8.三维几何建模-2
三维建模在测绘中的应用方法与操作步骤
三维建模在测绘中的应用方法与操作步骤一、引言三维建模是指利用计算机技术将真实世界中的物体或场景建立起来的过程，它为测绘领域提供了一种高效、精准的测绘方法。
本文将介绍一些常见的三维建模应用方法与操作步骤，旨在帮助读者更好地了解和掌握这一技术。
二、三维建模的应用领域三维建模在测绘领域中具有广泛的应用，其中主要包括以下几个方面：1. 地理信息系统（GIS）在地理信息系统中，三维建模可以被用来创建精确的地理模型，用以描述真实世界中的地理特征和空间关系。
例如，通过三维建模可以轻松创建城市的三维模型，进而对城市的地理信息进行分析和展示。
2. 建筑设计和规划三维建模可为建筑设计和规划提供强有力的支持。
建筑师可以使用三维建模软件将设计想法转化为具体的建筑模型，使得设计更直观、可视化。
此外，三维建模还可以帮助规划师对建筑项目进行空间布局和效果预测，提高工作效率。
3. 地形测量和地貌分析三维建模可以通过地形测量和高程数据处理，生成真实的地形模型。
这对于地貌分析以及自然灾害的预测和防治具有重要意义。
例如，三维建模可以帮助科学家模拟山体滑坡、泥石流等现象，以提前预警和采取相应的措施。
三、三维建模的操作步骤下面是三维建模的一般操作步骤，供读者参考：1. 数据采集三维建模的第一步是进行数据采集。
通常使用的方法有激光扫描、摄影测量等。
激光扫描能够快速而精确地获取物体的三维几何信息，而摄影测量则通过对相片进行分析和测量，实现三维场景的重建。
2. 数据预处理数据采集完毕后，需要进行数据预处理。
主要包括对原始数据进行去噪、滤波、配准等操作，以提高数据质量和准确性。
此外，还可以进行纹理补偿、颜色校正等处理，使得建模结果更加真实。
3. 建模软件操作在进行三维建模时，需要选择合适的建模软件进行操作。
常见的建模软件有AutoCAD、SketchUp、Blender等。
通过这些软件，可以选择适当的建模方法（如多边形网格、B样条曲面等）进行建模操作。
(完整版)3dsmax三维动画设计技能教程第2章习题答案
第2章三维工具建模一、填空题1．3ds max提供的选择对象的方法有直接选择、区域选择、过滤器选择、按名称选择。
2．基本的变换工具有移动、旋转和缩放3种。
3．决定茶壶大小的参数是半径。
4．3ds max提供的变换坐标系有【屏幕】坐标系、【世界】坐标系、【视图】坐标系、【拾取】坐标系、【父对象】坐标系、【万向】坐标系、【局部】坐标系和【棚格】坐标系等。
5．按钮的作用是进行镜像操作。
6．按钮的作用是使用变换坐标系的中心为变换轴心。
7．按钮的作用是选择该按钮后，在视图中拖动鼠标可形成一个矩形选择区域。
8．按钮的作用是选择并不等比例缩放对象。
9．克隆对象的类型有复制、关联复制和参考复制3种。
10．列出6种常用的标准三维几何体：长方体、球体、圆柱体、圆锥体、管状体、几何球体。
（四棱锥、茶壶、圆环、平面）。
11．使用球体命令创建球体时，把半球参数值设置为0.5，即可得到标准的半球体。
12．如果要创建扩展三维几何体，则首先应在【创建/几何体】命令面板的下拉列表中，选择扩展基本体选项。
13．如果要对两个三维模型进行布尔运算，则应在【创建/几何体】命令面板的下拉列表中，选择复合对象选项。
14．修改命令面板主要由名称和颜色区、修改器列表、修改器堆栈和参数面板4个部分组成。
15．列出4种常用的修改器：弯曲、噪波、锥化、扭曲。
