三维辅助机械

三维辅助机械篇1

计算机动画出现在60年代, 当时是利用计算机产生图形后, 再运用摄影机拍摄监视器的方式来制作动画。这种方式与现有的计算机技术相比显得很落后。现在的个人计算机已经具有直接执行计算机绘图软件的能力, 并且运用计算机动画技术结合各种多媒体设备制作各种动画。在70年代相继发展出许多3D塑型与着色的演算法, 但由于相关设备昂贵, 使用程序非常复杂, 所以大多时候还只是局限在实验室中的新鲜产物。到了80年代计算机绘图开始普遍运用于建筑设计、医学模型、电脑辅助设计、影视娱乐等领域。时至今日, 随着计算机软硬件技术快速发展, 电脑动画已深受机器人学、机构动力学、虚拟实境、人工智慧等学科的影响, 进而使得电脑动画成为跨领域的技术, 许多过去不成熟的应用技术, 现都已成为可能。所以就技术层面而言, 3D动画技术已突破许多领域的应用。

三维动画技术由于其精确性、真实性和无限的可操作性, 目前被广泛应用于建筑设计、工程效果图、虚拟现实、电脑游戏、医学、教育、军事、娱乐等诸多领域。利用三维动画制作软件, 可以创建完全模拟现实的三维世界光影的角色、对象以及任何类型的主题, 并可以将其安排在各种设置和环境中, 为电影、游戏或可视化效果显示构建各种场景;同时, 可以设置角色的动画, 让它们动起来, 说话、唱歌和跳舞, 或诸如物理学运动等更为复杂的动作, 最终将整个虚拟场景渲染为逼真的高画质电影。

在教育行业中, 三维动画中的VR (虚拟现实) 技术在教学中应用广泛, 特别是理工科类课程的学习, 尤其在建筑、机械、物理、生物、化学等学科上, 使得教学有了质的突破。VR技术不仅适用于课堂教学使之更形象生动, 更适合用于实验教学。引入虚拟实验内容, 充分发挥VR技术交互性的优点, 可更好地达到实验效果, 节省实验设备投入, 避免实验中设备的损坏及危险的发生。现今很多高职院校都有VR技术研究中心或实验室。

二、《机械制图》课程特点及计算机三维动画技术辅助教学的优点

职业教育的主要任务, 在于培养国家经济建设所需的高级实用技术人才。因此, 其课程教学不但要将理论与实践结合, 而且要使工科类学生获得与工业界有关技术的学习经验。此外, 技术教育的课程应协助学生建立独立的及具有自我独特体验的知觉感受, 使他们在未来的工作当中得到最好的应用;技术教育的课程更应该培养学生解决问题及事业决策的能力。而机械制图是高职工科类专业学生所修的一门技术教育的重要课程。

机械图纸是工业界的共同语言, 不论是设计者、制造者或产品检验等相关人员都必须以此作为彼此间沟通或传递信息的依据, 因此, 《机械制图》是高职工科类各专业的重要技术基础课程、基础必修科目, 是学生进校后涉足工程领域的第一门课, 主要目的是培养学生三维形体与相关位置的空间逻辑思维和形象思维能力、培养空间分析和构形能力、培养阅读零件图与装配图的能力等。空间想象力的缺乏是学习本课程的最大障碍, 特别是进入到组合体部分的学习以后, 学生感到抽象, 不便于理解。

以制图课程中的正投影与剖视图单元为例, 虽然是各制图课程共有的单元主题, 但都必须运用投影技巧以及空间坐标转换, 并运用空间想象能力才能将二维平面图形想像成三维空间模型。空间想象能力是指个体想像或思考的二维、三维度空间的能力, 以及依据图解或图案在心里想象物体转动或移动及改变方向、位置、实际拆解的能力。具有较强空间想象能力的高职学生在机械制图的学习成效上明显要比空间想象能力差的学生优秀。同时, 拥有较好空间想像能力的学生学习较主动、自我期望高, 故在机械制图上的各项能力 (如立体图转三视图、三视图转立体图、补线及补图) , 都显著强于空间想像能力弱者。大部分学生的三维度可视化能力不足, 因此在需要具备三维度可视化能力的课程教学中, 应配合适当的教具与教学媒体来协助教学计划的进行。

高职工科类教师在教授学生制图相关课程时, 经常使用教学媒体来辅助教学, 最常用的媒体即为模型, 模型是一种模拟的立体结构物, 可以用以表现出比原物大或小的功能。相比传统讲授式的教学, 模型能形象地传递实物的有关概念, 帮助学生学习。所以教学时如能应用模型来帮助学生理解立体结构各面在平面上的相关位置, 将使学生更容易学会制图。不过, 人类的眼睛会有相对视差, 且视线范围一部份重叠, 再经过大脑融合为一, 会产生三度空间的视觉, 而三度空间的视觉, 会造成所谓的“辐辏作用”。“辐辏”由运动及感觉系统所组成, 负责维持眼睛的定位。因此, 人眼的三度空间知觉及“辐辏作用”, 造成观察实体模型时会产生透视效果, 故使用实体模型教学, 亦不同于制图课本中的2D平面图形。而应用三维动画技术可消除人类眼睛所产生的“辐辏作用”, 故三维动画技术能将立体模型以一个较接近于课本中的2D图形表示, 可有效降低人类眼睛所产生的“辐辏作用”。通过立体计算机动画技术建构3D模型, 模型建立不须任何实际的物理材质即可达到所需目的, 亦可毫无限制地建构各类物体模型。动画影像所使用技术包括光影追踪、立体模型建构、立体模型彩绘等。动画影像合成可省去传统设计所需工具及材料, 也可改变设计过程所需步骤, 同时减少制作所需的时间。况且所制作的3D模型仅需存放在计算机的储存设备中, 不占实体空间、可大量制作且携带方便, 通过网络的机制用于远程教学, 也可清楚地传达图形概念, 并克服教学距离与时间的限制 (而且还可运用多个动画的播放方式, 展示零件间的相关情形) 。因此, 以计算机三维动画技术制作《机械制图》课程的教学媒体有其实质优点。

三、3D与Cult3D技术铺助高职《机械制图》的教学研究

三维动画技术可以分为非实时3D动画技术和实时3D动画技术。非实时3D动画技术, 是预先绘制好的 (Pre-rendered) , 内容无法互动, 也就是一般所说的动画, 电影的制作大多采用这类动画。而实时3D计算机绘图是实时的、动态的、互动的, 所谓的“虚拟实境”便是实时3D动画技术。以往只有计算机工作站, 才有能力执行实时运算, 随着计算机的软硬件的发展, 今天的个人计算机完全可以胜任。虚拟实境的部份, 由于3D Studio MAX本身就支持VRML (Virtual Reality Modeling Language) 格式, 其所绘出的立体图形通过VRML格式的转换, 可传输到网络上。

在网络上除了可看到立体计算机动画技术绘制的精细模型外, 通过另一套功能相当强大的工具Cult3D, 可将网络上的立体模型的光影、材质等表现得非常出色, 并且可以与学生作实时的互动。通过Cult3D制作成为动画及互动式模型, 其剖视图及空间立体坐标的撰写流程包括剖视图脚本之撰写和空间立体坐标脚本的撰写。

(一) 剖视图脚本的撰写

剖视图脚本之撰写步骤包括:进入主网页后旋转模型两圈;使用者可使用滑鼠左键控制模型上下左右旋转;使用者可使用鼠标右键远近观察模型;使用者可使用鼠标中间键或鼠标左键加右键之组合以平移模型。撰写完的脚本应用于Cult3D中, 以制作互动的模型。

(二) 空间立体坐标脚本的撰写

空间立体坐标脚本之撰写步骤包括:空间坐标的位置指定、模型位置指定、模型往空间坐标移动、模型投影至空间坐标之前视图、模型投影至空间坐标的右侧视图、模型投影至空间坐标的左侧视图、模型投影至空间坐标的后视图、模型投影至空间坐标的上视图、模型投影至空间坐标的底视图、空间坐标水平面开始旋转垂直位置、其它投影面往第三象限投影面垂直部分旋转至90度位置、空间坐标除第三象限外各象限标注消失、摄影机旋转角度、灯光增强或变暗、各象限投影面以平面方式呈现。三维动画技术辅助高职《机械制图》教学的制作流程 (见图1) 。

