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三维建模实验教学方法研究论文 篇一

三维建模实验教学方法研究论文

摘要：三维激光扫描技术已经开始大量应用于国民经济建设的各个领域，但作为新兴课程刚在各高校中开展教学活动，为了更好地服务于三维激光扫描课程的理论教学活动，本文从三维激光扫描仪参数设置和操作方法开始介绍了激光扫描点云采集实验、激光点云配准方法，着重论述了激光点云的复杂曲面和建筑物实体三维建模的实验方法，这些实验教学方案的实施有利促进了测绘工程专业本科生的综合实践操作技能的提升。

关键词：三维激光扫描；三维建模；教学方法

0引言

《三维激光扫描》课程是针对精细三维模型在城市规划、建筑设计、房产管理、文物保护等领域中的重要用途而开设[1]，但是目前使用地面三维激光扫描仪采集海量激光点云进行自动建模的方法尚不成熟，因为激光点云以三维离散点的方式在空间分布，所以直接通过二维绘图的方法绘制点云实体模型会产生严重的位置偏差。作为新兴课程其理论发展缓慢，多以上机实验掌握激光点云的建模方法为主[2]。针对规则实体的建筑物建模一般选用3dsMax、Microstation、AutoCAD、Sketchup等软件实现，而对具有曲面分布点云的建模一般通过构建三角网的方式来完成，在激光点云曲面建模方面GeomagicWrap软件功能强大，编辑灵活，操作方便，在实际实验课上应用最多。针对《三维激光扫描》课程中实验实施内容和过程中存在的问题，本文着重介绍激光点云的数据采集、复杂曲面实体和建筑物建模的教学方法，为该课程的建设提供参考实例。

1激光点云数据的采集实验

地面三维激光扫描仪与传统的测绘仪器（如经纬仪、水准仪、全站仪）在外形、原理和操作方法上有较大的差异，但该仪器起源于传统的测绘仪器（如免棱镜的全站仪），因此，在进行激光扫描实验之前，教师有必要向测绘工程专业学生说明地面三维激光扫描仪的工作原理、数据采集的模式以及与传统测绘仪器的异同点。在此基础上，向学生介绍地面激光扫描仪的架站方法、对中整平方法、单反相机安置方式、电缆和电池的安装方法等基本部件的组装方法，激光扫描仪的长距和高速扫描模式的选择方法、激光点云密度的设置方法、单反相机的曝光模式（如光圈、曝光速度）、拍摄相片的重叠度；向学生讲解使用电缆或无线WiFi连接扫描仪与笔记本电脑的方法、不使用笔记本电脑直接采用激光扫描仪的方法；向学生说明扫描过程中的一些注意事项，如不要触碰三脚架、不要遮挡到所采集地物的激光扫描仪和相机的视场角、不要长时间用眼睛注视扫描仪发射的激光等，还有如何布设强反射标准板的方法；激光扫描完成后，向学生演示如何下载存储激光点云和拍摄的RGB影像数据以及如何导入到激光扫描仪的后处理软件中。一般情况下，一台地面激光扫描仪的价格高达1百万元，因此实验室购置的地面激光扫描仪的数量通常不能满足一个教学班的教学需求，实验课上一般由教师进行演示操作，需要学生实验小组在课余时间分批次地借激光扫描仪进行操作训练。采集地物的过程中往往需要采集多站激光点云数据，然后配准多站激光点云成为一个全面整体的实体数据，这个过程需要完成激光点云的`粗配准和精配准2步操作[3]，下面以RieglRiscan软件4站激光点云为例进行说明。在粗配准操作中，以第1扫描站为基准站点，使用RiscanPro软件的粗配准功能在相邻2站之间选择4对强反射标志的圆心位置作为同名特征点对，经过平移和旋转后将另一站激光点云数据配准到第1站上，同理可依次将第3、4站分别配准到第2、3站上，从而完成激光点云数据的粗配准工作。在精配准操作中，利用迭代最邻近（IterativeClosestPoint,ICP）算法在站点对应点云中搜寻最邻近的同名点，根据最邻近点解求刚体变换的旋转和平移参数，这里仍然设置第1站为基准站，保持其位置和角度固定，只需要旋转平移其余3站激光点云即可，通过最邻近点对的不断搜索和变换参数的迭代计算完成点云的精配准过程，各点云精配准的相对误差控制在毫米精度以内。将精配准后的完整点云数据导出为*.wrl或*.las格式，然后导入到GeomagicWrap软件或MicrostationV8i中显示。

