三维建模在各个领域的应用

三维建模在各个领域的应用
三维建模在各个领域的应用

三维建模在各个领域的应用

(武汉纺织大学工程造价11403王博)

摘要:自上世纪五十年代马特龙把地质统计学引用地质研究以来三维建模已经在多个领域得到应用,本文通过对前人的文献进行分析整理得出三维建模在各个领域中的应用及其发展始末。

关键词:三维设计;三维建模;技术应用

Application of three dimensional modeling in various

Fields

Abstract:since the1950s matalon applied geological statistics to the geology,the study of geological3D modeling has got application in many areas.In this paper,we give a sight on the application of3D modeling in various fields and the development of the whole story through the previous literature collation and analysis

Keywords:3D design;3D modeling;application technology

1引言

随着社会经济的迅速发展,人民生活水平的不断提高和三维建模技术的不断完善,人们对三维建模产品的需求急剧增加。而三维建模技术在对交通、能源、动画、影视、通讯等各个项目中的利用也急剧增加。本文从三维建模的发展历史及其应用和意义三个方面对三维建模进行綜述。

根据百度百科的定义,三维模型是物体的多边形表示,通常用计算机或者其它视频设备进行显示。显示的物体是可以是现实世界的实体,也可以是虚构的物体。任何物理自然界存在的东西都可以用三维模型表示。回顾一下地质建模在油田开发中的作用,可以发现目前的三维建模主要有两个作用:一个是为数值模拟提供基础模型,第二是用于油藏的整体评价,例如油藏勘探开发的风险评价。但三维建模一直没能深入到油田的生产中。

油田开发地质研究工作中,目前还没有十分有效、先进的技术。油藏地质研究还主要依靠手工编制的厚度图、油藏剖面图、连通图等。十分需要新的技术的补充与提高。在整个开发阶段地质研究工作中,唯一可以称为新技术的就是三维建模。因此三维建模完全可以在开发阶段地质研究中起到更为突出的作用。实际上,三维建模应该,也完全可以成为油藏开发阶段油藏精细描述和生产措施部署的核心技术。

现在,三维模型已经用于各种不同的领域。在医疗行业使用它们制作器官的精确模型;电影行业将它们用于活动的人物、物体以及现实电影;视频游戏产业将它们作为计算机与视频游戏中的资源;在科学领域将它们作为化合物的精确模型;建筑业将它们用来展示提议的建筑物或者风景表现;工程界将它们用于设计新设备、交通工具、结构以及其它应用领域;在最近几十年,地球科学领域开始构建三维地质模型。

2.三维建模的发展历史

自上世纪五十年代马特龙把地质统计学引用地质研究以来,地质统计学就成了地质建模的核心。[1]但是几十年的实际应用也表明,单纯依靠地质统计学是不能把三维建模更深入的引入到油田的开发生产中的。

如何更多的发挥三维建模技术的作用,真正使其成为油藏开发阶段油藏精细描述和生产措施部署的核心技术是每一个从事三维建模工作的人必须经常琢磨的问题。

严格的讲,三维建模已经不能算是很新的技术,在国外,地质建模已经发展了几十年,中国自上世纪80年代末开始引入EsrthVision以来,也已经发展了快二十年。目前,在市场上可以看到许多优秀建模软件,比较知名有3D max,而三维建模技术也从单纯的地质学领域向多个领域的应用转变。

3.三维建模的应用

3.1动画与游戏领域的软件角色建模

今游戏设计里,专业建模、制作动画的软件中,三维中首选就是3ds max软件。它不仅提供了实时三维建模、渲染和动画设计等功能,还被广泛应用于虚拟现实、平面广告、影视动漫、工业设计、游戏产业、建筑漫游、多媒体制作以及工程可视化领域中。对于三维建模设计者来说,运用三维技术来完成模型是重中之重。正确的模型是任何三维造型的前提条件。[2]

