三维建模技术及实现方法对比研究
浅析三维建模技术在消防救援工作中的应用与实现
浅析三维建模技术在消防救援工作中的应用与实现随着经济社会的发展，新模式、新业态不断涌现，火灾燃烧、蔓延及成因愈加复杂，给消防救援工作提出新要求。
通过多年的工作实践，笔者认识到三维建模技术在消防领域的应用具有重要意义。
三维建模技术可以提高消防工作效率、准确性和安全性，为火灾事故调查、灭火救援、日常监督、宣传教育和装备建设等方面提供有力支持。
关键词：消防；救援；准确性；安全性；三维建模引言三维建模技术目前广泛应用于很多领域，但在消防救援队伍中应用比较少。
笔者认为与传统的业务方法相比，三维建模技术在消防领域具有以下优势。
可视化和交互式体验：三维建模技术可以创建逼真的三维模型，提供更加直观和真实的可视化体验。
消防救援人员可以在模型中进行交互式操作，更好理解和评估火灾场景，从而做出更准确的决策。
准确的空间信息：传统的业务方法可能依赖于图纸、地图或现场勘查，而三维建模技术可以提供更加准确和详细的空间信息。
消防救援人员可以获取建筑物的内部结构、通道、房间布局等关键信息，有助于规划灭火策略和疏散路径。
火灾模拟和预测：利用火灾模拟软件结合三维建模，可以进行火灾的模拟和预测。
有助于评估火灾的蔓延速度、烟雾传播路径以及人员疏散时间，从而提前制定应对措施，提高灭火和救援的效率。
培训和演练效果：通过三维建模技术，消防救援人员可以进行虚拟的培训和演练，模拟真实的火灾场景。
这种沉浸式的学习体验可以提高消防救援人员的应对能力和决策能力，增强培训效果。
协同工作和信息共享：三维建模技术可以实现多部门之间的协同工作和信息共享。
不同团队可以在同一个三维模型中进行操作和交流，提高沟通和协作效率。
记录和回溯：三维建模可以记录火灾现场的详细信息，包括建筑物的结构、火灾的发展过程等[1]。
这对于事后的调查和分析非常有帮助，可以更好了解火灾起因和传播途径。
提高效率和安全性：三维建模技术可以帮助消防救援人员更快获取关键信息，规划救援行动，提高工作效率。
基于sketchup的三维建模原理研究
基于sketchup的三维建模原理研究《SketchUp》是一款基于三维建模的电脑软件，它的使用者可以用来创建和模拟复杂的三维模型，表达自己的创意和构想。
它可以用于建造楼宇、制作展品和可视化室内设计，也可以用于拍摄乃至渲染有趣的短片。
SketchUp拥有灵活的设计工具和简单易用的操作流程，让用户能够将自己的想法以及所有形式迅速转换为可视化三维模型。
本文旨在深入揭示SketchUp的基于三维建模的原理，以改善用户的使用体验，更好地实现更复杂的设计。
首先，介绍Sketchup的基本概念，其次介绍其主要功能，以及它的基础建模原理，最后，重点分析它的三维建模原理，结合实际案例对比分析该软件的优势和劣势，旨在为用户提供一个有效的解决方案，以更好地实现设计要求。
一、 SketchUp的概念SketchUp是一款面向终端用户的基于三维建模的电脑软件，可以帮助用户快速构建优雅的3D模型，并帮助用户快速构建具有准确质量的建筑物，借助其富有表现力的建筑建模工具，可以节省大量的设计时间，提升设计效率。
二、 SketchUp的主要功能SketchUp主要是为造型、建筑设计、绘图等行业提供模型创建和设计工具，它具有以下主要功能：1. 3D建模：SketchUp可以帮助用户快速创建准确、优雅的3D模型，涵盖了建筑、室内景观、植物、物体等。
2. 2D绘图：SketchUp也可以用于2D绘图任务，帮助用户快速准确的完成绘图工作，以更好地表达建筑模型及其细节。
3.染：SketchUp的强大渲染功能可以帮助用户创建真实形象的3D模型，充分展示构想，让用户更容易理解模型。
4.析：SketchUp也提供一系列分析工具，可以对三维模型进行视觉化分析，比如热图分析、空间分析等，帮助用户更深入的理解设计模型。
三、 SketchUp的基础建模原理SketchUp的基本建模原理可以分为两个层次：1.本组件：SketchUp的基本建模是以基本组件为基础的，用户可以使用多种基本组件，比如面、线段等，拼合出各种复杂的图形，实现复杂的构造与模型。
