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)

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1数字化教学课程体系

传统的数字化技术教学全国大多数院校基本上是计算机辅助绘图软件的教学,而且教学内容也局限于绘图命令的教学,因而计算机辅助设计往往被认为仅仅计算机辅助绘图,只是一种可以提高工作效率的绘图工具,也就是人们通常所说的“手的延长”。在教学改革上,我们的目标是利用计算机的优势帮助设计者提高设计的创造性,真正地实现计算机辅助设计(ComputerAided Design, CAD),也就是所说的“脑的延长”。

根据全国高校建筑学学科专业指导委员会的《促进建筑数字技术教学发展纲要》,建筑数字技术课程改革的思路从三个方面考虑:改革教学重点,以讲授设计构思方面的软件为主;增加教学内容,加强建筑数字技术发展概貌的介绍;改革教学方式,逐步将建筑数字技术课程与建筑设计教学结合起来[3]。结合专指委的精神和学院的教学改革情况,结合建筑设计的教学过程,以达到“脑的延长”作为教学改革目标,制定出如下数字化课程体系。

2数字化课程教学大纲与内容

传统的数字教学主要是以讲授命令为主,现在的教学主要是以讲授建筑设计构思为主,基于此我们对各门课程的教学大纲与教学内容的制定进行了改革和调整。考虑在总学时总学分不变的前提下,如何尽可能详尽地讲授各个数字化软件在建筑设计中的应用也是一个难点,为此我们主要集中讲授每个软件的基础知识、建筑学专业需要用到的常用命令及它们的综合应用。

（1）数字化建筑设计概论

学时/学分: 16学时(1学分)

教学大纲:建筑学及相关专业学生的入门性指导课程;深入浅出地介绍建筑数字化设计的有关概念和相关知识、相关软件、相关技术和相关方法;

教学内容:数字化建筑设计基础;数字化建筑设计软件;建筑性能分析;虚拟现实技术在建筑设计中的应用;建筑设计信息集成;协同设计;数字化建筑设计智能化;建筑形式的数字化生成;计算机辅助建筑设计软件开发技术简介;

教学方法:以实例(动画、图像、视频等)的方式来讲解数字化建筑设计的方方面面,并以专题的方式进行讨论,引导学生深入了解数字化设计技术在建筑设计中的应用。

考核方法:期中作业论文+期末笔试。

表1数字化课程体系课程一览表

注:某大学执行三学期制(两长一短),第三学期为短学期,共5周。

（2）计算机辅助设计

学时/学分: 28学时(2学分)

教学大纲:介绍AutoCAD绘图软件,掌握基本的绘图命令,能综合使用各种命令,完成建筑设计的平面、立面、剖面图的绘制及建筑的三维建模。

教学内容与教学方法:结合建筑设计的专业要求,把整个教学过程分为四个阶段:计算机辅助绘图基本命令、建筑平面的绘制、建筑立面的绘制、建筑三维模型的绘制;同时在教学过程中把必须掌握的命令在教学过程中分步介绍,具体如下:

表2计算机辅助设计教学安排

考核方法:在规定的时间(2小时)内完成一份平面图的制作;

（3）建筑数字化表现

学时/学分: 16学时(1学分)

教学大纲:介绍3Dmax/Photoshop两款软件在建筑设计表现方面的基本应用:三维建模、三维渲染及效果图后期处理。

教学内容与教学方法:根据建筑设计的效果图表现要求,结合AutoCAD的三维建模,教学内容局限于建筑表现所需的命令与方法,具体内容安排如下:

表3建筑数字化表现教学安排

考核方法:独立完成两份作业:平面彩图制作、建筑效果图制作。

（4）草图大师

学时/学分:随设计课教学

教学大纲:了解SketchUp软件的基本使用,能独立地使用它完成建筑设计的方案构思,并生成相应的效果图和漫游动画。

教学方法:学生自学,老师提供各种学习资料和相关的案例,并结合建筑设计课进行辅导

（5）建筑信息模型

学时/学分: 32学时(2学分)

教学大纲:详细介绍Revit的发展、特点、功能与使用,包括建筑设计信息技术发展概述、建筑信息模型与Revit概述、基于构件的建筑设计、自定义簇类型、视图与渲染、明细表等应用;基于BIM的建筑节能分析(IES);

教学内容:结合当前的建筑设计竞赛或建筑设计作业,讲授Revit软件的使用,让学生直接使用软件来完成竞赛或作业,同时介绍Revit信息模型在建筑性能分析软件( IES/Ecotect)的应用。分六部分来讲述:基础知识;基于建筑构件的各种建模命令的使用和技巧;基于视图处理的各类平、立、剖、三维、详图等应用;基于建筑表现的的灯光、渲染、漫游等应用;基于体量、组、局部设计、多方案探讨、工程阶段、大项目协同设计等高级应用;建筑信息模型的性能分析。

教学方法:以实例来教学;

考核方法:独立完成建筑设计作业或建筑设计竞赛的作业。

（6）建筑技术分析

学时/学分: 16学时(1学分)

教学大纲:以Ecotect或IES软件为软件平台,介绍计算机辅助工程CAE技术在建筑性能分析中的应用,主要包括建筑声环境分析、建筑光环境分析、建筑热环境与能耗分析、建筑日照分析、建筑风环境分析等。

教学方法:以实例(建筑学设计作业)为例进行教学;

考核方法:能独立完成一幢公建的各项建筑性能分析,并以此依据改进建筑设计方案。

（7）虚拟建筑

学时/学分: 16学时(1学分)

教学大纲:介绍虚拟现实技术的基本原理与应用;以Quest3D软件为平台,介绍虚拟现实技术在建筑设计中的应用;

