三维物体建模系统
摘要
机器人模拟系统在飞速发展的同时，对现实世界的外界环境问题进行分析的能力上的不足成为遏制其继续发展的瓶颈之一。近年来，人工智能领域取得的研究成果为这一问题的解决找到了出路。环境建模技术是自主式移动机器人导航研究中的一个重要环节。
在分析当前普遍采用的一些环境建模方法的基础上，本文尝试着介绍了一种新的环境建模方法—“二维半”描述，即使用二维信息量予以至两个关键参数进行建模。本文旨在介绍通过应用人工智能技术、三维建模技术、OpenGL图库、计算机图形学及“二维半”方法，描述如何构建一个三维建模系统，基本实现标准体、复杂物体等三维物体的建模，完成图形建立、修改、删除，模型的平移、旋转、颜色填充等功能，为机器人环境建模奠定了基础。本建模系统在物体真实感方面有待增强，对三维物体的二维半描述仍需进一步深入研究。
利用特征、二维半、动力学模型和知识，对空间三维物体进行建模，可在某种程度上弥补现实环境信息提取和知识搜索上的不足，不但有望最大限度地减缩冗余数据，而且保证了原有信息不过分丢失。同时还很好地解决了描述细腻与数据量、复杂度、广阔性以及高效率等矛盾间的对立程度，并可应用到物体建模系统的空间分析功能的可行性。三维物体建模是机器人高效完成担负使命的基本条件，同时也是地理信息、智能楼宇管理和野战场景虚拟构建的前提性基础，在众多科技领域中都有着重要的应用。
关键词：人工智能；三维物体建模；二维半
I
Abstract
With the rapid development of Robots simulation system, the ability which to analyze the external environment problem of the real world become insufficient, and this problem become one of the bottlenecks that curb its continued development. In recent years, the results in the field of artificial intelligence research have found a way to solve this problem. Environmental Modeling technology is an important element in autonomous mobile robots navigation study.
Base on analyze the environmental Modeling which current widespread use, this article attempts to introduce a new modeling method –‘2.5D’ description, which use the information of two-dimensional and one-two key parameters modeling. The article aims to describe how to construct a three-dimensional modeling system through the application of artificial intelligence technology, 3D modeling, OpenGL library, Computer graphics and ‘2.5D’method, then implements the standard body, complex objects, such as 3D modeling, and completes functions include graphics creation, modification, deletion, model translation, rotation, color filling and so on, lay the foundation of robots environment modeling. In the modeling system, photorealistic of objects need to be enhanced, and a further study need to be done in the 2.5D semi-described of 3D objects.
To some extent using features, 2.5D, dynamic model and knowledge of space objects 3D modeling can make up the inadequate study on the reality of environmental information extraction and knowledge search, and that not only is expected to reduce to the maximum data redundancy, but also ensure the original information minutes lost. On the same time as a good solution to the contradictions between delicate description and data volume, complexity, broadness and the high efficiency of the antagonism, then apply to the space of object modeling system to analyze the feasibility. 3D modeling is one of the basic conditions of robot undertake and efficient complete mission, as well as premise and foundation of geographic
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information, smart building management and construction of virtual field scene. And also has had an important application in many areas of science and technology.
Key words: Artificial Intelligence; 3D Modeling;2.5D
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目录
摘要..................................................................................................................................... I Abstract ......................................................................................................................................II 第1章引言. (1)
1.1 课题背景 (1)
1.2 国内外发展状况 (1)
1.3 课题研究的价值意义 (2)
1.4 课题研究的目标及主要工作 (3)
1.4.1 主要研究内容 (3)
1.4.2 预期目标 (3)
第2章系统环境及相关技术 (4)
2.1 C++ Builder 6.0运行环境 (4)
2.1.1 C++ Builder 6.0概述 (4)
2.1.2 C++ Builder的优点 (4)
2.1.3 数据库应用程序组成 (5)
2.2 人工智能技术 (6)
2.2.1 基于案例的推理 (7)
2.2.2 CBR系统整体结构 (7)
2.2.3 结合人工智能技术的三维物体模型系统 (8)
2.3 三维建模技术 (9)
2.4 虚拟现实技术 (9)
2.4 计算机图形学 (10)
2.5 OpenGL开放型图形库介绍 (10)
第3章环境建模总体设计 (12)
3.1 系统总体模块分析 (12)
3.2 原型系统功能概述 (14)
第4章依据二维半描述建立三维物体模型详细设计 (16)
4.1 三维物体分析 (16)
4.1.1 三维空间数据模型建立与实现 (16)
4.1.2 二维半描述设计思想 (19)
4.1.3 三维物体数据结构 (20)
4.1.4 物体构建详细设计 (21)
4.2 数据库设计 (23)
4.2.1 数据库表设计 (23)
