三维可视化与虚拟仿真
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三维可视化与虚拟仿真
姓名：***
班级：测绘111班
学号：5
任课老师：陈杰
时间：2014-06-13
内 容 摘 要
三维动画是指使用电脑软件制作出的立体虚拟影像，又称3D动画，是近年来随着计算机技术的迅猛发展而产生的一项新兴技术。在3D技术日趋成熟的今天，3D动画已广泛应用于日常生活中的各行各业，如建筑，室内设计，影视动画，游戏动画等。而因应这一技术而诞生的一款功能强大的3D制作软件，它就是3Ds
max，随着该软件版本的不断更新升级，在软件内部算法和功能上与低版本比较有了明显的提高，使它成为了一个巨大的三维动画创作平台。
由于3DsMAX的出现，这几年做三维和学三维的人日益增多，三维动画的制作已不再是大电影厂和专业影视制作公司的垄断的专利，三维平台的趋势已由高端过渡到低端。本文将通过对3D动画短片的制作过程的详细的介绍，其中主要介绍在3Dsmax中街道动画的制作，从而了解基本的动画制作知识，掌握运用3ds
max进行动画创作的技巧。
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目 录
一 对于三维动画设计的认知.......................................................................................... 4
（一）什么是三维动画 ................................................................................................ 4
（二）三维动画发展史 ................................................................................................ 4
（三）使3D Max 制作三维动画的优势 ................................................................. 5
二 三维动画的具体制作方法.......................................................................................... 7
（一）前期准备 ............................................................................................................ 7
（二）片段的制作 ........................................................................................................ 8
（三）后期制作 .......................................................................................................... 10
（四）三维动画短片实例制作分析 ......................................................................... 10
三 三维动画的发展前景 .................................................................. 错误!未定义书签。
四 总结 ............................................................................................... 错误!未定义书签。 五 致谢 ............................................................................................................................. 17
一 对于三维动画设计的认知
（一）什么是三维动画
三维动画是指通过使用电脑软件制作出的立体虚拟影像，又称之为3D动画，是近年来随着计算机软硬件技术的发展而产生的一项新技术。它是摄影艺术、布景设计，及舞台灯光的合理布置等等的各种艺术与技术的集合体。与此同时三维动画的设计制作需要更多的艺术功底和创造力。一个好的三维动画，它除了要求制作者要有较好的空间感与艺术感外，还有就是必须能够很好的运用各种三维动画的制作软件。因此三维动画的设计与制作是一个涉及范围很广的技术，也可以说它就是一件艺术和技术紧密相结合的工作。所以在以前就只有专业的三维动画制作者才能够制作的出来。
（二）三维动画发展史