城市实景三维建模技术方法探讨
城市实景三维建模技术方法探讨摘要: 由于各种检测方法的进步,空间数据的研究和地理信息系统事业获得了蓬勃发展。
在此语境下,空间地理信息的三维可视化表现因其比较之于传统二维表达而有着更直接、更准确和更精确的空间地理特征,而地理空间信息的三维空间可视化表现则是其重点。
在地方国情监控、城市交通模拟、地方经济可持续发展研究等诸多应用领域,三维地理信息系统也发挥着巨大的功能。
所以,城市规划三维实景模型对研究城市规划的发展趋势有着很大的意义。
关键词：城市实景；三维建模；方法1实景三维建模技术现如今实景的三维建模技术需要依靠倾斜摄影去进一步完成，许多城市都需要较为成熟的三维建模技术进行支撑，倾斜三维建模具备了全自动生产、建模过程精确、贴图纹理颜色更符合实际情况等优点。
而LiDAR倾斜三维建模则可结合二种手段所各有的优点,以提高建模效率、改善建模精度,并克服了传统人工建模方法真实度低与精度较差的问题。
目前,三维模型的关键技术大致包括3种:人工模型,倾斜摄影模型和激光雷达模型。
人工建模也就是通过三维模型的软件,如三DMAX,Maya等根据现有的图片和大比例尺城市规划图等来建模。
该模型技术的性能很优秀,只是工作时间较长,与真实世界反差较大,且人工成本昂贵,适合进行小区域、固定对象的三维空间模型。
在城市三维模型方面,一般不使用该技术。
谭仁春根据人工模型的不足,研制出人机交互的辅助工具,大大提高了人工模型的效果,不过这种技术花费了巨大的技术投入和资金成本,仍无法适应大型城市三维模型的需要。
倾斜拍摄检测技术,是中国测绘与遥感行业近年来发展起来的一种新型技术手段,通过这种技术手段能够迅速获得实际地物各个方面的图像,从而获取了比较细致的实际物体侧面数据,所得到的信息也比较能够直接、准确的表达实际地物特性;同时,无人机倾斜拍摄也具备了效率高、成本低、快捷方便等的优势。
目前,该技术已经在许多领域中开展了试验和研究。
2建模原理而在三维建模技术之中，一般都是采用较大重合度的摄影，利用同名点的技术，通过数字的计算模式进行三维定点，以此来完成模型的建立，也就是即在收集到合适的倾角摄影和区域点云结果,通过自动智能化方法对二种信息加以解算并综合处理,从而迅速得到三维模型。
三维建模技术
浅析三维建模技术摘要：随着计算机技术的不断发展，以及三维建模在各个领域的研究与应用，三维建模技术在建模方法、建模对象等方面发生了很大的变化。
从最初费时费力的基于几何的手动建模，发展到运用基于图像的建模与绘制等多种方法，对比较复杂的人脸、肢体等进行三维建模。
利用三维建模技术精确地描绘现实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。
本文主要介绍了三维建模技术的发展、两种建模技术（solid works 与pro/engineer）实现方法的对比，以及三维建模技术存在的问题。
关键词：三维；三维建模技术；发展；solid works软件的优越性；问题中图分类号：tp391.9 文献标识码：a 文章编号：1007-9599 （2013） 04-0000-031 引言三维，就是用人为规定的三个相互交错的方向，作为三维坐标，确定世界上任意一点的位置。
而这三个相互交错的方向，是指坐标轴的三个轴——x轴、y轴、z轴，其中x轴代表左右空间，y轴代表上下空间，z轴代表前后空间，由此就形成了人们的视觉立体感。
[7]当代社会的人们身在一个三维的世界中，三维的世界是立体的、较真实的。
与此同时，人们又处在一个信息化的时代，信息化的时代是以计算机和数字化为表征的。
随着计算机在各行各业的广泛应用，人们开始不满足于计算机仅能显示一维、二维的图像，更希望它能表达出具有强烈真实感的现实三维世界。
而三维建模可以使计算机做到这一点。
所谓的三维建模，就是利用采集的三维数据，将现实中的三维物体或场景在计算机中进行重建，最终实现在计算机上，从而模拟出较真实的三维物体或场景。
它的技术核心就是根据研究对象的三维空间信息来构造其立体模型，尤其是几何模型，并利用相关建模软件或编程语言生成该模型的图形，然后对其进行各种的操作和处理[1]。
