三维数字化论文范文

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1.2贴图烘焙技术贴图烘焙技术是一种模型预处理技术，把光照信息渲染成贴图的方式，然后将烘焙后的贴图再贴回到场景中的技术［6］。经处理后的模型含有场景中的光照信息和模型自身的纹理信息，软件在进行渲染时，不需进行光照计算便可保持模型的显示效果，大大提高系统运行效率。烘焙一般包含两种类型：CompeteMap烘焙贴图和Light－ingMap烘焙贴图。

1.3地理特征数据库技术FDB的数据组织采用了标准的三级层次结构，分别为数据源（DataSource），数据集（Data－set），要素类（FeatureClass）三个层级。数据源是当前FDB的一个实例，包括了当前FDB实例的所有数据；数据集是数据源的一个逻辑分组，所有的数据使用同一个模型库、贴图库和相同的坐标参考系；要素类是指在数据集中，负责具体组织管理不同的要素。

1.4CityMakerSDKCityMakerSDK采用标准的COM控件技术，提供了3DGIS应用所需的相机控制、三维漫游交互、空间分析、地形分析、特征要素绘制等功能接口，可满足不同用户的开发需要。

2总体技术思路

彬县大佛寺石窟三维数字化档案建设是利用CAD建模技术［7］、三维激光扫描技术、虚拟现实技术等手段完成彬县大佛寺石窟博物馆周边的地理环境、内部各类地物以及各个洞窟的数字化工作，利用CityMaker软件创建三维地理信息数据库，借助CityMakerSDK组件进行三维数字化档案系统研发，形成真实、客观、准确的三维数字化档案，为后期的日常管理、文物立体展示奠定技术基础。包括彬县大佛寺石窟博物馆的三维数字化、数据整合入库、系统研发。

2.1三维模型的创建彬县大佛寺石窟三维数字化档案建设中需要的三维模型数据包括石窟造像三维模型、大佛寺石窟遗址区域地势模型、大佛寺石窟场景模型。石窟寺中含有较多的佛龛造像，并且大小不一，雕刻细致程度不同，为精确记录石窟造像三维数据，采用三维激光扫描仪对其进行精细扫描，基于激光扫描建模方法构建石窟造像模型；为确保数据现势性，采用无人机航空影像数据经加工获取数字正射影像［8］，将其叠加到高精度的数字高程模型得到大佛寺石窟遗址区域地势模型；根据三维激光扫描数据提取建筑物、路灯、广告牌、石凳等场景内地表以上的各类地物立面三维几何信息，结合基础地理信息资料，制作大佛寺石窟场景模型。所有数据均是以已有的1∶500地形图为参考，纹理照片应满足CityMak－er三维模型制作要求。文物工作者对三维数字化的文物要求，主要有以下几个方面：几何精度高；造像神态与实物相符；场景内的各类地物，尤其是标志性建筑，要能表现出深厚的历史文化气息。为创建逼真文物三维模型，提升软件运行效率，需引入贴图烘焙技术，同时在场景中布置合理的灯光，增强模型的显示效果。

2.2数据整合及入库数据制作完成后，需要对数据进行入库前检查，检查的主要内容是模型坐标轴是否置中、单个模型以及纹理文件的大小是否满足要求、模型及纹理的命名、模型的制作效果、坐标是否统一等。地理特征数据库技术采用面向对象的数据组织管理方法，能够真正实现对三维地理特征数据、三维模型和贴图数据的一体化管理［9］。由于数据来源丰富、种类繁多，因此，在三维数字化档案建设过程中，采用地理特征数据库（FDB）技术对各类地理信息数据进行组织管理，真正实现数据的二三维一体化管理（图1）。最终入库时用到的模型数据格式为osg，纹理数据格式为dds，矢量数据格式为shp，栅格数据格式为tif。

2.3入库后数据检查由于不同的软件具备不同的渲染方式，因此，同一种数据在不同软件中的显示效果不同，为了保证三维模型数据在入库前后效果的一致，逼真再现石窟寺原貌，需要对模型显示效果进行对比分析。解决的方法是对建好的模型数据进行烘焙贴图，批量导出为OSG格式的模型数据，然后在CityMakerBuilder中编辑光照信息，增强立体效果。