综观三维动画的发展历程，从1995年的初始阶段到2004年开始的全盛时期三维平台的趋势由高端过渡到低端，不再需要几十万的工作站，一般家庭电脑就可以做出专业的三维作品，三维动画制作的收费也日趋合理，想当年20000块/秒的天价（广告级标版）到现在500元/秒都有人做，三维建筑、室内效果图也下降了很多，想靠做三维发大财已成为虚拟的幻境。国内电影业不景气，外国大片的冲击，如何有效率地提高国人的创作、制作水平和规范制作准则是摆在我们同 5 行面前的不容轻视的课题。
三维动画作为电脑美术的一个分支，是建立在动画艺术和电脑软硬件技术发展基础上而形成的一种相对的独立新型的艺术形式。早期主要应用于军事领域。直到70年代后期，随着PC机的出现，计算机图形学才逐步拓展到诸如平面设计、服装设计、建筑装潢等领域。80年代，随着电脑软硬件的进一步发展，计算机图形处理技术的应用得到了空前的发展，电脑美术作为一个独立学科真正开走上了迅猛发展之路。
然而自1995年由迪斯尼发行的《玩具总动员》上映，这部纯三维制作的动画片取得了巨大的成功。三维动画迅速取代传统动画成为最卖座的动画片种。迪斯尼公司在其后发行的《玩具总动员2》、《恐龙》、《怪物公司》、《虫虫特工队》都取得了巨大成功。 另外,梦工厂发行的《蚁哥雄兵》《怪物史瑞克》等三维动画片，也获得了巨大的商业成功。三维动画在电影中的运用更是神乎其技！《蜘蛛侠》、《泰坦尼克号》、《终结者》、《魔界》......可以说电影已经不能离开三维动画的参与了！
（三）使3D Max 制作三维动画的优势
现今三维动画的运用可以说无处不在，网页、建筑效果图、建筑浏览、影视片头、MTV、电视栏目、电影、科研、电脑游戏。在今天，电脑的功能愈来愈强大，以至我们不仅可以看到地方电视台的栏目包装及广告中充满电脑动画特技，更有不少电脑爱好者在自己的个人电脑上玩起了动画制作。由于3D动画被广泛应用在诸多领域中，因此制作软件也大量的涌现出来。
三维软件是利用电脑制作几何模型的软件。最先只能在专业图形工作站上使用，随着PC机的飞速发展和普及，三维动画软件也纷纷被移植到PC机上。在DOS时代，美国Autodesk公司的3DS三维动画软件几乎垄断了PC机三维动画的市场。
1994年Microsoft用1．3亿美元收购Softimage公司，1995年推出基于NT平台的SOFTIMAGE3D3．0版本，激荡了三维动画领域。迫于压力，为了维护3DS在三维动画领域的霸主地位，1996年，Kinetix公司推出3DS的Windows
NT版本3DSMAX1．0。这个版本在操作界面、组织结构和功能上都有质的飞跃，获得了巨大的成功。
1998年，Maya、Alias、Houdini相继在NT平台上出现。同年，Autodesk公司奋起迎击，推出偏重于建筑设计的3DSMAXVIZ版本，该版本实际是在3DSMAX的基础上进行一些增减，增加一些与建筑有关的模块，删去一些动画功能。
随着三维软件应用的迅速普及，小型三维软件也如雨后春笋般涌现出来。
那么我们又该如何去选择制作软件呢？对于不同的软件它的使用方向，是有不同的侧重点的。就我们所知的最常用来制作三维动画的两款制作软件Maya与3Dsmax来说，在影视三维动画与角色动画的制作中Maya的功能比3ds max较为强大，但却还是有很多人选择使用3Dsmax来制作动画而不是使用Maya。那是因为3Dsmax它除了能较好的制作影视方面的三维动画外，还在其它领域的三维动画制作中也有着一定的优势，如工业产品的演示动画、游戏动画、模拟动画（植物的生长过程、化学反应过程等）等方面的动画都可以使用3Dsmax来制作，而且其操作过程较Maya来的简单与便捷。再加上在2010年Autodesk公司新 7 发布的3Dsmax2011在三维动画制作方面也有比较大的突破。新版3Dsmax2011充分发挥了硬件的性能，新的多线程渲染引擎充分利用多核CPU和GPU 的性能，以得到更快和更好的渲染速度和质量。这使得使用3Dsmax的用户将更加的多，学习资源也将更加的丰富，以至于很多热爱CG动画的爱好者们可以利用3Ds Max来制作自己的动画小短片。
二 三维动画的具体制作方法
在我们选择好了制作软件后，又该如何去制作三维动画呢？虽然制作3D动画的方法有很多，但是基本的制作步骤都是一样的。
（一）前期准备
在制作三维动画之前我们要先明确动画故事的主旨，这是非常重要的。一部优秀的动画不管它是2D动画还是3D动画，剧情都是它们的重要方面，可以说拥有了一个好的剧情就等于成功了一半。所以对于任何一个优秀的三维动画作品来说突出、鲜明的主题，就是吸引人的地方，其次就是人物与场景的精美程度了。因此我们在制作三维动画前要先详细地构思好动画的剧情、符合故事情节的人物造型与能够体现出人物特征的生动动作。
再来就是绘制分镜头草图了，绘制草图就是将构思进一步视觉化的重要一步。这体现了制作者的创作设想和艺术风格，分镜头草图是由图画加文字组成的，其表达的内容包括镜头的类别和运动、人物与场景的构图和光影、运动方式和时间、音乐与音效等。其中每个图画都代表着一个镜头，使用文字来说明镜头的长度、人物台词及动作等内容。 在人物设计初期，需要在纸上画出人物的大概形态，包括人物或动物的外型与动作设计、器物造型等设计，造型设计的要求比较严格，包括标准造型、转面图、结构图、比例图、道具服装分解图等，通过角色的典型动作设计(如几幅带有情绪的角色动作体现角色的性格和典型动作)，并且附以文字说明来实现。超越建筑多媒体提倡造型可适当夸张、要突出角色特征，运动合乎规律。若在制作的过程中无法想象出人物在运动过程中的状态时也需要进行纸上创作，然后再进行绘制。
