三维建模心得体会

三维建模心得体会（精选8篇）

三维建模心得体会 篇1

南昌航空大学航空制造工程学院

摘要：为了更好的应用计算机三维建模技术，本文讲述了计算机三维建模的含义，描述了三维建模的发展历史，说明了三维曲面建模和三维实体建模的主要方法与应用、数据交换接口、三维建模技术的发展趋势。关键字：三维建模技术 1 引言

为了能够在计算机环境下更逼真地模拟现实世界的人和物及其运动形态, 必须在三维空间系统中利用已有的三维建模技术 ,精确地描绘这些事物以实现三维物体的真实再现 ,进而为用户创造一个身临其境、形象逼真的环境。对现实世界的事物进行建模和模拟,就是根据研究的目标和重点, 在三维空间中对其形状、色彩、材质、光照、运动等属性进行研究 ,以达到 3D 再现的过程。因而, 对三维实体的图形图像处理及其模型建模研究显得尤为必要。2三维建模技术的定义、发展历史

三维建模技术是研究在计算机上进行空间形体的表达、存储和处理的技术，在CAD技术发展初期，CAD仅限于计算机辅助绘图，随着三维建模技术的发展，CAD技术 才从二维平面绘图发展到三维产品建模，随之产生了三维线框模型、曲面模型和实体造型技术等。线框模型：20世纪60年代末开始研究线框和多边形构造三维实体，这样的模型被人称为线框模型。三维物体是由他的全部顶点以及边的集合来描述。曲面模型：曲面模型是在线框模型的数据结构基础上，增加可形成立体面的各相关数据后构成的。

实体造型技术：实体模型在表面看来往往类似于经过消除隐藏线的线框模型在线框模型或经过消除隐藏面的曲面模型；但实体模型上如果挖一个孔，就会自动生产一个新的表面，同时自动识别内部和外部；实体模型可以使物体的实体特性在计算机中得到定义。

特征参数化技术：参数化造型的主体思想是用几何约束、工程方程与关系来说明产品模型的形状特征，从而达到设计一系列在形状或功能上具有相似性的设计方案。

三维建模心得体会 篇2

UG和Pro/E软件都是当今高端CAD/CAE/CAM软件, 具有强大的建模、分析和加工功能, 在机械制造行业具有广泛的应用。将UG和Pro/E软件应用于机械产品的设计分析和制造过程, 可以改进设计方法, 提高产品的设计水平和设计质量, 缩短产品的开发周期, 加快产品技术创新。结合艺术花瓶设计研究实例, 总结应用UG和Pro/E软件建立三维模型的方法、技巧、区别和联系, 以期为有效使用相关软件提供参考[1]。

2 模型分析

该艺术花瓶由三个圆形和一个空间三维曲线拟合而成。其中三维空间曲线由曲线方程来表达, 不宜用若干离散点来表达图形信息, 必须采用曲面建模。

3 三维建模方法

3.1 UG造型步骤与方法

(1) 创建三个圆。分别以 (0, 0, 0) 为圆心, 50为半径; (0, 0, 60) 为圆心, 40为半径; (0, 0, -60) 为圆心, 30为半径创建三个圆。

(2) 输入曲线方程。工具→表达式, 输入公式, 内容如下:Radius=50mm (波浪线水平投影的大致半径)

Radius=50 mm (波浪线水平投影的大致半径)

t=0 恒定

n=8 恒定 (8个波浪)

angle_end=360 度

angle_start=0 度

height=70 mm (离开水平面的大致高度)

height_wave=5 mm (波浪高度方向幅度)

wide_wave=1.5*sin (angle*n) mm (与角度t有关的变化的宽度幅值)

规律曲线→根据方程, t→确定, xt确定, y确定, yt确定, z确定, zt确定→确定, 生成规律曲线。见图1。

(3) 创建曲面。网格曲面/通过曲线组, 依次选三个圆的同侧。选中一个后按中键确定→应用→选择第三个圆, 中键, 再选波浪线, 中键→G2→确定。

(4) 隐藏曲线。编辑/显示和隐藏/显示和隐藏/曲线, 点“-”。

(5) 堵底和缝合片体。有界平面→曲线→选目标曲线;插入→组合体→缝合。

(6) 转化成实体。插入→偏置/缩放/加厚, 输入厚度。边倒圆, 片体隐藏。建模结束。见图2。

3.2 Pro/E造型步骤与方法

在对Pro/E软件的造型功能和造型步骤进行认真思考的基础上, 结合所拟实体的特点, 可确定其三维造型的基本方法和步骤如下:

(1) 产生波纹曲线。曲线→曲线选项→从方程/完成, 选取默认的坐标系, →柱坐标, 在弹出的记事本编辑器中输入公式如下:

R=50

Theta=t*360 (t是变量, 值从0~1, t*360表示角度变化范围是0~360°)

Z=5*sin (8*t*360) (5表示正弦函数振幅, 10表示正弦函数在一周中有8次变化)