2激光点云复杂曲面实体的建模实验

不同的扫描对象对应不同的三维建模方法，对于复杂的曲面实体可采用GeomagicWrap软件进行三角网建模[4]。由于激光全景扫描过程中扫入了大量不需要的地物，因此首先需要对导入的激光点云进行裁剪操作得到大石头的激光点云，为增强点云显示效果对点云进行着色。教师通过上传实验的视频、操作指导书到网络课程资源平台，先由学生课下预习，然后教师课上演示建模过程。具体需要演示的建模过程如下：1）通过“体外孤点”和“非连接项”删除噪声激光点云，对于少量点云空洞区域，利用“填充孔”功能添加少量激光点。2）使用“棱柱形（保守）”工具减少点云噪声，使用“曲率采样”的方式重采样激光点。3）生成三角网后，仍需要“填充孔”工具修补模型孔洞，采用“去除特征”、“删除钉状物”和“砂纸”工具平滑对象表面，采用“网格医生”命令修复多边形缺陷，使用“用平面裁剪”和“伸出边界”工具制作底部平台。4）根据“纹理贴图”功能，生成“生成纹理贴图”，为对象的对应各个侧面和顶面映射纹理图像，其中纹理图像需要提前在Photoshop软件中进行斜切、图像增强等编辑操作。

3激光点云三维建筑物建模实验

针对规则建筑物实体的建模方法，应采用传统的建筑类设计和规划软件比较适合，本文选择Microstation软件进行建模实验，该软件具有二三维设计和激光点云导入功能，操作简便，易于上手，适合本科生练习使用。首先，设计10个学时的时间教授该软件的二维对象绘图、三维位置精确绘图、辅助坐标系、三维对象的精确绘图、三维模型的高级编辑功能，促使学生掌握该软件的基本绘图、编辑和三维建模功能，以此为基础，再花费4个学时的时间讲解激光点云的三维建模方法，重点教授激光点云特征点捕捉方法、激光点云建筑物轮廓线绘制方法、辅助坐标系在点云绘图中的应用、三维模型纹理映射、光照设置、渲染设置等操作方法，通过几个三维模型绘制的实例将学生传统的二维绘图视野转换到三维空间世界，这些实验需要保证学生拥有充足的时间消化理解三维建筑物建模的原理和方法。

4结束语

地面三维激光扫描仪作为测绘新技术已经在测绘相关的领域发挥了巨大作用，该课程教学活动已在高等学校中开展，通过介绍激光扫描仪的采集方法，阐述基于激光点云的复杂实体曲面建模实验实施方案，简介了基于激光点云的三维建筑物建模实验过程，丰富了三维激光扫描课程的三维建模实验教学内容，提高了实验教学的水平，增强了测绘工程专业本科生的实践操作技能，为三维激光扫描课程的教学提供了实验教学参考。

参考文献：

[1]曲相屹，王伟，孙晓东等。三维激光扫描技术在矿山测绘中的应用[J].山东工业技术，(22):99.

[2]李峰，刘小阳，孙广通等。三维激光扫描课程的教学实践探索[J].科技视界，(16):60+66.

[3]陈茂霖，卢维欣，万幼川等。无附加信息的地面激光点云自动拼接方法[J].中国激光，2016(04):212-220.