4.2.2 数据库操作实现 (28)
4.3 基于二维半建立三维物体算法设计 (32)
4.3.1 三维场景坐标系建立 (32)
4.3.2 物体建模算法设计 (33)
第5章系统实现 (35)
5.1 三维模型程序实现 (35)
5.2 三维建模系统界面实现 (42)
第6章结论 (44)
参考文献 (45)
致谢.................................................................................................. 错误！未定义书签。
第1章引言
1.1 课题背景
现代人工智能是近四十年发展起来的一门综合性学科，旨在研究如何利用计算机等现代化工具设计一种系统来模仿人类的智能行为。人工智能研究的要点，就是让机器如何更“聪明”，更具有人的智能。它是人工智能研究的一个核心问题[1，2]。从图形、图像、语言、文字的识别到自然语言理解，人工智能的应用十分宽广。因此，使机器智能与人的智能互相补充，互相促进，将会开辟人机共存的人类文化。
在移动机器人相关技术的研究中，导航技术是其核心，而导航的关键在于建立一个合理有效的环境模型，以此来描述机器人的工作环境。在此基础上再执行导航任务的其它环节，比如路径规划等。所谓环境建模是指建立合理的数学模型来描述移动机器人的工作环境。所谓路径规划是指移动机器人按照某一性能指标（如距离、时间、能量等）搜索一条从起始状态到目标状态的最优或次优路径[3]。通常的移动机器人是移动单体系统，一般限定在平坦光滑的表面上运动，其环境建模只是针对机器人水平平面内运动进行的研究，即在二维x-y平面的图形中进行路径规划的分析；这样建立起来的环境模型无法反映复杂环境中的运动情况。为了真实地反映现实环境，就需要合理有效地建立环境模型。
物体建模就是环境建模的基础，如何对物体建模以及如何通过简单的建模方法完成对周围环境的建模成为当前亟需解决的问题。
1.2 国内外发展状况
在国外，三维建模的相关技术发展非常迅速。硬件方面，新的高性能的显卡不断的被设计和生产出来，如Nvidia和AT1两家显示芯片生产商几乎每半年就更新一次他们的产品，而每次更新后的性能均有20%-50%的提升，功能也大大的增强，同时还有很多规模稍小的公司也在不断的研究新的硬件，如3DLab，S3等。软件方面，各种新的、集成众多先进技术的三维引擎不断被开发出来，
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如Unreal[43]系列引擎，被广泛地应用在众多的软件中[4]。
在我国，三维建模的研究相对比较晚。在硬件方面的研发几乎是空白。软件应用、理论研究方面也还比较少，自主研发的商业产品不多。但也出现了一些好的迹象，比如像浙江大学CAD&CG国家重点实验室，便开展了计算机动画、真实感图形生成、虚拟环境建模等技术的研究。在产品方面，国内已经出现了一些商业软件。例如，武汉三屹高新技术有限公司开发的“三维城市建设仿真系统”，该系统可用作三维地理信息系统的城市规划和建设管理。总的来说，国内在这个方面虽然处于落后的地位，但是发展的势头确是可人的。
1.3 课题研究的价值意义
三维物体建模就是人工智能领域的一项重要研究内容，也是机器人高效完成担负使命的基本条件。智能移动机器人是一类能够通过传感器感知环境和自身状态, 实现在有障碍物的环境中面向目标的自主运动，从而完成一定作业功能的机器人系统[ 5, 6 ]。近年来, 移动机器人技术在工业、农业、航天及空间探测等许多领域都发挥出了重要的作用，同时又显示了广泛的应用前景，因而成为国际学术界研究和关注的热点问题。
由于在机器人完成某项任务时它需要与周围的环境接触，因此可能会产生碰撞，这对使用者将造成损失，同时也对机器人自身构成损害，所以需要了解物体是如何构建的。同时三维建模也是地理信息、动画设计、工程视图、智能楼宇管和野战场景虚拟构建的前提性基础。
计算机视觉的研究目的就是要赋予计算机以人类的视觉认知功能，使计算机具有通过二维图像认知三维世界的能力。工程视图机器理解的核心也是如何恢复三维实体在投影时所损失的几何和拓扑信息[7]。从人工智能的角度来看,工程视图的机器理解也应采取与人理解视图类似的方法才最有可能实现[8]。所以三维建模是计算机视觉的一个重要的研究方向。
然而，由于三维图形涉及到许多算法和专业知识，要快速地开发三维应用程序是有一定困难的，因此一个封装了硬件操作和图形算法、简单易用、功能丰富的建模的三维图形开发环境，对于应用程序开发人员就是非常必需的。
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1.4 课题研究的目标及主要工作
1.4.1 主要研究内容
利用二维半描述方法，结合计算机图形学、人工智能、三维建模技术等相关知识全面重新设计模式、程序和算法，大规模地运用计算机，对三维物体进行建模，构建一个三维物体建模系统，完成机器人环境建模的重要部分。
1.4.2 预期目标
根据课题研究内容，设计完成如下目标。
(1) 设计并建立课题涉及的各类数据结构与数据库；
(2) 设计并建立各类管理窗口；
(3) 设计并编写各模块的计算机程序；
(4) 调试并验证各模块程序的正确性；
(5) 完成工作总结与毕业论文撰写。
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第2章系统环境及相关技术
本课题的设计与实现涉及到与C++ Builder 6.0、人工智能技术、三维建模技术、计算机图形学、OpenGL有关的知识，本章对课题应用的相关技术和规范进行必要的说明。
2.1 C++ Builder 6.0运行环境
2.1.1 C++ Builder 6.0概述
C++ Builder 6.0是目前PC机上最优秀的Windows开发工具之一。它把完全的可视化与真正的面向对象和C++的高效率高性能完美结合起来，在大大地简化了开发者的工作的同时，并没有降低代码的效率。从开发操作系统级的系统软件到高层企业级的应用，如COM/Active X、Internet应用程序、Web服务器、多层Client/Server应用程序，C++ Builder都是最合适的选择之一。同时对于熟悉Visual C++环境编程的开发者同样可以使用C++ Builder环境，C++ Builder提供了一种程序转换工具，Visual C++的程序几乎不做任何修改就可以在C++ Builder下编译通过，达到了两者的完美结合[9]。
2.1.2 C++ Builder的优点
(1) 完全可视化
C++ Builder 6.0支持Windows XP所有标准界面元素，程序可以在几分钟之内构造出标准的Windows XP风格的用户界面。
(2) 可重用软件技术
在C++ Builder中，它的所有可视化元件都是完全面向对象的，Inprise通过面向对象的结构开发了一个可视组件库（VCL）。它是标准的可视化元件库，兼容了Microsoft的Active X和DCOM技术。例如，在C++ Builder中，你很容易把VCL元件转化成Active X控制。由于VCL是完全面向对象。因此，有很高的代码重用性。例如，在C++ Builder中，当设计好一个窗体后，想把它重用，只需击右键，然后把它存到对象仓库（Repository），就可以在其它程序中使用它，
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使用时可以以派生方式，也可以以复制方式或以包含方式（＃include）。这大大提高了开发效率，减少了花费。
(3) 优化编译器技术
Insprise公司开发了世界上最快的本地优化编译器技术。
(4) 可伸缩的数据库技术
Inprise开发出BDE，简化了对数据库的访问，为应用程序与数据库接口上提供了一致的界面；当数据库改变时，应用程序几乎不做任何改变。在C++ Builder中，提供了大量的数据访问控件，这些数据空间使用极其方便，可以不便写任何代码就可以构造出一个颇具规模的数据库访问程序。根据需要，可以构造从桌面到企业级的两层或多层Client/Server数据库应用程序。
2.1.3 数据库应用程序组成
C++ Builder数据库应用程序并不直接与这些数据库文件打交道，而是通过一个名为BDE的数据库接口来处理各个文件数据库文件。
BDE定义了各种类型数据库文件的接口，如DBase、Paradox、Oracle、Sybase 等数据库，C++ Builder系统文件中有一个管理该接口的程序bdeamin.exe，启动该程序，通过该BDE管理程序，可以配置和修改其底层接口。
只有通过BDE，C++ Builder才能处理各种数据文件，其处理数据库的机制如图2-1所示。