16．弯曲修改器的作用是使三维模型发生弯曲。
17．如果想制作山脉造型，则可对立方体应用噪波修改器。
18．在使用弯曲修改时，应注意原始物体要拥有足够的分段值，否则将无法得到正确的结果。
19．【锥化】修改功能是通过缩放物体的两端而产生锥形轮廓，同时还可以生成锥形的曲线轮廓。
20．【FFD】（自由变形）修改功能可以通过少量的控制点来改变物体形态，产生柔和的变形效果。
21．材质的颜色包括阴影色、固有色（漫反射颜色）、高光色3个部分的颜色信息，其中起决定作用的是固有色颜色。
22．制作透明材质时，应修改【blinn基本参数区】卷展栏中的不透明度参数。
几何建模方法
它是利用一些基本体素，如长方体、圆柱体、球体、锥体、 圆环体以及扫描体等通过布尔运算生成复杂形体的一种造型 技术。
第2章
4、参数式系统和变量式系统
第2章
早期的CAD系统是用固定的尺寸值来定义几何元 素的，输入的每一条线都有确定的位置，但不包括产 品图形内在的尺寸约束、拓扑约束及工程约束(如应力、 性能约束等)。因此，要想修改实体的结构形状，只有 重新造型。这不仅要使设计人员投入相当的精力用于 重复劳动，而且，这种重复劳动的结果并不能反映设 计人员对产品的本质构思和意图。
√ 造型描述的实体也无法进行消隐、干涉检查和物
性计算。
第2章
几何建模方法 线框建模
2．表面建模（曲面建模）
√ 通过对物体表面进行描述的建模方法。
第2章
几何建模方法
三维线框结构的几何模 型在消隐、着色、特征 处理等方面存在困难。
航空和汽车制造业
光滑曲面
Bezier曲线、曲面 B样条曲线 Coons曲面等
在物体性能计算方面，曲面造型中表面信息的存在有助于 对物性方面进行与面积有关的特征计算，同时对于封闭的 零件来说，采用扫描等方法也可实现对零件进行与体积等 物理性能有关的特征计算。
3．实体建模
第2章
几何建模方法
现实世界的物体具有三维形状和质量，因而三维实体造型可 以更加真实地、完整地、清楚地描述物体。
几何建模方法 表面建模
缺点：难以进行有限元分析、难以进行物性 计算、不存在各个表面之间相互关系的信息，
√ 如要同时考虑几个面时，就不能用表面建模。
三维建模要求规范-基本知识
实用标准文档三维建模规城市三维建模是为城市规划、建设、运营、管理和数字城市建设提供技术服务的基础，是城市经济建设和社会发展信息化的基础性工作。
城市三维模型数据是城市规划、建设与管理的重要基础资料。
为了建设市三维地理信息系统，规市三维建筑模型的制作，统一三维模型制作的技术要求，及时、准确地为城市规划、建设、运营、管理和数字城市建设提供城市建筑三维模型数据，推进城市三维数据的共享，特制定本规。
项目软件及数据格式1、项目中使用的软件统一标准如下：模型制作软件：3DMAX9贴图处理软件：Photoshop平台加载软件：TerraExplorer v6普通贴图格式：jpg透明贴图格式：tga模型格式：MAX、X、XPL2加载文件格式：shp平台文件格式：fly2、模型容及分类城市建模主要包括建筑物模型和场景模型。
2.1、建筑物模型的容及分类建筑物模型应包括下列建模容：各类地上建筑物，包括：建筑主体及其附属设施。
含围墙、台阶、门房、牌坊、外墙广告、电梯井、水箱以及踢脚、散水等。
各类地下建筑物，包括：地下室、地下人防工程等。
其他建（构）筑物，包括：纪念碑、塔、亭、交通站厅、特殊公益建（构）筑物以及水利、电力设施等。