完成后生成曲线[2]。

(2) 绘制圆曲线。在距“FRONT”基准面10mm、70mm、130mm处, 草绘φ80、φ100、φ60的三条圆曲线。

(3) 产生12个基准点。单击基准点按钮, 弹出【基准点】窗口, 按住Ctrl键分别选取φ80的圆和基准面, 产生一个基准点, 在【放置】选项卡中选中【新点】, 同理产生其他基准点, 共12个基准点。

(4) 生成4条曲线。曲线→经过点/完成, 在【曲线通过点】中→样条/整个阵列/增加点/完成, 按一定顺序选取点, 连成曲线, →【相切】/【定义】/【起始】/【曲线/边/轴】/【相切】/【完成/返回】, 依次完成4条曲线的创建。见图3。

(5) 创建曲面。边界混合→曲线, 按顺序选取第一方向和第二方向曲线→√, 产生波纹曲面;填充底平面, 合并曲面。

(6) 将曲面转化为实体。智能过滤器为【面组】, 选择曲面, →编辑/加厚, 输入厚度值→√, 边倒角。完成创建。见图4。

结束语

通过上面所述的两种不同的方法实现了艺术花瓶三维模型的建立, 以具体的实例描述了在UG和PRO/E中生成空间曲面的方法、步骤和效果, 提高建立三维模型的效率和准确度, 具有普遍的应用价值。

摘要：针对目前广泛使用的UG和Pro/E软件, 以艺术花瓶为例, 详细阐述了如何巧妙利用曲线方程来创建复杂曲线, 通过网格曲面、曲面缝合、加厚或混合等特征来完成艺术花瓶的三维建模, 从中体会这两种软件在创建曲面时的区别和联系。该方法可广泛用于类似曲面的三维设计。

关键词：曲面建模,艺术花瓶,UG,Pro/E

参考文献

[1]王吉忠.基于UG软件的鼓式制动器三维建模与装配[J].机械设计与制造2008.02, 171-173.[1]王吉忠.基于UG软件的鼓式制动器三维建模与装配[J].机械设计与制造2008.02, 171-173.

基于GMS的三维地质建模 篇3

【关键词】三维地质建模；GMS；峰峰煤田

三维地质建模是指将地质信息以适当的数据结构建立地质特征的数学模型，而且用计算机图形学技术将数学描述以3D真实感图像的形式予以表现。上世纪70年代中期开始，西方主要国家开始研制采矿软件，在理论研究的同时，先后涌现了一批在石油、矿山和工程地质领域得到广泛应用的商业软。目前国内外所用的三维地质建模的软件有GOCAD软件、三维GIS软件、GeoEngine软件、Micromine软件，GMS软件、Dynamic Graphic公司研制的IVM(Interactive Volume Modeling)， DGI公司的地球可视模拟系统(Earth Vision Mod-eling System)软件等。GMS是集各种软件于一体的，能够体现从钻孔到地层结构、从平面到空间、从单元到系统的综合性、系统性、全面性的软件.。与其他软件相比较，GMS据有：概念化方式建立水文地质概念模型，前、后处理功能更强，版本不断更新，功能不断完善等特点。

1 GMS简介

GMS（Groundwater Modeling Syetem）是由BrighamYoung大学环境模拟研究实验室开发的先进的，基于概念模型的地下水环境模拟软件。其中包括Borehole模块、TINs模块、Solid模块、Map模块等。

2 三维地质建模

峰峰煤田五矿地层属华北型，有奥陶系(O)、石炭系(C)、二叠系(P)和第四系(Q)。井田内基岩出露很少，大多被第四系所覆盖。奥陶系出露于井田以西的鼓山，井田内埋藏于C-P地层之下，构成煤系基底。C-P地层含可采煤7层，中间夹有5~8层薄层灰岩。根据井田地质构造和水文地质特征，将井田划分为三个区，分别为东翼区、西北区和中央区。东翼区:位于五矿东部，介于F11断层和F12断层之间，面积较小。属于相对独立的封闭地段。我们的研究地层范围为山青煤的底到奥陶系灰岩的顶，之间包括：煤层、灰岩、砂页岩、奥陶系灰岩。

2.1 三维地质建模的流程图：

2.2 三维地质建模步骤

步骤1：将收集到的钻孔数据，进行分析，确定钻孔的name，坐标（X，Y），根据岩性的描述确定在研究的深度内要分的地层层数，并对每层material、horizon赋值。保存于txt文件。

步骤2：打开做好的钻孔文件(txt)，选中Heading row选项，点击下一步，将GMS data改为Borehole data点击完成。在Borehole模块下，点击地Display菜单下的Display Options，改Diameter为10，选中Hole name、Horizon Ids选项。

步骤3：将cad的底图插入到map模块下，并建立new coveraye。点击create Arc，沿着cad的底图把研究区域的边界描出来，选择Feature Objects/Build polyyons，使描出的边界成为一个多边形。

步骤4：关闭cad底图，点击selectArcs，选中边界，点击Feature Objects/Redistribute vertices，在spacing中输入50.。点击Feature Objects菜单下的map——TIN，对研究区域进行三角剖分，结果图如图1：