目前物体的建模方法，大体上有三种：第一种方式就是利用三维软件建模。
例如：solid works软件，它是世界上第一个基于windows开发的三维cad系统，由于它使用了windows ole技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核以及良好的与第三方软件的集成技术，solid works成为全球装机量最大、最好用的软件之一。
基于3DMAX的三维虚拟校园建模的方法研究
基于3DMAX的三维虚拟校园建模的方法研究作者：包欣王诺来源：《数字技术与应用》2012年第12期摘要：校园三维场景模型是三维虚拟校园系统的数据基础，其质量好坏直接影响到场景的逼真度和系统的运行效率，研究详细阐述了基于3DMAX软件进行校园主要建筑物三维模型构建的技术流程，并对比分析了两种三维建模方法的优缺点，提出了适用于校园三维显示的信息创建和显示方法，并对一些技术问题做了深入的探讨和研究。
关键词：虚拟校园三维模型 3DMAX中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）12-0056-021、引言随着虚拟现实和三维GIS技术的日趋成熟，三维虚拟校园建设已成为数字校园建设的主导方向。
利用三维虚拟技术进行数字校园建设，不仅能表示空间对象间的平面关系和垂象关系，而且也能对其进行三维空间分析和操作，向人们立体展现地理空间现象，给人以最真实的感受[1]。
三维虚拟校园现实场景的生成过程具体包括实景获取、建模、场景材质设置和真实感贴图、虚拟现实系统初始化、模型对象化导入与实时呈现等5个方面，而三维建模是核心部分，其质量好坏直接影响模型效果及系统的运行情况。
本文对比分析了不同三维建模方法的特点，提出了适用于虚拟校园建设的三维模型的创建方法，并利用3DMAX软件完成了校园主要建筑物的三维模型。
2、三维建模方法的介绍及比较产生虚拟环境的基本方法主要分为基于图像和基于模型的建模技术两大类[2]。
基于模型的的方法是面向景物的几何模型的，其基础数据是景物的矢量几何数据，模型的构建可采用计算机图形学技术绘制，也可用模型构建工具建立，此方法的优点是具有高度的真实感，便于与相关空间属性相关联，缺点是数据量相对较大。
考虑研究是以校园为基础的建模，数据量相对较少，效果要求相对较高，因此基于模型的方法更利于虚拟环境的构建。
虚拟环境构建主要涉及的核心内容也是技术难点是模型构建，研究利用AutoCAD、3DMAX软件进行模型构建，而在实际操作过程中，主要分为两种不同的方法，现对这两种方法进行具体的阐述和比较。
海洋工程设施三维实景建模技术研究及其应用
础，对图像实行三维重建，简单来说，它是拍摄照片的逆向过 程，从二维图像转化为三维建模，所见即所得。该方法能够以数 码相机为拍摄的主要工具，结合对图片的相关处理，于图像中提 取三维空间所需的相关数据，并依靠这些数据完成对目标的三维 重构。该技术具有极大的优势，主要表现为以下几个方面：
随着三维实景建模技术的发展，该技术被广泛应用于众多 领域。传统建模方法主要是正向建模法，该方法主要依据设计 图纸和厂家资料来完成建模工作。逆向建模法作为另一种重建 方法，主要是通过三维激光扫描以及三维实景技术对已有的实 体进行数字化测量，然后依据测量数据重建数字模型。本文主 要通过对比正向建模和逆向建模方法的优缺点，重点研究如何 使用实景三维建模技术与其他三维建模技术的结合来提高海洋 工程设施的三维建模效率。
（2）对参与建模的工作人员具有较高的要求。建模人员 在建模中主要依据经验进行判断与调整，这种经验的积累需要 在日积月累的实践过程中才能实现。需要工作人员在实践中不 断摸索、总结，反复尝试、训练。
（3）可能存在一些需要被建模的目标并没有图纸作为载 体，建模人员无从知晓实物，仅仅只能依靠描述和图片，发挥 主观判断进行建模工作，这就很可能引起建模的失真。
20 科学与信息化2020年3月中
TECHNOLOGY AND INFORMATION
信息化技术应用