全市建筑物模型分为精细模型（精模），中等复杂模型（中模），体块模型（白模）。
市全市围主要大街、名胜古迹、标志性建筑等用精模表示，一般建筑物用中模表示，城中村、棚户区等用白模表示。
2.1.1、精细复杂度模型（精模）2.1.1.1、定义：精细模型为，能准确表现建筑物的几何实体结构，能表现建筑物的诸多细节，对部分重要建筑景观进行重点准确制作表现的模型制作方式。
2.1.1.2、一般制作围：城市中主干道两旁的主要建筑物、主干路十字路口的主要建筑，电信、移动、金融中心大楼，火车站，重点政治、经济、文化、体育中心区建筑，包括标志性建筑物，城市中知名度高的名胜古迹、地标性建筑（如大雁塔、钟楼等）。
2.1.1.3、制作方式：精细制作，不仅能反映实际建筑的大小，整体结构，而且能反映建筑物的细节结构。
常见的三维建模流程
常见的三维建模流程三维建模是指使用计算机图形学技术来创建虚拟三维对象的过程。
它在许多领域都有广泛应用，如电影、游戏、建筑、工业设计等。
下面是常见的三维建模流程：1.规划阶段：在开始建模之前，需要先进行规划。
这一阶段中，需要明确建模的目标和要求，确定需要建模的对象的形状、尺寸、材质等。
同时，还需要考虑对象的用途和场景，为后续的建模工作做出合理的决策。
2.参考收集：在建模之前，通常需要收集一些参考资料，以便更好地理解和模拟对象。
这些参考资料可以是真实世界中的物体、照片、绘画、手绘草图等。
通过收集参考资料，可以有利于建模师更准确地把握对象的形状和材质特征。
3.概念设计：在开始具体建模之前，通常需要进行概念设计。
这一阶段中，建模师会用手绘草图或简单的几何体模型来表达自己对对象的初步设计构思。
概念设计有助于理清思路和构思，为后续具体建模提供框架。
4.建模软件设置：在进行具体建模之前，需要先进行建模软件的设置。
建模软件通常提供了各种建模工具和选项，通过设置不同的参数和选项，可以对建模流程和结果进行控制和调整。
建模软件设置涉及到单位选择、坐标系设置、单位尺度设定等。
5.几何建模：几何建模是三维建模的核心过程。
在这一阶段中，建模师使用建模软件提供的各种几何建模工具和操作，逐步构建出对象的形状。
具体的建模方法有很多，如使用基本几何体进行建模、使用动态模型构造进行建模、使用曲面建模等。
建模师需要根据对象的形状和特征选择合适的建模方法。
6.纹理映射：在完成几何建模之后，建模师需要给模型上色或添加纹理。
这一阶段称为纹理映射。
建模软件通常提供了纹理映射工具和材质库，建模师可以使用这些工具和资源来细化模型的外观。
纹理映射可以通过将图像或材质贴在模型表面来实现，以增加真实感和细节。
7.灯光设置：灯光设置是为模型添加适当的光照效果，使其在渲染过程中看起来更加真实。
通过设置不同的光源类型、光照强度、光照颜色等参数，建模师可以调整模型的阴影、高光反射、环境光等效果，以达到所需的效果。
三维建模技术
3.曲面建模
曲面建模是将物体分解成组成物体的表面、边线和顶 点，用顶点、边线和表面的有限集合表示和建立物体 的计算机内部模型
• 曲面建模的原理 • 曲面建模的特点 • 常见的曲线、曲面模型
• 曲面造型的现状与发展趋势
曲面建模的原理
表面建模分为平面建模和曲面建模 平面建模
平面建模是将形体表面划分成一 系列多边形网格，每一个网格构 成一个小的平面，用一系列的小 平面逼近形体的实际表面
ni
其中
n! C t!( n t )!