步骤5：在Borehole模块下点击Bore holes菜单下的Horizons---solids，关闭TIN模块下的new tin和map模块下的new coverage，Borehole模块下的Boreholes呈现的三维地质图如图2：

步骤6：改换视角为plan view，点击Create Borehole Cross Sections工具，在图形上任意做切面，改换视角为Oblique view，关闭Solid Data文件夹，做出的剖面圖为图3：

结论：利用GMS软件对研究区域进行三维地质建模，在建模过程中，虚拟了少量钻孔，并对个别钻孔数据进行了修正。.通过地质模型的建立、剖分以及从各个角度的旋转，将地质构造的形态、各构造要素之间的关系及地质体空间物性分布的特征以三维的形式表现出来。从图中我们可以清楚的看到各个地层之间的接触关系、延展情况，从而分析矿井的水文地质条件，确定每个地层的顶底板的标高，在采煤的过程中受到那些含水层的威胁，为计算矿坑的涌水量提供真实的数据。

参考文献：

[1] 刘天霸，张永波，费宇红，等.华北平原三维水文地质建模及其可视化研究[J].水科学与工程技术，2007，(2):44-46.

[2] 祝晓彬.地下水模拟系统（GMS）软件[J].水文地质工程地质，2003.5:53-55.

[3] 梁煦枫，王文科，曾永刚.GMS在水文地质结构可视化方面的应用[J]东北水利水电，2006.9(24):64-72.

三维建模：拉升、倒角、圆角制作 篇4

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。

三维人体与服装建模技术综述总结 篇5

三维人体与服装建模技术综述

摘要：在参阅了大量资料与文献的基础上综述了现有的三维人体建模的一般方法并对各自的优缺点进行了分析，着重介绍了三维人体建模与服装建模，可对三维人体与服装建模技术有一定的了解。

引言：关于人体建模技术的研究始于20世纪70年代末，计算机人体建模技术发展到现在, 已经出现了大量的不同实现方法, 且随着时间的推移, 还可能不断地有一些新方法出现, 而一些老方法也可能会得到进一步完善和发展。三维人体建模是计算机人体动画、人机系统计算机仿真等系统首要解决的问题之一。三维人体建模首先要建立逼真的人体模型，同时要考虑人体模型的动态特征。本文将从各个方面介绍三维人体与服装建模得技术的各个方法，这将有助更清晰地区别和了解各种方法的特点。在服装CAD、网络虚拟试衣、三维人体动画和游戏等应用领域，都面临着如何解决真实人体与服装的三维重建问题，即人体与服装的真实感虚拟建模。在计算机图形学中，物体的造型一般分为传统几何建模和物理建模两大类。传统几何建模采用线框、表面和实体等造型技术，只描述物体的外部几何特征，适合静止刚体的造型。物理建模则是将物体的物理特征和行为特征融进传统的几何模型中，既包含了表达物体所需要的几何信息，又包含了物体材料的物理性能参数。在现实世界中，服装的运动受织物材料特性和人体运动的共同影响。人体运动所产生的肢体位移造成人体皮肤表面和服装布料之间的碰撞，力的相互作用驱动服装跟随人体运动。由于用计算机模拟人体与服装真实效果的复杂性，在三维人体与服装的造型中出现了几何建模技术、物理建模技术、结合几何与物理的混合建模技术。一、三维人体与服装的几何建模技术

1．人体

三维虚拟人体的几何建模技术主要是曲面建模，又称表面建模，这种建模方法的重点是由给出的离散数据点构成光滑过渡的曲面，使这些曲面通过或逼近这些离散点。在人体曲面建模时，主要采用基于特征的和参数化的人体曲面建模两种具体建模方法。

2.基于特征的人体曲面建模

基于特征的人体曲面建模根据人体的整体结构，将人体模型划分为若干个基

杨孝辉-201107004240-W112 本的结构特征。为进行曲面造型，针对每个结构特征可定义相应的造型特征。造型特征分为主要造型特征(即人体模型中指定的特征)和辅助造型特征(即为了精确表达人体模型的较细节几何特点所定义的造型特征)。该方法的优点在于．它使得人体模型的曲面建模更加灵活，可以针对人体模型不同部位的几何特征，选择最适合的曲面建模方法，而不必拘泥于某一种曲面表达方式。此外，还可较方便地改进人体模型建模方法。根据人体模型尺寸表，可定义一系列的特征曲线，曲线的生成通过相关特征点(根据人体物理特性定义的点)和模型样本点(根据人体模型曲面造型需要定义的点)来得到。仅靠特征曲线还不足以表达人体模型的所有几何形状，需补充定义几何造型曲线，与特征曲线共同构造出曲线网络。网络曲线多采用3次B样条曲线表达，人体曲面模型的构建则采用B样条曲面。