持式三维扫描仪进行补充扫描获取点云数据。通过该技术获取 的高密度、毫米级精度的空间点云数据，并能在三维成果中直 接进行模型的测量与管理。
4.2 数据预处理阶段 数据预处理包括影像数据预处理和点云数据预处理。对影 像数据的预处理：对每架次飞行获取的影像数据进行及时、认 真地检查和预处理，不断调整，最终获取所需数据。所有成果 进行自身质量检查合格后整理归档，得到最终航摄成果。在无 人机摄影采集的影像中，影像预处理中的匀光匀色的调校及处 理速度是影响影像效果的关键因素。对点云数据预处理就是对 激光扫描的点云数据进行合并、分割、降噪处理等[4]。 4.3 模型创建 （1）海上设施外轮廓基于无人机数据的三维实景建模 目前能用于创建实景模型的软件不少，例如ContextCapture 软件。倾斜影像数据的空中三角测量可采用实景建模软件进 行，具体方法为： 1）将相机中的照片导入，并提取外方位元素以及相关的 检验文件，据此摄像区空三工程相关的文件被构建出，同时， 依据外方位的数据能够确定摄区像的主点方位。 2）将摄区外业像控点量导入空三工程。每个控制点在每 个镜头上要刺一个点位及以上，以此确保控制点测量的准确 度，并根据刺点点位的信息，将控制点量录入软件模块中。 3）在实景建模软件中进行空中三角测量计算设置，所有 倾斜摄区影像及量测的像控点均需参与运算，最终得到摄区空 中三角测量成果。 4）创建实景三维模型及输出：以前面测量的空三成果作 为基础数据创建模型，并输出最终的实景三维模型。 5）三维模型成果展示：三维实景建模软件可以输出多种 不同格式的三维模型成果，可直接对接国内外主流GIS平台及 设计平台软件。
三维地质建模技术方法及实现步骤ppt课件
（二） 、建立层模型技术
正在攻关的方向及内容
地震、测井结合高分辨率层序地层学 测井约束下的地震反演；
沉积学：在野外露头精细解剖各类沉积体的建筑 结构要素，识别界面特征；
计算机自动对比:有模拟手工对比，有地质统计对 比（见一些报导）。
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（二） 、建立层模型技术
目前的实际应用：
在建立本区“岩—电”关系的基础上，用测 井
三维地质建模技术方法及实现步骤
阴国锋
2007.10.22
1
目录
一、三维地质建模的意义 二、三维地质建模技术发展的现状 三、三维地质建模的发展动向 四、三维地质建模技术方法及实现
2
一、建模意义 建模的意义：
最大程度地集成多种资料信息， 最大程度地减少储层预测的不确定性。
3
二、地质建模技术发展的现状
16
（二） 、建立层模型技术
现有成熟和流行技术：
河流砂体小层对比，应用“等高程”，“切片” 等方法：现已比较广泛应用，但仍为有待深化的技术；
地震横向追踪技术：有待提高分辨率； 高分辨率层序地层学：露头—岩心—测井—地 震综合，力争把准层序缩小到“十米级”。
17
（二） 、建立层模型技术
正在攻关的方向及内容：
最重要的是新测井技术的发展和完善：
成像测井； 过套管测井； 随钻测井。
13
（二） 、建立层模型技术
目的：
建立储集体格架：把每口井中的每个地质单 元通过井间等时对比联接起来——把多个一维柱 状剖面构筑成三维地质体，建成储集体的空间格 架。
关键点：
正确地进行小单元的等时对比，即要实现单 个砂层的正确对比。可对比单元愈小，建立的储 集体格架愈细。对于陆相沉积难度更大。
基于图像的三维重建技术研究
基于图像的三维重建技术研究一、本文概述随着科技的不断进步和计算机视觉领域的快速发展，基于图像的三维重建技术已成为当前研究的热点和前沿。
本文旨在对基于图像的三维重建技术进行深入的研究和分析，探讨其原理、方法、应用以及未来的发展趋势。
本文将介绍三维重建技术的基本概念、发展历程和应用领域，为后续研究提供背景和基础。
重点阐述基于图像的三维重建技术的核心原理和方法，包括图像采集、特征提取、相机标定、三维建模等关键步骤，以及近年来出现的深度学习、神经网络等新技术在三维重建中的应用。
本文还将对基于图像的三维重建技术在不同领域的应用进行详细介绍，如文化遗产保护、城市规划、医疗诊断、机器人导航等，以展示其广泛的应用前景和社会价值。