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C++ Builder数据库应用程序基本由两部分组成，DataAccess元件和DataControl元件。DataAccess元件负责和BDE进行数据交换并为DataControl类提供数据，将DataControl元件中被修改的数据经BDE传送到数据库文件中，其中和BDE打交道的元件为TDataControl元件。TDataSet元件包括TTable、TStoredProc等，每一个TDataSet元件都与一个数据库文件连接，并且为TDataSource元件提供数据，而每一个TDataSource元件也应指定一个TDataSet 元件。元件关系如图2-2所示。
TDataSource元件负责从TDataSet元件中接收数据并提供给TDataControl 元件和把被修改的数据经TDataSource元件传给BDE。所有的DataAccess元件局为运行时不可见元件，它们隐藏在用户界面后面，而由DataControl元件显示其数据，并提供浏览、修改数据的工具。
2.2 人工智能技术
人工智能一词顾名思义就是要通过某种机器人工地制造“智能”行为，乃至制造一种具有“智能”的系统。其短期目标是在现有的计算机上进行智能行为的模拟，使现有的计算机能够表现出某些智能的行为，其长期目标则是要制
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造具有智能的系统，使之具有类似（在某些方面可能超过）人类的智能[10]。
本文将在此介绍人工智能研究在基于案例的推理和模型中取得的成果，并讨论把它们应用到物体建模系统的空间分析功能的可行性。
2.2.1 基于案例的推理
基于案例的推理（Case-based reasoning, CBR）是人工智能领域中较新崛起的一种重要的基于知识的问题求解和学习的方法。其基本思想和理论最早起源于美国，罗杰·沙克（Roger Schank）是CBR研究的开创者。沙克指出，CBR 的研究的原始动机主要来源于对人类推理活动中“回忆”的重要地位的认识。
与传统的基于规则的推理（Rule-based reasoning）方法不同，CBR系统所依赖的知识主要是系统所存储的相关领域中以前解决问题的具体纪录。传统的基于规则的推理方法依赖的领域专门知识主要是由领域专家以规则的形式给出的。CBR不需要进行从权威领域专家那里抽取规则这种非常繁重费时的工作。通常，一个CBR系统把过去处理的问题，描述成由问题特征集和解决方案组成的案例，存储在系统的案例库中。当新问题到来的时，系统从案例库中检索出与新问题最相近的旧案例。如果旧案例和新问题相对一致，则可把旧案例的解决方案作为新问题的答案；否则对旧案例进行修改，从而得到新问题的解决方案。这样就完成了对新问题的解答。新解决的问题将被加入案例库中，实现CBR 的学习过程[11]。
2.2.2 CBR系统整体结构
Aamodt& Plaza在1994年提出了著名的CBR循环，它把CBR过程划分为四个主要的阶段：案例检索（Retrieve），案例重用（Reuse），案例修改（Revise）和案例保存（Retain）。
简单地说，一个CBR推理和学习过程可以分解为下面四个步骤：
步骤1：运用相似性对比从案例库中检索出与新案例最相似的案例或案例集。
步骤2：再利用步骤1获得的案例或案例集中的信息或知识，对新问题求解。
步骤3：修改所建议的解答。
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步骤4：把修正后的案例保存到案例库中去，以备将来使用。
通常，这一过程也被描述成一个CBR循环，如图2-3所示。
当案例库中没有旧的案例能与新案例完全匹配时，CBR系统只能寻找一个和待求解问题具有较大相似度的旧案例。对待求解问题来说，这个旧案例的解表示相近的解决方案。CBR系统必须对一个旧案例进行适应性修改（Adaptation），使其能适应新的情况，从而得到问题的解。适应性修改可以是把解决方案的一部分用其它的内容替换，也可以是修改整个方案。
2.2.3 结合人工智能技术的三维物体模型系统
针对物体模型的研究，论文将物体模型系统对环境研究的影响划分为两个阶段：第一个阶段，物体建模系统让环境研究能够同时应用大量的数字化的空间资料，一次处理研究模型；第二个阶段，物体建模系统将强调如何开发更多以人工智能为基础的空间模型分析工具，并且正确有效地利用这些资料。对于复杂变形物体的建模，就需要应用此项人工智能技术，尽量减少对空间资料的浪费，使空间资料能被更为有效地利用。同时，让更多的建模工具，特别是以
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人工智能为基础的工具可以开发出来，减少物体模型系统在面对真实世界环境问题时无法处理的窘境。
2.3 三维建模技术
三维建模技术是虚拟现实与可视化的基础。在物体模型的构建中,只有通过对环境中的对象进行合理地分析,对各种环境要素进行三维建模才能利用可视化技术来实现三维物体再现。三维建模包括立体视觉、运动视觉（Structure From Motion）、网面简化（Simplification）、网面合并等内容。
目前,物体建模技术主要分为基于图形和基于图像的建模技术两大类。基于图形的三维建模技术是面向物体的几何模型,其基础数据是物体的矢量几何数据。基于图像的三维建模技术则是通过一些预先生成好的图像或环境映照来生成不同视点处的场景画面,其基础数据是预先生成的栅格图像数据。基于图形的建模技术的优点主要有具有高度真实感，便于与相关的空间属性信息关联以及在中的拓扑关系建立比较简单等。而其缺点是与目前计算机硬件水平不相适应的实时渲染算法的不成熟，具有高度真实感的三维几何模型同时具有较大的几何数据量,从而造成三维景观实时渲染性能的下降。基于图像的三维建模技术较好的克服了几何模型数据量大的缺点,利用纹理信息丰富的图像去取代几何实体模型,从而以较小的数据量构建较为真实的三维景观。当然,该方法也存在着交互性较差，真实感不强以及与数据库关联较困难的缺点。综合基于图形与基于图像两种三维景观建模技术，充分利用两者的优势，在不损耗系统绘制性能的基础上，与数据库系统相关联，以构成成熟的系统，是目前发展的趋势。
2.4 虚拟现实技术
虚拟现实技术的发展和应用为物体模型的研究提供了良好的理论和技术的支撑[12]。三维物体是环境模型的主要表现形式。在虚拟现实技术的支持下，赛博空间代替了传统的地图，它以栩栩如生的三维环境展现在用户眼前，为基于机器人行为的环境建立提供了真实的感觉。
虚拟现实技术完全基于现实世界的数据，它包括地形、景观数据、人工地
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物、车船模型等，场景中的所有数据都是真实的。将所有这些数据集成在一个虚拟环境中，操作者就可以实现机器人任意实时漫游以及与虚拟环境进行交互操作。
因此，虚拟现实是环境模型的关键技术之一。
2.4 计算机图形学
计算机图形学是近30年来发展迅速、应用广泛的新兴学科。它主要是研究用计算机及其图形设备来输入、表示、转换、运算和输出图形的原理、算法的学科。图形通常是由点、线、面、体等几何元素和色彩、线型、线宽等非几何属性组成[13]，其中图形变换是计算机图形学的基础性内容。图形变换体现和展示各种事物的运动与变化的过程及其相互的连接关系，它是物体模型建立的重要组成部分，实际上计算机图形学的中心问题就是在一个二维的平面上来创建三维物体，所以对图形算法的研究变得极为重要。
2.5 OpenGL开放型图形库介绍
人们对三维图形技术的研究已经经历了一个很长的历程，而且涌现了许多三维图形开发工具，其中SGI公司推出的GL（Graphics Library）三维图形库表现尤为突出，它易于使用且功能强大。随着计算机技术的迅速发展，GL已经进一步发展成为OpenGL，现在OpenGL被认为是高性能图形和交互式视景处理的标准。
OpenGL（即开放性图形库Open Graphics Library），是一个三维的计算机图形和模型库，最初是美国SGI公司为图形工作站开发的一种功能强大的三维图形机制（或者说是一种图形标准）。它源于SGI公司为其图形工作站开发的IRIS GL，在跨平台移植过程中发展成为OpenGL[14]。
OpenGL被设计成独立于硬件，独立于窗口系统，在运行各种操作系统的各种计算机上都可用，并能在网络环境下以客户/服务器模式工作，是专业图形处理、科学计算等高端应用领域的标准图形库。它低端应用上的主要竞争对手是MS-Direct3D，该图形库是以COM接口形式提供的，所以极为复杂，稳定性
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差，另外微软公司拥有该库版权，目前只在Windows平台上可用。Direct3D的优势在速度上，但现在低价显卡都能提供很好的OpenGL硬件加速，所以做3D 图形开发使用Direct3D已没有特别的必要，在专业图形处理特别是高端应用方面目前还没有出现以Direct3D技术为基础的例子，而游戏等低端应用也有转向OpenGL的趋势。