i n
t——局部参数，t ∈[0，1]
三次Bezier曲线
Pu Bi ,3 u Qi 1 u
3
i 0 3
3u 1 u
2
3u 2 1 u u 3 Q0 1 Q0 Q 0 1 0 Q2 0 Q3
5
[11]
[12]
3
4
7
线框建模的优缺点
线框建模的优点
• 只有离散的空间线段，处理起来比较容易，构造模型操作 简便 • 所需信息最少，数据结构简单, 硬件的要求不高 • 系统的使用如同人工绘图的自然延伸，对用户的使用水平 要求低，用户容易掌握
线框建模的缺点
• 线框建模构造的实体模型只有 离散的边，没有边与边的关系。 信息表达不完整，会使物体形状 的判断产生多义性 • 复杂物体的线框模型生成需要 输入大量初始数据，数据的统一 性和有效性难以保证，加重输入 负担
曲面建模
曲面建模是把需要建模的曲面划 分为一系列曲面片，用连接条件 拼接来生成整个曲面 CAD领域最活跃、应用最广泛的 几何建模技术之一
常用曲面生成方法的种类
基本曲面 规则曲面 自由曲面 派生曲面
三维建模方案范文
三维建模方案范文三维建模是指利用计算机技术对物体进行建模和设计，形成真实感和立体感的图像。
它是现代工程设计和制造中不可或缺的环节，广泛应用于建筑设计、汽车制造、电子产品开发等领域。
下面将介绍一个三维建模的方案，包括流程、工具和技巧等内容。
一、三维建模的流程1.需求分析：了解客户的需求，确定建模的具体目标和要求，包括模型的用途、尺寸要求、材质等。
2.数据收集：收集相关的设计资料和参考图纸，包括平面图、立面图、剖面图等。
还可以通过测量现场数据或使用激光扫描等技术获取模型所需的几何数据。
3.模型创建：利用三维建模软件，根据收集到的数据和设计要求，进行模型的创建。
可以使用多种建模技术，包括实体建模、曲面建模、多边形建模等。
4.细节设计：根据实际需求和设计意图，对模型进行细节设计和优化。
包括优化模型的几何结构、调整模型的比例、添加细节纹理等。
6.灯光设置：对模型进行灯光设置，调整光源的强度和颜色，使模型在场景中呈现真实的光影效果。
7.渲染和呈现：利用渲染引擎对模型进行渲染，生成高质量的图像或动画。
可以选择不同的渲染参数，调整渲染效果和速度。
8.评估和修改：对渲染结果进行评估，根据实际需求和客户反馈，对模型进行修改和优化。
可以调整模型的结构、材质和灯光等，以达到更好的效果。
9.交付和使用：最后将最终的模型文件交付给客户或使用者，用于实际的设计和制造工作。
可以输出各种格式的文件，如图片、视频、CAD文件等。
二、三维建模的工具1.建模软件：目前市场上有很多三维建模软件可供选择，如AutoCAD、SketchUp、3ds Max、Blender等。
可以根据实际需求和个人喜好选择合适的软件。
2.渲染引擎：渲染引擎是实现模型真实感和立体感的关键。
常用的渲染引擎有V-Ray、Arnold、Mental Ray等。
它们可以提供高质量的渲染效果，包括真实的光照、阴影和反射等。
4.插件和脚本：一些额外的插件和脚本可以提供更丰富的功能和工具。
第1课初识三维学建模(教案)
第1课初识三维学建模（教案）教学目标：知识与技能：1. 了解三维建模的应用范围，认识其在现实生活中的应用。
2. 熟悉三维建模软件的窗口，了解各个窗口的功能和作用。
3. 掌握模型导入工作区的方法，能够导入不同类型的模型并进行基本操作。
过程与方法：1. 通过教师讲解和示范，引导学生主动参与，培养自主学习和合作学习的能力。
2. 通过实际操作和练习，提高学生的动手能力和问题解决能力。
情感态度与价值观：1. 培养学生对信息技术的兴趣和热爱。
2. 培养学生对三维建模技术的认识和欣赏能力。
3. 培养学生的合作意识和团队合作能力。
教学重难点：教学重点：了解三维建模的应用范围，熟悉三建模软件的窗口，掌握模型导入工作区的方法。