3系统设计与实现

3.1系统架构系统采用C／S架构，以三维模型数据和基础地理信息数据为数据基础，利用GIS组件提供的GIS应用服务和三维服务研发三维数字化档案系统，实现三维场景漫游、信息查询分析、精确量测和三维展示等功能。

3.2系统开发环境系统采用基于GIS组件的二次开发方法，GIS工具平台采用CityMaker软件，借助于City－MakerSDK组件进行三维数字化档案系统开发，可视化开发平台采用VisualStudio2008，开发语言选用C＃．net。

3.3系统功能彬县大佛寺石窟三维数字化档案系统实现对彬县大佛寺石窟的真三维虚拟展示，为大佛寺石窟的管理和保护工作提供科学的手段，系统功能主要包括用户管理、三维漫游、空间量测、属性查询、信息输出等［10］。（1）用户管理功能记录用户的基本信息及操作信息，对用户的权限、帐号、密码等进行维护记录。（2）三维漫游功能实现在三维场景中不同方式的漫游，包括洞窟内、洞窟外、步行、飞行及设定特定漫游路线等。同时，可以对洞窟外场景数据和洞窟内模型数据进行全方位、多角度的精细查看。（3）空间量测功能对模型数据的几何尺寸进行精确量测，包括长度、宽度、高度、投影面积、体积等。（4）属性查询功能三维数字化档案系统中包含了大量的属性信息，为实现快速查询，系统中提供了根据不同的属性字段对三维数据进行快速查询检索。（5）信息输出功能用户可根据需要，将石窟寺三维模型以图表形式输出，方便日后查询和管理。

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您的研究方向：管理

是否有数据处理要求：否

您的国家：北京

您的学校背景：北京理工大学

要求字数：6000 (开题报告)

论文用途：硕士毕业论文

是否需要盲审(博士或硕士生有这个需要)：否

补充要求和说明：先要一个开题报告! 正式毕业论文的要求 学校还没通知 开题报告要求 见 附件 题目方向是 三维制造工艺 对机加企业(车间) 的影响 或 数字化制造 对机加企业(车间)的影响 (最好是针对航天制造企业)

北京理工大学研究生院工程硕士学位论文开题报告：基于三维模型的工艺对技术对航天制造企业生产效率的影响

一、学位论文选题的目的和意义

1.1 选题背景

进入21世纪,数字化设计制造技术在国际航空制造业新产品研制中发展迅猛,传统的以模拟量传递为基础的设计制造手段，已经逐渐被以数字量传递为基础的数字化手段所代替,通过全面采用数字化产品定义、数字化预装配、产品数据管理、并行工程和虚拟制造技术,极大缩短了机型研制周期、提高了产品质量。

二、本选题研究领域历史、现状、发展趋势分析

三、研究方案

四、研究计划进度表

五、经费预算

六、参考文献

[1] masuzwa t, fujino m, kobaryashik. wire elctro-discharge grinding for micro-machining [j]. annals of the cirp, 1985, 34(1): 431-434.

[2] yan b h., chung tsai h, yuan huang f. the effect in edm of a dielectric of a urea solution in water on modifying the surface of titanium [j]. international journal of machine tools and manufacture, XX, 45(2): 194-200.

[3] assarzadeh s, ghoreishi m. neural-network-based modeling and optimization of the electro-discharge machining process[j]. XX, 39(5): 488-500.

[4] soni j s. micro-analysis of debris formed during rotary edm of titanium alloy(ti 6a1 4v) and die steel(t 215 cr12)[j]. wear, 1994, 177(1): 71-79.

[5] murti v s r, philip p k. an analysis of the debris in ultrasonic-assisted electrical discharge machining[j]. wear, 1987, 117(2): 241-250.

[6] 冯新明,张固.数字化技术在新支线项目研制中的应用[j].航空制造技术,XX(10):56-59

[7] 中航商用飞机有限公司.arj21数字化样机实施规定[g].新型涡扇支线飞机项目,XX

[8] 杨玺.基于单一产品数据源的飞机制造信息管理研究[d].北京航空航天大学博士学位论文,XX.