利用OpenGL可以创作出具有照片质量的、独立于窗口系统（Windowing System）、操作系统（Operating System）和硬件平台的三维彩色图形和动画。OpenGL的核心库包括100多个用于3D图形操作的函数，主要负责处理对象外形描述、矩阵变换、灯光处理、着色、材质等和三维图形图像密切相关的事情。OpenGL工具库所包含的辅助函数是OpenGL基本函数的补充。这些函数的功能相对高级，可以用于处理坐标变换、错误处理、绘制球体、锥体、柱体、曲线、曲面等图形实体。
OpenGL可以运行在当前各种流行操作系统之上，如Mac OS、Unix、Windows 95/98、Windows NT/2000、Linux、OPENStep、Python、BeOS等。各种流行的编程语言都可以调用OpenGL中的库函数，如C、C++、Fortran、Ada、Java。OpenGL完全独立于各种网络协议和网络拓扑结构，应用OpenGL及其应用软件来创建三维图形变得更有机会、更为方便。
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第3章环境建模总体设计
3.1 系统总体模块分析
对机器人运动规划的研究是20世纪60年代出现的[15]。美国MIT著名机器人科学家认为自主机器人导航应该回答三个问题，“Where am I ?”,“Where I am going ?”，“How should I go there ?”，分别描述了机器人定位，规划和控制三个问题，机器人运动规划是解决机器人导航的三个核心问题之一，这一过程涉及到机器学习。机器学习是通过对环境知识的获取，反复学习建立知识库得到可执行的环境模型。在建立复杂物体时就是需要依据机器学习系统的流程进行物体建模分析，由点到线到面到体一步步反复确定数据信息，建立知识库，完成复杂模型的描述。如图3-1所示。
本文主要是研究物体模型这一模块，建一个物体模型需要获取部件模型、组合关系、深层参数等数据信息，它又与环境模型和标志有很大关联，所以可进行功能的横向扩展，以达到对机器人运动的规划。如图3-2所示，它是机器人执行任务时物体模型与周围环境模块所建立的联系，可以看出物体模型建立在机器人路径规划中起着重要的作用。
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3.2 原型系统功能概述
环境建模部件系统是一个可以绘制二维图形和构建三维物体相结合的环境模型系统，通过这个系统不但可以绘制二维图形，同时可以完成对不同类型的三维物体进行建模。
本系统通过基本的坐标点的输入，建立一个输出三维物体模型的系统，完成二维图形，如图3-3所示。
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此系统运行时可实现下列操作：选择建模类型、增加一个模型、删除一个模型、修改一个模型、查询模型信息、存储模型、移到首记录、前移一个记录、后移一个记录、移到尾记录等功能。图3-4所示为建模系统所实现的功能图。
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三维可视化机房智能监控系统
三维可视化机房智能监控系统 随着计算机技术的迅速发展，数字交换技术的日新月异，计算机通信已经深入到社会生活并对社会经济的发展起着决定性的作用，而在这其中计算机机房数据中心作为载体更是整体生态链中的重中之重。尤其是近年来，云技术的突飞猛进，计算机机房数据中心所承受的压力越来越大：机房计算机系统的数量与日俱增，其环境设备也日益增多，机房环境设备（如供配电系统、UPS 电源、空调、消防系统、保安系统等），由于各类设备各自独立，如果没有统一的监控系统进行管理，主要是依靠值班人员的定时巡检来进行系统监控，由于值班人员知识面和安全管理的问题，值班人员不可能详细地检查每套系统，所以存在较大的安全生产隐患。 为满足工作需要，提高机房维护和管理的安全性，北京金视和科技股份有限公司建立一套“可视化、智能化、远程化”的监控系统，为机房高效的管理和安全运营提供有力的保证。 三维可视化机房智能监控系统对机房实现远程集中监控管理，实时动态呈现设备告警信息及设备参数，快速定位出故障设备，使维护和管理从人工被动看守的方式向计算机集中控制和管理的模式转变。突破性的三维仿真技术是智能可视化数据中心建设的一个重要的组成部分，机房设备具有数量大、种类多、价值高、使用周期长、使用地点分散、缺少实时性管理、管理难度大等特点。全三维可视化监控平台，形象化的虚拟场景和真实数据相结合，增强机房设备、设施数据的直观可视性、提高其利用率。 系统特点 三维虚拟可视化平台 在现有资源管理系统数据库的基础上，以三维虚拟现实的形式展现数据中心的运行情况。实现可视化管理和服务器设备物理位置的精确定位。三维虚拟现实方式对机房楼层、设备区、设备安装部署情况及动力环境等附属设施的直观展示，实时展现监控和报警数据。可实现360度视角调整。 IT资产可视化管理 在三维环境中通过鼠标点击实现楼层、机房、机房子区域、机柜、设备的分级直接浏览。实现机房可用性动态统计，包括空间可用性、用电量分布、温湿度分布情况和机房承重分布情况统计。当上架设备物理位置发生变化时，设备位置根据数据库变化自动变更。用户也可通过维护工具自行调整。
数字城市之三维建模的内容及方法
万方数据
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数字城市之三维建模的内容及方法 作者：田庆， 李芬， 祈晴晴 作者单位：田庆,李芬(有色金属矿产地质调查中心北京测绘院,北京100012 河北中色测绘有限公司,河北廊坊065201)，祈晴晴(河北中色测绘有限公司,河北廊坊,065201) 刊名： 中国科技纵横 英文刊名： 年，卷(期)：2011(16) 参考文献(4条) 1.朱庆.林珲数码城市地理信息系统虚拟城市环境中的三维城市模型初探 2004 2.胡鹏.黄杏元花一新地理信息系统教程 2007 3.穆利娜三维GIS浅析[期刊论文]-测绘标准化 2008 4.韩东数字城市中三维建模的内容与方式探[期刊论文]-科技资讯 2010(34) 本文读者也读过(8条) 1.罗增智数字城市地理空间框架体系构建[期刊论文]-河南科技：上半月2011(9) 2.董明洲.Dong Mingzhou"数字城市"建设初探[期刊论文]-哈尔滨师范大学自然科学学报2000,16(3) 3.王映辉.周明全.Feng Demin.冯德民数字城市"关键技术及模型研究[期刊论文]-计算机工程与应用2001,27(1) 4.赵琪华城市通--数字城市[会议论文]-2000 5.承继成信息化城市与智能化城镇——数字城市[期刊论文]-地球信息科学2000,2(3) 6.丁恺.Ding Kai"数字城市"框架结构建设的初探[期刊论文]-价值工程2011,30(20) 7.刘祖文数字城市及其在城市建设中的应用与展望[期刊论文]-武汉城市建设学院学报2000,17(3) 8.段学军.顾朝林.甄峰.于涛方"数字城市"的概念、框架与应用[期刊论文]-现代城市研究2001(3) 本文链接：https://www.wendangku.net/doc/095795426.html,/Periodical_zgkjzh201116101.aspx
三维物体建模系统
摘要 机器人模拟系统在飞速发展的同时，对现实世界的外界环境问题进行分析的能力上的不足成为遏制其继续发展的瓶颈之一。近年来，人工智能领域取得的研究成果为这一问题的解决找到了出路。环境建模技术是自主式移动机器人导航研究中的一个重要环节。 在分析当前普遍采用的一些环境建模方法的基础上，本文尝试着介绍了一种新的环境建模方法—“二维半”描述，即使用二维信息量予以至两个关键参数进行建模。本文旨在介绍通过应用人工智能技术、三维建模技术、OpenGL图库、计算机图形学及“二维半”方法，描述如何构建一个三维建模系统，基本实现标准体、复杂物体等三维物体的建模，完成图形建立、修改、删除，模型的平移、旋转、颜色填充等功能，为机器人环境建模奠定了基础。本建模系统在物体真实感方面有待增强，对三维物体的二维半描述仍需进一步深入研究。 利用特征、二维半、动力学模型和知识，对空间三维物体进行建模，可在某种程度上弥补现实环境信息提取和知识搜索上的不足，不但有望最大限度地减缩冗余数据，而且保证了原有信息不过分丢失。同时还很好地解决了描述细腻与数据量、复杂度、广阔性以及高效率等矛盾间的对立程度，并可应用到物体建模系统的空间分析功能的可行性。三维物体建模是机器人高效完成担负使命的基本条件，同时也是地理信息、智能楼宇管理和野战场景虚拟构建的前提性基础，在众多科技领域中都有着重要的应用。 关键词：人工智能；三维物体建模；二维半 I