教学难点：熟悉三建模软件的窗口。
学情分析：本节课是小学五年级下册第一节课，学生已经学习过基本的二维图像处理知识，对信息技术有一定的了解。
学生对三维建模技术可能还比较陌生，需要通过实际操作和示范引导学生进行学习。
学生具备一定的动手能力和合作学习能力，可以通过小组合作的形式进行实践操作，提高学生的学习效果和积极性。
教学过程：一、导入1. 在课堂开始前，展示一些精彩的三维建模应用场景的图片或视频，如建筑设计的模型、电影中的特效、游戏中的角色等。
通过这些场景，激发学生的兴趣和好奇心，让他们对三维建模技术产生兴趣。
2. 引导学生参与互动，提问他们在日常生活中是否有接触过使用了三维建模技术的产品或场景。
鼓励他们分享自己的见闻和体验，以促进课堂氛围的活跃和学生的参与度。
二、三维建模应用范围1. 利用幻灯片或展示视频，向学生详细介绍三维建模的应用范围。
例如，在建筑设计领域，三维建模可以帮助建筑师们更好地可视化设计方案；在电影制作中，三维建模可以用于创造逼真的特效和场景；在虚拟现实技术中，三维建模可以让用户身临其境地体验虚拟世界等等。
2. 引导学生思考，为什么在这些领域中使用三维建模技术会更加方便和有效？例如，使用三维建模可以快速生成复杂的几何形状，方便进行设计和修改；可以实时预览模型的外观和效果，帮助设计师做出更好的决策；可以与其他相关软件进行集成，提高工作效率等等。
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造型系统提供局部操作功能，目的是为用户提供更直观方便 的定义形体局部信息的方法。
值得说明的是：用户仅需按提示交互定义提供局部操作 功能，计算机内部用CSG表达记录定义参数及历史，同时 直接修改原始输入形体的BREP表达模型（即直接修改形体 的面、环、边、点等数据表），并形成新的BREP表达。
局部操作功能比在整体意义下形体间的布尔运算具有更 高的效率和稳定性 。
几何造型系统的优劣首先取决于是否提供好的形 体定义能力，除了要有良好的用户界面以外，还需 提供多种造型方法，这样不仅能扩大造型系统的几 何覆盖率，而且能提高工程师的设计效率。
常用几类形体输入方法： 1）基本体素法 2）扫描变换法 3）局部操作 4）特征表示
基本体素法
常用的基本体素有方盒、锥、柱、球、环等
扫描变换法
扫描变换是基于一条曲线或表面或形体沿某一路 径运动而产生形体，现有CAD使用广泛。
平行扫和旋转扫变换是最基本的方法。如果在平扫过程中引 入缩放参数，还可以得到截面变化的锥形形体，如果扫描方向 与z轴成一夹角，扫出的形体将是一个错切体。
此外有自由扫、变截面扫、蒙皮技术等生成曲面和实体。
平行扫变换通常由用户简单地定义一截面轮廓，然后沿 指定方向平行延伸一定的距离生成平扫体
例如，考察A、B两物体的交所形成拼合体的边界如下图所示,由
上式则有：
b（A － B） （bA U bB）
bB的一部分
A
B
C
bA的一部分
由于A、B为正则点集，因此A、B均可表示为边界点与体内点 的集合，即：
A的边界bA相对于物体B可分别表示为：
B物体内： bA∩iB
B物体上： bA∩bB
B物体外： bA∩cB
第8讲 几何造型技术-2
华中科技大学CAD中心 吴义忠 cad.wyz@
本讲内容
1．常用几何形体创建方法 2. 布尔运算基本原理 3. 三维形体的显示原理
常见几何形体创建方法
对于设计师而言，所关心的是如何快捷、方便 地设计一个满足需求的零件结构（即零件形体）。
对CAD系统来说，形体定义就是用少量的参数描 述几何形体的大小、形状和位置。
同理，B的边界bB相对于A物体的表示为：
A物体内： bB∩iA
A物体上： bB∩bA
A物体外： bB∩cA