教学内容与教学方法:介绍Quest3D软件的基础知识和基本命令;结合建筑设计方案,建立三维模型,通过烘焙导入Quest3D;通过通道组为虚拟现实场景编辑环境、导游线路、菜单制作等,最后完成虚拟展示系统的。

考核方法:独立完成一份虚拟现实展示系统的制作。

（8）多媒体制作

学时/学分:随设计课教学

教学大纲:讲授常用的多媒体制作软件,如Flash、Authorware、Dreamweaver等设计软件,对学生设计的作品进行多媒体展示,图、文、声并茂,完美地表达建筑设计思想和建筑设计作品。

教学方法:选修全校公共课程;举行专题讲座,以实例介绍软件的使用。

3数字化课程教学方法探讨

数字化教学课程体系的建设目的明确,一方面是以建筑设计教学为主线,另一方面是以实现“脑的延长”为目标,因而在整个教学过程中要始终围绕这两个方面展开,教学过程中采用“四结合”:命令讲解与实例演示相结合、课堂作业与设计作业相结合、数字化课堂与专业课堂相结合、课堂教学与网络教学相结合,通过实践和总结,有如下的教学指导思想。

（1）理论与实践相结合

建筑设计是一门实践性很强的学科,建筑数字化技术课程也是一门实践性非常强的课程,对数字化技术软件的掌握程度关键看实践,即在设计课中应用数字化技术的实践。建筑数字化技术课程的教学效果最终通过学生在建筑设计课中体现出来,否则,也就失去本课程存在的意义,其中最主要的实践就是学生对建筑方案的构思如何通过数字技术进行表现,并通过计算机对方案进行推敲、评价,实现真正意义上的计算机辅助设计,即“脑的延长”。

（2）走近设计

在教学过程中“走近设计”,结合建筑学课程的教学实例及不同风格、不同特点的建筑设计方案来讲解软件的具体综合应用。在CAD软件教学时,我们的教学实例尽可能就来自于学生学习或设计中的的建筑平面、立面、剖面,并结合学生手工绘制建筑平面的过程来讲授相关的CAD命令,这样学生能快速地掌握计算机辅助绘图。在教学SketchUp时,直接让学生对他们在建筑课程作业的建筑设计草图进行绘制学习,同时把最后的成果在建筑数字化表现课程中作为案例来练习,也可以作为建筑设计的课程作业来上交,达到双赢的效果。

（3）课程之间即交叉又延续

我们的改革是基于建筑学专业的教学过程来展开的,因此在教学上可以通过把某个建筑设计实践的不同发展阶段作为主线,把所有的课程教学形成一个体系,课程之间既有交叉又有延续。建筑方案草图阶段通过SketchUp来绘制,成果可以在3Dmax中渲染使用,同时3Dmax成品既可以由PS加工成建筑效果图,又可以导出为VRML文件作为虚拟现实的实例。建筑方案构思完后,根据草图模型通过CAD软件来绘制平立剖等图形,并作为辅助线导入RevitBuilding信息模型软件中建成BIM模型,最后可以通过BIM模型生成各类施工图,并进行各种建筑性能分析。

4总结

建筑设计是一门富有艺术创造性的综合性应用学科,建筑设计的作品丰富多彩,从而决定了建筑数字化技术教学也必须是灵活多变的.当然目前的课程体系还有许多不足之处,如在建筑技术性能软件方面,涉及不多,除目前软件的选择不多外,作为数字化设计教学的专业老师,在建筑技术方面的知识掌握也有一定的欠缺,有待提高。本文通过结合学院的教学条件、师资情况,我们提出的数字化技术教学课程体系只是一个尝试,希望在未来实践中不断地完善和提高。

参考文献

[1]项秉仁.面对数字化时代的建筑学思考,新建筑, 2001年第6期

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怎样建立起这种数字关系呢？我们知道在《机械制图》画法几何知识部分中，要建立起一个三维投影面体系如三投影面体系，然后，再将三维立体的三投影面展开为二维平面投影，这样三维立体和二维平面之间就建立起一定的关系。其实在这一过程中不难发现这个三投影面体系和二维投影面与中学数学中的空间直角坐标系、平面直角坐标系和数轴是有密切的内在联系，三投影面体系其实就是中学数学中的空间直角坐标系，投影面就是平面直角坐标系，投影轴当然也就是数轴了。把这些关系对应起来后，我们也就很容易来进行相关的数字化处理了。

数轴，在学习数轴时，我们知道任何一个实数在数轴都对应一个点，反过来，数轴上的任何点都对应一个实数。

平面直角坐标系或空间直角坐标系中，在坐标系中任何一个点对应一组实数（X，Y）或（X，Y，Z），反过来，任何一组实数（X，Y）或（X，Y，Z）在坐标系中都对应着一个点，它们一一对应。

《机械制图》其基础是画法几何，它基于中学数学知识。我们知道在几何学中，点是最基本的几何要素，点动成线，线动成面，面围合起来形成几何形体。简单地讲，线、面、体都是点的集合，有变化规律的线、面、体只需用若干个点就可来表示，如：两点决定一直线；不在一条直线上的三点决定一平面；三棱锥就是由不在同一平面上的四个点决定的。要建立起线、面、体的空间概念和想象出它们的空间几何形状就要搞清楚点的空间关系，要数字化线、面、体也必须数字化点。对点认识很重要，把点的数字化过程稿清楚了，其它的也就很容易认识学习了。下面就分别叙述一下它们的数字化过程。