四、三维动画技术辅助高职《机械制图》教学的应用实践

(一) 建立3D模型

按照课本中的2D平面视图在3DStudio MAX中创建3D模型, 创建的部分三维透视图形 (见图2) 。

(二) 三视图

以顶视图、前视图、左视图三视图方式, 来观察3D图, 减少学生空间想象能力差的障碍 (见图3) 。

(三) 动态与交互功能的设计和实现

以能够与使用者互动为主的界面, 并透过使用者操作鼠标及使用键盘以控制场景中之3D模型。

(1) 按住鼠标左键不放并且上下左右移动可以旋转模型。 (2) 按住鼠标右键不放并且上下左右移动鼠标可以将模型拉近或拉远观看。 (3) 按住鼠标中键不放并且上下左右移动鼠标可以移动模型。

(四) 撰写脚本

模型与使用者互动的方式, 必须先撰写脚本, 撰写好脚本以后, 将透过Cult3D制作成为动画及交互式模型, 其模型与使用者互动方式如:使用者可运用鼠标控制3D模型的视角与旋转方向, 键盘控制视角部分, 设计为几个固定的视角控制:前视、左视、右视, 透视作为学生固定视角的观察, 而鼠标部份, 则提供学生自由旋转, 透过鼠标左键右键和中间滚动组合来控制, 可将模型作平移与远近效果, 以便学生观察复杂模型的细节部分, 撰写的脚本 (见图4) 。

(五) Cult3D文件加入网页中

将Cult3D文件加入网页中, 制作网页可采用很多工具, 如Dreamweaver, Front Page等, 在网页中插入*.co文件, 与其他格式文件 (如*.gif、*.wav等) 相同。

五、结束语

三维动画技术是一种运用广泛、功能强大的技术, 足够用来开发教学媒体、建置教学平台, 结合多媒体以及流媒体技术与因特网后, 使用面向将更加广泛。3D模型立体逼真, 使用方便, 学生只需要操作或鼠标, 就可选择任意角度观察3D模型, 因此使用3D Studio MAX绘制模型输出并与Cult3D相结合辅助高职《机械制图》的教学, 有很大的发展空间。但是在三维动画的设计中要考虑到三维模型的交互性问题, 由于《机械制图》课程的建模量大, 制作的工作量也较大, 建议无须将每个模型都设计成可以交互的形式, 可采用多种动画并存的方式解决这个问题。

参考文献

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[2]胡青泥, 戴恒震, 高菲, 崔长德.面向三维CAD/CAM技术的机械制图教学研究[J].工程图学学报, 2002 (1) .

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[5]蔡军.多媒体技术在《机械基础》课程教学中的应用[J].中国信息技术教育, 2009 (18) .

[6]黄丽芳.多媒体技术在中职机械制图课程中的应用研究[J].广西教育, 2011 (30) .

[7]张元军.高职机械制图课程教学改革的研究与实践[J].职业时空, 2010 (1) .

三维规划辅助决策系统的设计与实现篇2

[关键词] 数字城市；SkyLine；三维规划；应用示范

1 前言

“数字城市”是通过综合运用3S（地理信息系统GIS、遥感RS、全球定位系统GPS）、网络、多媒体及虚拟仿真等技术，对城市的基础设施、功能机制进行自动采集、动态监测管理和辅助决策服务的技术系统。

三维规划辅助决策系统基于全球先进的三维数字地球平台软件skyline开发，旨在满足规划业务的相关需求，基于将地理信息系统、遥感与虚拟现实等技术集成，将实景建筑运用三维倾斜摄影技术，在较少人工干预的情况下建立三维实景模型，并集成地理信息底图数据和规划专题数据构建三维地理信息场景，实现与规划业务相关的GIS功能，从而为城市管理提供三维可视化的决策手段。

2 系统平台的选取

本系统采用SkyLine系列软件作为系统的优秀三维数字地球平台，它拥有国际领先的三维数字化显示技术，可以利用海量的多源多尺度的遥感影像数据、航空影像数据以及其他二三维数据搭建出一个对真实世界进行模拟的三维场景。

具有以下几个特点：

（1）产品覆盖面广，囊括了三维场景制作，嵌入式二次开发、网络发布等整个流程；

（2）支持多源数据接入，其中包括WFS，WMS，GML，KML，Shp，SDE，Oracle，Excel以及3DMX，sketch up等，集成信息方便；

（3）通过流访问方式可集成多尺度的数据量，它制作的三维场景小到城市，大到全球；

（4）三维虚拟漫游运行流畅，用户体验良好；

（5）能够支持B/S架构下建立三维场景，制作網络应用程序；

3 三维场景数据处理与建立

三维场景是整个系统的核心，是所有功能实现的基础，对于整个系统来说有着至关重要的作用，三维场景的质量直接体现在漫游效果中，给使用者一个真实客观的场景重现。

本系统三维场景数据基于航空影像立体相对提取，从倾斜影像中提取建筑物的顶部及侧面纹理的技术流程制作标准模型。即飞机进行航空倾斜影像采集的同时，由GPS同步记录倾斜相机的空间位置，通过对倾斜影像定向进一步确定影像的空间位置及空间姿态，满足倾斜影像贴图要求；倾斜影像定位以机载LiDAR数据制作的DEM、DOM作为倾斜影像定位的辅助数据，采用人工干预的方式得到与模型坐标系相同的空间坐标信息，对重点建筑物、临街建筑物区域在白模的基础上进行模型结构细化、贴图工作。

3.1建模流程

①在数字化测图模块中恢复影像立体，在立体的环境下人工测量建筑物顶部轮廓特征点、线，获得准确的二维数据。

②在立体的环境下生产数据DEM模型，根据立体采集的要求对DEM模型进行人工编辑。

③在软件下以DEM为辅助建筑物高程生成三维模型。

④进行移动、合并、增加、删除特征点等操作，使建筑物轮廓更准确。

⑤人工选择需要进行贴图的模型，软件自动计算、选择相应位置的倾斜影像，并使用列表的形式将影像数据进入甄选状态。通过综合判断影像位置、偏转角度、建筑及植被遮挡，选择最合适影像进行贴图。

图1 三维模型场景效果图

4 系统功能

图2 系统功能

系统功能主要包括基本操作、决策分析、查询定位、编辑设计和系统设置等，如图2所示。

4.1基本功能

基本操作主要包括GIS基本功能、虚拟漫游功能、多视点定位和编辑、空间定位、导航图和动画导航等。

4.2决策分析

4.2.1 日照分析

对城市空间中建筑不同时间段、不同节气的日照情况进行实时模拟。应用日照分析功能，可以观察到特定建筑物的阴影对其他建筑物的影响。

4.2.2 通视分析

通视分析是选定特定地点作为视点位置，分析视线所能到达的范围，这一功能可以用于分析某一个或某几个建筑物是否会遮挡其他建筑物。

4.2.3 缓冲区分析

缓冲区分析是根据设定的缓冲区（点、线），对缓冲区内的建筑物进行查询统计分析。

4.2.4里面和剖面分析

利用生成沿街立面图片功能可以在确定街道的起点和终点后，自动生成街道立面图，这一功能对于辅助城市设计、控制街道景观等非常有意义。除立面生成外，剖面生成的目标是能够将三维场景中的建筑、室内空间、道路以及地下空间生成剖面图。

4.2.5淹没分析

系统能够对洪水淹没进行三维可视化分析。不仅可以根据水位高度显示并测量分析淹没区域，同时能对淹没进行动态现实。

4.2.6 多方案比较

规划审批管理过程中经常需要处理多方案比较的问题，系统要具有多方案比较功能，便于将不同的方案放在完全相同的场景中进行比较，充分保证方案比较的公正公平。系统使用者可以自由的切换当前显示哪个方案，也可以切换到双屏或多屏屏显示模式，同时观察两个或多个方案。