对基于图像的三维重建技术的发展趋势进行展望，提出未来可能的研究方向和应用领域。
通过本文的研究，旨在为相关领域的研究人员和技术人员提供全面的技术参考和启发，推动基于图像的三维重建技术的进一步发展和应用。
二、基于图像的三维重建技术原理基于图像的三维重建技术主要依赖于计算机视觉和图像处理的相关算法和理论，通过从二维图像中提取深度信息，进而恢复出物体的三维形状和结构。
这一过程涉及多个关键步骤，包括特征提取、相机标定、立体匹配和三维模型构建等。
特征提取是三维重建的基础。
通过算法识别图像中的关键点和特征，如角点、边缘等，这些特征在后续的三维重建过程中起着重要的作用。
这些特征点不仅帮助确定图像间的对应关系，也为相机标定和立体匹配提供了依据。
相机标定是确定相机内外参数的过程，包括相机的内参（如焦距、主点等）和外参（如相机的位置和方向）。
准确的相机标定对于后续的三维重建至关重要，因为它直接影响到三维点的计算精度。
接着，立体匹配是基于两幅或多幅图像，通过寻找相同特征点在不同图像中的对应关系，以获取深度信息的过程。
这一步骤依赖于特征提取的准确性和算法的效率。
立体匹配的结果直接影响到后续三维模型的精度和细节。
根据相机参数和立体匹配的结果，可以通过三角测量等方法计算出物体的三维坐标，从而构建出物体的三维模型。
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第３２卷第１６期２０１０年８月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＷＵＨＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ武汉理工大学学报Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．１６Ａｕｇ．２０１０ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－４４３１．２０１０．１６．００７三维建模技术及实现方法对比研究毕硕本，张国建，侯荣涛，梁静涛（南京信息工程大学计算机与软件学院，南京２１００４４）摘要：基于三维建模技术丰富的内涵展开论述，详细探讨了三维空间模型及其构模方法，并对比分析了目前常用的１０种三维构模方法（或建模技术）的优缺点及适用场合。
然后通过对基于ＯｐｅｎＧＬ、ＤｉｒｅｃｔＸ、Ｊａｖａ３Ｄ和ＩＤＬ４种三维建模实现方法性能的比较，论证了三维应用中采用基于ＯｐｅｎＧＬ的三维建模技术具有很大的优越性和适用性，并进一步分析了目前常用的２种典型的基于ＯｐｅｎＧＬ的三维编程方法的优劣。
关键词：三维建模技术；三维空间模型；三维构模方法；ＯｐｅｎＧＬ中图分类号：ＴＰ３９１．４１文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－４４３１（２０１０）１６－００２６－０５ＣｏｍｐａｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈｏｎ３ＤＭｏｄｅｌｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＩｔｓＩｍｐｌｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄｓＢＩＳｈｕｏ－ｂｅｎ，ＺＨＡＮＧＧｕｏ－ｊｉａｎ，ＨＯＵＲｏｎｇ－ｔａｏ，ＬＩＡＮＧＪｉｎｇ－ｔａｏ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００４４，Ｃｈｉｎａ）ｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｉｎｄｅｔａｉｌｓ．Ａｎｄａｉｍｅｄａｔｔｈｅｔｅｎｋｉｎｄｓｏｆｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄ３Ｄｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｒｍｏｄｅｌｉｎｇｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｃａｒ－ｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｆｏｕｒｋｉｎｄｓｏｆ３Ｄｍｏｄｅｌｉｎｇｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ，ｗｈｉｃｈａｒｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆＯｐｅｎＧＬ，ＤｉｒｅｃｔＸ，Ｊａ－ｉｔｙｉｎ３Ｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄｍａｋｅｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｍｅｒｉｔｓａｎｄｄｅｍｅｒｉｔｓｏｆｔｈｅｔｗｏｔｙｐｉｃａｌｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄ３Ｄｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇｍｅｔｈ－ｒｉｅｓｏｎａｃｏｎｔｒａｓｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｉｒａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄａｌｓｏｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａｂｌｅｏｃｃａｓｉｏｎｓ．Ｔｈｅｎ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｏｍ－Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｉｃｈｃｏｎｎｏｔａｔｉｏｎｓｏｆ３ＤＭｏｄｅｌｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｓ３Ｄｓｐａｔｉａｌｍｏｄｅｌｓａｎｄｔｈｅｉｒｍｏｄ－ｖａ３Ｄ，ａｎｄＩＤＬ，ｔｈｅｐａｐｅｒｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅ３ＤｍｏｄｅｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂａｓｅｄｏｎＯｐｅｎＧＬｈａｓｇｒｅａｔｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙａｎｄａｐｐｌｉｃａｂｉｌ－ｏｄｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：３Ｄｍｏｄｅｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；３Ｄｓｐａｔｉａｌｍｏｄｅｌ；３Ｄｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ；ＯｐｅｎＧＬ１三维建模技术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收稿日期：２０１０－０４－２３．基金项目：江苏省教育厅青蓝工程项目（０７０２）和江苏省人事厅“六大人才高峰”高层次人才培养对象资助项目（２００８０２４９）．作者简介：毕硕本（１９６５－），男，教授．Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｉｓｈｕｏｂｅｎ＠１６３．ｃｏｍ第３２卷第１６期毕硕本，张国建，侯荣涛，等：三维建模技术及实现方法对比研究２７型建模研究显得尤为必要。
三维建模技术的核心是根据研究对象的三维空间信息构造其立体模型尤其是几何模型，并利用相关建模软件或编程语言生成该模型的图形显示，然后对其进行各种操作和处理。