一、 点

在三投影面体系中，点的位置有这样三种，1、在投影轴上；2、在投影面上；3、在三维空间中。

1、 投影轴上的点

在投影轴上的点其实就是中学所讲的数轴上的点，我们知道数轴上的每一个点对应于一个数，只不过在三投影面体系中有三条轴（X轴、Y轴与Z轴），而在这三条轴的点分别表示为（X，0，0）、（0，Y，0）和（0，0，Z），也就是投影轴上的点可用三个数来表示，这三个数中其中两个为零。

2、 投影面上的点

在投影面上的点其实就是中学所讲的平面坐标上的点，我们知道平面坐标上的点对应于两个数，在三投影面体系中有三个投影面（XOY面、XOZ面、YOZ面）其上的点分别可表示为（X，Y，0）、（X，0，Z）、（0，Y，Z）。

3、 三维空间点

三投影面体系中，空间点的表示与中学空间直角坐标一样，可表示为（X，Y，Z）。

从上可以看到，在三投影面体系中的任意一点都可用一组数（X，Y，Z）来表示，这组数中的三个数X、Y、Z是任意实数，它们的大小分别表示点到相互垂直三个投影面的距离。X值表示空间点到YOZ投影面（坐标面）的垂直距离；Y值表示空间点到XOZ投影面（坐标面）的垂直距离；Z值表示空间点到XOY投影面（坐标面）的垂直距离。反之，通过这样一组数（三个数值）在三维空间中就能唯一确定任意一个点空间位置。也就是说在三维空间中任意一点对应着一组数（三个数），在三维空间中任意一组数（三个数）对应着一个空间点，点和数是一一对应的。这样空间任意一个点都数字化，有了点的数字化理念，线、面和体的数字化也就很容易理解，因为它们都是点的集合。

二、 线

线有直线和曲线。点动成线，线其实就是点的集合，在三投影面体系中点可用一组数字表示，线当然也可用一系列数字表示。直线较曲线要简单，两点决定一直线，因此直线只需两组数字就可表示，而曲线则要复杂的多，但从数学意义上来讲是可数字表示的。

三、 面

面分平面和曲面。点动成线，线动成面，面也是点的集合。平面较曲面简单。不在同一条直线上的三点决定一个平面，用表示这三个点的这三组数就可表示一平面，而曲面则要复杂的多，但从数学意义上来讲是可数字表示的。

四、 体

体是由面围合而成的，有了以上点、面、面的数字概念，立体的数字化也就容易了，此处就不再细说。

五、 其它

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基于逆向设计思维与正向设计的数字化设计方法，从数字化工业设计流程的多个环节进行改进，引入产品设计的逆向构思思维，提高了工业设计各环节的并行性，提高了数字化工业设计的质量及效率。

1 设计方法

（1）立体构成

在进行产品体量关系探索的立体构成方法中，主要有分割与积聚两种方法。分割主要有对体的立体分割及体面之间的空间分割；积聚的具体方式是有群化、重复、渐变、及结集等。例如积木就是利用体的积聚来产生多种形态的。在工业造型设计中，体的分割与积聚的运用，可以产生丰富的形态效果，在设计实践中尤为重要。

（2）语意差异法

语意差异法是一种测量消费者对产品印象的方法。语意差异法利用产品的形容词汇，通过调研的方法找出消费者的感性认知与对象的关系，并进行定量和定性的分析。通过语意差异法设计师就可了解：消费者在面对具体产品时会从哪些方面去解读产品，影响他们认知产品内涵性语意的因素是什么，进而了解构成具体语意意象的产品设计元素等，并以此作为产品设计开发时的参考。

2 设计平台

（1）建模平台

逆向构思数字化工业设计方法的建模平台选用alias系统的Studio Tools组件，alias的Studio Tools可谓是当今工业设计软件平台的领导者，与众多的CAD， CA工D软件相比，Studio Tools具有非常强大的数字化草图绘制技术、NURBS曲面建模系统、快速且高质量的物理渲染引擎、专门针对工业设计的模块化材质库和物理灯光库。

Alias Studio Tools为可扩展软件解决方案，专门针对工业设计任务而开发。从概念设计一直到设计细化，它包括使用素描、图片、真实感渲染、动画及三维产品模型开发和交流设计概念的构思过程和概念设计功能，以及可快速创建、灵活修改和精确显示的曲面和细节设计的工具，可以有效控制整个工业设计流程。

（2）设计评审平台

在设计评审中，选用与Studio Tools具有良好的无缝对接功能的Portfolio Wall。Portfolio Wall使得工业设计师及相关设计人员能够高效地组织、查看、注释和管理二维及三维的可视化数字设计资源，Portfolio Wall也可用于产品三维模型的评估、演示和审查。

（3）数字化草图绘制平台

数字化草图绘制工具分两种：软件工具及硬件工具。要求具有如下功能：适应设计早期创意阶段，不仅能够在数字化环境中表达草图创意，更重要的是能够真正适应设计师的创意思维活动，能够自由快速地表达原始概念，通过工业设计师习惯的传统交互方式验证各种创意，并能在有新的创意时灵活地填充设计细节。

软件草图绘制工具采用Alias公司的Sketch Book软件，Sketch Book是一种使用方便的高品质绘图程序，专为随数字化手绘板一起使用而设计。该软件以友好和基于手势的用户界面为特色，用户界面构建在Alias的Marking Menu专利技术之上，绘画过程无需使用任何菜单。只需轻点画笔，即可访问该软件的高级绘画工具：高效的压感性铅笔、马克笔和笔刷；钢笔图层；背景模板；随意更花的笔尖形状及大小。