4.3 查询定位

在三维空间中对城市空间中的相应物体信息能够进行实时查询。在场景中选中建筑物，界面就要弹出这个建筑物的信息如规划建筑的相应指标建筑物的属性（如建筑物名称、层数、高度、容积率、建筑面积、占地面积、建成时间等）。

4.4编辑设计

能够根据规划管理需要，设置并保存观察场景的视点位置，将最佳的观察位置和观察角度保存下来，以缩略图的形式显示在特定场景窗口中，单击特定场景缩略图，就可以方便的切换到相应的场景。

特定场景要支持分组功能，关于管理有内在逻辑关系的特定场景。可依据特定场景随时输出想要的相关角度图片并打印出图。

4.5 系统设置

系统设置主要包括风格选择、隐藏背景、显示状态信息、显示比例尺和隐藏导航栏等功能。

图3 三维规划辅助决策系统界面

5 结束语

数字城市是人类2l世纪的生存方式，是城市高度信息化、智能化、虚拟化和灵敏化的具体体现。三维规划辅助决策系统为规划的编制与审批、建设项目的审批提供决策依据，从而提高规划决策的合理性和准确性。

参考文献

[1] 王明山，罗帅伟，张波等.基于SkyLine的数字城市空间地理信息系统的设计与实现[J].北京测绘.2013，（10）：26-29.

[2] 甘迎娟，周伟杰.基于航测的数字城市三维建模技术[J].地球.2013，（10）：130-131.

[3] 丰勇.3维数字城市建模技术及应用探讨[J].测绘与空间地理信息.2013，（3）：72-74.

作者简介

祁晨，（1982年6月-），男，新疆奎屯人，硕士，地理信息系统工程师，主要从事遥感和地理信息系统应用、数字城市项目管理工作。

通讯地址：新疆乌鲁木齐市中山路462号广场联合办公大厦A-19楼

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三维辅助机械篇3

一、计算机三维辅助软件的现状及其应用

在新时代的产品设计中, 不在只注重产品的质量, 越来越多的目光放在了产品的外形和产品的各项功能。在新型产品投放市场的时候, 商家都会向顾客群进行问卷调查, 大量的调查问卷显示, 产品的形象设计和产品的功能逐渐取代产品质量的地位成为顾客考虑的第一选择。而现今产品的设计更注重设计的时效性。在机械设计中Auto CAD、3DMax正实现着这一目标。

Auto CAD、3DMax等相关三维辅助软件已经成为设计人员电脑中不可缺少的重要软件。纵观三维辅助软件, 从抽象的线面合成, 用难懂的操作进行复杂的操作, 变为简单易懂形象清晰的直观操作, 三维形象软件的普及从电脑高级人才才懂得高难度软件设计, 转变到通过一本教科书就能轻松学会。可见软件已经走到我们生活当中不再陌生。Auto CAD、3DMax已经广泛应用到施工业、设计业、电子业、机械业等大量职业。Auto CAD、3DMax等相关软件绘制体系已具有强大的绘制功能, 如几何建模、数据分析、仿真模拟实验等功能, 构建出绘图制图设计的完整体系, 使完整的体系准确的体现在设计人员的眼前, 减轻了设计人员的工作量, 改变了传统绘制图纸的历史, 为商家带来了巨大的利益。

在机械设计零件时, 设计人没有形象的模型想象, 这是Auto CAD、3DMax等相关辅助设计软件就可以轻松达到这一点, Auto CAD、3DMax能把文字性或者平面性的图文形象的用立体方式体现。随着计算机技术的飞速发展, Auto CAD、3DMax等相关辅助设计软件一定会已最简单最形象的方式展现在大家面前。

二、我国三维辅助软件的研究及优势

在我国Auto CAD、3DMax等相关三维辅助软件, 已经取得了较大的推进和发展, 此类软件的推广方便了设计人或设计单位对信息量的处理, 随着市场经济的不断变化和行业间的竞争予以强烈, 一流的技术团队成为行业必胜的法宝, 而这种必胜法宝的保证就是这类软件, 这好比战士手中的武器, 武器不好怎么能打赢胜仗。一些企业很早就引进了Auto CAD、3DMax等相关软件并取得了巨大的经济效益和社会效益。随着经济市场化不断加深, 对产品的要求业不断严格, Auto CAD、3DMax等各相关软件地位已不容忽视。

我国历经几年对Auto CAD、3DMax等各相关软件进行广泛推广。在机械、电子、航天等项目都有卓越的贡献。在应用了Auto CAD、3DMax等三维辅助软件大大提高了设计师的施工效率, 提高企业的设计效率, 优化设计方案, 减轻不必要的劳动。

Auto CAD、3DMax等相关三维辅助软件具有以下优势

(1) 对产品的形象设计修改简便。Auto CAD、3DMax等三维辅助软件可以很快对信息图纸及相关信息进行处理, 加大对信息量的处理力度对形象设计进行综合处理。

(2) 在产品生产之前就可以构建模型。模型的构建对于一个设计师来说是理论变成实践的必经之路, Auto CAD、3DMax在这方面提供给设计者大量的模块, 设计者也可以根据设计要求更改模块。

(3) 平面转三维方便快捷。在CAD软件中进行初步的平面设计, 在建模完毕之时可以直接导入3DMax进行三维处理渲染。

(4) 数据及参数表达完整。数据参数对于一个设计师来说是以后产品质量的保证, 如果参数或者相关数据发生改变, Auto CAD、3DMax等相关软件会自动改动数据参数, 保证产品信息的准确性。

(5) 兼容windows下office的相关软。在模型构成之后可以用演示文稿的形式展现在大家面前, 体现Auto CAD、3DMax等三维辅助软件。

(6) 进行动画制作和动画渲染。动画制作和动画渲染是进一步体现Auto CAD、3DMax等相关三维辅助软件的重要职能, 通过这种职能设计者可以更深层次的对产品进行渲染, 向大家阐释产品的生动性。

三、三维辅助软件在机械设计中的影响及存在的问题

三维辅助软件在机械设计中具有巨大的影响, 三维辅助软件从根本上改变了机械设计中存在的偏差, 在设计中引进了参数概念, 改变了常年一手绘图不精准的情况, 使机械设计走向了一条快速化发展的道路。在机械设计更新方面, 三维辅助软件能准确找出不和谐的数据, 并进行综合性分析, 从这一点上, 足可以看出三维辅助软件已把机械设计科技化智能化。三维辅助软件把设计与生产联系在了一起, 三维辅助软件已把机械设计产品从平面转化为二维, 把处理过的二维画面经过3DMax进行渲染, 成为三维动态模型, 并且直接可以投入生产。

三维设计软件在我国的应用趋势还存在着一些问题在Auto CAD、3DMax等相关三维辅助软件在推广的这几年中, 由于经济发展过快, 我国三维软件的应用深度和广泛面积还有待于提高, 与发达国家相比还稍显逊色。笔者认为主要的原因在于, 我国企业并没有真正意义上形成计算机三维辅助模式, 大多数企业只用Auto CAD进行平面图的设计, 并没有把Auto CAD的平面效果在3DMax中进行三维渲染和动画制作。缺乏对软件自身的深度开发利用, 大多数人只是简单的利用软件, 把它当做工具, 并不是把软件当做学习和使用的工具。致使大多数人都停留在会用软件不会自我开发的平台上止步不前。面对这样的情况, 我们应该清醒的看到计算机三维辅助软件在机械设计中还应该加大对人才的培养, 开发研制出适合自身发展的三维辅助软件, 并深挖软件功能, 做到灵活应用。

结束语:

随着社会经济化快速发展, 计算机技术顺应社会也在以迅猛的发展速度前进着, 在这一系列的技术变革下, 软件的革新方向越来越人性化, 在这样的发展趋势下, 我们不难预测, 在以后的社会发展进程中, 计算机三维辅助软件会走向更多行业的设计岗位创造逼真的三维动态环境.生成影像级动画, 令人产生身临其境之感。笔者认为Auto CAD、3DMax等相关三维设计软件在机械设计行业的影响会逐步扩大, 在不远的将来一定会引领机械设计行业走向辉煌。