二、参数化的人体曲面建模

参数化的人体曲面建模采用几何约束来表达人体模型的形状特征，从而获得一簇在形状上或功能上相似的设计方案。即在建模过程中应结合人机工程学原理，利用人体各部分固有的比例关系，从人体模型的众多特殊尺寸中提取出起决定性作用的参数。一旦几何特征参数确定下来，系统将根据人机工程学原理，修改相应的主要造型特征，使其满足新的尺寸要求。同时，利用人体模型主、辅造型特征问的关联结构，修改相关的辅助造型特征，获得新的人体模型造型特征，对新的人体模型造型特征进行曲面造型，最终得到用户所需的人体模型。参数化建模是一种更为抽象化的建模方法，它以抽象的特征参数表达复杂人体的外部几何特征，依托于常规的几何建模方法，使设计人员能够在更高、更抽象的层面上进行人体设计。NM Thalmann和DThalmann最早使用多边形表面生成虚拟人MarilynMonroe，之后又提出JLD算符用于对人体表面的变形。Forsey将分层B样条技术用于三维人体建模。Douros等使用B样条曲面重构三维扫描人体模型。曲面模型的优点是速度较快，缺点是不考虑人体解剖结构，取得非常逼真的模拟效果比较困难。提高表面模型的逼真性是目前的研究热点之一。尽管曲面建模技术已经能够完整地描述人体的几何信息和拓扑关系，但所描述的主要是人体的外部几何特征，对人体本身所具有的物理特征和人体所处的外部环境因素缺乏描述，对于人体动态建模仍有一定的局限性。

除曲面建模方法外，还有棒状体建模和实体建模方法。棒状体建模是最早出

杨孝辉-201107004240-W112 现的虚拟人体几何建模方法，人体表示为分段和关节组成的简单连接体，使用运动学模型来实现动画模拟，实现人体的大致动作。实体模型使用简单的实体集合模拟身体的结构与形状，例如圆柱体、椭球体、球体等，然后采用隐表面的显示方法，其计算量大，且建模过程非常复杂。在三维人体模型结构中，实体模型和棍棒体模型基本上已较少使用。

三、服装的几何建模方法

服装的几何建模方法着重模拟布料的几何表象，尤其是波纹、褶皱等，不考虑服装面料的物理特性，将织物视为可变形对象，用几何方程表达并模拟虚拟现实环境中的织物动画效果。目前常用B样条曲面、Bezier曲面：INURBS曲面来进行服装曲面造型。

Lalfeur等开始用简单的圆锥曲面代表一条裙子，并穿着在一个虚拟模特上，以人体周围生成的排斥力场来模拟碰撞检测。Hinds等将人体模型的上半躯干进行数字化图像处理以获得基础人形，提出了在人体模型上定义一系列位移曲面片的、典型的几何三维服装建模方法，用三维数字化仪取得人体模型上的三维空间点，然后用双3次B样条曲面拟合得到数字化的人体模型，服装衣片被设计成围绕人体模型的曲面，然后将之展开到二维，这些服装衣片是通过几何建模得到的。此方法计算速度较快，模拟出的服装具有其形态特点，生成的图形具有一定的织物视觉效果，但不能代表特定的服装织物，仿真效果较差。1.线框建模

线框建模是采用点、直线、圆弧、样条曲线等构造三维物体的图形表示技术，它是计算机图形学在CAD/CAM应用中最早用来表示形体模型的建模方法，并且至今仍在广泛应用。线框建模只是单纯的用点、线的信息表示一个形体，数据量少，定义过程简单，对其编辑、修改非常快，符合服装生产中人们打样的习惯。很多复杂的形体设计往往先用样条勾画出基本轮廓，然后逐步细化。人体的线框建模是将人体轮廓用线框图形和关节表示。由于包含的信息有限，因此该法存在缺陷[1]：

(1)有模糊性和歧义性，即不能够无二义性地表达三维人体；(2)无法实现三维人体模型的自动消隐及真实感人体模型显示；(3)无法进行剖面操作；

杨孝辉-201107004240-W112 但线框建模方法很容易产生人体的动作，并且可作为实体建模、曲面建模的基础，因此至今仍在广泛应用。最早开发商品化人机系统仿真软件的英国诺丁汉大学SAMMIE系统生成的人体模型APPOLLO(包含17个关节点和21个节段)、Chrysler公司用Fortran开发的CYBER-MAN系统生成的人体模型以及由Pennsylvania大学计算机图形实验室用C语言开发JACK软件生成的人体模型(包含88个关节点，17个节段)采用的就是线框建模的方法。2.实体建模

实体建模[2]的概念尽管早在20 世纪60 年代就已提出, 但到20 世纪70 年代才出现简单且有一定实用意义的实体建模系统.到20 世纪70 年代后期, 实体建模技术在理论、算法、和应用方面才比较成熟.三维人体的实体建模由于增加了实心部分表达，信息更加完备，从而使得三维人体得到无二义性描述。并且实体建模方法提供了顶点、边界、表面和实体几乎所有的几何和拓扑信息，因此它可以支持对表达人体的消隐、真实感图形显示。

实体建模技术包含两部分内容，一部分是体素(长方体、球体、柱体、锥体等)定义和描述;另一部分是体素之间的集合运算(并、差、交等)。但是随着物体结构复杂性的增加,计算量会随之加大,导致计算效率差、耗时长。

