要求高的矛盾，确保了模型解释真实情况的功能，快速耦合数据，实现了模型的及时更新。

参考文献：

[1]万云辉，李小帅，钱富运等。三维勘测设计技术在水利水电工程中的应用研究[J].长江科学院院报，(7):137-142

[2]张永光，刘豪杰，尹小磊等。点云数据多站拼接在水利工程测绘中的应用[J].华北水利水电学院学报，34(3):74-77.

[3]徐锐，康慨，王陆军等。RIEGLVZ-4000三维激光扫描仪在水利水电工程地形测绘中的应用[J].地矿测绘，2015,31(1):38-40.

水利水电工程三维地形建模技术研究论文 篇六

三维地质建模的应用研究

论述了三维地质建模的'理论和方法，介绍了三维地质建模中的关键问题。利用GOCAD软件构建三维地质模型。为工程建设提供了有力保障。

作 者：李舒 李伟波 宋世鹏 LI Shu LI Wei-bo SONG Shi-peng  作者单位：装备指挥技术学院士官系，北京，102249 刊 名：科学技术与工程  ISTIC英文刊名：SCIENCE TECHNOLOGY AND ENGINEERING 年，卷(期)： 8(24) 分类号：P623.6 关键词：三维地质模   GOCAD   离散数据   三维数据结构ug三维建模设计总结 篇七

拉升、倒角、圆角

本题主要是介绍：

1、用“多边形”拉伸成三维实体，

2、倒角、圆角命令的运用。

下面，是本习题的详细绘图步骤讲解，最后面是绘图步骤讲解的Flash动画演示：

1、打开CAD，点击“左视图”按钮，进入到左视图界面。

如图，在界面里画2个矩形。尺寸分别为：120*220、80*250。

2、打开“正交”，用移动命令，将80*250的矩形往右边平移10。

3、点击“倒角”命令，对120*220的矩形的右上角作15*15的倒角。

4、矩形120*220的矩形倒完角后见下图。再点击“倒角”命令，对80*250的矩形的右上角作20*20的倒角。

5、平面图形画好了，见下图。

6、点击“西南等轴测视图”按钮，图形转到“西南视图”。用“拉伸”命令，先拉伸120*220的矩形，拉伸距离为200，注意UCS坐标的Z轴方向，由于是逆向拉伸，故输入的数值为负数。

7、用“拉伸”命令，再拉伸80*250的矩形，拉伸距离为30，同样是逆向拉伸，故输入的数值还是为负数，

8、拉伸完成后见下图。为了接下来的实体移动操作，需要转换一下UCS的坐标，请注意，现在的UCS坐标中。对应底部平面的是 XZ平面。待会移动后再注意看变化，点击“世界UCS”按钮。

9、现在再看下图的UCS坐标，对应底部平面的已经转换成 XY平面。这样，那个小实体就可以沿着底部前后左右移动了。

10、打开“正交”，用移动命令，将小的实体往右移动85，注：85=(200-30)÷2。

11、用“长方体”命令，画一个120*120*35的长方体，画长方体时，要注意UCS坐标，输入的三个数值依次对应 X、Y、Z 的方向。

12、用“移动命令”，将刚画的长方体，移动到最大的实体的底部中位，见下图，注意移动的基点，以及到达的位置。

13、接下来，做差集，从最大的实体里，减去移动过来的长方体，注意，与中间那条最长的实体无干。做差集，大家应该都会了吧，这里就不做详细介绍了。

14、下图为已经完成差集的图形。

15、现在，开始倒圆角。点击“倒圆角”按钮，选择一条边，输入需要圆角的半径R15。

16、倒圆角的半径确定后，就可以选择需要倒圆角的边，本题倒圆角R15一共是三条边，如下图所示。

17、接着，和前一样，再次倒圆角。点击“倒圆角”按钮，选择一条边，输入需要圆角的半径R10，再选中要倒圆角的两条边。

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