参考文献

[1]刘莉浅谈机械设计中三维动画创作与应用核动力工程2003年第24卷第2期[1]刘莉浅谈机械设计中三维动画创作与应用核动力工程2003年第24卷第2期

[2]蔡洪论CAD技术在机械设计中的应用科技资讯2010年第23期[2]蔡洪论CAD技术在机械设计中的应用科技资讯2010年第23期

[3]廖雪梅机械设计从三维开始将是必然趋势装备制造技术2009年第6期[3]廖雪梅机械设计从三维开始将是必然趋势装备制造技术2009年第6期

机械设计中三维设计软件的应用篇4

关键词：机械设计；三维模型；SolidWorks；有限元分析；优化设计

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号： 1009-2374（2013）18-0028-02

在机械设计中，三维设计软件的运用，能够使设计目标以完全三维模型的形式展现，而设计者即可以根据该三维模型，对零件或者设计元素的相互运动关系进行分析，这不仅促进了总体设计框架结构的合理把握，而且能够处理一些细微存在的不足之处，通过三维设计软件有限元分析技术的应用，可以有效地寻找出设计过程中存在的不足之处，并予以相应的优化设计，才能尽可能地保证产品的质量，同时省时省力地进行设计。

1 机械设计中三维软件的选择

在机械设计过程中，常用的三维设计软件有AutoCAD、SolidWorks、pro/e、UG等等。AutoCAD软件主要针对的是二维的设计方面，在三维上也涉及到一部分，在三维建模上比SolidWorks、pro/e、UG等稍微差一点，但是相对一些比较有规则的物体，AutoCAD的功能会显得比SolidWorks、pro/e、UG等更加具有优势，相对比较稳定，软件运行也较快。三维设计制作中， SolidWorks、pro/e、UG均有强大的机械设计功能，拥有针对于机械零件的设计模块，可以根据所设计的零件不同，进行不同方法的改进，随时对设计中的零件进行评估分析。通过对其的应用，能够将一些相对复杂的零件进行绘制，而且还能够便于3D图和2D图间的转换，同时还能够根据立体图形转成2D三视投影图。随着SolidWorks、pro/e、UG等版本的不断提高、性能的不断增强以及功能的不断完善，基本能满足现代企业机械设计的要求，并已广泛应用于机械设计和机械制造的各个行业。设计人员可根据平时学习的习惯或擅长来选择适合自己熟练使用的三维软件。

2 机械设计中，三维设计软件的具体应用

在机械设计中运用三维设计软件，首先是对所设计的产品进行初步建模，做好机械设计前期的准备工作，其次是对产品建立好的模型组装成整体，将产品的整体模型进行详细解析，对所设计的产品整体有大致的了解，并且通过设计软件特有的功能，对产品设计过程中存在的细节或者是一些没有考虑到的问题进行详细分析，对产品设计的工作流程和设计的合理程度进行检验，并由给出的分析结果，可做相应的调整及优化设计，将不正确的地方予以改正，最后设计出成品。

以SolidWorks软件为例，其设计过程我们可以分为三步来实现：首先是根据设计目标的各项要求初步建立三维模型；其次是对初步建立的三维模型进行模拟组装运行；最后利用软件对设计目标进行模拟分析及合理性检测，从而达到最终的设计要求。它主要包括机械零件设计、装配设计、动画和渲染、有限元分析技术、设计优化及钣金制作等模块，基本满足各种机械设计的需求。此软件采用参数化设计思路，各工具栏命令之间具有相应的设计关联性，对零件的设计修改具有快捷、准确、可靠的特点，对零件的尺寸修改和相似零件的结构设计具有独到的技术优势。在零件设计模块中所做的更改可以自动、快速、准确地反映到装配、工程图等相应关联模块中去，同样，在装配模型和工程图样中，更大程度地减少设计的出错率，提高了设计工作的效率。目前，诸如此类的三维设计软件在机械设计中得到了广泛的运用。

3 三维设计软件在机械设计中的优势

三维设计软件具有出图准确、设计方便、效率高、功能强大、简单易学等众多优势。设计者可自由选择相应的设计工具和命令，采用最合适的设计方法，直观、方便、高效、快捷地完成设计任务。

在机械设计中，三维设计软件的有限元分析模块是设计者最好的设计助手之一。下面简单介绍SolidWorks软件有限元分析模块。基于SolidWorks COSMOS Works有限元分析软件的特点及强大功能，对产品结构中进行静态分析，并为产品结构的优化设计提供可靠依据。COSMOS Works是一套强大的有限元分析软件，早期的有限元技术高高在上，只有一些国家的部門如宇航、军事部门可以使用，只有少数专业人员才能有机会接触，普通的工程师可望而不可及。然而自COSMOS Works出现后，有限元分析的大门终于向普通工程师敞开了，把高高在上的有限元技术平民化，它易学易用、简洁直观，能够在普通的电脑上运行，不需要专业的有限元经验。普通的工程师都可以进行工程分析，迅速得到分析结果，从而最大限度地缩短设计周期，降低测试成本，提高产品质量，加大利润空间。传统的方法在分析装配体时是先把零件拆散，然后一个个分别处理，耗时耗力，又存在计算结果不精确的缺点。COSMOS Works提供了多场/多组件的复杂装配分析，从而大大简化工程师的劳动，使得分析能够更好地模拟真实情况，结果也就更精确。

有限元分析过程中几乎所有的设计量，如厚度、长度、半径等几何尺寸、材料特性、载荷位置与大小等都可以用变量参数表示，只要改变这些变量参数的赋值就能获得不同的设计方案的分析过程。

经软件COSMOS Works优化设计后，顶面加厚，底面加强筋加厚及加高，应力分布均匀，离屈服点更远，如图2所示，优化后的中心底面应力扩散，变形量减小，均在<1mm的范围内，可以满足使用要求。

三维设计软件还包含钣金、焊接、管道设计、模具、数控编程等多个模块，机械设计工作者通过学习使用，为机械设计带来方便，提高了工作效率。

4 结语

在现今机械设计的过程中，运用三维设计软件已经成为现代机械设计发展的关键因素之一，在时间、人力的耗费上都有了很大程度的改善作用，为设计人员创造新的产品提供了有效的作用，在产品设计过程中，根据设计者自身的特点以及设计模型的要求，对适合该模型建立的软件进行合理的选择，再通过后续的加工制造将设计过程变得更加合理，能对产品生产之前进行模拟操作，同时可以及时发现产品之中所出现的问题，能够在第一时间里将问题解决，大大降低产品的设计以及人工操作所消耗的时间，促进工厂效率的提升。在机械设计中，合理地运用三维设计软件，不仅仅能够对产品的大致结构有一定的了解，还能够适当地激发起设计人员的思维能力以及创新能力，将问题第一时间解决的同时，又为产品提供了更多有效的优化方案，这对于工厂或者所设计的产品来说，在其效益上、质量上以及实用性上都有了很大的提升，根据三维模型，展现出所设计的产品具体的结构特点，使得产品整体更为清晰明了地展现在设计人员面前。三维软件在机械设计中的应用推广，加快了当今机械工业的发展步伐。

参考文献

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[4] 成大先.机械设计手册（第一卷）[M].北京：化学工业出版社，2007.