采用实体建模的方法构建的系统有:波音公司开发的Boeman人体建模软件、以及后来在该系统中开发的允许用户建立任意尺寸和比例的人体几何建模程序生成的人体模型、KomyisB等在IBMRs/600CATIA系统上构造的三维人体模型等。毛恩荣等在研究用于机械系统人机界面匹配的人体模型中，采用面向对象的继承方法，将人体构造成由一系列立方体所组成的三维人体模型实际上也是实体建模方法。3.多面体建模

多面体建模[3]是从构造多面体开始，对多面体的任意一个面、棱边、顶点进行局部修改，从而构造一个与实体外形相似的多面体(即基本立体)，然后通过类似于磨光的处理，自动产生自由曲面的控制顶点，并拼接成所需的形状。它是一种根据设计者的构思来进行局部处理并生成人体模型的方法。用多面体建模可以灵活地进行人体形状设计。多面体人体建模的步骤如下：

（1）首先它将产生一个由直线和平面所组成的基本立体, 作为人体形状的原型；

杨孝辉-201107004240-W112（2）由基本立体产生曲线模型；

（3）曲面的产生： 在曲线模型的基础上, 用参数曲面进行拟合； 四、三维人体与服装的物理建模技术

传统的人体建模技术经历了从线框建模，曲面建模到实体建模的发展历程，其对人体的几何信息和拓扑信息的描述已相当完备。但它们所描述的主要是人体的外部几何特征，而对人体本身所具有的物理特征和人体所处的外部环境因素(如重力等)则缺乏描述。传统的人体建模方法对静止人体的建模是非常成功的，但对于人体动态建模却相当乏力。正是针对这一问题，人们尝试将人体的物理属性和人体所受的外部环境因素引入到传统的几何建模方法中，形成了全新的基于物理的建模方法[4]。

基于物理的建模方法是针对传统的人体建模技术主要描述人体的外部几何特征，而对人体本身所具有的物理特征和人体所处的外部环境因素(如重力等)缺乏描述的基础上发展起来的。因此它尝试将人体的物理属性和人体所受的外部环境的各个方面因素引人到传统的几何建模方法中，形成的一种全新的建模方法。由于在建模过程中引人了人体自身的物理信息和人体所处的外部环境因素，因而基于物理的建模方法能获得更加真实的建模效果。同时也由于引人了时间变量，对人体或服装进行三角、网格或粒子划分,进行能量、受力分析,能较真实地模拟柔性物体的特性，人体的动态特征将得到有效地描述。但基于物理的建模方法在人体的动态运动规律表达多是采用微分方程组数值求解方法来进行动态系统的计算，与传统的人体建模方法相比，基于物理的建模方法在计算上要复杂得多。但此法能弥补传统人体建模方法的不足，自产生以来也得到了迅速的发展。

与传统的建模方法相比，基于物理的建模方法具有以下几个特点：(1)在建模过程中引入了人体自身的物理信息和人体所处的外部环境因素，因此，基于物理的建模方法能获得更加真实的建模效果；

(2)在建模过程中引入了时间变量，因此，基于物理的建模方法能对人体的动态过程进行有效地描述；

(3)人体的动态运动规律多采用微分方程组的形式表达，在基于物理的建模过程中，通常采用微分方程组的数值求解方法来进行动态系统的计算，因此，与传统的建模方法相比, 基于物理的建模方法在计算上要复杂得多,由于基于物理

杨孝辉-201107004240-W112 的建模方法弥补了传统的几何建模方法的不足, 自产生以来便得到了迅速的发展。物理建模方法虽然仿真效果更接近真实状态，但因模型中包含的有效织物力学结构参数很难确定，加之运算时间太长，应用受到了限制。

五、离散模型的建立

织物是由大量纤维、纱线形成的复杂结构体，是非连续的，宜使用离散的方法建立模型。1994年Breen等提出采用相互联系的粒子系统模型模拟织物的悬垂特性，1996年Eberhardt等发展了Breen的粒子模型，体现了织物的滞后效应，增加了风动、身动等外力对服装面料的影响。在粒子系统的基础上，由Provot和Howlett先后提出的质点一弹簧模型结构简单，容易实现，计算效率较高，取得了较好的应用效果。该模型将服装裁片离散表达为规则网格的质点～弹簧系统。每一个质点与周围相连的若干个质点由弹簧相连，整个质点一弹簧系是一个规则的三角形网格系统。Desbrun等对质点～弹簧模型加以延伸、扩展和改进，综合显式、隐式积分，提出一种实时积分算法，可实现碰撞和风吹等检测和反应。刘卉等也用改进的质点一弹簧模型完成了模拟服装的尝试。