Abstract With the rapid development of Robots simulation system, the ability which to analyze the external environment problem of the real world become insufficient, and this problem become one of the bottlenecks that curb its continued development. In recent years, the results in the field of artificial intelligence research have found a way to solve this problem. Environmental Modeling technology is an important element in autonomous mobile robots navigation study. Base on analyze the environmental Modeling which current widespread use, this article attempts to introduce a new modeling method –‘2.5D’ description, which use the information of two-dimensional and one-two key parameters modeling. The article aims to describe how to construct a three-dimensional modeling system through the application of artificial intelligence technology, 3D modeling, OpenGL library, Computer graphics and ‘2.5D’method, then implements the standard body, complex objects, such as 3D modeling, and completes functions include graphics creation, modification, deletion, model translation, rotation, color filling and so on, lay the foundation of robots environment modeling. In the modeling system, photorealistic of objects need to be enhanced, and a further study need to be done in the 2.5D semi-described of 3D objects. To some extent using features, 2.5D, dynamic model and knowledge of space objects 3D modeling can make up the inadequate study on the reality of environmental information extraction and knowledge search, and that not only is expected to reduce to the maximum data redundancy, but also ensure the original information minutes lost. On the same time as a good solution to the contradictions between delicate description and data volume, complexity, broadness and the high efficiency of the antagonism, then apply to the space of object modeling system to analyze the feasibility. 3D modeling is one of the basic conditions of robot undertake and efficient complete mission, as well as premise and foundation of geographic II
三维数字城市建模技术
三维数字城市建模技术 发表时间：2017-10-16T16:33:38.407Z 来源：《基层建设》2017年第18期作者：梁莉 [导读] 摘要：数字理念应用于城市规划，工程检测，交通服务，政策决定等方面，并在应用中进一步推广了数字应用的纵深发展。 天水三和数码测绘院甘肃省 741000 摘要：数字理念应用于城市规划，工程检测，交通服务，政策决定等方面，并在应用中进一步推广了数字应用的纵深发展。使用较为先进的信息化手段，能够为城市的规划、建设、管理、运营以及一些应急措施的应用发挥良好作用。三维数字城市的建模，能够在很大程度上有效提高政府的实际服务和管理水平，从而有效增强城市的管理效率，为有效节约城市资源发挥重要的作用。 关键词：三维数字；城市建模；建模技术 1引言 城市三维空间信息则具有直观性强、信息量大、内容丰富等优点。三维GIS作为一种能够综合地处理各种空间和属性信息的工具在城市规划、国土监测、交通管理、辅助决策等方面都有广泛的应用，随着人们对三维GIS的认识的不断深入，对城市三维信息需求的不断增加进而提出了三维城市模型的概念。通过对三维GIS中三维城市模型理论及相关的技术方法的探讨，对今后三维城市模型的研究有更为深刻的认识，为今后的工作提供指导。 1.1数字城市概述 随着信息技术的高速发展，美国率先提出了国家信息基础设施和全球信息基础设施计划，随之越来越多的国家加入到全球信息化的行列，从而演变出了数字城市的基本概念。数字城市主要是通过对空间信息的应用，构筑一个虚拟的平台，其中，关于一些社会资源、基础设施、自然资源、人文以及经济方面的信息和内容，能够通过数字形式进行有效获取，从而为社会和政府提供众多的服务。通过数字城市的建设，能够为实现城市信息的综合应用，提供良好的效果。可持续发展是当前社会的重要发展原则之一，对于社会生产生活具有重要影响。建设数字化的城市，能够有效促进可持续发展，增强城市的发展效力。 1.2数字城市是数字地球建设中的重要节点，在实现数字地球计划中占有举足轻重的地位。数字城市建设随着计算机水平的提高，目前正向三维数字城市方向快速发展。自“数字地球”的概念提出以来，在国际国内已引起广泛的关注。数字城市作为数字地球的一个节点，是数字地球中一个不可缺少的重要组成部分。数字城市的建设不仅仅是城市地图的数字化和大比例尺地图测绘、计算机化，它有自身的技术体系。因此，进行相关技术的研究和理论的探讨对数字城市的建设不仅是必要的，而且是必须的。数字城市的建成将为城市各行各业提供权威的、唯一的、通用的空间信息平台，有力促进各部门地理信息资源共享与应用，充分发挥地理信息在政府宏观决策、应急管理、社会公益服务、人民生活改善等方面的作用。 2三维技术构建及建模方法 数字城市需要一个逼真的模拟，实时动态的环境中，考虑到硬件限制和虚拟现实系统。数字城市建模和模拟的动画要求建模方法有一个显着不同的数字城市建模模型分割和纹理映射技术。目前众多世界城市虚拟场景结构在以下方面：基于模型和BR这两种方法可以实现在3DSMAX中验证。多边形模式是第一次使用的建模技术，用一个小平面来模拟表面，从而形成各种形状的三维对象的一个小的平面可以是三角形，矩形或其它多边形，但在实践中更多的使用三角形或矩形。多边形建模的，直接创建基本几何体，根据要求修改调整对象的形状，或使用放样面片建模，组合对象创建的虚拟现实工程，多边形建模的主要优点是简单、方便、快捷，但它产生一个光滑的表面，因此适于构建规则形状的对象，如大多数的人造物体的多边形建模技术是困难的，同时可根据要求，只可通过调整的参数建立的虚拟现实系统该模型可以得到不同的分辨率的模型的虚拟场景的实时显示的需要和适应。 目前实现三维建模的方法大致有以下几种：一是直接利用三维建模软件，如计算机辅助设计软件（AutoCAD）、三维动画渲染和制作软件（3DStudioMax）等工具人机交互式三维建模；二是直接利用GIS的二维数据和高度信息建立三维模型，但这种方法只局限于规则对象的建模；三是基于数字摄影测量原理对物体快速建模。随着数据采集技术的不断发展和自动化，根据三维激光点云数据自动构建三维模型正成为研究的热点。 3三维数字城市建模技术 3.1数字摄影测量技术 数字摄影测量技术的飞速发展与高分辨率卫星影像的出现，使三维数据大批量地快速获取已成为可能。这种建模方法主要的原理是基于遥感影像数据，根据遥感影像之间的相互关系，利用数字摄影测量的基本原理，建立相应的交会模型，进而得到实际地物点的三维坐标，并且建立数字地表模型，再通过相应的纹理映射关系，实现三维景观模型的建立。该技术能够帮助设计人员进行目标建筑物的几何空间与高程数据的快速构建，并且精度高、快速成像。因此，数字摄影测量技术在三维建模中具有十分重要的作用。 