其中场景是整个动画片中景物和环境的来源，在比较严谨的场景设计中要绘制的包括平面图、结构分解图、色彩气氛图等，通常用一幅图来表达。
（二）片段的制作
在准备工作都完成之后，接下来就是创建模型了。建模，是制作者根据前期的造型设计，通过三维建模软件在计算机中绘制出角色模型。这是三维动画中很繁重的一项工作，需要出场的角色和在场景中会出现的物体都要建模。建模的灵魂是创意，核心是构思，源泉是美术素养。但是开始建模时，应该注意要在表现出必要细节的前提下尽量地减少场景的复杂度，这样才不会因为占用太多的系统资源，而导致程序的崩溃。
三维建模与仿真在交通场景中的应用
社科文化
视界观OBSERVATIONSCOPEVIEW303三维建模与仿真在交通场景中的应用郝炯辉（沈阳化工大学，辽宁，沈阳110142）摘要：随着我国经济与人口的日益增长，城市交通紧张已经影响到我国城市居民的幸福感，还有可能引发一系列社会问题。三维建模与仿真是近年来计算机领域的热点研究技术，因此将三维建模与仿真应用到交通场景中，可以为解决我国城市交通问题提供有效的帮助，本文就此做了一些探讨，并分析了其中的关键技术。关键词：三维建模；三维仿真；城市交通日本的智能交通系统（ITS）是世界上较为完备的，通过路口上方的信息显示板，人们能够轻松的了解到从A地到B地的拥堵情况、运行时间等信息，人们还可通过手机了解主要道路的堵车、交通事故、车辆通行限制、交通管制时间等，完善的ITS有许多地方值得我们借鉴。本文就其中三维建模与仿真在我国城市交通中的应用作了一些探讨。一、三维建模与三维场景仿真1.三维建模技术三维建模软件3DsMax功能强大，应用领域广泛，在广告设计、城市建筑设计，影视场景建模等领域都被广泛承认。并且其使用要求低，直接在个人电脑上就可以完成，还有大量的学习交流渠道，可以快速提升建模技术。除此之外，3DsMax具有良好的可扩展性，在3DsMax构建模型后可以移植到其他软件中，同时在其他软件构建的模型也支持在3DsMax使用，所以使用3DsMax软件来进行三维建模具有非常多的优点。在3DsMax中有六种建模方法，分别是基础建模、复合对象建模、SufaceToods建模、多边形建模、面片建模、NURBS建模，可按照实际情况选取相应的手段，若某些模型较为复杂单一手段无法完成，也可灵活运用多种方法来建模。通过对城市道路、城市的房屋、道路两旁的树木以及汽车建模，并将其收入到模型库中，可以对其随意组合来，可以合理有效的改变城市交通布局，完善城市道路,不同车型的车速、车流量的有效制约，寻找最佳的交通控制和管理的有效手段。2.三维仿真技术三维仿真技术实现的是三维空间信息的可视化,目标是能使用户能与真实三维世界的可视化模型进行实时的可控制的交互,并且提供更加真实的视觉效果。Unity3d作为一个跨平台的虚拟引擎，支持多种格式的三维模型导入，可以轻松将3DsMax的模型导入完成协作。Unity3d引擎使用标准着色器（StandardShader）对模型进行渲染，其渲染的过程就是将三维模型的坐标为屏幕上的二维坐标，然后将像素进行着色绘制到屏幕上，即完成了三维模型的渲染过程。三维仿真过程中很重要的一个功能是实现漫游功能，漫游功能即让使用者可以在三维场景中自由的改变视角，观察不同视角的物体的状况。一般仿真软件中都会有两种漫游方式，一种是通过键盘实现漫游，另一种是固定路径漫游。使用键盘的漫游即通过键盘的方向键等控制物体前后左右移动，或者转换视角，这种方式自由度高，可以随意浏览各个内容，缺点是需要另外的设备控制。固定路径的漫游即提前设置好漫游的路径，只能观察到固定的视角和物体，一般用来展示。二、三维建模与仿真在城市场景中的结合应用通过对城市场景中的各种物体建模并收入模型库，然后自由组合，经过虚拟引擎的渲染就可以用于交通事件的模拟，从而复现出真实的城市交通中研究较为困难的事件，例如真实交通中不可预知，不可重复，不可实现的交通场景，通过复现、设计和观测造成某种交通现象的原因，来模拟解决该问题。同时依靠虚拟引擎添加接触传感器(TouchSensor)，碰撞检测节点(CollisionNode)等功能，来实现用户对该场景的多样控制。同时在仿真的过程中还可以对事件进行控制，当仿真出现预料之外的现象，可以将仿真停下来，调整一些参数再接着运行仿真。运用三维建模与仿真分析研究交通状况，指导对交通运行的控制与管理，经济有效且没有任何风险。三、结论本文作为对三维建模与仿真在城市交通场景中的应用研究，首先介绍了三维建模的方法，然后介绍了三维模型在三维仿真软件中的渲染，最后将渲染的三维场景模型应用与解决交通问题，寻找最佳的城市交通控制和管理数据。该方法初步简单的实现了三维城市场景的展示，它的三维场景的多样变幻，环境的多样建模，包括感官在三维场景中的的交互等还需要进一步的研究和开发。参考文献：[1]J.Sewall，D.Wilkiean，P.Merrell，M.C.Lin．ContinuumTrafficSimulation[J]．ComputerGraphicsForum，2010，2（29）：439–448[2]CameronGDB，DuncanGID，PRAMCIS．ParallelmicroscopicSimulationofRoadTraffic[J]．