人体多层次模型是最接近人体解剖结构的模型，通常使用骨架支撑中间层和皮肤层，中间层包含骨骼、肌肉、脂肪组织等，因此人体从内到外分成骨架、骨头、肌肉、脂肪和皮肤等几个层次，可分别采用不同的建模技术。骨头层可看成刚性物体，采用几何模型。皮肤层属于最外层，需要较多的真实性，可采用基于物理的模型，指定皮肤层每个顶点的质量、弹性、阻尼等物理参数，计算每个点的运动特性，实现皮肤的变形。皮肤需要匹配到骨架上，其动态挤压和拉伸效果由底层骨架运动及肌肉体膨胀、脂肪组织的运动获得，附着于骨头上的肌肉和脂肪也得适当地采用物理建模方式形成。

Chadwick等提出了“人体分层表示法”的概念。在此基础上，Thalmann等提出一种更加高效的、基于解剖学的分层建模算法来实现人体的建模与仿真。通过这种方法建立的人体模型从生理学和物理学角度都能实现更加逼真的效果，但模型复杂度高，人体变形时计算量大。

几何建模能赋予服装更灵活的形状，可以方便地修改服装的长短胖瘦、结构线等外观形状，模型简单，执行速度快，但不能通过参数控制服装的悬垂及质感。物理建模允许通过选择参数值较为直观地控制服装的悬垂及质感，如增加质量参

杨孝辉-201107004240-W112 数值将得到厚重织物，但模型复杂，计算费时。服装的混合建模技术吸取了几何和物理的优点。通常在图形生成或模拟过程中，先用几何方法获得大致轮廓，再用物理约束和参数条件进行局部结构细化，从而获得逼真、快速的模拟图形。

Kunii和Godota使用混合模型实现了对服装皱褶的模拟。Rudomin在进行模拟时先使用几何逼近的方法，在人体的外围生成„个3DJ]~装凸包，给出了悬垂织物的大致形状，后利用Terzopoulos的弹性形变模型对织物的形态进行细化处理。在实际应用中，混合建模技术更适合于织物和服装变形形态的模拟，既能满足对服装三维效果的仿真，且能在一定程度上实现三维交互设计，计算时间也将显著缩短，可以满足实时的要求，是目前较好的选择。在三维人体建模上，对静止人体的实现主要采用面建模技术，重点描述人体的外表面，即皮肤的外形。为了实现人体的动态仿真，需要考虑人体本身的物理特征(如质量、密度、材料属性等)和行为特征，使得计算机模拟的人体活动符合真人的运动效果，采用了物理建模技术，但由于人对人体解剖结构、自身组织及器官的物理特性、人体运动及动力学行为等研究和了解得并不充分，很难建立起完整的三维人体物理模型。

在三维服装模拟上，需要设置面料的质地、图案、色彩、尺寸及环境的灯光、重力、风源、风速、风向等，以及人体与服装的动力学约束，才能完成服装动态特性的运动模拟和仿真。服装的几何建模能方便模拟面料的几何表象，但也只能实现服装的外观形状。物理建模技术大多用于对单个织物的动态模拟，对整个由衣片缝合而成的、具有一定款式和饰物的服装造型则过于复杂。

要实现虚拟试衣、虚拟时装表演、服装的网上展示和虚拟购物等的虚拟环境，不仅需要建立人体和服装的模型，而且还要考虑人体、服装间、人体与服装间的碰撞，因此统一人体和服装的造型是必需的。结合几何建模和物理建模的各自优点，接近人体解剖结构，把最外层设置为服饰层的人体多层次模型将是今后重点研究的方向。

六、结束语

一种三维人体建模方法能否在具体人体模型实现中发挥作用，主要由建模方法本身性能和实现方法(如计算机程序)的质量两方面共同决定。实现方法的好坏很大程度上依赖于建模方法的原理，因此对人体建模方法本身进行理论上的分析研究，寻求一种好的建模方法是非常重要的。并且随着人体建模方法研究的深人，杨孝辉-201107004240-W112 还可能会有一些新的建模方法出现，原有的方法也可能会得到进一步完善和发展。

参考文献：

[1] 胡敏, 李敏，张新民.三维人体建模综述[J].焦作工学院学报, 2001,05(3):234 –235.[2] 孙家广.计算机辅助几何造型技术[M].北京: 清华大学出版社, 1990.[3] 付世波,袁修干.基于B样条曲面的人体模型的建立[J].计算机学报,1998,21(12): 1131-1135.[4] 樊劲.基于物理的建模研究以及在服装CAD中的应用[D].武汉:华中理工大学机械科学与工程学院,1997.胡敏, 李敏，张新民.三维人体建模综述[J].焦作工学院学报, 2001,05(3):236.杨东梅，朱胜缘，路伟成.OpenGL与3D MAX结合实现三维仿真[J]；应用科技；2004年02期 吴咏梅,赵敏;基于OpenGL的高效三维物体建模的研究[J];机械与电子;2004年10期 翁建广;基于人体体模型的三维形状检索和形变研究[D];浙江大学;2005年

A Model-Based Approach for Estimating Human 3D Poses in Static Images

Mun Wai Lee , Isaac Cohen，IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence

卷次: 28 刊期: 6，June 2006

Medical Imaging: Registration of 3D Objects and Surfaces

Klaus D.Toennies , Jayaram K.Udupa , Gabor T.Herman , Isaac L.Wornom III , Steven R.Buchman IEEE Computer Graphics and Applications 卷次: 10 刊期: 3，May 1990 Generating Semantic 3D Models of Underground Infrastructure

Erick Mendez , Gerhard Schall , Sven Havemann , Sebastian Junghanns , Dieter Fellner , Dieter Schmalstieg IEEE Computer Graphics and Applications

三维建模实验教学方法研究论文 篇6

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：

[1]曲相屹,王伟,孙晓东等.三维激光扫描技术在矿山测绘中的应用[J].山东工业技术,(22):99.