3.2航空摄影测量技术 在三维建模领域，航空摄影测量技术的应用较早，在多年来的发展中，已经非常成熟。使用该技术，能够创建立体环境，实现三维模型数据的位置、高度、形状信息的快速与准确获取。然后结合外业纹理采集与正射影响屋顶信息能够进行精细三维模型的构建。然而该技术对建筑物纹理进行提取的过程中，侧面纹理无法被有效获取，因此，同新时期我国的精细化城市三维建模的要求不符。 3.3机载/车载激光扫描技术 在对该技术进行应用的过程中，所构建而成的模型在细节方面可以被充分的表现出来，因此能够形成较高的精度，不需要进行大量的外业就能够完成建模。然而，在应用该技术提取数据的过程中，需要经历复杂的算法过程，可供操作的软硬件短缺，在构建三维模型的时候，应对大量的数据进行应用，如果三维场景模型范围较大，那么在后期传输、存储数据以及浏览的时候，难度较高。 3.4倾斜摄影测量技术 在对近景测量技术和航空摄影技术进行综合应用的过程中，就产生了倾斜摄影测量技术。使用倾斜摄影技术时，能够有效及时地获取到较为丰富的空间影像情况，还能够将其分级别地进行应用，这对于三维建模工作的有效进行，具有较为明显突出的作用。倾斜摄影技术主要是通过倾斜的角度进行成像的，因而，相较于传统的直观角度，这种技术能够让用户们从多个角度进行观察，对于形象、直观地展示地理实际形态具有重要作用，有效改善了正射影像的不足之处。该技术可以从多个层面对建筑物进行观察，同时也能够对贴图纹理进行批量提取，拥有较快的建模速度，也能够更加真实的对地物周边环境进行反映，同时仅需要应用少量的数据就能够完成建模。该技术已经成
三维可视化智能物联网管理平台设计
三维可视化智能物联网 管理平台设计 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
三维可视化智能物联网管理平台 技术方案 二〇一二年八月
目录
一、概述 项目背景 物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把需要联网的物品与网络连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪监控和管理的一种网络，它是在网络基础上的延伸和扩展应用。物联网是被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。有业内专家认为物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本，另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。 目前，美国、加拿大、欧盟、日本、韩国等都在投入巨资深入研究探索物联网，并启动了以物联网为基础的“智慧地球”、“U-Japan”、“U-Korea”、“物联网行动计划”等国家性区域战略规划。 我国把发展物联网已经提到国家的战略高度，它不但是信息技术发展到一定阶段的升级需要，同时也是实现国家产业结构调整，推动产业转型升级的一次重要契机。2010年9月，《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》发布，新一代信息技术、节能环保、新能源等七个产业被列为中国的战略性新兴产业，将在今后加快推进，其中物联网技术作为新一代信息技术的重要组成部分，更是在近一年里受到政府、企业和科研机构的大力支持。 当前，世界各国的物联网基本都处于技术研究与试验阶段，物联网相关技术研究还处于起步发展阶段，在物联网基础研究和技术开发等方面还面临许多挑战。物联网涉及到的关键技术领域很多，包括RFID识别技术、泛在传感技术与纳米嵌入技术、IPV6地址技术以及等。从软件的角度来看，物联网软件技术研究方面也是处于起步阶段，尤其是基础软件的研究均处于探索阶段。 面对物联网所带来的大数据量、数据时效性高、安全与隐私性要求高等挑战，人们也在不断地探索亲的解决办法。在物联网系统中，由于传感器节点及采样数据的异构性，基础软件显得尤为重要。物联网基础软件不仅屏蔽了各类传感器硬件及数据的差异，实现了物联网节点及数据的统一处理，而且实现了海量物联网节点之间的协同工作，从而大大简化了物联网应用程序的开发。我们以动态位置感知类应用为例，相关的传感器可以包括GPS传感器、RFID传感器、手机定位传感器等，这些不同类型的传感器通过基础应用接入程序，可以被统一的后台物联网数据库系统管理。
三维建模软件概述
三维建模软件概述 三维建模软件概述 一、市面上软件概览（一）国外软件1.CATIA CATIA是英文Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application 的缩写。是世界上一种主流的CAD/CAE/CAM一体化软件。在70年代Dassault Aviation 成为了第一个用户，CATIA 也应运而生。从1982年到1988年，CATIA 相继发布了1版本、2版本、3版本，并于1993年发布了功能强大的4版本，现在的CATIA 软件分为V4版本和V5版本两个系列。V4版本应用于UNIX 平台，V5版本应用于UNIX和Windows 两种平台。V5版本的开发开始于1994年。为了使软件能够易学易用，Dassault System 于94年开始重新开发全新的CATIA V5版本，新的V5版本界面更加友好，功能也日趋强大，并且开创了CAD/CAE/CAM 软件的一种全新风格。法国Dassault Aviation 是世界著名的航空航天企业。其产品以幻影2000和阵风战斗机最为著名。CATIA的产品开发商Dassault System 成立于1981年。而如今其在CAD/CAE/CAM 以及PDM 领域内的领导地位，已得到世界范围内的承认。其销售利润从最开始的一百万美圆增长到现在的近二十亿美圆。雇员人数由20人发展到2，000多人。CATIA是法国Dassault System公司的CAD/CAE/CAM一体化软件，居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位，广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子\电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。CATIA 提供方便的解决方案，迎合所有工业领域的大、中、小型企业需要。包括:从大型的波音747飞机、火箭发动机到化妆品的包装盒，几乎涵盖了所有的制造业产品。在世界上有超过13,000的用户选择了CATIA。CATIA 源于航空航天业，但其强大的功能以得到各行业的认可，在欧洲汽车业，已成为事实上的标准。CATIA 的著名用户包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰等一大批知名企业。其用户群体在世界制造业中具有举足轻重的地位。波音飞机公司使用CATIA完成了整个波音777的电子装配，创造了业界的一个奇迹，从而也确定了CATIA 在CAD/CAE/CAM 行业内的领先地位。CATIA V5版本是IBM和达索系统公司长期以来在为数字化企业服务过程中不断探索的结晶。围绕数字化产品和电子商务集成概念进行系统结构设计的CATIA V5版本，可为数字化企业建立一个针对产品整个开发过程的工作环境。在这个环境中，可以对产品开发过程的各个方面进行仿真，并能够实现工程人员和非工程人员之间的电子通信。产品整个开发过程包括概念设计、详细设计、工程分析、成品定义和制造乃至成品在整个生命周期中的使用和维护。CATIA V5版本具有：1.重新构造的新一代体系结构为确保CATIA产品系列的发展，CATIA V5新的体系结构突破传统的设计技术，采用了新一代的技术和标准，可快速地适应企业的业务发展需求，使客户具有更大的竞争优势。2.支持不同应用层次的可扩充性CATIA V5对于开发过程、功能和硬件平台可以进行灵活的搭配组合，可为产品开发链中的每个专业成员配置最合理的解决方案。允许任意配置的解决方案可满足从最小的供货商到最大的跨国公司的需要。3.与NT和UNIX硬件平台的独立性CATIA V5是在Windows NT平台和UNIX平台上开发完成的，并在所有所支持的硬件平台上具有统一的数据、功能、版本发放日期、操作环境和应用支持。CATIA V5在Windows平台的应用可使设计师更加简便地同办公应用系统共享数据；而UNIX平台上NT风格的用户界面，可使用户在UNIX平台上高效地处理复杂的工作。4.专用知识的捕捉和重复使用CATIA V5结合了显式知识规则的优点，可在设计过程中交互式捕捉设计意图，定义产品的性能和变化。隐式的经验知识变成了显式的专用知识，提高了设计的自动化程度，降低了设计错误的风险。5.给现存客户平稳升级CATIA V4和V5具有兼容性，两个系统可并行使用。对于现有的CATIA V4用户，V5年引领他们迈向NT
三维可视化智能安防系统