[4]李晓双，宋彬，郑丹。基于Geomagic的复杂实体三维点云建模研究[J].测绘与空间地理信息，2017(06):130-132.

水利水电工程三维可视化建模技术研究论文 篇二

用AutoCAD三维建模做的斜齿轮，先看下最终效果

第一步

第二步

第三步

第四步

第五步：面域拉身

第六步

第七步：阵列

第八步

第九步

第十步

第十一步

第十二步

第十三步

第十四步：完成，没渲染

AutoCAD三维建模斜齿轮 篇三

第一章 绪论

一。 机械CAD/CAM概念及特点

CAD/CAM 技术以计算机及周边设备和系统软件为基础，它包括二维绘图设计、三维几何造型设计。是一种设计人员借助于计算审进行设计的方法。其特点是将人的创造能力和计算审的高速运算能力、巨大存储能力和逻辑判断能力有审地结合起来。CAD /CAM技术随着Internet/Intranet网络和并行高性能计算及事务处理的普及，使奢地、协同、虚拟设计及实时仿真技术在CAD/CAE/CAM中得到了广泛应用。

二。CAD技术的现状

CAD技术的发展趋势主要体现在以下几方面∶ 1、标准化 CAD软件一般应集成在一个异构的工作平台之上，只有依靠标准化技术才能解决CAD系统支持异构跨平台的环境问题。2、智能化 设计是一个含有高度智能的人类创造性活动领域，智能CAD是CAD发展的必然方向。CAD的这个发展趋势，将对信息科学的发展产生深刻的影响。 CAM技术的发展趋势将体现在以下几方面∶ 1、面向对象、面向工艺特征的结构体系 传统CAM曲面为目标的体系结构将被改变成面向整体模型(实体)、面向工艺特征的结构体系。 2、基于知识的智能化系统 3、提供更方便的工艺管理手段

三。本次课程设计的目的

CAD技术是CAD/CAM技术的重要组成部分，在机械行业应用广泛，其相关基础知识是机械专业学生必须熟练掌握的。此次课程设计是机械设计制造课程的重要实践课程环节，其基本目的和意义是：

1.通过课程设计，使我们初步了解三维建模一般方法和步骤，为以后进一步的学习打好基矗

2.通过课程设计，提高我们对三维建模软件的应用能力，例如像PROE、UG等常用软件的使用。

3. 通过课程设计，了解三维CAD的基本技巧和方法及典型操作流程。

4. 通过课程设计，熟练掌握2D绘图方法和简单零件的设计方法。

5. 通过课程设计，熟练掌握零件装配方法。

6. 通过课程设计，熟练掌握工程图的创建技巧。

四。课程设计任务

1.自行选择一个组合件，它的零件数要大于30个，其中相同的零件算一个。

2.选定组合件后，要先对其结构和尺寸进行确定。

3. 创建零件模型，完成后进行装配，生成装配图一张，之后还 haoword.com 好范文网…要生成装配工程图和主要零件工程图2-3张。

4.装配爆炸图

5.课程设计总结

第二章 主要零件建模

2.1下箱座的设计

1.打开proe软件，新建零件，去掉对话框下的缺省模板对勾，对零件命名，然后点确定，选择最后的那个模板，再点一次确定。

2.箱座主要以拉伸操作为主，从下往上。点插入拉伸，选取草绘平面，绘制1280×511长方形草图截面确定，设置拉伸长度为32.5确定。

3.再进行拉伸，点插入拉伸，选取草绘平面为第二步中拉伸长方体的上平面，绘制拉伸截面确定，设置双向拉伸深度为351，然后确定。经第2、3步得到如下图1实体。

4.点击壳工具选择上表面为移除曲面，设置壁厚为13，点击确定。

5.插入拉伸选择第四步中的草绘平面草绘，截面如下。

完成草绘截面，设置来伸厚的为15，确定。再进行一次拉伸，选择上一步中拉伸题表面为草绘平面。利用第4步中的箱壁内边，确定去掉材料向下拉伸19.5的厚度。得到如图2-3的实体。