[9] 卢鹊.大型飞机的并行数字化定义技术研究[d].北京:北京航空航天大学,XX.

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一、引言

当今世界都很重视人类文化遗产的传承与保护，而古建筑都是人类重要的文化遗产之一，它们见证了人类历史的发展过程。然而，随着时间的流逝，岁月风雨的洗礼，人为的破坏因素等，使得这些古建筑正在逐渐消失。特别是现如今城镇化水平的加速提高，对古建筑破坏将更加严重。必须采取一系列措施和艺术手法对古建筑进行复原与保护，所以如何运用高科技手段来保护古建筑文化遗产，是当下政府应该非常重视和关心的事情。数字化复原技术在对古建筑的保护、展示、修复和复原等过程中就起到了非常重要的作用，它为古建筑文化遗产的复原和传承提供了全新的平台。

二、数字化保护系统的总体设计

古建筑保护系统的设计与开发，为古建筑数字化保护提供人财物力损失最小的方案以及相关的技术服务。该系统结合数据库技术、数据采集与处理技术、监测分析以及保护评价技术等，进行古代建筑数字化保护系统的设计开发。其中数据库的建立主要有空间库和结构属性数据库两部分；数据采集与处理分为二维和三维数据采集与处理；并利用环境监测与分析对古建筑的保护进行实时评价与分析，达到立体式、全方位、时时的保护。系统的主要模块及功能结构如图1所示。

三、数据的采集与处理

（一）研究对象概况

本文以位于浙江省浦江县的全国重点文物保护单位-江南第一家的“牌坊”为研究对象，将计算机图形学、图像处理、计算机视觉等学科与建筑工程学科相结合，将计算机领域当前主要的二维数字化及三维建模技术的最新研究成果，应用于古建筑的数字化保护，并为珍贵古建筑、遗迹等文物的修缮和复原工作提供更加准确的工程数据。

（二）二维数据采集与处理

利用计算机图形学、图像处理、虚拟现实等信息领域最新发展技术，将现有保存下来的文物进行数据采集，如进行照片的拍摄，利用传统的测量工具进行测量，再结合计算机图形学软件AutoCAD将测绘出来的数据进行绘制。如图2所示，就是某一牌坊的CAD图纸。

（三）三维数据采集与处理

将古建筑测绘的信息包含于三维模型中，数字三维模型比二维图形包含更丰富的信息，更接近人们的日常生活空问，能够精确、形象、丰富地记录建筑物的外形外观、建筑风格、内部结构等。三维数据采集的常用方法有“三维点云数据采集”。对工程图进行三维重建主要是指从工程图所提供的二维信息中提取三维信息，然后进行处理；根据绘制的牌坊标注草图，在AutoCAD中绘制出牌坊的正立面图、左立面图、背立面图以及右立面图的主要轮廓，并且将所有线条设为同一种颜色，以便于在3DMAX中编辑处理。

（1）三维点云数据采集。点云数据在采集过程中受到系统和环境等因素的影响，需要借助后处理软件，进行去噪、平滑等操作后才能转化为有用的空间信息，为后面的曲面重构做准备。实验过程中采用软件对预处理后的点云数据进行三维建模，构造相关特征曲线，再根据所绘制的曲线绘制网格、绘制曲面等。具体实验流程如图3所示

（2）三维激光扫描数据的处理。传统的记录古建筑内部大木结构的方法，是用拍照和拉皮尺进行量测和记录。但是一般古建筑的大木结构比较复杂，使用传统方法获得大木结构的实体曲面模型是一件相当困难和耗时的工作。而运用三维激光雷达扫描技术，能够在很大程度上轻松解决这些技术难点。激光扫描仪通过运用激光束从被发射到激光束到达被测物体再被反射回扫描仪的时间差，得到扫描仪到被测物体的距离，再运用连续转动的用来反射脉冲激光的镜子的角度值得到被测物体的三维坐标。然后利用三维点云数据和相应的建模软件制作出三角网模型，最后利用这两种模型来提取古建筑的线性特征。用三角网模型来制作平面图剖面图和立面图。