JourmalofSupercomputing，1996，10（1）：25-53[3]FUJISAWA,YASUO;YABUKI,NOBUYOSHI．CooperativeInformationSharingbetweenA3DModelandStructuralAnalysisSoftwareforRailwayViaducts[J]．Source:LectureNotesinComputerScience(includingsubseriesLectureNotesinArtificialIntelligenceandLectureNotesinBioinformatics),v7467LNCS.203-206,2012.[4]GrigoreC，Burdea，PhilippeCoiffet．VirtualRealityTechnology[M]，2EditionWiley-IEEEPress，2007作者简介：郝炯辉(1995-)，男，汉族，河北张家口人，硕士研究生，沈阳化工大学，研究方向：图像合成。
水利工程中三维可视化技术应用探讨
水利工程中三维可视化技术应用探讨
一、前言
三维可视化技术是计算机可视化技术与水利水电工程系统相结合产生的一种仿真体， 它能有效的显现出数据的精准，其实质是通过图形、图像的方式对仿真计算过程的追踪与结果的处理，使用三维可视化技术的优越性不但可以节省劳动者的劳动强度，缩短周期，更能有效的为水利水电工程人员提供一个快捷的数字化平台，有效的提高工程建设的工作效率。
传统的水利施工工程大多数是依靠设计图纸、二维平面图来进行施工控制、整体规划，这很难让其它非技术的相关人员有一个直观清晰的认识，管理者也不容易实现对全局工程实施正确有效的管理控制。基于上述原因，加之计算机强有力的计算功能和高效的图形处理能力，三维仿真技术在水利工程方面的应用越来越普遍。在水利工程中应用三维仿真技术，将施工建筑、地理环境、人员配置、危险程度等进行真实模拟，可以浏览工程的整体场景，更加直观的、智能的辅助设计人员进行过程设计与分析，根据不同施工方案得到仿真结果，通过对仿真结果的评估和研究，选择最有效、最安全、最有力的方案运用到施工实践当中。
二、水利工程的三维可视化技术的内容
一般包括设计条件可视化，包括地质，地形，枢纽布置及施工条件等的可视化；设计建模可视化；计算分析过程可视化；成果设计可视化，也就是三维真实感图形显示及空间数据的图表，文挡输出等。三维仿真系统的实现可以帮助用户快速优化施工方案，降低成本，节省开销，施工可靠性增强，达到更高的工作效率。
三、可视化技术在水利工程中的应用
3.1 三维空间数据模型
水利水电工程施工场地、建筑物布置、环境是水利水电工程的可视化仿真所要研究的静态信息，并且对一些地形填挖动态的施工逻辑关系也要及时的反映出来。因此，要能够充分反应各工程对象的属性特点以及对以后数据的管理和操作，就必须要研究出可达到实现系统高效显示和快速分析的空间数据结构和有效的建模手段。地物模型和地形模型共同组成了水利水电工程的三维模型。而在设计制作整体工程的虚拟漫游动画时候，可以借助水利水电工程三维模型，通过利用3DSMax来实现。这样以后在对可视化分析和评价，以及了解未来工程的具体形象，如检验设计是否得当、枢纽布置是否合理等等的时候能够有一个比较直观的认识。
基于ArcScene的三维地形可视化及其应用
基于ArcScene的三维地形可视化及其应用
肖海红（神华（北京）遥感勘查有限责任公司 北京 100085）
【摘要】三维地形可视化是目前众多领域的研究热点，可广泛应用于山地、丘陵、沙漠等领域的各种工程规划和优化设计。本文主要介绍了基于ArcScene平台的地形三维可视化的技术流程和三维动画制作方法。以北京市房山区大安山地区为例，论述了三维地形场景在北京市矿产资源开发状况遥感动态监测和调查项目中的应用和作用。
【关键词】三维地形可视化DEM TIN 三维动画
1 引言
三维地形可视化技术是指在计算机上对数字地形模型中的地形数据进行逼真的三维显示、模拟仿真、简化、多分辨率表达和网络传输等内容的一种技术[1]，它可用直观、可视、形象、多时角、多层次的方法，快速逼真的模拟出三维地形的二维图像，使地形模型和用户有很好的交互性，使用户有身临其境的感觉。三维地形逼真模拟在地形漫游、土地规划、三维地理信息系统等众多领域都有着广泛的应用[2]。结合项目的实际需求，我们制作了北京市密云县潮白河中上游区和房山区大安山两地区的三维地形场景，并按照一定比例尺和飞行路线生成了研究区域的虚拟三维影像动画，对项目的深入研究和完善都起到了重要作用。
2 项目介绍
北京市矿产资源开发状况遥感动态监测项目，是北京市国土资源局委托我公司充分应用遥感技术、地理信息技术和全球定位技术搭建可视化平台，对北京市密云县潮白河中上游区砂石开采现状、房山区大安山地区煤矿开采现状，及其对矿山环境的影响，进行试点调查和监测。其目的在全市范围内进行推广，以矿产资源的非法开采和矿山环境严重破坏现象监测为主题，采用形象的图形图像语言和简便的计算机表达方式，为北京市国土资源局及其相关处室进行矿产资源的开发和管理，提供科学依据。
本项目的主要研究方法：