三维地层模型构建辅助软件设计篇5

工程地质勘测包括地质测绘、勘探、室内实验、原位测试等, 以便对工程地质条件进行评价, 为工程建设的规划、设计、施工提供必要的依据及参数。三维地层模型可以将地下复杂的地层情况直观地呈现在工程师面前, 对工程地质勘测起到辅助设计作用。三维地层模型在地下空间开发、油气资源开发和岩土工程问题分析中具有重要作用[1]。

三维空间数据模型总体上可分为面模型、体模型、及混合 (集成) 模型三大类[2]。

软件采用Delaunay三角剖分方法将钻孔连接成网状, 采用统一土层划分方法, 利用钻孔数据建立三维地层模型[3], 形成Delaunay三角网[4]。

Delaunay三角网具有如下性质[5]:

(1) 唯一性:不论从区域何处开始构建, 最终结果都一致。

(2) 最优性:最接近的三点构成三角形, Delaunay三角网与其他三角网相比, 对所有三角形的最小角而言, Delaunay三角网的最小角最大。

(3) 区域性:增加、删除、移动一个顶点只会影响临近的三角形。

构造Delaunay网的方法有分治算法、逐点插入法、三角网生长法等[6]。

2. 软件体系结构设计

数据库设计

钻孔表和地层表, 对应的E-R图如图1所示。

软件中主要涉及七个类, Delaunay三角剖分中要用到的Vertex, Ed ge, Trian g le, Delau n ay四个类, 地层信息存储和显示涉及L a y e r P r o p e r t y, D r i l l i n g h o l e, DrillingholeCollection三个类, 其UML类图如图2所示。

3. 主要算法设计

Delaunay三角剖分采用逐点插入法中的Bowyer-Watson算法, 算法步骤如下:

(1) 构造一个包含所有点的外框三角形, 放入三角形链表中;

(2) 在点集中依次不重复取出一个点, 执行以下操作:

在三角形链表中找出该点的所有影响三角形, 影响三角形是指其外接圆包含该点的三角形。找出所有影响三角形的公共边, 并将其删除, 连接该点与所有影响三角形的顶点, 将新形成的三角形加入三角形链表中, 同时在三角形链表中删除该点的所有影响三角形;

(3) 重复步骤2, 直至对点集中所有的点执行完操作;

(4) 删除三角形链表中顶点含有外框三角形顶点的所有三角形, 最终三角形链表中的三角形构成Delaunay三角网。

构造包含所有点的外框三角形伪代码如下:

如此构造的外框三角形如何能够包含所有点呢?不妨设对应矩形中心坐标为 (0, 0) , 则由图3知构造的外框三角形包含了所有点。

由于岩土介质空间分布的不连续性、不均匀性和不确定性, 地层之间相互交叉侵蚀, 地质实体之间的关系错综复杂。在三维地层信息系统中, 如何对地层进行划分是涉及到三维地层建模的一个关键问题[7]。

软件中采用的统一地层划分的方法如下:对钻孔原始数据进行预处理, 充分考虑交错、重叠等, 确定适用于每个钻孔的地层分布情况, 但其中允许地层的厚度为零。这样可以较好地处理不连续、不均匀的地层分布, 便于分别对每一地层建立实体模型。统一地层划分方法伪代码见下:

4. 软件实现

考虑到AutoCAD在土木建筑行业中应用广泛, 同时便于对三维地层数据进行进一步加工处理, 软件采用V B对AutoCAD进行二次开发实现。

运行程序建立三维地层模型, 如图4所示:

选定某一地层, 可以知道该地层的属性, 如图5:

对三维地层进行剖分, 可以看到地层内部情况, 见图6:

5. 结论

软件采用Delaunay三角剖分和统一地层划分方法建立三维地层模型, 进行了数据库E-R图设计和UML类图设计, 讨论了主要的算法, 利用VB对AutoCAD进行二次开发来实现软件。软件可以使工程师直观了解地下复杂的地层情况, 方便对地层进行分析, 对工程地质勘测有辅助作用。

摘要：三维地层模型对工程地质勘测很重要, 软件采用的Delaunay三角网和统一地层划分方法构建三维地层模型。在软件体系结构设计中设计了数据库E-R图和UML类图, 讨论了软件的主要算法 (Delaunay三角剖分、统一地层划分) 的实现方法。最后利用VB对AutoCAD进行二次开发实现了软件, 展示了软件运行效果。

关键词：三维地层,Delaunay,统一地层划分,VB,AutoCAD

参考文献

[1]周翠英，赵宏坚，杨锡鎏.三维地层构造发展现状[J]. 中山大学学报 (自然科学版) .2009年9月第48卷第5期.

[2]程朋根等.三维地层模型构建方法的研究及应用[J].吉林大学学报 (地球科学版) .2004年4月第34卷第2期.

[3]陈永锋等. 基于钻孔数据的地质面Delaunay三角剖分[J]. 金属矿山.2009年第9期总第399期.

[4]Delaunay B Sur la Sphere Vide.Bulletin of the Academy of Sciences of the USSR.Classe des Sciences Mathematiques et Naturelles, 1934 (8) .

[5]武晓波, 王世新, 肖春生.Delaunay三角网的生成算法研究[J].测绘学报.1999年第28卷第1期.

[6]武晓波, 王世新, 肖春生.Delaunay三角网的生成算法研究[J].测绘学报.1999年第28卷第1期.

消防三维预案辅助决策指挥系统设计篇6

图形算法研究是虚拟现实基础研究的主要方面。Open GL是最基本的三维图形函数库, C、C++、Java是方便的实现语言, 动态环境建模是构建虚拟环境的基础, 常用建模软件有3DS MAX Softimage、3DS、Ma Ya等。开发工具有三维建模软件、实时仿真软件以及与前两者相关的函数库。桌面型虚拟现实系统是一种简单、易于推广的VR系统, 通过键盘、鼠标便可进行交互, 它分为两类: 基于全景照片的虚拟现实和基于三维造型的虚拟现实。前者在实景中用鱼眼镜头拍摄全景照片进行制作; 后者通过建模工具构造实体模型, 制作模型的纹理贴图, 然后由虚拟现实引擎来模拟场景交互。采用桌面型虚拟现实技术的方式设计消防三维预案辅助决策指挥系统, 消防官兵可以借助它看到建筑物三维仿真模型、内外部三维实景, 能综合了解各种消防设施分布、力量部署等情况,这对于辅助消防资源管理、消防安全保卫、灭火救援指挥、应急调度等方面具有非常重要的意义。

1 系统设计

1.1 系统功能

实现以下功能:

(1) 地图基本功能模块 : 能够对三维地图实行缩放、平移、数据标识等功能。

(2) 专题信息展示模块 : 消防力量信息展示、重点单位信息、态势标绘等功能。

(3) 信息综合查询模块 : 空间查询功能、文件查询功能、周边信息查询。

(4) 三维预案制作模块 : 实现重要建筑物的三维仿真 ,对灭火救援预案进行分析设计。

(5) 火灾警情定位分析模块 : 与119接处警系统数据对接, 展现各类火灾警情信息。

(6) 消防灭火救援案例库模块 : 消防案例查询浏览、新增以及编辑功能。

(7) 重点单位实景三维影像库模块 : 建立某市重点单位三维实景影像库。

(8) 对接治安监控设备模块 : 整合社会公共资源 , 接入治安监控信号。

(9) 智能化灭火救援分析模块 : 进行火灾危险性分析、火灾蔓延分析、火灾损失预测等功能。

(10) 三维战术模拟训练模块 : 建立基于三维的战术模拟训练系统, 进行战术对比的桌面模拟推演。

1.2 数据结构

(1) 建立消防灭火救援案例库。

(2) 建立基本情况模块数据库 , 它是消防灭火救援案例的基础信息, 包括: 火灾发生时间、地点、气象情况、火灾类别、火灾级别、事发地附近的水源情况等。

(3) 建立经验总结分析模块数据库 , 它存储城市火灾案例中相关经验教训分析和总结。

(4) 建立作战指挥情况模块数据库 , 它存储作战指挥情况信息, 包括: 接警时间、灭火救援人员情况、灭火救援装备使用情况、个人防护装备使用情况、疏散人员数、救出人员数等。

1.3 系统流程图

灭火救援辅助决策流程如图1所示。

2 关键技术和数据

2.1 技术和数据要求

(1) 系统具备兼容性、规范性、开放性和扩展性 , 对现有基础数据信息共享和系统兼容能力, 采用模块化、组合化、标准化设计, 构筑通用性强的消防预案辅助决策指挥系统 ,为市公安局、省消防总队、部消防局等单位的相关系统开放数据、图像、语音等接口, 充分考虑到今后业务的发展和变动, 便于系统设计改造和适时扩充。