（3）古建筑的三维模型重建。要将经过扫描得到的点云转化为通常意义上的三维模型，系统软件至少应该具备以下条件：常用的三维模型组件（如柱体、球体、管状体、长方体等立体几何图形）；与模型组件相对应的点云匹配算法；几何体表面TI N 多边形算法。当进行三维建模时，可利用系统软件提供的自动分段处理工具从扫描的点云图中抽取出一部分，共同组成一个物体或物体的一部分点，以进行自动匹配处理，但这种自动匹配方式的处理只适用于那些与软件中所包含的常用几何形体相一致的目标实体组件。得到物体真实的三维立体影像。图4为建模、渲染后某一牌坊的效果图。

四、数据库的建立

（一）古建筑数据库的建立

古建筑信息是空间位置信息与属性信息的有机结合，一个完善的古建筑数据库必须以这两种信息源为基础，建立空间数据库和属性数据库。前者有激光扫描图、二维平面图、照片、以及三维建模模型等空间数据组成；后者是空间数据的对应属性，如历史相关文献记载、描述、统计数据及与相应的建筑构成相关的材料、尺寸、类型等。

（二）古建筑空间数据库

空间数据适合于计算机存储、管理、处理的逻辑结构，是将图形数据、影像数据、统计数据等资料按一定的数据结构转换为适合计算机存储和处理的形式。主要由栅格数据和矢量数据组成，栅格数据主要包括激光扫描图等。矢量数据是利用点、线、面等几何要素精确表达建筑物的边界和内部体元；矢量数据主要包括由激光扫描得到的点云数据、三维模型等。

（三）古建筑属性数据库

根据古建筑保护工作的实际需要，本研究涉及的属性包括与空间数据相应的属性信息，如建筑的材料、几何构成、建筑面积、地理位置等；又包括其他的属性信息，如历史年份信息、相关的文化背景等。

五、古建筑监测分析

对古建筑需要进行环境监测与分析，通过周期性的测量，为数据库管理系统提供信息更新及评估依据。主要完成对古建筑所处环境以及古建筑构件、营造技术的监测与分析，担负古建筑复原方案的确定与实现，是整个系统的重要核心。古建筑室内外物理环境数据监测体系是进行可持续古建筑保护研究的基础和首要条件。环境监测功能应实现对太阳日照、风速风向、空气污染等情况的计算与分析。而对古建筑构件、营造技术或方式的监测与分析，就是在地理信息系统提供的虚拟环境中，根据已建立的数字化模型，对历史建筑构成进行比较、分析，并将模型数据与历史数据进行融合，建立古建筑修复评估体系，对细部和装饰残缺的或已经破坏的古建筑进行复原。

六、结语

总之：古建筑不仅有很高的历史价值、艺术价值，也有很高的科学价值，是研究历史科学的实物例证，也是新建筑设计和新艺术创作的重要借鉴，许多古建筑、园林等都是文化旅游的重要场所。我国在古建筑数字化保护方面还比较落后，还未能充分地体现现代技术对古建筑保护和开发的巨大作用，进行这方面的探索和研究，不仅能够为古建筑、遗迹等文物的修缮和复原工作提供精细的、准确的、工程化的基础数据；减少人们对实物接触的同时，增加人们对细节的了解；对古建筑数字化及三维建模技术的研究，是一件功在当代、利在千秋的事业。

参考文献：

[1]王茹，古建筑数字化及三维建模关键技术研究.西北工业大学博士学位论文，2010.

[2]贺斌，刘洋，张大为.三维激光扫描在古建筑物修缮中的应用.吉林地质，2009.

[3]王京卫，周亚飞，孟祥国-基于3DGIS的古建筑物的三维数字化保存研究.山东建筑大学学报，2011.

[4]周华伟，朱大明，瞿华蓥.三维激光扫描技术与GIS在古建筑保护中的应用.工程勘察，2011.

[5]范张伟，邢昱.基于数字化技术的古建筑保护研究.北京测绘，2010.