（1）收集2004 年10月、2005年10月、2006年4月和2006年11月的不同时相、不同种类和不同比例尺的遥感图像，包括法国高分辨率SPOT5卫星数据、美国高分辨率QuickBird数据、IKONOS数据以及航空遥感数据。
三维可视化技术在我国各个工作环境中的迫切需要
论三维可视化技术在我国各个工作环境中的迫切需要
摘 要：以三维可视化的现状和研究意义为出发点，通过对其建设需求、系统建设和实际应用的研究，总结了三维可视化数字校园信息管理系统的实现方法，介绍了该系统的特点与优点，阐述了三维可视化技术的发展前景。
关键词：物联网；三维可视化；数字校园；gis
中图分类号：tp391
三维可视化（3d visualization）技术是20世纪80年代中期诞生的一门集计算机数据处理、图像显示的综合性前缘技术。能够再现三维世界中的物体，并能够表示三维物体的复杂信息，使其具有实时交互能力的一种可视化技术，是对现实世界的真实再现。可视化技术是把描述物理现象的数据转化为图形、图像，并运用颜色、透视、动画和观察视点的实时改变等视觉表现形式，使人们能够观察到不可见的对象，洞察事物的内部结构。
随着计算机图形学技术的发展，我们对二维世界的研究日益成熟，并开始向三维领域扩展。由于人们对三维信息的需求与日俱增，三维可视化技术方兴未艾，已经广泛应用于社会生活的各个领域，比如数字城市、环境监测、风景区规划、地质和矿产活动、交通监控、房地产开发、水文地质活动、医疗救助以及数字校园建设等，随着经济及三维技术的快速发展三维可视化技术在我国各个工作环境中有着迫切的需求空间。
1 三维可视化技术概述 三维可视化技术从计算机学科出发，已渗透到各个学科中。在地理学、资源环境学、测绘学、海洋学、建筑学、生物医学等学科都能找到它的用武之地，而且为这些学科的科学研究提供了极大的帮助。例如在建筑、交通、医学等领域，三维可视化技术可以提高决策者的预见性，能够对其质量和成果进行前期的评估，避免不必要的浪费和损失；在动画和虚拟世界的应用，已经让我们领略到了它带给我们强烈的视觉冲击和真实世界的完美再现，使我们可以游历远古的城堡，遨游浩瀚的太空；在仿真技术方面的应用，可为医学手术实施、机械制造加工、矿物开采加工、水利设施建设等提供一定的决策作用。三维可视化技术的发展，已带动诸多学科的进步，可见，三维可视化的研究具有非常重要的意义。
数字城市三维建模与仿真的实现设计
数字城市三维建模与仿真的实现设计
摘 要：数字化，信息化是当今世界国内外高科技发展的潮流和趋势，生产单位作为高科技研究和开发利用的前沿阵地，理当成为数字化、信息化研究、开发、利用的重要承担者。本文阐述ArcGIS与SketchUp协作进行数字城市建模，进行三维景观图制作的方法与步骤，充分展示测绘技术和虚拟现实技术在数字城市建设中的强大功能。
关键词：数字城市 三维建模 仿真 全数字摄影测量系统 SketchUp 三维可视化地理信息系统
一、数字城市的三维建模方法概述
三维GIS是目前国内外GIS界研究的热点。建立三维景观模型以及在此基础上实现三维GIS，不仅在城市规划、建筑设计、无线通信等领域有广阔的发展前景，而且在其他分析、评价、决策等部门也有着积极的现实意义。三维景观图以直观的三维地形、地物代替了抽象的地图符号，这就使得地图超出了传统的地理信息符号化、空间信息水平化和地图内容凝固化、静止化的状态，进入了动态、时空变换、多维的可交互的地图时代。同时，三维景观图的建立也使我们对地图的认识方式发生了巨大的变化，并为各种空间分析创造了良好的条件。
因此，将三维景观图作为地理信息系统中的又一个专题图层将是一种必然的趋势，为三维地理信息系统建立相应的三维景观图已是摆在我们面前的重要任务。解决这个问题大致有如下的方法：①直接利用传统的GIS中的二维线划数据及其相应高度属性进行三维建模，各建筑物表面还可加上相应的纹理，但采用这种方法只局限于平顶建筑物得三维重建。②直接使用3D软件，比如AutoCAD，3DMAX，SketchUp，美国UGA公司的UG软件，用它们可以做出比较逼真的三维模型。③利用Multigen Creator虚拟现实应用软件环境。该软件具有简单、直观的交互能力，运行在所见即所得、三维、实时的环境中，它的每一种实现都包含了一个共同的用户接口和一个适应特定平台的特殊子系统。但其空间地理信息的表达功能欠佳，不利于建立高精度的数字城市基础地理信息数据库和基础设施信息数据库。
中视典—vr-platform三维互动仿真平台简介
Vr-platform三维互动仿真
平台简介
北京中视典数字科技有限公司
VR-Platform 虚拟现实平台简介
VR-Platform三维互动仿真平台是一款由中视典数字科技独立开发的具有完全自主知识
产权的三维虚拟现实平台软件。该软件适用性强、操作简单、功能强大、高度可视化、所见
即所得，可广泛的应用于城市规划、室内设计、环境艺术、产品设计、工业仿真、古迹复原、
桥梁道路设计、军事模拟等行业，他的出现将给正在发展的VR产业注入新的活力。
VR-Platform的目标是：低成本、高性能，让“虚拟现实”从高端走向低端，从神坛走
向平民。让每一个学生都能够从“虚拟现实”中发掘出计算机三维艺术的新乐趣。
1.1. VR-Platform 平台应用范围
简言之，只要是用到计算机三维图形的地方，就有VRP的用武之地，具体包括：
z 建筑行业：城市规划、地产演示、场馆展示...