草图绘制的硬件工具采用日本WACOM公司的数字手绘板与压感笔。WACOM压感笔是为设计师所设计的完美的数字化草图绘制工具。压感笔可以提供的6个维度的控制：左右方向、上下方向、压感、倾斜角度、倾斜方向、旋转。结合支持此功能的Sketch Book软件，一支压感笔就可以制造几乎所有类型的笔刷效果或笔触，设计师只要移动手腕并且旋转笔就可以产生平滑优美的线条。Sketch Book及手绘板系统将纸上手绘草图和数字化设计工具支持的设计两种模式相结合，优势互补，提供一种数字化设计工具支持的真正适应草图绘制特征的智能化概念设计平台，让工业设计师可以在直接进行自由手绘的数字化设计环境下进行创意工作，并能自动平稳地过渡到进一步的详细设计，对于发挥设计创意和提高设计效率具有重要意义。

（4）真实感数字渲染平台

高效的产品真实感渲染工具应具有的功能包括：①体积光，工业设计的效果图对照明要求准确无误，但传统的数字渲染工具中都只能构建点光源或线光源，不能很好地表达产品的真实感。真正能构建物理体光源的只有Cinema 4D设计平台；②智能GI，全局照明主要是解决间接光照、“染色”等真实感问题；③模块化的材质预制功能及实时交互式的渲染方式等。④快速并且准确的算法。

结束语[HT]

基于逆向设计思维与正向设计的数字化工业设计方法是处于产品设计开发过程上游的一种系统化工业设计方法，基于逆向构思的数字化工业设计方法是根据工业设计实践，在对数字化设计工具的特点及数字化工业设计方法进行深入分析的基础上，提出的实践性强并且切实有效的数字化工业设计方法。其从三维形体构思开始设计、细节与整体并行设计等设计方式，提高了设计师设计产品时的创意能力。此方法在提高工业设计师的创意质量、增强产品的美感等方面，具有较强的可行性。

参考文献

［1］ James A， Landay， Brad A. Myers. Interactive Sketching for the Early Stages of User Interface Design［J］.Denver: of Human Factors in Computing systems，CHI 2008:43-50.

［2］David g. Ullman， Stephen Wood， Mechanical Design Process［J］.David Craig. The Importance of Drawing in the Computer & Graphics，2008，2(12):263-274.

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正文

一、数字化测量方法分类

数字化测量方法主要有接触式和非接触式两大类。

1、接触式测量方法

接触式数据采集方法是通过机械探头接触被测表面，由机械臂关节处的传感器确定相对坐标位置。该方法稳定，即伪劣点少、精度高、重复精度高，缺点是测量速度慢。接触式数据采集方法包括基于力触发原理的触发式采集和连续扫描数据采集。

（1）触发式数据测量

触发式数据测量原理为采样测头的探针刚接触到样件表面时，探针尖端因受力而产生微小变形，触发采样开关，使得数据采集系统记下探针尖的坐标值，逐点移动到所需测量的点，便可以采集到样件表面轮廓的坐标数据。在采集过程中，由于探针需要偏移某个固定数值才会触发开关，而且一旦接触到样件表面后，探针需要法向退出以免过量而折断，因此数据采集速度较低。

（2）连续式数据测量方法

连续式数据测量采用模拟量开关采样头。原理是利用悬挂在三维弹簧系统中的探针的位置偏移所产生的电感或者电容的变化，进行机-电模拟量转换。当采样头的探针沿着样件表面以某一切向速度移动时，就发出对应各坐标位置偏移量的电流或电压信号。最常见的接触式数据采集方法是三坐标测量机。

2、非接触式测量方法

依据光学原理发展起来的非接触式数据采集方法主要有激光三角测量法、光干涉法、结构光学法、超声波、图像分析法以及工业计算机断层扫描成像法等。

（1）超声波法

超声波法原理是当超声波脉冲到达被测物体时，在被测物体的两种介质边界表面会发生回波反射，通过测量回波与零点脉冲的时间间隔计算出各面到零点的距离。这种方法结构简单，但测速较慢，测量精度不稳定，目前主要用于物体的无损检测和壁厚测量。

（2）全息干涉法

利用光的相干性原理，测量分辨率可达光波长的几百分之一。但需要干涉性好的激光光源和精确的干涉光路，测量范围较小，在以内。

（3）立体视觉法

是一种仿效人眼观察物体的方法。通常情况下，测量精度不高，分辨率在毫米数量级。优点是能快速获取被测物信息，并可实现动态测量。主要应用于地形地貌测量、机器人视觉、物体特征识别以及三维物象分析等场合。

（4）工业层析法

最早应用于医学领域，目前工业领域已可对工件内部形状、结构、壁厚等进行测量，是目前极具发展前景的一种非接触式断层测量方法，可用于工业产品的无损检测和探伤。缺点是空间分辨率较低、获得数据需要较长的积分时间、重建图像计算量大、造价高，只能获得一定厚度截面的平均轮廓。

（5）核磁共振图像法

核磁共振断层成像法是世纪年代末发展起来的一种新式医疗诊断影像技术。具有深入物体内部且不破坏被测物的优点，对生物体无损害，在医学领域具有广泛的前景。不足之处是不适用非生物材料的工业产品，空间分辨率不及层析法，且测量时间长，设备昂贵。

（6）结构光法

结构光法是基于三角测量原理的非接触三维物体测量方法，又称为投影光栅法，是将具有一定模式的光源，如栅状光条投射到被测样件表面，用两个镜头从不同角度获取表面反射的图像，通过图像处理的方法得到整幅图像上像素的三维坐标，即对图像进行分析以确定表面上数据点的坐标。这种方法具有非接触、测量速度快、精度高、算法相对简单、系统实现方便、造价相对较低等优点，己成为逆向工程三维数字化领域的最重要的三维形貌测量手段。