6.倒角。上平面四个角边和内部四条高倒R85的圆角。倒角后如图所示。

[ug三维建模设计总结]

三维建模分析电子简历 篇四

AutoCAD五星足球的效果图

下面来一步一步对五星足球建模：

1、同画普通足球一样 ,画边长50正五边形和正六边形，六边形旋转一角度(如有困难的朋友，另外具体说明)

2.添加辅助线 ,如图：

3、去掉多余的线，设置五星为红层、六边形为黄层 .如图：

4、以两图形的中心垂线交点为中心，两图形角点为半径画求球体

5、关闭红层，剖切出六边形体，倒角 R3

6、设当前为红关闭黄层，剖切出五角形的一个角

8、倒角、打开黄层

9、这两个基本图形做好后。接下来就是阵列，经过三次阵列，半个球好了。如图

10、以球心与半球面镜像另半个球2、再旋转36°就完成了

具体制作时要用好UCS

AutoCAD三维建模教程 篇五

1、三维地形建模技术概述

三维地形建模技术是通过计算机技术对地貌、地表建筑物、构筑物等进行三维几何重建、提取和修复、使用三维动画进行展示的技术。可通过对遥感影像、地形图、线划图、栅格图等进行综合处理，并结合虚拟现实技术、可视化技术等实现三维地形建模[1]。

2、三维地形建模实现过程

2.1三维地形建模使用到的硬件工具包括数字扫描仪、三维激光扫描仪、全数字摄影测量系统等，通过软件对影像数据进行处理，形成三维地形地貌，提取建筑物模型后，利用人工对异形地面与不规则建筑物进行人工建模。

2.2对于通过航片进行采集和提取的建筑物的顶端的纹理，例如具有标志性的建筑物，利用数码相机进行建筑物的采集。使用数码将采集纹理，要对建筑物进行正直摄影，可以使用分块正直摄影的方法，先分成几张照片，然后在图像处理软件中进行拼接和编辑。

2.3在粘贴纹理的过程中，对建筑物进行多个面的圳铁，可以将整个建筑物的纹理粘贴成一种，然后对于粘贴的效果进行抓取和删除。注意相片的数据，防止数据移除。可以实现在图像处理软件中对建筑物的侧面纹理进行连接，注意前后顺序不要出错，防止纹理电到或者出现侧面纹理的互换等错误。

2.4对于较大范围的异形地面的处理，可以在建模时将高度不同的建筑物进行相应的处理，按照不同的颜色和形状进行分块粘贴，实现逼真的景观效果。

3、三维地形建模的特点

对于三维地形建模的系统的特点的体会，是三维实体建模工具的强大的功能。这种建模工具的三维实体的建模可以按照实际需要进行三维模型的生成。一些常用的软件操作也简单，没有繁复的参数控制，只需要简单的基本图元就可以快速生成复杂的三维实体。另外，在交互式编辑方面，测绘三维建模的系统提供了二维和三维编辑功能，这种数据的编辑功能具有AutoCAD的特点，可以完成分层控制和简单的操作。直观地在三维空间内对物体进行操作，视角也灵活。使用鼠标就iu可以任意地旋转、缩放、平移等等，对空间实体也能够完成整体的操控。第三个特点是三维地形建统可以实现属性的管理和查询与分析。在三维实体的编辑和创建方面进行信息的管理。

4、工程中三维地形建模方法

4.1TIN和Grid模型。TIN方法是将无重复点多额散乱数据点进行三角剖分，使得各个不重叠的三角面形成连续的片网。以此描绘三维地形地貌的表面，考虑到采样密度和分布的不均匀分布，应在内插处理后形成规则的平面分割网络，用于地形地貌表面的建模。