为得到研究对象的三维空间信息，采用适当的算法，并通过计算机程序建立三维空间特征点（或某一空间域的所有点）［１］的空间位置与二维图像对应点的坐标间的定量关系，最后确定出研究对象表面任意点的坐标值。
研究人员根据获得的三维物体的形状、尺寸、坐标等几何属性信息进行构模操作，构造研究对象的三维几何模型。
目前，物体的三维几何模型就其复杂度来说分为３类：线模型、面模型、体模型。
对三维建模技术的研究基本上都是针对三维面元模型和体元模型来展开的。
１．１三维空间构模方法近年来，国内外许多专家学者对三维空间对象模型及构模方法进行了研究，归纳起来为以下１０种单一构模方法应用最为普遍。
１）边界表示法物体的边界是物体内外部点的分界面，一般用体表、面表、环表、边表和顶点表５层描述。
该方法强调物体表面的细节，详细记录构成物体形体的所有几何元素的几何信息及其相互间的联接关系即拓扑信息，几何信息与拓扑信息分开存储，完整清晰，并能唯一定义物体的三维模型。
但缺点是对于不规则三维物体的描述不太方便。
主要适用于三维空间操作和分析。
２）实体几何构造法一种由简单的、形状规则的几何形体（称为体素）通过正则布尔运算来构造复杂三维实体的表示方法。
基本几何体素经过平移、旋转、缩放某种（或组合）变换后，使其从基本状态变换到组合的状态，然后通过正则布尔集合运算建立中间体，进而把中间体看作基本体素，进行更高层次的组合。
优点是简单，适合对复杂目标采用“分治”算法；无冗余的几何信息，记录了构成几何实体的原始特征和定义参数；还可以在实体和体素上附加属性。
缺点是不具备实体的拓扑信息；表示不具有唯一性。
３）线框表示法一种利用约束线来建立一系列解释图形以表达三维实体边界和轮廓的方法。
实质是把目标空间轮廓上两两相邻的采样点或特征点用直线连接起来，形成一系列多边形；然后拼接形成一个多边形网格来模拟三维实体边界。
当采样点或特征点沿环型线分布时，所形成的线框模型称之为相连切片模型。
该方法数据结构比较简单，数据存储量小；表达能力取决于线表示所能允许的复杂程度。
缺点是形体对象表示不唯一，与此相关的是不能生成高效的显示，不能计算物体的几何特征以及不能唯一定义空间。
４）块体表示法规则块体模型把建模空间分割成规则的三维网格，称为Ｂｌｏｃｋ（块段）。
每个块体被看作为均质体，在计算机中其存储地址与其在自然矿床中的位置相对应，可根据克里格法、距离加权平均法或其他方法确定其品位或岩性参数值［２］。
为了用Ｂｌｏｃｋ模型描述不规则实体的几何形态和减少存储空间，提出了许多建模技术，如细分块段、可变尺寸块段、边界细分块段等，逐渐形成了不规则块体模型。
不规则块体模型不仅能较好地模拟研究对象的几何边界，而且还可以描述品位或质量的细微变化。
规则块体模型为了节省存储空间和运算时间，可以在编制程序时采用隐含的定位技术，但对于有边界约束的实体建模效果不是太有效。
不规则块体模型则可以根据地层空间界面的实际变化来模拟，从而提高了空间建模的精度，有利于基于地质体的查询和分析，但对基于体元的空间检索和查询不太方便。
５）空间位置枚举法把物体所占据的整个三维空间分割成形状相似、大小相同的单元，各单元在三维空间中以固定的规则网格连接起来，互不叠压，根据物体是否占据网格位置来定义物体的形状和大小。
采用三维数组来存储每个单元的信息，很容易建立几何体素的空间索引，提高了空间搜索的速度和运算效率；三维数组可明确地体现几何单元间的拓扑关系，因而方便进行正则布尔运算等操作；可清晰判读某一空间位置与物体的位置关系，使得对ＣＡＤ／ＣＡＭ系统中的干涉检查变得简单易行。
其缺点是该方法通常不能单独使用，而要作为中间体与其它表示法配合使用；只能近似表达空间实体的信息，描述精度不高；难以对单个空间实体进行旋转及坐标变换等操作。
６）四面体格网表示法基于对边界难以捉摸对象（如污染云等）的研究，Ｐｉｌｏｕｋ等提出了采用不规则四面体网格（ＴｅｔｒａｈｅｄｒｏｎＮｅｔｗｏｒｋ，ＴＥＮ）模型的建模技术［３］。
以四面体作为基元，是一个基于点的四面体网络的三维矢量数据模型，它将任一三维空间对象剖分成一系列邻接但不交叉的不规则四面体，是不规则三角网（ＴＩＮ）向三维的扩展。