(2) 系统能完全支持IE7/8/9浏览器环境 , 无功能缺漏 ,提供基于Web Server或SOAP方式的接口, 能通过API接口在其他业务系统中调用地图。

(3) 项目需建设一套提供消防部队使用的三维仿真城市地图数据, 为消防部队有关地理信息应用提供基础数据服务,并提供不少于1年的地图及基础数据更新服务; 三维地图数据整合消防水源、消防力量、重点单位、社会联动单位等专题数据。

2.2系统架构

系统整体技术设计采用J2EE框架, J2EE框架目前得到众多软件厂商的广泛支持, 适合构建成熟、稳定、大型的系统应用, 并且可以跨平台 (Windows系统、Linux系统或Unix系统) 应用的开发。系统的架构上采用B/S结构的4层架构, 分别为: 表现层、业务逻辑层、持久化层、数据层。每一层都相对独立, 可以分布式的部署, 并且可以在表现层和业务层上实现集群。保证了系统处理并发访问的能力, 同时也为系统维护和升级提供了极大的便利, 系统架构图如图2所示。

(1) 应用表示层。基于Web技术 , 采用先进的MVC框架开发, 提供GIS地图浏览、全景展示、信息搜索、信息查看等, 它是用户或管理员户获得资源并且进行操作的界面, 完成管理平台的各项功能。

(2) 业务逻辑层。它是本系统的核心 , 采用J2EE中的EJB3 (Enterprise Java Bean) 框架开发 , 负责完成对系统操作的处理和业务逻辑的处理。

( 3) 数据持久化层。采用流行的J2EE中的JPA ( JavPersistence API) 框架开发 , 它的主要功能是利用实体与关系数据库的映射模型 (OR/M) 来完成数据处理和设备及服务管理的逻辑封装, 将各种设备、服务和数据库的异样性屏蔽起来以统一、规范的接口形式为业务逻辑层提供访问和操作数据服务;

(4) 数据层。这是用户所拥有的具体的信息资源的存储介质, 即: 数据库。

2.3 网络部署架构

项目网络部署架构主要由4台应用服务器、2台数据库服务器组成。4台应用服务器分别是三维GIS综合平台服务器、综合管理平台服务器、三维预案辅助决策指挥系统平台服务器及备份服务器; 2台数据库服务器主要分成三维数据服务器及地图资源数据服务器。

3 核心功能

3.1 地图功能模块

实现用户对地图进行的基本操作, 包括地图的放大、缩小、上移、下移、左移、右移功能; 具备常用控件操作功能,鹰眼图控件、地图缩放控件、比例尺查询控件示以及导航图控件; 能够进行地图三维、平面、卫星切换、添加便签、测距、测面和地图纠错等。地图切换功能如图3所示。

3.2 消防应用功能模块

(1) 建立消防安全三维保卫预案 , 采用三维仿真虚拟技术和动态交互技术, 依托城市三维仿真城市地图, 直观地将消防安全保卫工作预案部署与真实的三维场景想整合;(2)火灾警情定位分析, 包括火灾地点定位及灾情展示、灾情周边数据分析以及路线分析;(3) 实景三维生成和展示, 可通过室内外场景仿真漫游, 内外部三维图像演示和360°实景图观看;(4) 在三维地图上, 展示行政区域展示、消防力量信息展示、消防水源分布展示、重点单位信息、社会联动信息等专题信息;(5) 具备车辆动态跟踪、视频监控管理与展示以及化学灾害评估和态势标绘功能;(6) 能进行地图搜索功能、周边信息查询。系统实景展示和搜索定位如图4、图5所示。

3.3 后台管理模块

作为一个综合性的应用平台, 后台系统管理功能尤为重要。后台管理模块主要包括管理员权限管理、注册用户管理、信息录入管理、地图维护管理、数据库备份管理、用户提交信息管理、日志管理等多项功能。

4 结语

为提升消防部队灭火救援战斗能力, 基于虚拟现实技术设计了消防三维预案辅助决策指挥系统。充分利用各种信息化技术手段, 以三维仿真城市地图为载体, 对消防部队现已采集与开发的与地理信息相关的消防信息数据进行有机结合,直观地展现在三维地图上, 配合灭火救援应急预案演练, 为灭火救援指挥提供科学的、准确的数据依据和决策指挥。该系统是一个复杂的工程, 需要整合的数据资源很多, 涉及多种计算机新技术, 只是在宏观上做了设计, 未具体实现, 只能算是部队实践工作中的一点想法, 加之水平有限, 有不妥之处, 敬请批评指正。

摘要：为使灭火救援指挥有科学准确的数据依据和决策指引,在现有的消防地理信息数据基础上,以三维仿真城市地图为载体,设计基于虚拟现实技术的消防三维预案辅助决策指挥系统,提高消防部队灭火救援能力。设计包括4大部分:三维地图信息数据库、专题资源数据库、消防安全保卫预案以及辅助决策指挥系统。三维地理信息数据库包括建筑物地理分布信息,并以三维仿真地图的方式展现。消防专题资源数据库整合消防水源、力量、社会联动资源等信息。消防安全保卫预案使用三维高仿真技术,重现建筑物的三维仿真。辅助决策指挥系统在上述基础平台上,采用人工智能方法,进行火灾危险性分析、火灾蔓延分析、一键式调度和火灾损失预测。

三维辅助机械篇7

1 系统技术的特征、原理和适用范围

本系统综合运用计算机技术、地理信息技术、遥感技术及三维可视化技术, 以韶关市为例, 利用其多数据源、多尺度、多分辨率的数字高程模型 (1∶2000、1∶10000和1∶50000DEM) 和数字正射影像数据 (SPOT卫星数字正射影像图和低空数码正射影像图) 以及1∶10000数字线划图、地名数据库、1∶500数字线划图、城市建筑物高度数据, 构建了一个真实直观感的虚拟世界, 立体展现了韶关市地形地貌, 并更加直观、准确的表达各种专业信息, 为韶关市国土资源局提供了更加真实、直观的地理信息平台和环境, 辅助党委、政府和管理部门进行宏观决策、科学管理、招商引资等工作, 为政府各部门提供地理信息服务。

2 系统技术工艺流程

本系统的建设包含两个主要方面, 即系统开发和系统运行所需数据生产。

3 推广应用情况

3.1 国土资源数据的数字三维展示

系统基于数据库技术、三维可视化技术、虚拟仿真技术, 利用DEM数据、航空影像数据构建具有多尺度的三维空间场景, 并在此基础上完成查询、飞行浏览、空间分析及专题辅助决策等功能 (图1) 。

实现国土资源业务的辅助决策, 以高精度的三维地理环境为基础, 系统实现了三维数据同二维基础数据的联动, 为国土辅助决策提供直观的可视化平台、快捷的查询统计工具和科学的叠加分析功能。

下面, 以违法用地的专题统计和叠加分析为例, 演示系统的辅助决策支持功能。

专题统计, 系统可以根据用户需求进行统计。违法用地模块专题统计功能可统计出供地批准总数面积、供地批准耕地面积、用地批准总数面积、用地包含耕地面积数据, 并提供统计结果的多种图表模式展示, 从数量关系上直观对比统计结果。系统还可以输出统计分析结果, 为进一步研究提供参考 (图2) 。

叠加分析, 用以实现对范围图元区域内的叠加图元的统计分析。以监测图斑与土地利用数据的叠加分析为例, 可统计得出所选监测图斑所覆盖的土地利用数据的相交面积、占图斑比例和同类地块数等重要统计信息, 有助于国土管理部门土地违法违规案件的监察与查处 (图3) 。

3.2 招商引资

通过本系统, 政府管理者可以宏观、科学、快速统筹安排现有储备土地资源, 还可以让投资者足不出户、身临其境、多方位、多视角地观察感兴趣地块的交通环境和投资环境, 有利于制定招商引资策略、提高招商效益、规划开发储备资源, 满足投资者的需求。