3.1.1建模方法

物体的结构和动势的分析放在首位,利用适合的创建方法,各部分拓扑结构的确定应该放在最后,根据这种建模思想。角色建模思路如图1所示。

我们使用3ds Max软件制作两种类型的动画模型对前面提出的两种建模技术进行验证。

3.1.2角色建模的具体过程

3.1.2.1角色设计

动画师通常根据设计草案在头脑中塑造动画形象,然后使这些形象生动的落在立体图纸之上。即三视图:前视图、后视图、侧视图。

3.1.2.2分析结构特征

物体的分类有两种:不规则物体和规则物体。物体在3D软件中的形态用形态规则解释,规则物体是有明显的特征和规律的事物,他们的特征是有明确的尺寸规格,可以批量生产,例如室内装饰品、使用的工具等。不规则物体的特征是没有固定的指标,比较随意,绝不可能复制,批量生产,如天空海洋,花鸟鱼虫以及气候的变化。

由于规则的物体有固定的标准,因此任何人都可以做出一样的模型。而不规则的物体本身比较随意,没有统一的标准,所以要要根据制作者的经验和感觉,这是最能考验制作者能力的模型。基本人体是生物建模中最基本的,要想做好模型,就应该具备解剖学的知识,这是最基本的要求,不能在骨骼和肌肉的结构中出现基本错误,还要了解运动规律,美学基础知识必不可少。

3.1.2.3确定建模方法

堆砌法和细分法是三维建模方法中最主要的两种,这两种方法有不同的建模方式。从零散到整体的创建物体的方式,一部分一部分堆砌而成的是堆砌法。而先创建一个物体的整体,再细分,进行细节的雕琢的方法是细分法。

建造非曲面物体通常用堆砌法,如家具模型、工业零件等,它是把复杂的物体拆分为一些基础的零部件,先制作出来每部分,最后将它们堆砌在一起。它的命令包括:弯曲、倒角,挤出、FFD变形工具等。细分法也就是编辑网格或编辑多边形方式建模,首先创建物体的基本大型,然后对模型各个部分细节进行分段调整,一般我们使用细分法来完成三维人物或曲面物体主体的建模。它的命令包括:编辑网格、编辑多边形、镜像、对称、塌陷、涡轮平滑等。

3.1.2.4模型的建造

模型制作的重要前提是根据模型结构,选择最佳的建模方法。在这个过程中,不同类型的模型应该选择不同的模型来实现

3.2地质探测领域的数据化建模

3.2.1三维地质模型建立

一般选用广义三棱柱体元模型作为三维地层建模的基本模型,从横向可以把每一个地层看成无数小三棱柱的集合,解决了计算机描述连续体的问题;从纵向可以把处于同一垂直方向的各个地层的三棱柱看成一个大的棱柱,有利于进行纵向的地质构造观察。

3.2.2预处理钻孔数据

建模数据具有离散、有限、稀疏、不规则等特点,建模前首先要进行预处理,即进行钻孔内地层的划分、排序和统一编号等。

3.2.3生成含虚拟地层的标准化层序钻孔模型

对经过预处理的所有钻孔进行插值操作,生成含虚拟地层的标准化层序钻孔模型.在插值过程引入虚拟地层,它是指在构建三维地层模型的过程中,由于建模工作的需要而在特定位置添加一个或多个具有假想性质的地层,为了方便建立模型和显示分析而做出的拟设,在实际操作中,赋予虚拟地层很小的厚度,使层厚度大于0即可。

首先读取钻孔表中的第一个钻孔数据,将该钻孔与其他所有钻孔层序数据作比较,若读取到其他钻孔中存在该钻孔缺欠的地层数据,则在该钻孔中插入该地层数据,并添加虚拟层标记。,若该插入层为钻孔最底部数据,则插入同厚度数据;若非最底部数据,则插入微量厚度数据。如图1.2

图1.2标准化层序钻孔模型

对第一个钻孔的处理结束后,将其设为标准化层序的钻孔模型。从第二个钻孔至最后一个钻孔数据,依次与第一个钻孔数据进行比较,按同样的插入原则插入地层数据,直至完成所有钻孔的标准化层序操作。