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中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：

0.引言：科学技术的新成就，电子计算机技术等新技术的发展与应用，以及测绘技术和科技的不断发展，工程测量技术近年来发生了很大的变化；水利水电工程施工测量技术的面貌日新月异。

1．全站仪测量放样技术

全站仪替代光学经纬仪和电磁波测距仪的应用．足地面测量技术进步的重要标志之一。全站仪具有测量精度高，仪器的集成化、自动化和智能化程度高等优点，为施工测量提供了极大的方便。已大量应用于各类工程的施工测量中。电子全站仪自动改正仪器轴系统差、自动归化计算、角度测量自动扫描、消除度盘分划误差和偏心差，自动记录存储、实时测量三维坐标、与双向数据通讯功能，为测图和工程放样向数字化发展开辟了道路。目前全能型和智能化方向发展的电脑型全站仪都带有丰富的软件，可以直接进行坐标放样、导线测量、程序测量、悬高测量、道路放样、对边测量、面积测量、高程传递、参考线放样，故能提供高速高精度的观测成果，又能高效地完成多种测量作业。带马达驱动和程序控制的全站仪可以结合激光、通讯及CCD技术，能实现测量的完全自动化，被称作自动化测量器械。为工程测量向现代化、自动化、数字化方向发展创造了有利的条件。

2．数据库技术与GIS技术

测量工作者如何更好更好地为工程建设服务，其最有效的方法是利用数据库技术或GIS技术建立数据库或信息系统。其同的是把大量的测量数据或信息进行科学的存储．建立三维数字地形模型，提高测量数据利用率，减少重复劳动，以便于检索、分析、分发和利用。实现管理和服务的科学化、现代化。将GIS应用于水利水电工程建设，虚拟显示施工总布置三维全景，直观反映各组成部分空间上和时间上的相互关系并实现各种信息可视化查询、分析、统计计算，实现建筑物施工全过程动态仿真演示。以信息的数字化、直观化、可视化为出发点，直观清晰地描述复杂工程建设的施工动态过程，为全面、准确．快速地分析掌握工程施工全过程提供有力的分析工具，实现工程信息的高效应用与科学管理。

3．GPS定位技术

随着GPS的出现和不断发展完善，测绘定位技术发生了革命性的变革。长期以来用测角、测距、测水准为主体的常规地面定位技术，正在逐步被以一次性确定三维坐标的、高速度、高效率、高精度、大范围的GPS技术所代替，同时定位范围已从陆地和近海扩展到海洋和宇宙空间；定位方法已从静态扩展到动态；定位服务领域已从导航和测绘领域扩展到国民经济建设的广阔领域。碎部点的测绘与放样等领域将有广泛的应用前景。GPS接收机已逐渐成为一种通用的定位仪器在工程测量中得到广泛应用。将GPS接收机与电子全站仪或测量机器人连接在一起，称超全站仪或超测量机器人。它将GPS的实时动态定位技术与全站仪灵活的三维极坐标测量技术完美结合，可实现无控制网的各种工程测量。水电工程施工区域大，控制点传算工作量大，精度衰减快；高山峡谷之中，山脉蜿蜒曲折，造成上点和通视困难；河流阻隔，致使交通不便，前后视须迂同前进。利用GPSRTK技术进行碎部点测绘与放样不需要与基站保持通视，也无需进行后视作业，误差不累加，精度分布均匀，精度衰减每公里只有lmm。10--15km的作业半径不需要设置过渡控制点，更长距离的测绘可通过设置中继电台转发电测波解决。大幅度地提高工作效率。

4．程序型计算器辅助计算技术

程序型计算器（如CASIO fx-4800P/fx-4500PA）以其功能强大、经济实惠、方便携带的特性受到了各行各业工程技术人员的欢迎，尤其是测绘方面的技术人员进行工程放样计算的有力工具。水利水电工程庞大而复杂。工程细部的放样往往牵涉到几十个公式的数学计算，尤其是在施工现场，严寒、酷暑、噪音、灰尘很难让人时刻保持清醒的头脑，计算的速度和结果的正确性大打折扣，严重影响放样的质量和效率。利用编程计算器事先编制好所需放样部位的计算程序，在施工现场最多只需输入测点三维坐标X，Y，Z的数据即可迅速计算出所需要的放样数据，结果准确率大大提高。全站仪实现了测点坐标的随测随得，编程计算器实现了放样数据的即输即得，大大加快了工程放样的速度。