z 室内设计：虚拟样板房、地板/瓷砖/涂料等建材虚拟...
z 产品设计：工业产品外形设计、机械零件设计仿真…
z 环艺设计：环境艺术设计仿真、虚拟雕塑…
z 工业：工控仿真、设备管理、虚拟装配...
z 文物保护：古迹复原、虚拟漫游...
z 交通行业：道路桥梁规划设计、城市交通仿真、铁道系统仿真...
z 游戏娱乐：三维PC游戏、模拟器游戏...
z 军事：电子沙盘，虚拟战场...
z 地理：气候、植被、水利模拟...
z 教育：立体几何教学、物理化学课件模拟...
z 视频行业：虚拟演播室...
1.2. 中视典VR-Platform 平台技术优势
■ 国产VR平台软件市场占有率第一
VRP经过了长达三年的研发，是国内第一个成功上市
的VR平台软件，它的出现让VR从高端走向低端，从神坛
走向平民，制作高质量的仿真场景不再是邀不可及的事情。
我们敢于让市场来检验我们的产品，通过市场的反馈，我们
始终掌握第一手的信息，使我们的软件做得更好。通过三年
基于三维可视化与虚拟仿真技术的综采工作面生产仿真研究
第ｌ０卷第１期 ２０１４年１月 中国安全生产科学技术
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓａｆｅｔｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．１０ Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２０１４
文章编号：１６７３—１９３Ｘ（２０１４）一０１—００２６—０７
基于三维可视化与虚拟仿真技术的
综采工作面生产仿真研究木
徐雪战 ，孟祥瑞 ，何叶荣 。，赵光明 ，王向前
（１．安徽理工大学能源与安全学院，安徽淮南２３２００１；２．煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室，
安徽淮南２３２００１；３．淮南师范学院经济与管理学院，安徽淮南２３２０３８）
摘要：针对现阶段煤矿从业人员生产培训中存在的不足，以淮南矿业集团潘三矿１６２２综采工作面为例，引出了
基于三维可视化与虚拟仿真技术的综合机械化采煤虚拟仿真系统的设计与开发，利用３Ｄ ＭＡＸ三维建模软件对矿
区地形、地质及综采工作面采煤机、液压支架、刮板输送机等生产机械设备进行三维模型的创建，并结合Ｃｏｎｖｅｒｓｅ
３Ｄ虚拟现实制作软件对系统的界面ｕＩ和交互进行设计，提出了系统设计开发的完整流程。通过在潘三矿的应用
结果表明：基于三维可视化及虚拟仿真技术开发的综采工作面虚拟仿真系统具有易学性、真实性和交互性等特点，
能够快速激发工人的学习兴趣，大大降低了工人安全培训的时间。同时，也为工业生产的实时仿真，提供了新的研
究方向。
关键词：综采工作面；三维可视化；虚拟现实；３Ｄ ＭＡＸ；安全培训
中图分类号：Ｘ９２４．４ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．１１７３１／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—１９３ｘ．２０１４．０１．００４
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｖｉｒｔｕａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｕｌｌ ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｍｉｎｉｎｇ ｆａｃｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｒｅｅ．ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｖｉｒｔｕａｌ ｓｉｍｕｌａｔ：ｉｏｎ
论三维可视化技术在我国各个工作环境中的迫切需要——三维可视化技术在数字校园建设中的应用
物联网Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｆｏｃｕｓ 论三维可视化技术在我国各个工作环境中的迫切需要 ——三维可视化技术在数字校园建设中的应用 郁有建／天津城建大学