设正则点集C表示A、B两物体的交，C＝A∩B。对于实体的BREP 表达来说，我们仅需得到点集C的边界bC即可，于是：
8、几何造型－2
1．常用几何形体定义方法 2. 布尔运算基算基本原理
想一想，CAD系统是是如何将简单形体拼合成复杂 形体的？
常见物体（无论多复杂）均可用用三维空间点集来表 示；
复杂形体可通过简单形体的布尔运算生成,布尔运算也 称为集合运算；
CAD中常用布尔运算（并、交、差）操作符有：
实体的特征表示
实体模型仅提供产品的几何形状信息，但不能显式地 标注尺寸，未提供公差、表面粗糙度、材料性能和加工 要求等重要的产品制造信息。
商用CAD系统中广泛采用特征造型方法弥补上述不 足。特征模型表达高层次的具有功能意义的实体，如孔、 槽等，其操作对象不是原始的几何元素，而是产品的功 能要素、技术信息和管理信息，体现设计意图。
特征造型方法输入直观、方便，便于表达工程语义，符合工程 技术人员的设计思维及操作习惯。
用户采用特征方式输入，但计算机内部几何和拓扑信息仍采用 BREP表达，工程语义则通过属性附加在几何和拓扑信息中。
特征定义的历史过程转换为CSG表达，便于实现重构，Redo， Undo等操作。
Solidworks工程语义定义标识
旋转扫变换通常由用户简单地定义一截面轮廓，然后绕 给定轴线旋转一定的角度生成旋转体。
广义扫变换（sweep）：通用函数
值得说明的是：用户仅需按提示交互定义扫描截线及扫描 轨迹，计算机内部用CSG表达记录定义参数及历史，同时自 动生成定义形体的BREP表达模型。
局部操作
局部操作从宏观上来看不改变形体的整体结构， 只作局部修改。如圆角过渡、倒角等
G
G
G
In On Out
Out On In
其中ON类点的小球邻域被bG分隔成两个且仅两 个互不连通的子域，它们分别属于iG和cG。
换句话说，形体边界点集bG将空间点集分为形体 内点集iG和形体外点集cG。
几何造型中的布尔运算实质上是对集合中的成员进行分类的 问题。
经过正则集合运算后所产生的新物体的边界是原两拼合物体 边界的一个子集，即：
任何物体都可用三维欧氏空间中点的集合来表示。但 反过来，三维欧氏空间中任意点的集合却不一定对应于一 个物体，如一些孤立点、悬面、悬线等。
正则点集的定义就是为了避免孤立点、悬面、悬线。
正则 点集
非正则 点集
三维正则点集含义：无悬面、悬边及孤立点的有 限空间三维实体。
传统的点集之间的并、交、差运算可能改变点集的正则 性质。也就是说，两个正则点集的集合运算的结果可能产生 一个非正则点集。如图A、B两物体求交运算后，原来两物 体间互相重合的部分边界面被保留而形成悬挂面。
A∪B 并运算，其结果是求A、B 两个体素之和； A－B 差运算，其结果是从A 体减去B 体后余下的部分； A∩B 交运算，其结果是A、B两个体素的公共部分。
A体 A
B体 B
A＋B
A－B
A∩B
布尔运算主要有一维、二维和三维布尔运算
几何造型中的布尔运算以集合论、拓扑学为理论基础。 早期造型系统规定形体是三维欧氏空间中的正则集合。
有必要对传统的点的集合运算施加一定的限制，为此定义
正则集合运算
设形体G是n维欧氏空间中的一个有界区域点集，则：
G = { bG， iG}
其中：bG是G的n-1维边界点集（或称超越表面） iG是G的内部点集 cG是G的外部点集
正则 点集
非正则 点集
G空间中任何点满足邻域IN/ON/OUT分类，如图：
绝大多数商用CAD系统都提供该功能，尤其是游戏系统应 用更广泛。用户仅需输入一些简单的参数便可以定义这些体 素的大小、形状和位置。因此商用系统提供自定义体素功能， 为用户定义专用的特征库提供方便。
值得注意的是：用户仅需按提示交互定义（对话框或简单 草图）形体，计算机内部用CSG表达记录定义参数及历史， 同时自动生成定义形体的BREP表达模型。