三维可视化智能安防系统 重点： 数字三维技术、门禁系统、监控系统、陌生人智能分析报警四大系统全方位保护。防止暴力、盗窃和安全事故的综合性安防解决方案。 一、概述 三维可视化智能安防系统，是一套集三维景观漫游、三维场景仿真、视频监控、视频分析于一体的三维可视化安保系统。该系统以虚拟现实技术研发的三维数字模型数据为基础平台，提供给用户直观的三维交互界面，所有操作针对三维实体模型进行数据交互。包括：监控摄像机、报警设备、门禁等系统设备的基础数据、状态控制数据等。所有数据交互到三维实体模型系统中后，由三维实体模型系统进行状态展现，并反馈用户所进行的操作给各系统。
二、功能特点 三维场景交互式操作 系统可完成真实景观快速建模，亦可导入三维模型，形成由大量三维模型组成的三维场景。在场景中可以轻松地对模型进行移动、旋转、复制、缩放等操作。 三维摄像头的操作 主要包括查找、查看、编辑、布局分析等功能。针对摄像头查找功能，系统提供多个检索选项，包括：坐标点检索，按名称检索，摄像头型号检索和模型位置检索等。检索完成后，用户可以选择检索出的某摄像头进入监控画面（画中画）。 属性数据管理 系统可对三维模型进行查询、浏览、统计等操作，支持载入语音、文字、图片等多媒体信息；系统完善的层管理机制可实现对不同层的数据进行各种属性管理操作，支持ODBC数据库接口，可链接各种商用数据库。 门禁显示 门禁开关的动作，非法卡刷卡时报警提示刷卡情况和报警周边的情况，报警状态在三维场景中提醒显示，同时通过信息提示。
视频监控及管理 用户可实时浏览监控点，报警点，查询监控点、报警点的相关属性信息。当发生报警时能自动切换到事发地点，显示报警效果，弹出相关视频。结合在办公楼内部署的红外探测等报警设备，实现对人员通过被检测区域时的报警提示，并在三维场景中表示出来，提供管理员直观了解布防区域的情况。 视频分析 视频行为分析技术——对校园内的相关运动目标（人或物体）进行检测、分类及轨迹追踪，并根据制定的分析（触发）规则，由系统自动分析、判断运动目标的行为信息，并将信息输出到三维可视化系统中。 三、功能阐述： 传统以人来监视的监控系统中越来越多的视频通道变得非常困难，因此，视频分析迅速成为安防应用中的一个关键元素。使用以智能视频分析和传感器输入为中心的数字产品和以虚拟现实技术研发的三维数字模型为平台的系统，可实现系统功能与操作可视化要求的最佳协调。这对于具有不同安防需要的广泛而复杂的地点来说变得日益重要。 门禁控制产品包括： 门控器
三维可视化智能物联网管理平台设计
三维可视化智能物联网管理平台 技术方案 二〇一二年八月
目录 一、概述 (3) 1.1项目背景 (3) 1.2建设系统的意义 (4) 1.3设计依据和参考资料 (5) 二、系统特点 (5) 三、设计原则 (6) 3.1可靠性 (6) 3.2先进性与合理性 (6) 3.3开发性 (6) 3.4可扩展性 (6) 四、系统总体构架 (6) 4.1系统整体框图 (6) 4.2系统研究内容 (7) 五、系统组成 (8) 5.1软件组成 (8) 5.2 硬件组成 (9) 5.3 软件功能 (10) 5.4 开发环境 (14) 5.5 系统报价 (14)
一、概述 1.1项目背景 物联网是指通过信息传感设备，按照约定的协议，把需要联网的物品与网络连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪监控和管理的一种网络，它是在网络基础上的延伸和扩展应用。物联网是被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。有业内专家认为物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本，另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。 目前，美国、加拿大、欧盟、日本、韩国等都在投入巨资深入研究探索物联网，并启动了以物联网为基础的“智慧地球”、“U-Japan”、“U-Korea”、“物联网行动计划”等国家性区域战略规划。 我国把发展物联网已经提到国家的战略高度，它不但是信息技术发展到一定阶段的升级需要，同时也是实现国家产业结构调整，推动产业转型升级的一次重要契机。2010年9月，《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》发布，新一代信息技术、节能环保、新能源等七个产业被列为中国的战略性新兴产业，将在今后加快推进，其中物联网技术作为新一代信息技术的重要组成部分，更是在近一年里受到政府、企业和科研机构的大力支持。 当前，世界各国的物联网基本都处于技术研究与试验阶段，物联网相关技术研究还处于起步发展阶段，在物联网基础研究和技术开发等方面还面临许多挑战。物联网涉及到的关键技术领域很多，包括RFID识别技术、泛在传感技术与纳米嵌入技术、IPV6地址技术以及等。从软件的角度来看，物联网软件技术研究方面也是处于起步阶段，尤其是基础软件的研究均处于探索阶段。 面对物联网所带来的大数据量、数据时效性高、安全与隐私性要求高等挑战，人们也在不断地探索亲的解决办法。在物联网系统中，由于传感器节点及采样数据的异构性，基础软件显得尤为重要。物联网基础软件不仅屏蔽了各类传感器硬件及数据的差异，实现了物联网节点及数据的统一处理，而且实现了海量物联网节点之间的协同工作，从而大大简化了物联网应用程序的开发。我们以动态位置感知类应用为例，相关的传感器可以包括GPS传感器、RFID传感器、手机定
第1章 了解三维建模
第1章了解三维建模 人们生活在三维世界中，采用二维图纸来表达几何形体显得不够形象、逼真。三维建模技术的发展和成熟应用改变了这种现状，使得产品设计实现了从二维到三维的飞跃，且必将越来越多地替代二维图纸，最终成为工程领域的通用语言。因此三维建模技术也成为工程技术人员所必须具备的基本技能之一。 本章学习目标 了解三维建模技术的基本概貌； 了解三维建模取代二维制图设计的必然性； 了解三维建模技术的发展历程、价值和种类； 了解三维建模技术及其与CAD、CAE、CAM等计算机辅助设计技术之间的关系； 掌握三维建模的方法。 1.1设计的飞跃——从二维到三维 目前我们能够看到的几乎所有印刷资料，包括各种图书、图片、图纸，都是平面的，是二维的。而现实世界是一个三维的世界，任何物体都具有三个维度，要完整地表述现实世界的物体，需要用X、Y、Z三个量来度量。所以这些二维资料只能反映三维世界的部分信息，必须通过抽象思维才能在人脑中形成三维映像。 工程界也是如此。多年来，二维的工程图纸一直作为工程界的通用语言，在设计、加工等所有相关人员之间传递产品的信息。由于单个平面图形不能完全反映产品的三维信息，人们就约定一些制图规则，如将三维产品向不同方向投影、剖切等，形成若干由二维视图组成的图纸，从而表达完整的产品信息，如图1-1所示。图中是用四个视图来表达产品的。 图纸上的所有视图，包括反映产品三维形状的轴测图（正等轴测图、斜二测视图或者其他视角形成的轴测图），都是以二维平面图的形式展现从某个视点、方向投影过去的物体的情况。根据这些视图以及既定的制图规则，借助人类的抽象思维，就可以在人脑中重构物体的三维空间几何结构。因此，不掌握工程制图规则，就无法制图、读图，也就无法进行产品的设计、制造，从而无法与其他技术人员沟通。 毋庸置疑，二维工程图在人们进行技术交流等方面起到了重要的作用。但用二维工程图形来表达三维世界中的物体，需要把三维物体按制图规则绘制成二维图形（即制图过程），其他技术人员再根据这些二维图形和制图规则，借助抽象思维在人脑中重构三维模型（即读图过程），这一过程复杂且易出错。因此以二维图纸作为传递信息的媒介，实属不得已而为之。
城市基础设施三维可视化管理平台(简介)
城市基础设施三维可视化管理系统（简介） 随着全球信息化的变革，科技的不断进步，三维模拟技术的适用领域也越来越广泛。基础设施三维可视化管理系统（以下简称为可视化管理系统）是就对当前基础设施资源基础数据三维模拟的综合应用。通过可视化管理系统的建立，模拟整全城的市貌，动态生成管网三维，并通过对基础设施的管理、分析，为基础设施建设、维护、指挥决策等各方面的应用提供依据。 可视化管理系统是将基础设施平面数据的三维可视化展现，通过将平面数据以及三维数据动态的联动，增强了“所见即所得”的用户体验。可以通过属性查询来获取当前的三维信息，也可以通过三维图形获取对应的属性信息，达到真正的图文联动，“三维”和“属性”的互查；可以通过动态生产管网三维，展示当前管网的三维模拟效果，并在此基础上进行日常的测量、浏览、查询、分析等，加强了基础设施的数字化建设，为基础设施的建设、指挥决策提供了更加明了、更加形象的可视化依据。 可视化管理系统的建立是符合当前社会新潮、满足当前社会需要的新型产业软件，是三维模拟技术与数字化基础设施结合的产物，具有蓬勃的发展潜力。 一、系统目标 建立可视化管理系统时，应在基础平台选择、数据规范、应用系统的可维护性和可扩充性等方面给予全面的考虑和留有充分的余地，使之能随着前期目标的实现，有计划有步骤地开展数据搜集和建库工作，不断完善系统功能、扩大应用范围，使系统逐步演进成一个更高层次的可视化管理系统。 结合市当前规划管理的业务特征，遵循求实可行的方针，以实用性、先进性、开放性、可靠性为原则，在统一的软硬件平台上，建立起可视化管理系统，具体目标主要有：建立各种建筑物、纹理材质以及管网附属设施模型库，是动态生成三维场景必不可少的一部分；建立三维的基础地形数据库；实现动态生成管网三维并建立对应的管网数据库；建立可视化管理系统，实现对城市管网属性的查询、