（7）激光三角法

激光三角法的原理是采用激光作为光源，照射到被测物体上，利用CCD（ChargeCoup1edDevice）接受漫射光成像点，根据光源物体表面反射点、成像点之间的三角关系计算出表面反射点的三维坐标。这种方法已经相当成熟，并已广泛使用。

表1接触式与非接触式测量系统比较

优点

缺点

接触式测量系统

1、 因为机电技术的成熟，有较高的准确性和可靠性

2、 与工件表面反射特性无关，与颜色曲率关系不大

3、 适合基本几何形状的测量

1、 有时需要特殊夹具，使测量成本增加

2、 需要经常校正探头直径

3、 操作不当容易损伤表面精度和探头

4、 逐点进出方式测量，速度较慢

5、 需要对探头进行半径补偿，会导致修正误差的问题

非接触式测量系统

1、 不必作探头半径补偿

2、 测量速度快

3、 软、薄、不可接触的工件可以直接测量

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关键词： skyline；三维地理信息系统；数字校园；三维建模

Key words： skyline；three-dimensional geographic information system；digital campus；3D model

中图分类号：TP311.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）32-0221-02

作者简介：张先（1983-），女，陕西汉中人，工程硕士学位，研究方向为工程项目管理，道路桥梁工程技术；宣滨（1981-），男，江西抚州人，讲师，工程硕士学位，研究方向为测绘工程，地理信息系统。

0 引言

“数字校园”是继“数字地球”、“数字城市”后提出的概念，它是一种集多种技术为一体的计算机管理应用系统。三维数字校园比传统二维数字校园能更真实地反应客观世界。三维数字校园系统不仅能更直观地展示校园风貌，还能产生身临其境的感觉，在校际交流、教学科研及部分日常事务管理等上都有重要的作用。

Skyline是一套优秀的三维数字地球平台软件。凭借先进技术和海量数据，他可以搭建出一个对真实世界进行模拟的三维场景。是一个知识经济时代，以数字化、网络化为总特征的信息科学技术成为推动社会可持续发展的强大动力。在这种背景下，数字校园系统将成为校园新的信息源，任何与校园有关的信息都将给予定位并与空间数据联系起来。

1 三维数字校园的总体设计

1.1 三维数字校园的设计 基于Skyline的三维数字校园是用校园的高分辨率影像和数字高程模型，在ArcGIS对数据进行处理，如坐标转换，影像配准，对下载的影像和高程模型进行统一坐标，并且用同一边界裁剪。数据处理好后，在TerraBuilder对处理好的遥感影像和DEM数据进行融合整理，建立MPT文件，构建用的空间坐标是GSC-WGS-1984坐标。建立好的三维地形在TerraExplorer Pro实现三维场景的构建，三维场景是用3ds max或TerraExplorer Pro建立模型，由于TerraExplorer Pro只能构建简单模型，所以本文采用的是3ds max建立模型，然后三维模型在3DMAX中安装PandaDXExport插件，导出.X文件，TerraExplorer Pro中加载.X文件实现三维景观的构建和展现。最后得到整体的三维数字校园景

观图。

1.2 三维数字校园关键技术路线

具体操作用如图1流程图表示。

2 三维数字校园的数据处理

2.1 高分辨率影像数据处理 遥感影像是地形表面真实感显示的重要基础数据，也是大规模地形表面纹理映射的主要数据源。主要来源于两个方面：TM影像和 GoogleEarth（以下简称GE）影像，这两种数据都成本不高，且获取方便，支持免费下载。

对下载下来的数据要进行影像配准和几何校正。处理是在ArcGIS中进行。

2.2 高程数据处理 数字高程DEM数据来源：DEM数据是建立三维地形的几何基础，当前可以通过中国科学院国际科学数据服务平台（http：//datamirror.csdb.en/）免费下载SRTM3和AsterGDEM两种数据源。

3 三维数字校园场景构建

三维场景首先在TerraBuilde中建立地形场景数据MPT文件，然后在TerraExplorer Pro建立地物场景。

3.1 三维景观地形构建 三维场景包含三维地形平台、空间对象以及相关专题信息等，文中基于Skyline系列软件构建三维场景。Skyline软件包括TerraBuilder， TerraExplorer Pro以及TerraGate主要软件，其中TerraBuilder用于建立三维地形数据库平台，TerraExplorer Pro用于添加或者导入专题信息，构建三维场景。

3.2 地物景观模型构建 景观模型构建是指对自然景观、人工建筑制作三维模型的过程。TerraExPlorer Pro自身具有三维模型制作功能，能满足对精细度要求不高的建模需求，但对三维模型的精细度要求较高的话，需要采用外部软件制作三维模型。目前TerraExplorer Pro支持的模型格式有openFlight（*.flt），DirectX（*.x），*.xpc，*.fPc。

4 典型三维模型建模

三维模型是在3Dmax中建立的。典型的三维模型包括点状地物的建模、线状地物的建模、面状地物的建模。

4.1 点状地物的建模 在校园景观建模过程中，点状地物是一个独立的空间实体。在地图学中，点状地物是没有大小之分的，将这些地物抽象为点状要素的原因有三点：①放眼整个模型空间，每一个地物的体积都是渺小的。②从分布上看这些地物虽然数量多，但都占有独自的空间，具有互斥离散点的分布特征。③从建模的过程来看，每一个模型的建造都是独立进行的。

4.2 线状地物的建模 虚拟校园景观模型中的线状地物常常与地表结合在一起，主要有道路、河流、电线管网等。所以，必须考虑地形的高程信息和地表的起伏才能开展模型的建立，对其建模是在Skyline软件环境下基于三维地表数据来进行。

4.3 面状地物的建模 在虚拟校园景观中通过Skyline可以实现对面状地物的建模。面状地物草地和广场建模都需要先确定面状要素的范围，然后无缝纹理填充即可，因为要做到无缝填充，对其制作要求很高，需通过Photoshop来制作。

5 论文展望

数字校园建模系统的建成将有助于工作质量和工作效率的提升，有助于自动化和智能化水平的提升，让综合管理水平更上一个台阶。随着今后进一步的完善和应用，三维建模系统将在校园的营运管理及今后校园的扩建工作等方面发挥更大的作用，同时也具有向其他行业拓展的广泛应用前景。

参考文献：

[1]李芳，肖洪等.三维数字校园的设计与实现.系统仿真技术，2010，6（1）：71-75.