四面体是面数最少的体元，因而对其操作时计算量最小，可以有效地进行三维插值计算和可视化，四面体间的邻接关系还可以反映空间实体间的拓扑关系。
但ＴＥＮ模型却不能描述三维连续曲面，而且生成三维空间曲面较困难，算法设计也较复杂。
２８武汉理工大学学报２０１０年８月７）八叉树表示法将三维空间区域分为８个象限，且在树上的每个节点处存储８个数据元素。
当象限中所有体元都为均质体时，该类型值存入相应的节点数据元素中；然后再对非均质象限进行象限细分，并由该节点中的相应数据元素指向树中的下一个节点，如此循环直至每个节点所代表的区域都为均质体为止。
该方法是一种递归的分割过程，数据结构简单划一，适合计算机表达，检索速度快，存储便捷；对布尔操作和几何特征的计算效率很高，且便于显示。
其缺点是不能精确表达三维空间实体的边界；占用的存储空间较大，几何变换难于进行。
在医学和机械学等领域应用广泛，但在矿床地质建模中有很大的局限性，包括难于表达多种地质属性，模型更新不便，难于表达地质对象之间的关系等。
［２］８）三棱柱构模法一种较常使用的简单三维地学空间建模技术。
三棱柱模型几何精度较高，可视化方便，可以便捷地描述其拓扑关系。
但由于受钻孔须垂直或平行的限制，模型的适应能力较弱。
针对该模型的局限性，吴立新等提出了一种不受三棱柱棱边平行限制的新的三维建模方法，称为类三棱柱建模技５］术［４，，后发展为广义三棱柱（ＧｅｎｅｒａｌｉｚｅｄＴｒｉ－Ｐｒｉｓｍ，ＧＴＰ）建模技术［６］。
建模原理为：用ＧＴＰ的上下底面的三角形集合所组成的ＴＩＮ面来表达不同的地层面，然后利用ＧＴＰ侧面的空间四边形面来描述层面间的空间邻接关系，用ＧＴＰ柱体来表达层与层之间的内部实体。
广义三棱柱模型拓扑关系描述完善，可以描述任意复杂的地质体，数据精度得以保证；每个体元内可以有多重属性，实体查询分析方便，便于进行地上下集成建模。
但其可视化速度较慢，设计较复杂。
表１三维空间模型及构模方法比较分类构模方法边界表示法基于面元模型优点精确，数据量小；几何信息与拓扑信息分开存储，完整清晰数据结构简单，数据存储量小，便于修改通用性好；图形生成速度快；对于切层数据构造三维实体非常有效三维实体二维图形化，体现了“化整为零”的思想方法简单，处理方便；适合对复杂目标采用“分治”算法；无冗余的几何信息；可以附加各种属性结构简单，检索速度快，存储便捷；布尔操作和几何特征计算效率高，易显示空间搜索速度快，运算效率高；易于描述空间拓扑关系采用隐含定位技术，节省存储空间和运算时间计算量小，可以进行三维插值计算和可视化；可以反映空间实体间的拓扑关系模型几何精度高，可视化方便，可以便捷地描述其拓扑关系拓扑关系描述完善；每个体元内可以有多重属性，实体查询分析方便，便于进行地上下集成建模空间建模精度高，有利于基于地质体的查询和分析缺点难以描述不规则三维物体及复杂地质体形体对象的表示不唯一；难以计算物体的几何特征存储量不确定；布尔运算及坐标运算复杂不能直接进行正则布尔运算；难以处理非规则类三维物体不具备实体面、环、边、点的拓扑信息；实体的ＣＳＧ表示不唯一难以精确表达三维实体的边界；存储空间大近似表达空间实体的信息，描述精度不高；难以对单个实体进行操作对有边界约束的实体建模效果不是太有效难以描述三维连续曲面，算法复杂；存在大量的数据冗余钻孔须垂直或平行，模型的适应能力较弱可视化速度慢，设计较复杂对基于体元的空间检索和查询不太方便适用场合简单形体、层状地质体工程地质、地下工程医学ＣＴ图像重构ＣＡＤ／ＣＡＭ规则形体医学、机械学、生物学规则形体／不规则形体属性渐变的三维空间矿体、水体、云体工程地质、城市地质区域地质、城市地质、工程地质属性渐变的三维空间线框表示法小平面表示法扫描表示法实体几何构造法基于规则体元模型八叉树表示法空间位置枚举法规则块体构模法四面体表示法基于不规则体元模型三棱柱构模法广义三棱柱构模法不规则块体构模法第３２卷第１６期毕硕本，张国建，侯荣涛，等：三维建模技术及实现方法对比研究２９９）小平面表示法它是将物体的外表面分割成一系列微小的平面，如三角面片等，并通过记录该平面的特征属性来描述物体。