4.2边界表示B-REP模型。通过定义形体的面、环、边、点等进行平面曲线或者是空间曲线位置和形状的建模。

4.3线框模型。利用线框建模的技术将目标空间轮廓上的采样点和特征点进行直线的连接，形成多边形的拼接，最终模拟多边形网络的开挖边界。

4.4序列断面模型。使用传统的地形制图方法进行建模，通过平面图或者剖面图建模。

4.5断面三角网混合模型。通过不同地形界面形成二维剖面，将断层矿体或者侵入体的边界进行赋值，得到每条界线的属性值，然后将相邻的剖面的属性上的三角面片的TIN连接，构成具有特定属性的三维曲面。

4.6多层DEM建模。基于各个底层的界面按照DEM的方法对各个底层进行插值和拟合，根据底层的属性对多层DEM数据进行交叉划分，引入地下空间的特殊数据信息，例如建筑物的点线面等，完成三维空间的完整剖分。工程中数据表达包含了数据结构、三维地形地貌建模基础、水利水电工程区域的三维地形数据等。表达三维实体的'数据结构包括了NURBS-TIN-BRep等基于曲面和体元的结构。前者对空间对象的边界进行了表达，后者对空间对象的信息进行了对比分析。不仅对水利水电工程的空间对象的边界、地质条件等进行了设计，也针对地形地貌环境的施工进行了围观属性的可视化技术实现。经过摸索和研究，对于地形地貌的三维测绘建模的非均匀有理结构，结合三角网不规则边界的模型结构进行了混合数据结构的表达。NURBS技术是建立在自由曲线曲面的表示方法，也是唯一的表示方法。对图形和曲线曲面的解析提供了数学统一描述，针对复杂地形的规律性变化进行了NURBS几何建模。可以节约存储空间，简单处理计算机，保证空间唯一性和几何不变性的前提下管理数据库。TIN的模型精度很高，存储的空间按大，可以为NURBS三维数字地形提供中间转换表达方式，这是一种建立在边界面对实体进行定义的有效的体描述的方法，可以实现任意定向的边界面，也可以组织NURBS去免检的拓扑关系，构造出复杂的地形体。形成包括NURBS曲线、曲面、三角形、BREP实体等在内的多种基本几何元素的数据结构，不仅有效表达地形对象的几何形态，也可以实现拓扑空间关系，将相关的地形属性信息和几何对象结合。按照模型精度和数据存储量进行布尔运算，满足水利水电工程地形地貌三维建模和分析的需要[2]。

5、工程中三维地形建模技术

使用NURBS进行三维数字地形的建模，简化为地形地貌形态中的直接和基本的部分，不仅要对整个地形地貌模型进行运算和操作，还要满足存储量小、精度高的图形操作运算要求，建立起实用的三维地形模型。根据目前的TIN模型和规则格网进行的三维数字地形，数据量小但是精度低的传统建模方法以及现在的数量较大精度高的建模方法，都无法真正该满足实际需要。需要引入NURBS技术构建DTM。结合TIN和NURBS-DTM等建模技术，对于复杂地形进行很好地建模。简化后的建模方法包括：处理密度过密或者过稀的等高线，进行加密或者稀疏差值；生成TIN模型，处理GIS环境中的三维DTM,消除等高线数据或者采集信息缺乏造成的细小和狭长的三角形，使得TIN模型的精度变高；对于TIN模型进行数据转换，得到GIS环境下的NURBS处理系统的mesh数据曲线保证三角形不会丢失或者变化；获取NURBS的控制点，按照u或者v的方向进行等间距的提取，或者足够多的分布均匀的轮廓线并进行离散化处理；拟合NURBS地形曲面，根据NURBS算法设计出函数，对于地形控制曲面进行重新拟合；利用布尔操作运算获得区域地形轮廓体的模型[3]。

6、结语

水利水电工程三维地形建模方法着力于从二维向三维动态转化的过程，使用NUBRS、TIN、Brep建构了面向水利水电工程三维建模的混合数据结构，解决了水利水电工程复杂地形信息存储量大和精度要求高的矛盾，确保了模型解释真实情况的功能，快速耦合数据，实现了模型的及时更新。

参考文献：

[1]万云辉，李小帅，钱富运等。三维勘测设计技术在水利水电工程中的应用研究[J].长江科学院院报，(7):137-142

[2]张永光，刘豪杰，尹小磊等。点云数据多站拼接在水利工程测绘中的应用[J].华北水利水电学院学报，34(3):74-77.