[2]林卉，赵长胜，孙建文.数字校园三维建模与仿真的实现与设计[J].测绘通报，2004，9：43-46.

[3]李战成，马明栋，李保杰.基于WebGIS的校园地理信息系统的设计与实现[J].苏州科技学院学报，2006，19（4）：87-90.

[4]邓运员.基于ArcGIS的数字校园3维景观可视化.科教文汇，2006（2）：157-158.

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中图分类号：U412.36+6文献标识码：A

随着我国改革开放的不断深入，我国经济和科技都得到很快的发展，尤其是近年来，政府不断加快城市化进程，使得相关部门不得不尽快完善城市交通建设，以便人们生活能便利出行。科技水平的提升为公路勘察工作提供保障。数字化测绘技术在高速公路勘察设计中得到很好的应用，其能提升勘察结果数据的高精准度，并且信息数据十分详细，极大地提升了高速公路勘察工作的效率和质量。因此，数字化测绘技术在高速公路勘察设计中的应用具有重要的作用和意义。

1高速公路勘察设计中主要的工程测量工作

高速公路勘察设计施工工程测量工作的重要组成部分，在工程施工前必须要进行勘察工作，为公路路线的合理规划提供精准的数据信息，并且能根据信息资源绘制带状地形图，对公路纵横面进行测量，然后绘制成施工设计图纸。因此高速公路勘察设计工程测量工作十分重要，其具体的工程测量主要表现在以下几个方面。 [1]

1.1勘察设计的准备阶段测量工作

设计前工作人员要进行初步的测量，才能对公路段施工情况有一个具体的了解，才能勾勒出基本的路面地形图，进而才能深入进行下一步勘察设计工作。初步阶段设计工作人员要拟定修建原则，选定设计方案和计算主要工程数量，并且提出施工方案建议和编制工程预算等，这些工作要顺利进行必须要对整个工程项目有初步的了解，通过勘察得知施工基本面积和施工难度，进而才能计算工程基本施工成本。初步设计具有不确定性，一般会根据工作特殊情况，设置两套方案，方案一一般是在1：10000地形图上做多个必选方案，纸上布线完成后，然后再按照1：2000的比例进行地形图测量工作，在1：2000的地形图上进行纸上定线，设置公路通道。在初步设计工作人员需要进行平面高程控制测量、地形图测量以及必要的平纵横测量等工作，这些方面是初步设计工作的主要内容。

1.2施工图纸设计阶段工程测量工作

在初步勘察完成后，工作人员会对施工地形各方面的情况有一个初步了解，在初步设计的基础上，工作人员要确定施工图纸，因此，工作人员要在1：2000比例图上进行方案比选，确定最终施工路线方案。在这个部分工作中，工作人员需要对中线放样进行测量、公路纵横面测量、主要施工点地形图测量以及主要控制地物高等控制测量等方面的工作。这些都是高速公路勘察设计中需要进行的测量工作，其对测量的精度有相当高的要求，而数字化测绘技术的普及和使用，恰好能满足勘察设计测量的需求。[2]

2数字化测量技术在高速公路勘察设计中的应用

2.1控制测量

控制测量主要在高速公路工程地面地形的测量方面，通过测量在地面布设一系列的控制点，然后准确的确定这些点的位置，方便工作人员能顺利进行放线和测量放样等工作。首先要根据设计方案的比例图，根据比例图中初步设定的位置展开测量，工作人员要利用数字测绘工具，搜集相应的路基、构造物等资料，进而能更好的进行控制测量，并且确保测量工作效率和准确性。

2.2坐标系统测量

坐标系统测量主要是地面水准面、参考椭球以及坐标系等方面的测量和确定。地面水准面是接近地球自然表面的不规则椭球曲面，工作人员应该选择比较相近的物体与之接近，然后用简单数学表示的体形来代表，确定坐标位置。一般坐标测量要利用基础的测绘仪器，对高斯平面直角坐标以及坐标分带进行测量。 [3]

2.3独立高等控制测量

独立等高控制测量主要是利用GPS技术测距、定位以及建立三维坐标系统，这方面的工作需要利用GPS卫星高空扫面技术，为勘察设计工作人员提供信息数据。GPS技术操作简单，其精准度非常高，因此，在勘察设计测量工作的运用具有积极的推广意义。

2.4地形图航空摄影测量

地形图航空摄影测量主要是根据公路工程特点，长路线采集，在飞机上安装摄影机，然后对观测地区进行高空摄影，以获得高清的视频图像，然后将摄影图像与地形图进行比对分析，最终能清楚的确定公路工程施工设计方案，避免对周围路面基础的影响。高空摄影获取地形图像后，工作人员还要处理高航摄影的图像，根据控制点的布设，测定公路平面、高程三维坐标，并且纠正航摄中的误差。其次，工作人员还要形成业内图，让勘察设计工作人员能更加清晰的观察地形图。