[2]李峰,刘小阳,孙广通等.三维激光扫描课程的教学实践探索[J].科技视界,(16):60+66.

[3]陈茂霖,卢维欣,万幼川等.无附加信息的地面激光点云自动拼接方法[J].中国激光,2016(04):212-220.

PDMS三维灯具建模方法 篇7

1 PDMS三维设计特点

PDMS是对多专业的 (P&ID, 仪表, 电气, 土建, 钢结构, 设备, 配管, 暖通, 支吊架, 电缆托架等) 协同设计管理, 各专业间充分关联联动。是对实时无碰撞检测和路由优化的绝对保证, 是对多项目多设计团队的管理和协调。先进的技术不仅为设计缩短了时间, 更使其工程的施工设计做得更加完善。

2 PDMS三维设计灯具建模方式

PDMS三维设计软件提供了设备建模方法之一就是搭积木方式, 灯具的小部件将逐一生成, 速度非常慢, 工作量巨大。笔者根据三维软件特点, 开发了灯具快速建模工具, 形成了工作流程, 经不少项目的试用得到了良好的效果。

2.1灯具三维设计开发流程

灯具建模开发的总的流程是:首先搭建灯具模板库->开发灯具库驱动程序->形成灯具三维设计工作流程。

2.1.1搭建灯具模板库

搭建灯具库是基础工作, 需要借用厂家样本资料, 根据资料的实体外形尺寸, 在PDMS三维软件中, 进行搭积木方式搭建灯具模板库, 见图1。

2.1.2开发灯具库驱动程序

为了在PDMS三维软件中快速生成灯具模型, 需要针对已经建立的灯具模板库开发驱动程序, 见图2。

在‘1’处设置默认的存储区域。在name中输入灯具名字, 在‘3’区中选择灯具类型, 在‘4’区会有灯具预览, 然后灯具就建立了。

灯具快速建模工具有以下特点:灯具建模采用的是库+程序工具, 即采用程序来驱动灯具库建模, 灯具库可以随时删除, 方便公司保密;灯具建模程序简单易用, 可以方便修改吊杆长度, 修改灯具名称, 预览灯具样式和方便灯具选型;灯具建模程序智能捕捉安装位置, 方便快速建模。

2.1.3形成灯具三维设计流程

灯具PDMS三维设计, 开发人员首先完成灯具库和驱动程序的开发。之后形成建模流程:建模->校对->修改->专业室校对->修改->完成。灯具三维设计后的效果图, 见图3。

3 结语

由上可见, PDMS灯具三维设计在工厂设计中的应用已成为必然趋势, 解决了工厂内部灯具的安装和检修不方便性, 使得工厂中的灯具检修不再是检修的一大难题, 为工厂减少停车时间, 提高运行时间, 带来了保证, 给工厂带来了非常大的经济效益。

参考文献

CAD三维建模技术的发展及应用 篇8

关键词CAD；三维建模；发展；水利工程

中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)081-0187-01

建模技术是CAD的核心技术，其研究、发展和应用，就代表了CAD技术的研究、发展和应用。从20世纪50年代至今建模技术的发展经历了二维建模、三维几何建模、特征建模（包括参数化和变量化建模）及产品集成建模的发展过程。二维建模是最初的CAD技术用来解决二维绘图问题，后来发展为三维的几何建模技术。三维几何建模又分为线框建模、曲面建模和实体建模。随着建模技术的发展和实际应用要求，到

20世纪80年代后期又出现了参数化和变量化的建模要求。采用参数化建模技术，参数与设计对象的控制尺寸有显示对应关系，设计结果的修改受尺寸驱动。

三维图形与二维图形的最显著的区别在于两者给人的视觉效果，二维图形因缺乏立体感，致使多数人需经过专业训练才能看懂其中所表示的确切意义。而三维图形则不同，绝大多数人都能一看就明白其表达的含义。所以若能直接绘出物体的三维图，如利用若干个视图、剖视图等来表示一个实体，那么，与非专业人士的交流就相对直接了。

1三维线框模型

线框模型是指用点、直线和曲线表示三维对象边界的AutoCAD对象。用三维线框模型能很好的表现出三维对象的内部结构和外部形状，但不能支持隐藏、着色和渲染等操作，此外由于构成线框模型的每个对象都必须单独绘制和定位，因此，这种建模方式最为费时。