5．数字化测绘技术

大比例尺地形图和工程图的测绘，是工程测量的重要内容和任务。常规的成图方法是一项脑力劳动和体力劳动结合的艰苦的野外工作，同时还有大量的室内数据处理和绘图工作，成图周期长，产品单一．难以适应飞速发展的现代化工程建设的需要。把野外数据采集的先进设备与微机及数控绘图仪三者结合起来，形成―个从野外或室内数据采集、数据处理、图形编辑和绘图的自动测图系统。实现大比例尺基本图、工程地形图、带状地形图、纵横断面图、地籍图、地下管线图等各类图件的自动绘制。系统可直接提供图纸，也可提供电子数据，为专业设计自动化建立专业数据库和基础地理信息系统打下基础。数字化成图技术住现代工程中的应用不仅提高了工作效率，并保质保量提交成果。仅内业制图部分可节约经费50%，节约时间60％。

6． AtuoCAD辅助设计技术

计算机辅助没计(Computer Aid Design简写CAD)足20世纪80年代初发展起来的一门新兴技术型应用软件。如今在各个领域均得到了普遍的应用。它大大提高了工程技术人员的工作效率。利用AutoCAD配合AutoLisp语言，可以编制一些常用的计算程序，得到定制的计算结果。在水利水电工程上有许多体形复杂的计算，尤其是各种不同体形衔接处的相交线，需要用空间解析几何的方法解算。单靠计算器手工计算，非常繁琐，工作量大，准确性也不好保证，用AutoCAD建立数字化模型，执行点坐标查询功能就可以了。也可以对所编写的程序的计算结果进行正确性验证。AutoCAD的特性提供了测量内业资料计算的另外一种全新直观明了的图形计算方法。另一方面是各种工程横断面、纵断面网的绘制，以及断面面积的计算和其它一些需要的图纸的绘制。从而大大减轻我们内业的工作强度和工作量。．

7．数字摄影测量技术

摄影测量技术由于可以提供实时的三维空间信息，无需接触被测物体，以及野外工作量少、效率高和成果品种多等优点，具有广泛的应用前景。随着全数字摄影测量系统的应用，摄影测量的产品将从影像图、线划图向数字化系列产品――4D产品转化。产品应用与服务领域更广，并为建立各类专业信息系统和基础地理信息系统提供可靠的数据保障。在水利水电工程。利用数字摄影测量技术可以迅速获取制作大比例尺影像图、地形图、立面图、等值线图和断面图图库，建立DTM(数字地面模型)和DEM(数字高程模型)模型数据库，建立并永久保存高分辨率建基面三维影像数字地面模型数据库。检查陡坡地段的开挖质量和工程竣工部位的形体资料，记录工程在施工过程中各个项目地理地貌信息，形成各种数字信息产品，并可通过网络方便快捷、及时地提供给各个部门使用。

8．工程测量数据处理技术

随着传统测绘技术向数字化测绘技术转化，工程测量领域技术的发展趋势和方向是：测量数据采集和处理的自动化、实时化、数字化；测量数据管理的科学化、标准化、规格化；测量数据传播与应用的网络化、多样化、社会化。GPS技术、RS技术、GIS技术、数字化测绘技术以及先进地面测量仪器等将广泛应用于工程测量中，并发挥其主导作用。

9．结束语

科学技术的新成就，电子计算机技术、微电子技术、激光技术、空间技术等新技术的发展与应用，以及测绘科技本身的进步，为工程测量技术进步提供了新的方法和手段；水利水电工程施工测量技术的面貌也发生了深刻的变化。施工测量的速度与准确度得到了空前的提高。

参考文献

1. 陈向平 浅议水利工程施工的几种施工测量技术[期刊论文]-轻工设计2011(3)

2. 王立业 浅谈水利水电工程中的测量技术[期刊论文]-中华民居2011(10)