2.5数字地面模型设计

数字地面模型信息采集施工构建地面模型的重要前提和依据，工作人员要利用数字测绘技术，大量采集地形点三维坐标，按照一定的数学模型分析和联网，最终通过空间点的连接，构建施工设计所需要的地形起伏数字模型。这种模型的建立和使用能提升 施工设计方案的科学性和可行性，进而顺利完成公路工程。数字测绘技术在高速公路勘察设计工程测量工作中的应用范围十分广泛，工作人员要充分利用现代化数字化技术，提升勘察测量结果的精确度，确保设计方案的可行性。 [4]

3结束语

综上所述，数字化测绘技术在高速公路勘察设计中的应用具有重要的作用和意义，并且实践证明数字化测绘技术在高速公路勘察设计中的应用具有很好的效果。数字化测绘技术的高精准度、操作简单以及其能节约大量的劳动力资源等，这些方面的优势使得高速公路勘察工作效率和质量都得到提升。因此，未来我国技术研究工作人员还需要进一步开发新工艺和新技术，不断的完善公路勘察设计工作的基础设备，进一步提升勘察工作的水平和质量。

参考文献：

[1] 窦爱霞,王晓青,袁小祥.基于机载LIDAR的建筑物震害自动识别方法[A]. 中国地震学会空间对地观测专业委员会2012年学术研讨会论文摘要集[C]. 2012

篇11

在IT时代向DT时代变革之际“互联网+”推进了美术的信息化，本文通过梳理论述美术信息化的三个数字化应用方向，为如何进一步实现美术信息化提供了理论参考。

一、非物质文化遗产数字化保护

非物质文化遗产与数字媒体技术相结合，推进了非物质文化遗产由家庭小作坊的生产逐步向产业化发展的步伐,同时也提供了非物质文化遗产数字化保护的新思路。传统利用摄影摄像等技术记录非物质文化遗产的方式由于录像带的老化、影像复制产生失真等难以较好长久保存。随着数字媒体和计算机图形学的发展，非物质文化遗产保护事业有了新的方法途径——虚拟现实（VR）保护技术。非物质文化遗产数字化保护在国内也开展了一些实质性项目，比如浙江大学CADCG国家重点实验室的《民间表演艺术的数字化抢救保护与开发的关键技术研究》，云南艺术学院云南非物质文化遗产研究基地《中国史诗百部工程》等项目。综合研究现状，目前非物质文化遗产数字化保护应用大致分为以下五种趋势：

1、数字化保存与存档

数字化保护与存档主要分为两类，一类是平面艺术品，可利用扫描仪或采用高精度数码相机对相关艺术品进行拍摄扫描，得到数字图像，再通过AI、PS等相关图像处理软件对这些图像进行处理及分析，实现文物及其纹理的高精度获取。另一类是空间艺术品，可通过采用三维扫描仪或者基于多角度照片获取数据生成虚拟模型，也可利用MAYA、3DsMax等三维软件实现建模。

2、非物质文化遗产修复

虚拟复原可实现把一些褪色、破损的艺术图案通过数字化方式复原。目前非物质文化遗产常用的数字化修复技术主要分为两类，一类是通过虚拟现实技术生成非物质文化遗产虚拟现实系统，数字化还原文物的原始面貌。一类是根据研究文物颜料的成分综合利用图形技术，实现文物的演变模拟、虚拟复原。

3、数字化图案辅助设计系统

目前较常用的数字化辅助设计系统包含两个方面，一是对平面图案的数字化辅助设计系统，二是对三维实体工艺品的造型进行数字化辅助设计系统。通过数字化图案辅助设计系统可对已有的典型图案、工艺品进行创新设计，构建一个应用于现代设计的民族民间艺术工艺品素材和纹理库。

4、基于技术层面上研发

面向非物质文化遗产的数字虚拟建模技术、虚拟场景展示技术、基于民间艺术素材库的二维图像检索技术、计算机支持的民间艺术创新设计技术等。

二、美术信息资源管理信息化

美术信息资源库包括美术作品数据库、美术家数据库、美术机构数据库及美术资讯数据库等。如湖北美术学院研发的长江流域美术资料数字平台，内容分为图像（图片、录像）与文献（专著、论文、报告）两大类型。美术信息资源管理应用大致体现在以下两个方面：

1、建设网络共享的公益性基础资料库

应用互联网、数据库技术，建设网络共享的公益性基础资料库。建立标准化的美术家、美术作品、研究成果以及美术资讯的电子资料库平台，实现美术资料的快速搜索和浏览，同时实现美术作品的电子交易资讯平台、美术教育平台、网上鉴赏平台。

2、梳理资料

基于电子资料库平台搜集整理美术界出现的艺术现象及其人物、作品、思潮、美术作品的题材与背景、策展的资料。美术信息资源素材通常包括文本、图像、影像、媒体数据管理等，素材的收集、制作、编辑则需要把它们转换成规定可用的格式,并进行适当的编辑加工。在收集、编辑过程中普遍出现以下两个问题:

1）素材版权。

素材在使用之前,需要征得版权所有者的许可,这往往意味着要购买使用权或交纳版权税等,增加了美术信息资源库的建设成本与难度。

2）素材格式及再制作。

收集到的文本、图像、影像等素材需要进行数字化编辑,但媒体格式有多种,美术信息资源库设计人员需提前拟定相关媒体格式，但目前各类美术信息资源库采用媒体格式类型标准不一。

三、美术教育信息化

随着从IT时代到DT时代的变革，如何在美术学科中充分发挥网络及多媒体资源的优势，利用多媒体计算机的图、文、声功能实现教学的计算机辅助教学（CAI）逐渐引起人们的关注。

1、网络教育交流平台的共享

随着网易公开课、新浪公开课、网易云课堂、Coursera免费在线大学公开课等网络教学、远程教育平台的推广，教育的信息化为学生的学习与老师的教学提供了资源丰富网络的交流平台。