在AutoCAD 中构建线框模型时，可以使用三维多段线、三维样条曲线等三维对象，可以通过变换UCS 在三维空间中创建二维对象。虽然构建线框模型较为复杂，且不支持着色、渲染等操作，但使用线框模型可具有以下几种优点：①可以从任何有利位置查看模型；②自动生成标准的正交和辅助视图；③易于生成分解视图和透视图；④便于分析空间关系。

线框造型对于平面形体是十分有效的，但对于含有曲面的形体却有明显的不足，因为含有曲面的形体其轮廓线并非都是棱线。凡不为棱线的轮廓线都是不能确定的，它随着观察点视点和视角的变化而变化，这类问题必须由表面造型来解决。

2三维表面模型

在AutoCAD中，曲面对象是用多边形网格来定义的，因此AutoCAD 的曲面对象并不是真正的曲面，而是由网格近似表示的。由于曲面是由网格近似得到的，因此网格的密度决定了曲面的光滑程度。网格的密度越大，曲面越光滑，但同时也使数据量大大增加。用户可以根据实际情况指定网格的密度。网格的密度由包含M*N个顶点的矩阵决定，类似于用行和列组成栅格，M和N分别指定网格顶点的列和行的数量。

AutoCAD提供了多种预定义的三维曲面对象，包括长方体表面、楔体表面、棱锥面、圆锥面、球面、下半球面、上半球面、圆环面和网格等。除了预定义的三维曲面对象外，AutoCAD还提供了多种创建网格曲面的方法。用户可以将指定的二维对象通过面域创设进行拉伸和旋转以定义新的曲面对象，也可以将指定的二维对象作为边界来定义新的曲面对象。

3三维实体模型

实体造型的概念早在20世纪60年代初期就已提出来了，因当时在理论和技术上不甚成熟，所以直到20世纪70年代才开始在CAD/CAM系统中获得应用。1973年，英国的I.C.Braid提出，采用立方体、圆柱体和椎体等基本体素“积木板”，通过交、并、差集合运算拼合地方法构造复杂实体。以此为契机，实体造型的理论和迅速发展。80年代后，一批实用性较强的实体造型系统相继推出。

三维实体对象不仅包括对象的边界和表面，还包括对象的体积，因此具有质量、体积和质心等质量特征。使用实体对象构建模型比线框和曲面对象更为容易，而且信息完整，歧义最少。此外，还可以通过AutoCAD输出实体模型数据，提供给计算机辅助制造程序使用或进行有限元分析。AutoCAD提供了多种预定义的三维实体对象，包括长方体、圆锥体、球体、楔体和圆环体等。除了预定义的三维实体对象之外，还可以将二维对象通过拉伸或旋转来定义新的实体对象，也可以用布尔运算来创建各种组合实体。这种方法基于实体模型可以用体素构造法表达的思想，通过各实体元素之间的布尔运算来构造更为复杂的三维实体。另外，对于已有的实体对象还可以进行倒角、切割等各种修改。

实体建模工具栏如图1所示。

基于以上的建模思想，并且基本建模是建模软件中最基本和常用的方法。包括基本实体、旋转、拉伸、布尔运算和放样等建模方法。运用以上方法可以得到绝大多数的常用模型。

4三维实体建模在水利工程中的应用

当前，随着我国水利水电事业的迅速发展，一批大型水利水电工程相继开工建设，这对水利水电工程设计、施工、管理等各方面都提出了更高的要求，传统的水利水电工程设计方法和手段已无法满足大型水利水电工程所提出的高效、直观的设计要求，特别是在日益重视环境保护、倡导生态水利水电工程的今天更是如此。因此，用现代先进的计算机技术来改造传统的水利水电行业，实现水利水电工程建设的数字化、可视化、智能化转变，是工程设计者和决策者的共同愿望。计算机辅助设计（CAD）技术在水利水电工程设计领域中的成功应用，使传统的水电工程设计摆脱了图板，实现了二维CAD设计，但是并没有改变设计成果不直观的状况。计算机三维建模技术的发展和应用，使水利水电工程计算机三维模型应运而生，为人们提供了具有真实感的三维视觉模型，以便在工程设计阶段即可在计算机上看到工程的未来景象，结束了过去只能通过沙盘模型来预览工程完建形象的历史。借助计算机三维模型可以对设计方案进行可视化分析和评价，来检验设计方案是否得当，枢纽布置是否合理等。另外，依据施工设计成果，可以利用三维动画技术和虚拟现实技术来模拟施工进度、施工工艺，从而评价施工方案的合理性，为设计者和决策者提供指导和决策依据。

参考文献

[1]刘筠,卢超,陈星.关于AtuoCAD三维建模方法的讨论[J].高校理科研究.

[2]孙家广.计算机辅助几何造型技术[M].北京:清华大学出版社.

[3]张仪芳.AutoCAD三维实体模型及应用[J].浙江万里学院学报,2001,6(2).

[4]孙家广.计算机图形学[M].北京:清华大学出版社,2000.

[5]吴坚,郑康平.一种检测点是否在多边形或多面体内的方法[J].小型微型计算机系统,2003,24(12):2200-2203

[6]胡建生,彭志强.CAXA实体设计实用案例教程[M].北京:化学工业出版社,2004.