一维可视化（３Ｄ Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）技术是２Ｏ世纪 一８０年代中期诞生的一门集计算机数据处理、 一图像显示的综合性前缘技术。能够再现三维 世界中的物体，并能够表示三维物体的复杂信息，使其具 有实时交互能力的一种可视化技术，是对现实世界的真实 再现。可视化技术是把描述物理现象的数据转化为图形、 图像，并运用颜色、透视、动画和观察视点的实时改变等 视觉表现形式，使人们能够观察到不可见的对象，洞察事 物的内部结构。 随着计算机图形学技术的发展，我们对二维世界的研 究日益成熟，并开始向三维领域扩展。由于人们对三维信 息的需求与日俱增，三维可视化技术方兴未艾，已经广泛 应用于社会生活的各个领域，比如数字城市、环境监测、 风景区规划、地质和矿产活动、交通监控、房地产开发、 水文地质活动、医疗救助以及数字校园建设等，随着经济 及三维技术的快速发展三维可视化技术在我国各个工作环 境中有着迫切的需求空间。 １三维可视化技术概述 三维可视化技术从计算机学科出发，已渗透到各个 学科中。在地理学、资源环境学、测绘学、海洋学、建筑 学、生物医学等学科都能找到它的用武之地，而且为这些 学科的科学研究提供了极大的帮助。例如在建筑、交通、 医学等领域，三维可视化技术可以提高决策者的预见性， 能够对其质量和成果进行前期的评估，避免不必要的浪费 和损失；在动画和虚拟世界的应用，已经让我们领略到了 它带给我们强烈的视觉冲击和真实世界的完美再现，使我 们可以游历远古的城堡，邀游浩瀚的太空；在仿真技术方 面的应用，可为医学手术实旅、机械制造加工、矿物开采 加工、水利设施建设等提供一定的决策作用。三维可视化 技术的发展，已带动诸多学科的进步，可见，三维可视化 的研究具有非常重要的意义。 现今，以计算机技术为基础的三维可视化技术，大多 以软件的形式体现出来。目前主要分为建模软件、平台软件 和应用软件三类。三维可视化的关键是空间立体三维建模， 平台软件大多以模型为基础，实现漫游、观察、分析、决 策、交互等基本操作；而应用软件主要是为了满足三维可视 化技术在某一方面的应用而开发的应用程序，如数字校园信 息管理、数字小区监控管理、三维城市景观仿真等。 ２三维可视化技术对建立数字校园、数字图书馆、数 ● ——————————一 中图分类号：ＴＰ３９１ ３５ Ｉ ＣＤ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ 字化工厂、三维可视化商城等领域的意义重大 三维可视化技术在各个领域的应用发展已经初见菱 角。以数字校园为例，教育事业的发展日新月异，我国的 校园特别是高校大多具备各类多媒体教室、实验室、安防 系统、应急管理系统等数字化设施。传统的管理方式已难 以适应大量数字设备的监管维护任务，这就迫切需要一种 更新更有效的系统来应对这一情况，这一系统就是已在众 多学科中崭露头角的三维可视化技术。 三维可视化数字校园信息管理系统主要是通过物联 网、数据通信与传感网络、三维可视化与虚拟仿真、智能分 析与多维联动、三维ＧＩＳ空间信息等最新技术的联合应用， 依托于三维可视化综合管理平台，集成各种感知识别设备、 现有业务系统和各类数据，完成了校园内多方位、跨平台管 理 极大的丰富了数字校园信息管理的内涵，提升了校园管 理信息化水平，为校园全方位管理提供决策支撑。 ３三维可视化系统的开发与实现方式 数字校园是数字城市的一个组成部分，利用建模软 件、三维ＧＩＳ平台、面向对象的编程语言可简单实现数字 校园系统的查询分析、漫游浏览、实时渲染、网上发布等 功能。系统设计主要分为数据采集、数据处理、编程实现 几个环节。数据采集主要是利用遥感影像获取数字线化 图、航片获取正射影像、数码相机获取地物纹理和用测量 手段获取等高线，之后利用等高线数据通过三维软件建立 校园模型。同时，利用ＤＥＭ和ＤＯＭ在ＩＭＡＧＩＳ中生成地 形、地貌模型之后将其导入三维可视化平台，并借助应用 程序和数据库实现空间数据的存取和查询。 ３．１三维可视化技术与ＧＩＳ的联系。ＧＩＳ即地理信息 系统（Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ￣Ｇｅｏ—Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ＧＩＳ），又称为“地学信息系统”或“资源与环 境信息系统”。它是一种特定的十分重要的空间信息系 统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地 球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采 集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统， 可以对空间信息进行分析和处理。目前三维可视化技术 与ＧＩＳ的结合越来越紧密。对三维现实世界的可视化是以 ＧＩＳ为前提的，地面模型和大范围场景模型的建立离不开 ＧＩＳ，两者只有充分结合，才能实现真正的ｉ维可视化。 ３．２三维立体模型的开发与实现。三维可视化数字校园信
机构设计网络三维虚拟可视化技术研究