3.2.4建立钻孔点链

钻孔点链是基于钻孔的离散点的双向链表,它描述了钻孔点在垂直方向上形成钻孔时点与点相互连接的顺序关系,其作用是为垂直连体竖向点的检索上提供方便。为了提高运行效率,采用钻孔点双向链表的数据结构,双向链表对提高建模效率非常有利,一方面借助它可以方便检索钻孔逻辑上下点,便于沿钻孔点的扩展;另一方面可以保证在OpenGl驱动下绘图时,同一钻孔的上下点相连,从而自动解决实际钻孔的偏斜问题,如图2所示。

图1.3钻孔点链及双向链表

3.2.5构建地表面不规则三角网(TIN)

地表面FIN的构建是指以钻孔孔口坐标为数据点,按Delaunay法则生成地表面FIN,确立钻孔之间的基本拓扑关系,这是利用GIP体元建模的基础。

3.2.6将三角面片进行垂直连体,形成地质构造中的各个地层

垂直连体就足在已经生成的不规则三角面的基础上逐个将三角面垂直蔓延连接成三棱柱的方法由于经过了插入虚拟地层的预处理,地表TIN中三角形中的每点分别唯一对应一个钻孔,并且各钻孔具有相同的地层数,因而可将TIN中的各个三角形从上到下依次连接成多个广义三棱柱。

图1.5垂直连体建立三棱柱体元

为了便于图形生成显示和后续的各种空间分析,系统对于三棱柱三条棱都为虚拟地层的体元将不予构建和显示,对于有一条或两条棱为虚拟地层的体元,将赋以很小的高度参与各种显示和分析。

3三维建模的意义

随着计算机软、硬件技术的发展,3D max技术及其绘图软件日趋成熟和善及应用[3]。例如,MDT、AutoCAD、UG、CATIA、Solid Works等许多三维软件已得

到广泛应用。三维设计时代已经到来。三维的3D max正逐步取代传统的二维设计方法。利用三维3D max软件进行设计与建模,能够体现出“设计从三维开始”的设汁理念,符合当前形势发展的需要,跟上时代的步伐。而3D max是国内用户使用最多的一种软件,它提供了大量的绘图及编辑功能,能满足用户的不『司需求。“计算机辅助设计几乎推动着一切领域的设计革命”:近年来,3dax技

术的应用已经辐射到了各行各业。3D max技术的应用已涉及机械、建筑、船舶、航空、航天、汽车、轻工、纺织等行业的设计工作。

虽然目前二维图形在工程设计、生产制造和技术交流中起着很重要的作用,但有很多场合,需要再通过实体造型来分析产品的动态特性,直观地表达设计效果,构造动画模型等。因此,三维造型是现代设计中的重要手段之一。

传统的没汁方法是工程师在大脑里构思三维的产品,再通过大脑的几何投影,把产品表现在二维图样上,工程师有一大半的工作消耗在三维实体和二维的工程图的相互转换和烦琐的查表、计算、绘图中,而制造工人又要把二维的图样在大脑中反映成三维的实体然后进行加工制造。

采用3D max技术(尤其是三维3D max技术)后,工程师就可以直接在计算机上进行零件设计和产品的装配;产品的制作过程几乎与真实的产品制造没有差别,计算机屏幕上的产品就是未来产品的三维图像工程师还可以在设计过程中,利用三维3D max技术完成手工难以完成的和低效率的工作。

5结语

总之,三维建模技术已经逐渐实现普及化。在各种专业的软件和仪器广泛得到利用的今天,建模的过程逐渐呈现出体系化和精细化的趋势,通过多个软件的协调利用和建模体系的完善提供新型的建模产品。这就对建模参与人员的专业化水平提出了要求。

参考文献:

[1]袁冠男,3Ds Max三维建模及应用研究[J].哈尔滨职业技术学院,山东工业技术.34(5):235

[2]方兴编著,计算机辅助工业设计[M],华中科技大学出版社,2006(1):6-8

[3]李志,张磊,梅国雄,地质勘察信息系统中三维模型控件的设计与实现[J].南京工业大学学报(自然

科学版),2011,33(3):7-9

浅谈三维建模技术的研究与应用

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三维建模在虚拟现实中的应用

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三维模型 论文

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PDS三维模型设计软件在工程设计中的应用

-------------------------------------------------------------------------------- PDS三维模型设计软件在工程设计中的应用 PDS(Plant Design System)三维模型设计软件不仅具有多专业设计模块、强大的数据库,还有应力计算、结构分析等许多功能软件接口,而且具有模型漫游功能(用专用软件SmartPlant Review完成),可发现模型错误,设计中的错、漏、碰、缺,以保证设计质量。三维模型设计在计算机上可动态直观地展示出工厂或单元装置建成后的实际情景(见上图),有利于业主更客观准确地作出决策,进行施工控制及生产维护。目前国外大型工程公司已广泛采用此软件。 我公司于1993年引进美国PDS三维模型设计软件,先后在多个项目配管设计中应用,取得了成功。2000年在100万吨/年柴油加氢精制装置设计中,全公司各专业均参与三维模型设计,经各专业共同努力,此项目三维设计取得圆满成功。这使我公司三维设计水平大大提高,缩小了与国外工程公司的差距,在国内设计院中处于领先地位,增强了我公司在国际和国内市场的竞争力。同时也为我公司创造了一个与国际工程公司合作、交流的良好环境。 在多年从事PDS三维模型设计软件的应用过程中,加深了对PDS系统的了解和认识,对解决工程三维模型设计应用中出现的各种各样问题积累了宝贵的经验,为今后全面开展三维模型设计提供了有利条件。为使三维模型设计工作在今后项目设计中顺利开展,提高三维设计水平,并取得圆满成果,应作好以下几方面工作。 建立一个良好的系统环境 硬件设施和应用软件是完成项目设计的基础。在任何项目开始之前应检查所有硬件,包括服务器和工作站,以及它们之间的网络设备,以确保硬件系统的良好工作环境。相应的应用软件也要配置完成,以保证设计人员的项目设计。 作好项目的建立和管理工作 在项目建立时首先要注意对种子文件的设置,如果设置不当,对整个项目的影响很大。以前就有因为种子文件设置不当,造成每一个分区都要手工设置,带来极大的不便,增加了大量的重复工作,影响了工作效率。 分区和模型的划分也十分重要,关系到设计时的操作速度及模型的视角效果,对设计人员的工作影响较大。一般是按功能分区,如按设备分区有加热炉区、反应器区、高压设备区、压缩机区等,按配管分区有管带区、压缩机区等。每个区设立一个设计坐标系,将设计坐标系原点的全厂坐标值输入,以保证整个工厂各区的坐标统一,同时又可保证每个区的设计人员按设计坐标系建立模型,不必考虑该区与整个工厂坐标的关系,避免由于坐标混乱产生的错误。对于区中的模型不能过大,否则屏幕上的内容太多,造成对模型特定内容的搜寻和查

常见的三维建模流程

常见的三维建模流程 目前,在市场上可以看到许多优秀建模软件,比较知名的有3DMAX, ArcGIS, Maya以及AutoCAD等等。它们的共同特点是利用一些基本的几何元素,如立方体、球体等,通过一系列几何操作,如平移、旋转、拉伸以及布尔运算等来构建复杂的几何场景。下面分别介绍下几款常用的软件建模流程。一般的三维建模流程如下图: 1. ArcGIS 三维建模步骤: (1)使用ArcGIS桌面,即ArcMap,加载矢量数据; (2)在ArcMap环境中,利用SketchUp插件工具,将所需要建模的区域导入SketchUp中; (3)在SketchUp创建模型; (4)在SketchUp中将模型转成ArcGIS的Multipatch模型要素文件并保存于Personal GeoDatabase(后面统称为PGDB)中。 (5)将导出模型加载到建模空间内;在SketchUp中添加适当的纹理。需要特别注意的是,在SketchUp中贴纹理的标准单元是模型个体。可以在选中状态下,右键/炸开,依次对每个面进行贴图。 (6)SketchUp导出生成Multipatch。该步骤需要谨慎对待,只有在