[3]徐锐，康慨，王陆军等。RIEGLVZ-4000三维激光扫描仪在水利水电工程地形测绘中的应用[J].地矿测绘，2015,31(1):38-40.

水利水电工程三维地形建模技术研究论文 篇六

三维地质建模的应用研究

论述了三维地质建模的'理论和方法，介绍了三维地质建模中的关键问题。利用GOCAD软件构建三维地质模型。为工程建设提供了有力保障。

作 者：李舒 李伟波 宋世鹏 LI Shu LI Wei-bo SONG Shi-peng  作者单位：装备指挥技术学院士官系，北京，102249 刊 名：科学技术与工程  ISTIC英文刊名：SCIENCE TECHNOLOGY AND ENGINEERING 年，卷(期)： 8(24) 分类号：P623.6 关键词：三维地质模   GOCAD   离散数据   三维数据结构

ug三维建模设计总结 篇七

拉升、倒角、圆角

本题主要是介绍：

1、用“多边形”拉伸成三维实体，

2、倒角、圆角命令的运用。

下面，是本习题的详细绘图步骤讲解，最后面是绘图步骤讲解的Flash动画演示：

1、打开CAD，点击“左视图”按钮，进入到左视图界面。

如图，在界面里画2个矩形。尺寸分别为：120*220、80*250。

2、打开“正交”，用移动命令，将80*250的矩形往右边平移10。

3、点击“倒角”命令，对120*220的矩形的右上角作15*15的倒角。

4、矩形120*220的矩形倒完角后见下图。再点击“倒角”命令，对80*250的矩形的右上角作20*20的倒角。

5、平面图形画好了，见下图。

6、点击“西南等轴测视图”按钮，图形转到“西南视图”。用“拉伸”命令，先拉伸120*220的矩形，拉伸距离为200，注意UCS坐标的Z轴方向，由于是逆向拉伸，故输入的数值为负数。

7、用“拉伸”命令，再拉伸80*250的矩形，拉伸距离为30，同样是逆向拉伸，故输入的数值还是为负数，

8、拉伸完成后见下图。为了接下来的实体移动操作，需要转换一下UCS的坐标，请注意，现在的UCS坐标中。对应底部平面的是 XZ平面。待会移动后再注意看变化，点击“世界UCS”按钮。

9、现在再看下图的UCS坐标，对应底部平面的已经转换成 XY平面。这样，那个小实体就可以沿着底部前后左右移动了。

10、打开“正交”，用移动命令，将小的实体往右移动85，注：85=(200-30)÷2。

11、用“长方体”命令，画一个120*120*35的长方体，画长方体时，要注意UCS坐标，输入的三个数值依次对应 X、Y、Z 的方向。

12、用“移动命令”，将刚画的长方体，移动到最大的实体的底部中位，见下图，注意移动的基点，以及到达的位置。

13、接下来，做差集，从最大的实体里，减去移动过来的长方体，注意，与中间那条最长的实体无干。做差集，大家应该都会了吧，这里就不做详细介绍了。

14、下图为已经完成差集的图形。

15、现在，开始倒圆角。点击“倒圆角”按钮，选择一条边，输入需要圆角的半径R15。

16、倒圆角的半径确定后，就可以选择需要倒圆角的边，本题倒圆角R15一共是三条边，如下图所示。

17、接着，和前一样，再次倒圆角。点击“倒圆角”按钮，选择一条边，输入需要圆角的半径R10，再选中要倒圆角的两条边。

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