3.3 城市规划

本系统可调入不同的设计方案进行比较, 可从不同角度、高度对规划方案进行研究, 使决策者可以在高度、体量、色彩、视域关系等方面有一个客观、真实、全方位的认识, 为规划决策工作提供辅助支持。

3.4 旅游宣传

通过本系统, 整合旅游资源, 提升本地区旅游在国内、国际的知名度, 进一步做大做强旅游经济。

3.5 水利防洪

针对目前防洪减灾的应用需求, 科学而精确地预测和评估洪灾经济损失, 是防洪减灾中的一项重要工作。通过使用该功能, 根据降雨量和受淹区的地形地貌, 可以在灾害发生前, 大致预测灾害发生地点及其淹没水深, 且利用已有的易损性信息数据和社会经济数据, 对洪水灾害损失进行预测性的快速评估, 从而在洪水来临之前就做好一系列的防范措施, 为领导决策和减少洪水带来损失争取了宝贵的时间, 有效保障人民生命财产的安全。

4 结语

本系统的建设中, 数据采集与制作应用了低空数码航摄技术、数字摄影测量网格 (DPGrid) 技术、空间数据生产更新一体化平台GeoOne技术等三大关键技术, 在三维可视化技术方面与国际先进数字地球技术接轨, 通过Skyline+ArcEngine二次开发手段, 在不断深化国土辅助决策应用的同时, 大大提高了数据的附加价值, 是广东省国土系统首个数字三维国土资源辅助决策系统, 在全国的国土行业三维应用中, 也处于较先进的水平。

本系统集成了大量、丰富、现势性好的基础地理信息数据, 不仅可以辅助国土资源管理决策工作, 还可以作为基础地理信息平台, 辅助党委、政府和各管理部门协同合作、宏观决策、科学管理, 为招商引资、城市规划、旅游宣传、应急指挥等工作提供一站式地理信息服务。由此可见, 本系统的应用前景非常广阔。

摘要：数据采集与制作应用了低空数码航摄技术、数字摄影测量网格 (DPGrid) 技术、空间数据生产更新一体化技术等三大关键技术, 在三维可视化技术方面与国际先进数字地球技术接轨, 通过Skyline+ArcEngine二次开发手段, 在不断深化国土资源辅助决策应用的同时, 还可以作为基础地理信息平台, 辅助党政机关和各管理部门协同合作、宏观决策、科学管理, 为招商引资、城市规划、旅游宣传、应急指挥等工作提供一站式地理信息服务。

关键词：数字三维,国土资源,辅助决策系统,推广应用

参考文献

[1]李裕伟.建立国土资源决策支持系统的若干基本问题[J].国土资源信息化, 2002, l.

[2]李裕伟.国土资源信县系统建设中知识发现与数据挖掘技术的压用[J].国土资源信息化, 2004, 2.

三维辅助机械篇8

地理学的研究对象具有时空多维性、区域性、综合性、具体与抽象性等特征, 这些特征都导致在教学过程中很难让同学们亲自走入地理环境中来亲身体验这些地理过程, 很多地理现象只能通过同学们的想象形成, 而虚拟现实技术能够很好地解决这一问题。虚拟现实技术借助计算机构建出一个与现实场景十分逼真的虚拟环境, 且能够让用户亲身感受, 仿佛身临其境, 一方面能够让学生更直观地理解地理过程, 另一方面通过交互式可视化操作可以激发学生的学习兴趣。

海洋是一个复杂的系统, 表面海浪的形态受海水水质、风场、海底地形、温度、引力等很多因素的影响, 这些因素引起海浪高度从几厘米到二十余米, 在特殊海况下甚至达到三十米以上的变化, 其中, 风速的变化对海浪高度的形成有很重要的影响。随着科技的发展, 现在的气象部门已经可以很好地对海面上空未来几天, 甚至更长一段时间的风向、风速等气象因素进行估计, 如何利用已知的风速来推算海浪高度, 则需要进一步的研究。本文就是利用已知的风速, 建立平均风速与浪高的相关方程, 得到二者之间的相关关系, 利用这种关系模型在3ds Max软件中制作出相应的动态模拟, 并在C#运行环境中完成平台的制作, 当用户输入风速或风力等级时, 平台自动显示相应的浪高视频动画, 在动画中还可以看到在该风速下海浪对岸边建筑的影响, 达到交互式可视化操作。

1 风速与浪高的回归分析

英国人蒲福 (F r a n c i s Beaufort, 1774～1857年) 于1805年拟定出“蒲福风力”, 如表1。后来几经修改, 自0～12共分为13个等级。自1946年以来, 风力等级增加到18个等级。从该表中能够获取风力等级、风速与对应浪高的关系, 以及在各浪高下沿海船只与陆地地物受到的影响。

利用以上表格, 能够分别计算最低风速与一般浪高、最高风速与最高浪高、平均风速与平均浪高的回归方程, 通过综合比较三种方程的回归系数进而得出风力与浪高模拟最好的一组方程作为估算海浪高度的方程。

1.1 最低风速与一般浪高回归分析

从表1, 我们可以看出, 在同一风力等级下分别对应一般浪高, 最高浪高和最低风速, 最高风速, 取同一风力等级下的最低风速和一般浪高为一组, 分别得到各个风力等级下的对应数据, 对各组数据做回归分析, 得到如下回归方程:

三维辅助机械篇9

【关键词】Inventor 仿真机械基础效率学习兴趣

一、机械基础的教学内容、要求

中职学校学生通过机械基础课程的学习，可以了解机器的组成，了解常用机械工程材料的种类、牌号、性能和应用，明确热处理的目的；熟悉通用机械零件的工作特性和常用机构、机械传动的工作原理及运动特点；初步具有使用和维护一般机械的能力；学会使用标准、规范手册和图表等有关技术资料的方法。从而为走上工作岗位打下基础。

二、机械基础教学的教学难点

机械基础这门课具有概念、名词和原理较多，内容抽象且实践性强等特点。而职业学校的学生大多学习基础差，尤其是数理知识基础较差，学机械有雾里看花的感觉，对这类课极易产生畏难、厌学情绪。因此，机械基础教学就必须转变传统教学方法，不能仅仅依靠按传统的粉笔加黑板的教学方式，而要以创新的教学方法进行教学实践。

笔者在教学实践探索过程中，就发现了那么一套软件，把它运用在机械基础教学中，不但能提高我们制作教学课件的速度，满足表达教师的教学意图，还提高了学生的认知兴趣，激发了学生的学习热情。使教学效率大大的提高了。以下笔者就具体介绍这种集多种功能于一体的教学工具——Inventor软件。

三、Inventor软件简介

Inventor是Autodesk公司推出的一款三维参数化实体绘图软件，它具有以下几点强大的功能：可以快速、完整、精确地绘制出机械零件的模型，使用户在短时间内就可以绘制出高仿真的三维图形；可以利用仿真与有限元分析功能准确地了解所用材料是否能够符合实际使用的需要；其装配模块可以确保装配设计中的每一个零部件配合正确。Inventor提供了丰富的自学教程及演示动画，使用户可以较为轻松地理解该软件各模块的基本用法。

四、用Inventor软件进行机械基础辅助教学的实践尝试

机械零件是机械基础里比较重要的一个章节，本章教学的目标是让学生尽可能地了解常用零件的结构特点，以便掌握其工作用途。许多学生由于基础不太好，对这一章节的知识了解并不深，往往只知道一些名称，尤其是像轴承、离合器等内部结构较复杂的零件，单靠书上一些平面图和文字叙述，学生是很难理解的，这时候，教师就可以利用Inventor快速制作好它的三维模型，利用它的缩放、旋转功能来讲解这些机械零件，使学生对各个细节都一一看清楚，对一些重要内部结构，使用其剖切功能，能把零件剖切开来，详细观看其内部结构，也可以有选择的使部分零件进行透明化处理，做到对这些零件想看哪里就看哪里，想看什么角度就看什么角度，使原本枯燥无味的原理特点学习变成对精美工艺品的欣赏那么容易和有趣。