第７期 ２００６年７月 机械设计与制造 Ｍａｃｈｉｎｅｒｖ Ｄｅｓｉ￣ｍ ＆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ 一５１一
文章编号：ｌ００１—３９９７（２００６）０７—００５ｌ一０２
机构设计网络三维虚拟可视化技术研究
叶琳邱龙辉（青岛科技大学机电工程学院。青岛２６６０４２）
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙ ３Ｄ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｄｅｓｉｇｎ ｏｎ ｗｅｂ
ＹＥ Ｌｉｎ，ＱＩＵ Ｌｏｎｇ—ｈｕｉ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｍｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｑｉｎｇｄａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６０４２，Ｃｈｉｎａ）
中图分类号：ＴＰ３９１文献标识码：Ａ
１机构网络三维虚拟可视化与ＶＲＭＬ
虚拟设计作为虚拟制造的一个组成部分，采用计算机仿真 与虚拟现实等技术，将现实产品开发环境及其全过程的一切活 动和产品演变成基于数字化的模型，对产品开发的行为进行预 测和评价“】。作为机械产品创新设计重要部分的机构设计，其设 计结果——机械运动简图所表达的机械运动方案是机械产品设 计的基础【２】。而其设计方法也随着各种现代设计方法及现代 ＣＡＤ技术在机械设计中的应用，正经历着由传统的单元技术向 复杂大系统环境下的设计自动化技术转变，而其中一个重要方 面就是实现设计的网络化和可视化【，】。本文将讨论一种机构设 计网络虚拟可视化技术。 ＶＲＭＬ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ Ｌａｎｇｕａｇｅ）即虚拟现实建模 语言“Ｉ，是因特网和虚拟现实等多种新技术的交叉点，是用来描 述交互式３Ｄ对象的文件格式。ＶＲＭＬ作为虚拟场景表达方案对 三维世界具有真实表现的强大能力。ＶＲＭＬ的结构具有适宜于 实现机构设计的网络虚拟可视化的特点： （１）文件之间是层次性的包含关系，并且有支持多个分布式 文件的对象和机制（如内联、链接、原型），利用这一特点我们可 以在仿真中重复使用已经建立的基本构件和一些定型的常用 机构。 （２）系统通过节点（ｎｏｄｅ）描述对象，并按照一定规则构成场 景图（ｓｃｅｎｅ ｇｒａｐｈ），节点之间形成一个有向无环图。构成场景的 节点的关系为非树形结构的两类：根据节点语义通过特定域包 含特定节点形成的层次关系。用组节点（Ｇｒｏｕｐｉｎｇ ｎｏｄｅ）组织子 节点形成体现创作者设计意图的父子关系。这一特点使我们在 机构设计过程中按照设计意图构建仿真机构成为可能。
虚拟仿真技术在物理实验中的应用
1 虚拟仿真技术在物理实验中的应用
物理实验是学习物理知识的重要途径之一，然而传统的物理实验存在许多局限性，如设备成本高、安全隐患大、实验课程的限制性等。但是，随着虚拟仿真技术的发展，越来越多的教育机构开始将虚拟仿真技术应用于物理实验教学中，以弥补传统物理实验的不足之处。以下是虚拟仿真技术在物理实验中的应用的相关内容。
一、虚拟仿真技术在物理实验中的应用
1.模拟实验室
模拟实验室是一种通过计算机模拟物理实验操作的方法，将实验室中的操作完全复制到计算机内部，实现对实验进行全方位的模拟和仿真。通过模拟实验室，学生可以在没有物理实验室的情况下进行物理实验，不仅可以提高学生对物理实验的理解，还可以避免因实验操作不当引发的安全问题。
2.三维可视化
三维可视化技术是指在计算机中基于三维空间，采用计算机图形学等技术将物理实验过程模拟生成三维场景，使学生可以利用虚拟环境进行物理实验，达到真实的感受。通过三维可视化技术，学生可以在虚拟环境中自由探索，直观感受物理实验的本质。此外，三维可视化技术可以将抽象的物理概念可视化，实现对物理学概念的良好理解。
3.虚拟实验平台 2 虚拟实验平台是一种大型的物理实验系统，通过在计算机上模拟物理实验环境，达到实现物理实验过程的目的。虚拟实验平台不仅可以实现物理实验的仿真，还可以实现虚拟硬件的设计和实现。通过虚拟实验平台，学生可以实现基于数学模型的物理实验。
二、虚拟仿真技术在物理实验中的优点
1.简化了实验流程。在传统实验室中，学生需要花费大量时间进行实验操作，而虚拟实验室则可以简化实验操作，使学生更加聚焦于理解实验原理。
2.降低了实验风险。物理实验存在一定风险，如在高温、高压等环境下进行实验，会有一定的安全隐患。通过虚拟仿真技术，可以避免安全隐患，保障实验的安全性。
3.提高了实验效率。传统的物理实验需要一定的时间准备实验器材，而虚拟实验可以将实验流程缩短，减少时间成本。