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：fly 2、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。贴图效果好，带光影效果。用户看上去感觉就是实际的建筑、真实度高。 2.1.2、中等复杂度模型（中模） 2.1.2.1、定义：为了保证大规模数字城市在平台上流畅运行，并能准确表现建筑物的几何实体结构，在不影响建筑物真实性几何结构的基础上，可以忽略部分实体结构，对部分建筑景观进行简单制作表现的模型制作方式。 2.1.2.2、一般制作围：城市中非主干道两旁的主要建筑物、城市临街小区居民楼和其
三维可视化建模技术在地质勘查中的应用
三维可视化建模技术在地质勘查中的应用 摘要：根据地质勘查的数据特点，利用三维可视化建模技术。实现了以真三维模型来恢复地表以下地质体的结构、形态特征以及空间展布，能对其进行旋转、漫游、切片分析、虚拟钻探等操作，动态地研究其内部细节，了解目标对象与周围地质环境之间的关系，为地质信息的进一步定量分析、探索与利用提供了强有力的支持。 关键字：地质勘查三维可视化建模技术虚拟钻探 引言 在地质勘查工作中，地质工作者越来越迫切地希望建立一套完善的地质体三维可视化与分析系统，实现对地质体信息的三维可视化仿真，丰富地质勘查成果的表现形式，为地质信息的进一步定量分析、探索与利用提供强有力的支持。随着计算机软件和硬件的飞速发展，针对地质体的三维建模与可视化，综合运用三维仿真、数学地质、计算机图形学、虚拟现实、科学计算可视化、计算机软件开发等成熟的理论方法与技术，实现复杂地质条件下的三维地质建模。 二．三维地质建模数据来源与特点分析 在三维地质建模中，用来反映地质体特征的数据来源多种多样，包括地质勘探数据、地球物理勘探数据、地球化学勘探数据、工程地质数据等等。 由于地质原始数据的多源性、离散性和定性特征在很大程度上阻碍了三维地质建模研究的发展。因此，在三维地质建模工作中需要耦合多源信息，对场区地质构造进行分析、解译，将定性描述的数据定量化，尽量以数值型数据和图形数据来进行表达，将离散不确定的数据通过各种插值拟合的手段转化为连续确定的数据，为三维地质建模提供合适的数据源。 三．三维地质建模的难点与关键技术问题分析 通过对三维地质建模数据来源与特点的分析可知，建立一个客观准确的三维地质模型必须满足三个条件：足够多的原始地质采样数据、能够真实反映复杂地下空间关系的地质解译分析、合适的数据结构。就目前复杂地质体的三维建模主要面临的困难可归纳为以下3点： （1）原始地质数据获取艰难。地质体通常位于地表以下，人们无法直接全面地观察到地质体的各种特征，往往只能通过物探、化探等手段获得地质体的部分特征信息，并通过对这些信息的分析、解释、推断来获得地质体的基本信息。 （2）地下地质体及其空间关系极其复杂。地质条件和地质作用复杂多变，在其影响下，地层被切割成不连续的空间分布，岩体内复杂的岩性变化，以及地
三维建模方案
CAD 三维建模技术的发展 摘要：随着现代先进机械设计方法的快速发展，受CIMS 计算机集成制造系统、并行工程(Concurrent Engineering,CE)、敏捷制造(Agile Manufacturing,AE)的影响，对CAD 三维建模方法提出了新的要求，文章着重介绍了三维设计的优点及其发展历程。 关键词：CAD;三维建模方法；发展趋势 1 CAD 技术的概念 CAD(Computer Aided Design)是利用计算机 强大的图形处理能力和数值计算能力，辅助工程 技术人员完成工程或产品的设计和分析的一种技 术。自1950 年诞生以来，已广泛应用于机械、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等相关 领域。随着产品设计效率的飞速提高，现已将计 算机辅助制造技术(Computer Aided Manufacturing ，CAM) 和产品数据管理技术(Product Data Management，PDM)、计算机集成制 造系统(Computer Itegrated manufacturing system，CIMS) 及计算机辅助测试(Computer Aided Testing，CAT)融于一体。文为开始，CAD 三维建模技术至今已经历了线框模型、表面模型、实体模型方法，以及正在发展中的特征建模、行为建模方法。 2.1线框模型(wire-frame model) 线框模型是指用多边形线框来描述三维形体的轮廓得到的模型；采用数据结构：顶点表＋边表；其优点在于简单，仅需要端点信息；缺点：信息不完整，有二义性，不能用于NC 加工等。 2.2表面模型(surface model) 表面模型是指用有序连接的棱边围成的有限区域来定义立体的表面，再由表面的集合来定义立体所得到的三维模型。 表面造型是在线框造型的基础上发展起来的,它的产生应归因于航空业与汽车业的迅猛发展。由于飞机及汽车制造中遇到的大量自由曲面问题,在当时只能用多截面视图和特征纬线的方法来表达,在制造上依赖于用油泥模型来近似模拟曲面,因而人们开始研究新的更先进的描述手段——光滑曲面,由于表面造型比线框造型增加了有关 面边(环边)信息以及表面特征、棱边的连接方向等内容,从而可以满足曲面求交、线面消隐、明暗色彩图、数控加工等应用,使在CAD 阶段建立的模型数据在CAM 阶段可用。表面造型在工程中得到广泛的应用，但曲面模型只能表达形体的表面信息,对有限元及零件的物性计算等方面无从 开展,满足不了工程优化设计的需求。 2.3实体模型(solid model) 2 CAD 三维建模方法的发展 自上世纪70 年由MIT 林肯实验室的 I.E.Sutherland 发表的人机通信的图形系统博士论实体模型：随着技术的进步,计算机辅助工程
顾桥三维可视化技术协议(排版)
淮南矿业集团顾桥矿 矿井安全生产三维可视化系统 技术协议 二零零六年七月
由顾桥矿信息管理中心牵头，矿地质测量部门、上海宝信软件股份公司及北京富力通能源软件技术有限公司参与，在顾桥矿就三维可视化与综合自动化系统集成进行了充分协商，形成如下技术协议：1.协议内容 1.地测信息系统作为三维可视化系统的有机组成部分和必需的数据 来源，三维可视化系统与地测信息系统软件通过数据库表互相共享数据库，并开放数据表格供自动化集成平台及信息系统平台使用，矿地质测量部门通过北京富力通能源软件技术有限公司的演示，认为北京富力通能源软件技术有限公司在三维可视化系统中提供的地测信息系统达不到专业化的地测信息系统的功能，建议北京富力通能源软件技术有限公司外购专业化的由北京龙软科技发展公司开发的地测信息管理系统，并负责有机的集成；北京龙软科技发展公司负责地测信息管理系统的功能实施、软件维护及系统升级，以满足顾桥矿地测部门日常地测信息管理的需求。2.上海宝信软件股份公司承包的综合自动化系统与三维可视化系统 的具体数据接口交换原则与系统调用原则：集成软件平台可以直接启动三维软件应用程序。三维显示、展示方案由三维软件负责完成，三维软件也可以独立运行；集成平台将采集的集成数据信息通过数据库的记录集（提供字段说明）共享给三维软件，三维软件负责在相应的子系统终端上显示对应的场景和数据。综合信息平台保证发送给三维软件的消息的正确性和及时性，三维软件系统保证显示和定位的准确性和时效性。三维软件需要获取的实
时监控数据，可以采用通过发送TCP/IP请求（数据包大小上限定为1024个数据）给集成平台获取数据（备选方案：三维软件需要显示实时参数时，采用分布式访问方式，直接从OPCServer中获取实时数据），数据显示和表达方式的组织工作由三维软件完成。 3.数据录入：三维可视化系统作为地测信息系统软件和集成化平台 的数据使用者，应充分有效使用地测信息系统软件和集成化平台提供的数据，测量数据库与地测数据库建立的原始数据的录入由地测信息系统软件负责，有效避免用户单一数据多次录入，具体为： ●三维可视化系统负责以下数据录入: 1)主副井、风井、巷道、硐室的数字摄像资料。 2)井巷工程造价信息。 3)各种生产与安全设备的类型、功率、工艺参数等资料。 4)安全监测系统、自动控制系统的监测点的位置、类型、报 警上下限、单位、状态、实时数据等（通过软件接口获取） ●地测信息管理系统负责以下数据录入: 1)煤层边界数据、断层数据、陷落柱、熔岩侵入、古河床冲 刷等煤层缺失数据。 2)回采工作面的资料。 3)主副井、风井、巷道、硐室的断面类型、参数等资料。 4)地质勘探的钻孔、测井资料、柱状图、各主副井、风井、 巷道、硐室的测量资料。