2、教师教学工具的多元化

美术教育的信息化使教师拥有更多的教学工具，通过运用多媒体辅助美术教学，实现视听结合，进而从多个维度触发学生的审美感知。物联网、大数据及云计算的发展，开启了移动电商3.0时代，网络教学与远程教育为美术教育资源的共享提供了新的途径，但一方面各学校的教学水平及对美术教育的重视程度存在较大差异，另一方面网络上各类教育资源平台鱼龙混杂，如何充分整合美术教育资源、实现美术教育资源网络共享还有待规范。

四、结语

本文通过梳理美术信息资源管理信息化、非物质文化遗产数字化保护、美术教育信息化等美术信息化的三个应用方向现状，分别就存在问题展开论述与思考，为DT时代如何进一步实现美术信息化提供了理论参考。

参考文献

[1]薛玲.浅析以视觉传达效应为导向的网站前台设计[J].艺术科技.2015，15(7):217.

篇12

一、GIS技术的应用

（一）GPS数据

当前主要有手扶跟踪数字化和扫描大量化、GPS数据输入三种方法，手扶跟踪数字化需要的仪器为计算机，数字化仪及相关软件，是较早的一种数字化输入方法，输入速度较慢，劳动强度也较大。扫描大量化是通过扫描仪输入扫描图像，然后通过大量跟踪，确定实体的空间位置。随着扫描仪的普及和大量化软件的不断升级，其作业方法越来越趋于自动化，它是一种省时，高效的数据输入方法。GPS输入是依据GPS工具能确定地球表面图形精确位置，由于它测定的是三维空间位置的数字，因此不需作任何转换，可直接输入数据库，目前主要是应用RTK（Real Time Kinematics-实时动态）技术，它是在GPS 基础上发展起来的、能够实时提供流动站在指定坐标系中的三维定位结果，并在一定范围内达到厘米级精度的一种新的GPS 定位测量方式，通过将1台GPS 接收机安装在已知点上对GPS 卫星进行观测，将采集的载波相位观测量调制到基准站电台的载波上，再通过基准站电台发射出去；流动站在对GPS 卫星进行观测并采集载波相位观测量的同时，也接收由基准站电台发射的信号，经解调得到基准站的载波相位观测量，流动站的GPS 接收机再利用0TF（运动中求解整周模糊度）技术由基准站的载波相位观测量和流动站的载波相位观测量来求解整周模糊度，最后求出厘米级精度流动站的位置。应用这种测量方法测量可以不布设各级控制点，仅依据一定数量的基准控制点，便可以高精度快速地测定图根控制点、界址点、地形点、地物点的坐标，利用测图软件可以在野外一次生成电子地图。下面简单介绍MAPCAD软件的原图数字化处理作业流程。

（二）MAPCAD软件

MAPCAD软件扫描矢量化输入方法具有图像清晰、编辑方便、易于转换等特点一般外设精度都能满足，而人工跟踪精度主要取决于作业人员的技能掌握熟练程度和工作态度，所以必须在加强作业人员基本技能培训上下工夫，要求工作人员严格按矢量化方案作业，确保图件的精度和质量高于国家现行数字化测图规范所规定的数字化精度和质量。在工程测量实践中，要做好地形图外业测点与数字化图缩放相结合、符号图层的划分子图、线型符号库的设计等工作保证满足工程进度的同时又节约项目经费，设计出的数字地图简单易用、美观整洁、易于使用地形图的工作人员判读。

二、GPS 数字化绘图

（一） 数字化成图

目前，数字化成图技术主要有内外业一体化和电子平板两种模式。内外业一体化是一种外业数据采集方法，主要设备是全站仪、电子手簿等，其特点是精度高、内外业分工明确、便于人员分配，从而具有较高的成图效率。具有以下的特点：

（1）测多用：如在一些综合性较强的工程中需要对同一地形图绘制不同比例尺的地形图，过去的平板测图方法则需要重复工作，而数字化测图则可以同时根据完成的地形图绘制不同比例尺的多个地形图，因为往往小比例尺包含了大比例尺地形图测图范围。仅需先测大比例尺图范围，再补充小比例尺测图范围即可满足各不同专业人员对不同比例尺的地形图的需要。

（2）精度高：数字化成图系统在外业采集数据时，利用全站仪现场自动采集地形地物点的三维坐标，并自动存储，在内业数据处理时，完全保持了外业测量的精度，消除了人为的错误及误差来源，而且外业工作省略了读数、计算、展点绘图等外业工序，减少了作业人员，外业工效大大提高，时间缩短，直接生产成本大幅度下降。

（二）采集数据

采集数据时，采集人员要准确应用地物代码，以免在内业成图时出现错误；在观测开始时，相关工作人员需严格按照要求应对测站点进行检查，跑尺人员应严格按照自动成图的要求作业，确保能完整地描述地形地貌的特征点，必须通过绘制草图来表明各个地物碎部点的属性及相互关系，测量坎子时，要量取坎子比高，坎下也要进行地形点采集。当一个测区完成后，如果有必要可把数据备份。

三、摄影测量

摄影测量本身而言，从测绘的角度上来看数字摄影测量还是利用影像来进行测绘的科学与技术；而从信息科学和计算机视觉科学的角度来看，它是利用影像来重建三维表面模型的科学与技术，也就是在“室内”重建地形的三维表面模型，然后在模型上进行测绘，从本质上来说，它与原来的摄影测量没有区别。因而，在数字摄影测量系统中，整个的生产流程与作业方式，和传统的摄影测量差别似乎不大，但是它给传统的摄影测量带来了重大的变革。