SketchUp操作空间中被选中的模型,才能以独立Multipatch要素导出。未被选中的模型也会被导出成Multipatch要素导出,但是将作为一个整体要素存在于Multipatch图层中。 2. 3DMAX三维建模步骤: (1)数据搜集与整理:将搜集好的数据绘成地形图将纸质地形图及校园规划图经过扫描数字化后导入计算机,经图像配准后进行矢量化,然后将拍摄得到的贴图资料导入计算机,利用Photoshop 软件对其进行处理,备三维模后贴图用。 (2)模型建立:模型的生成一般有3种方法,即多边形、面片及NURBS建模,常用的立体图制作使用多边形建模,这样可以描述足够的细节,创建任何表面。三维模型的制作是依据Auto CAD对其进行矢量跟踪数字化,将CAD格式的地图导入到3DMax中,其底图在3DMax中形成一个很小的透视线条组,此时必须将顶视图(Top-view),前视图(Front view),左视图(Left view),透视图(Perspective view)中的底图按比例拉伸成具有一定高度的实体模型,即可以每增加一层在图上拉伸2.4mm。 (3)背景灯光的设置:灯光是用来模拟真实照明的一类特殊对象,是构成场景的重要组成部分。在精美模型、真实材质的情况下,灯光效果的好坏直接影响整体的效果。 (4)成果输出。灯光设置完成后,便可以进行渲染地图的输出了。 3. Auto CAD三维建模步骤: (1)分类提取:分类提取,明确分类:建筑物、草坪、活动场地、道路、砖路、路灯、井盖、树木、围墙(栏)。分好类以后需要依次提取,过程是:在已有的二维平面图上新建图层,图层以上面的分类名字命名,之后依次进行描图,每完成一类的描图要将其提取出来单独保存一个Auto CAD文件。如果没有Auto CAD二维平面图有点数据那就要重新绘图再分类。 (2)建模,建模之前需要注意的就是模型的尺寸,还要注意单位要统一,如果单位没统一也可以通过SC命令来做比例缩放。同时CAD中还可以设置精度。另外为了避免文件太大影响Auto CAD文件打开和AutoCAD运行的速度,在建模的时候要尽量减少构成模型的体的数量。

三维建模在雕塑艺术中的应用

计算机技术在雕塑艺术中的应用 —由三维建模技术谈起 摘要 ABSTRACT 第1章绪论 1.1选题缘由 1.2研究现状 1.3研究意义 第2章三维建模技术的现状及应用 2.1 三维建模技术的发展现状 2.1.1 什么是三维建模技术? 2.1.2 三维建模技术的具体技巧 2.2 三维建模技术的客观应用 2.2.1 三维建模技术的应用领域 2.2.2 三维建模技术的具体作用 第3章三维建模技术和雕塑艺术的相互作用 3.1 雕塑语言对三维建模技术的启发 3.1.1 雕塑艺术形式感方面的启发 3.1.2 雕塑艺术技巧方面的启发 3.2 三维建模技术对雕塑的作用 3.2.1 AUTOCAD在雕塑设计中的应用 3.2.2 3DS MAX在雕塑设计中的应用 3.2.3 ZBRUSH在雕塑设计中的应用 结语 参考文献 感谢

摘要 造型艺术雕塑是传统艺术的一种,它有着悠久的历史,雕塑不仅仅是一门艺术也是一种文化。而中国在整个雕塑艺术上也有着悠久和辉煌的历史。前人积累了丰富的相关经验及雕塑技法。同时,某些三维建模软件的工作方式与传统雕塑类似,因此可以吸取传统雕塑的经验运用到雕塑艺术创作中去,三维建模软件大大自由简化了塑造的过程。再加上3D打印技术的出现,提高了制作的效率,在更短的时间内创作出更好的作品。本文主要浅谈三维建模技术在雕塑艺术中的应用和相互影响。 本文分为四章:第一章是绪论,主要说明论题的缘由,研究现状和意义:第二章主要讲三维建模技术的现状和应用:第三章主要讲三维建模技术和雕塑艺术的相互作用:第四章主要讲三维建模技术和雕塑艺术的一些矛盾关系,最后结语是笔者对三维建模技术和雕塑艺术之间的共存关系的一些感悟和见解。 关键词:三维建模技术;雕塑艺术;相互作用;相互影响

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