齿轮传动由于齿轮的参数比较多，往往不好讲，学生怕计算，但我们利用Inventor轻松调用系统给出的各类齿轮，直观地展现给学生看，同时可以修改各种参数来看齿轮的变化，例如修改齿数Z、修改分度圆半径、修改模数等，学生们可以很直观地看见这些参数对齿轮形状的影响，这些靠传统的课件制作软件是几乎不可实现的，只有像Inventor这样的三维参数化软件才能实现这种变魔术般地神奇变化。笔者利用Inventor软件制作的风扇模型，讲解风扇如何实现变速及摇头的，综合讲解了利用四杆机构及齿轮件传动机构的综合运用，使学生对这些知识无不充满了好奇。Inventor的功能很强大，几乎机械基础里的各个章节都可以运用Inventor进行辅助教学，这里就不一一举例了。

五、教学效果及积极意义

笔者运用Inventor进行辅助机械基础教学的教学已超过三年，下面总结一下本人的教学使用情况：笔者所教的两个模具班，入学成绩基本相同，学习的课程也一样，就机械基础的教学来说，使用Inventor软件辅助教学的班级在与未使用的班相比，有以下变化：

（一）学习的兴趣更浓

以往上课时，一个学期下来，一般只有不到一半学生能整节课集中精神听课，总有部分学生趴台，甚至有几个学生上课睡觉，使用该软件上课后，全班五分之四的学生都能整节课跟着老师的节奏进行听课，除了个别基础实在是差得小学生水平都不到的学生外，几乎没人在我的课堂上趴台，课堂上的气氛十分活跃，课堂上互动性大为提高。

（二）教学效果更突出

在使用本软件进行辅助教学后，学生的学习热情提高，成绩更好，在未使用软件教学时，所教班级一般及格率只有不到75%，平均分也只有六十几分，使用软件教学后，两个班的及格率均超过了90%，平均分更是达到了80分左右，这也从侧面证明了此教学方式的确能使学生在掌握知识方面有了较大的提高。

（三）使教学变得更容易

在机械基础教学中，由于知识难以识记，进而直接影响了学生的学习兴趣。Inventor软件的辅助教学，实际上是一种较为专业的系统化信息化教学，它着力表现一般教学手段不易表达的内容，展示现场观察不清楚的细节，将抽象的概念转化为生动活泼的画面，使课堂教学直观易懂，易于接受和理解。

六、不足及改进

三维辅助机械篇10

1 三维GIS辅助山区输电线路货运索道设计要求

1.1 货运索道设计要求

在设计山区输电线路的货运索道时, 需要考虑施工的成本控制以及对于环境的保护, 在满足货运索道施工建设要求的前提下, 尽量使周围的环境保持原样而且还要严格控制施工成本。所以, 在货运索道施工之前, 需要先对施工现场周围的情况进行实地考察, 重点考察附近的地形地貌、生态环境等, 然后根据所要运输的货物的大小, 选择合适的货运索道类型, 对货运索道进行设计。设计好以后, 根据设计要求, 再加上所选用的原材料等计算施工的成本, 若成本太高, 需要对设计进行调整, 使其符合设计要求[1]。

1.2 系统功能要求

系统的功能要求包括:基于普通地图数据的三维立体化坐标、GIS飞行漫游、三维空间的位置测量、输电线路位置的查询、货运索道位置图、货运索道的数据统计、货运索道相关数据的传输等。因为货运索道的专题图的绘制是以输电线路杆塔的部分为参考的, 所以对所测得的数据和计算结果的精确度都有很高的要求。

2 输电线路货运索道系统设计

2.1 系统设计

货运索道系统是针对输电线路建设的, 所以为了保证施工所需的材料和设备等能及时分配到各个施工单位, 系统采用了本地数据库信息模式, 将所要施工的索道信息、施工各项参数等数据储存到这个数据库当中, 然后将DEM数据、工程影像等储存在缓存文件当中, 整个系统的大致框架如图1所示。

2.2 平台构建

货货运运索索道道设设计平台主要包括三个部分:

(1) 工程相关信息部分。将输电线路的杆塔逐层进行分级并进行编编号号, , 然然后后建建立立一一个个工工程程信信息息相相关关的的列列表表树树, , 列列表表树树的的层层级级结构是根据输电线路杆塔的实际分层编号来的, 用户可以通过点击列表树当中任意一根输电线路的杆塔, 从而了解其详细的工程信息, 包括该杆塔的设计参数及实际施工参数, 还有其准确的三维坐标定位。

(2) 货运索道位置规划部分。利用当前所掌握到的索道位置信息, 在三维GIS技术的辅助之下, 绘制出货运索道的详细位置信息图, 在图中还需要标明货运索道所有拐角的三维坐标、货运索道最高海拔处的位置、货运索道建设处的坡度大小、货运索道之间的距离等信息, 且可以对已绘制的货运索道图当中的信息进行修改编辑。

(3) 货运索道整体信息部分。将当前所掌握的所有货运索道信息以列表树的方式体现出来, 通过点击列表数当中货运索道的编号, 就可以查询当相应货运索道的各项参数及位置信息。这个系统支持索道信息的输入和传出, 可以利用该系统绘制货运索道的专题图。

3 货运索道系统设计流程

3.1 基础信息准备

根据工程每一段的施工范围, 按15公里的路段宽度选择清晰度为4m的卫星影像和24m的DEM数据, 并设置成瓦片金字塔的形状, 然后把清晰度为0.42m的航空相片和9m的DEM数据也设置成瓦片金字塔的形状, 由三维GIS系统读取瓦片金字塔的数据, 并将其以三维立体图像的形式展现出来。

3.2 软件开发

系统的软件开发平台是使用微软VS2013开发平台, 开发所用的程序语言为C#语言, 工程的基本信息都储存在数据库当中, 然后用三维立体软件将数据加以展示。工程基本信息数据库、索道信息库、三维模型等都放置于系统指定的文件夹内, 直接访问指定文件夹就可获取数据。

3.3 路标杆的信息查询

路标杆的信息是储存在工程基础信息数据库中的, 从中找出路标杆的信息, 然后按照分层分级的方法将路标杆之间的关系以列表树的形式表现出来, 每一个路标杆的图标都可以使用鼠标点击, 显示其详细的工程参数、位置信息等, 还可以通过双击使目标路标杆的位置在三维立体图像中展现出来。

3.4 货运索道的定位选择

在确认了各路标杆的位置以后, 就开始对货运索道的定位选择。首先, 可以利用三维GIS系统对各路标杆附近的地形条件进行观察, 根据不同的货运需求设置不同的货运索道。可以先模拟索道施工场景, 绘制出所要设计的货运索道位置及分布, 在三维场景中展现出来, 然后分析模拟场景的索道设计科学性。

3.5 货运索道信息汇总

索道在设计施工完成以后, 需要在数据库当中将每一条索道的基本信息汇总。索道的基本数据可以以列表树的形式呈现, 用户可以在列表树中查询货运索道的基本信息, 也可以将列表树当中的索道基本信息进行删除。数据储存进数据库以后, 系统通过统计索道的长度和成本, 将索道进行分类, 并以三维场景为基础, 绘制出索道专题图。

结束语

三维GIS系统运用于山区输电线路的货运索道设计, 可以通过对索道基本数据的分析, 对索道数据进行三维模型展现、数据统计分类、数据储存、索道专题图绘制等, 由于索道的定位选择是通过计算机辅助设计的, 所以索道定位更加准确, 索道的选择也会更加科学、可靠。

摘要：本文针对山区输电线路货运索道系统设计需要, 研究了以三维GIS技术为基础的山区输电线路货运索道系统, 以三维GIS系统高清遥感影像和精确的位置数据为依据, 在计算机当中模拟出三维空间图像, 从三维空间图像当中找出输电线路的位置并了解输电线路的相关信息, 然后对货运索道进行科学设计以及设计图的制作。