導語：如何才能寫好一篇三維模型，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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對情感進行有效的測量是實現情感計算的關鍵和難點，而實現對情感的準確測量就涉及到了心理學中的情感測量理論及測量工具。本文將介紹基于維度觀的PAD三維情感模型。

PAD情感模型

PAD三維情感模型是由Mehrabian 和Russell于1974年提出的維度觀測量模型，該模型認為情感具有愉悅度、激活度和優勢度3個維度，其中P代表愉悅度（Pleasure-displeasure），表示個體情感狀態的正負特性;A代表激活度(Arousal-nonarousal），表示個體的神經生理激活水平;D代表優勢度(Dominance-submissiveness），表示個體對情景和他人的控制狀態。同時也可以通過這3個維度的值來代表具體的情感，如憤怒的坐標為（-0.51,0.59,0.25）（各維度上的數值范圍為-1到+1，+1表示在此維度上的值高，而-1表示在此維度上的值低）。

研究表明，利用P、A、D三個維度可有效地解釋人類的情感。例如，Mehrabian等人利用這3個維度可解釋其他42種情感量表中的絕大部分變異，而且這3個維度并不限于描述情感的主觀體驗，它與情感的外部表現、生理喚醒具有較好的映射關系。值得注意的是以往情感研究較多地關注愉悅度和激活度，但這2個維度并不能有效地區分有些情感（如憤怒和恐懼），而PAD三維情感模型則可以區分憤怒和恐懼，因為這兩種情感都屬于愉悅度低、激活度高的情感，但它們卻在優勢度上相反，憤怒屬于優勢度高的情感，而恐懼屬于優勢度低的情感。

PAD情感量表與PAD情感空間

基于PAD三維情感模型，Mehrabian等人提出了測量情感的工具――PAD情感量表。他通過研究確立了一個包括34個項目的量表（測量P的16個項目，測量A和D各9個項目）。后來的研究者又進一步提出了簡化版PAD情感量表，3個維度（愉悅度、激活度和優勢度）分別用4個項目進行測量（共12個項目）。中科院心理所對簡化版PAD情感量表進行了中國化修訂。中文簡化版PAD情感量表為9點的語義差異量表，每個項目由1對表示不同情感狀態的形容詞構成，每對詞間的空間分隔為9段; 每對詞所表示的情感在其所屬維度上的量值相反，而在其他2個維度上基本相同。例如，測量愉悅度的一個項目由“興奮的”和“激怒的”這對詞構成，它們所代表的情感在愉悅度上相反，而在激活度和優勢度上大致相同。

被試者需根據哪種情感更強烈及更強烈的程度來評定目標情感。根據被測試者的標定，從最左到最右，在該項目上的得分記為“-4”到“4”; 標定在中間時，記為“0”分; 最后維度分數為測量該維度的4個項目得分的平均數。研究采用中國的被試群體（北京地區1000名大學本科生）和中文簡化版PAD情感量表，并建立了該問卷的中國模板。結果表明，中文簡化版PAD情感評價量表在愉悅度、激活度和優勢度上的內部一致性信度（α系數）分別是0.85、0.58和0.72，驗證性因素分析的結果也驗證了該量表的3維結構。

在修訂中文簡化版PAD情感量表的過程中，課題組發現中國人與西方人在這3個維度上既具有明顯的共性，也存在著文化上的差異。在愉悅度和優勢度上，中國人和西方人之間沒有明顯差異。但是，中國人在激活度上顯著低于西方人。這可能預示著，在情感計算領域中，中國人與西方人在激活度上的結果可能存在差異。

課題組的研究人員還發現，在愉悅度上越位于兩端的情感激活度越高，而越趨近中性的情感激活度也越低，也就是愉悅度和激活度的散點圖呈拋物線狀，這可能反映了正、負和中性情感的固有特征。

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三維模型庫或稱為3D虛擬模型庫具有經濟性、靈活性、直觀性、可復制性等優點［3］。其在《工程制圖》中的教學優勢體現在：（1）替代并擴充傳統的實物模型。它不僅可以完全取代傳統的實物模型，消除實物模型攜帶不便的缺點，還可以根據教學內容的更新，及時擴充新的三維教學模型，克服傳統教學模型數量有限、不能修改等缺點。（2）是教與學的輔助工具，師生互動的載體。不僅能在課堂上將教學內容生動形象地表現出來，更有益于教師對知識的講授及學生的理解，以及師生的互動和討論；三維模型庫可作為一種載體將教學從課堂延伸到課后，以輔助學生完成課后練習，提高學生學習興趣及學習效率。另外，三維模型庫還有豐富實踐性教學素材庫等諸多優勢，然而目前大多數應用于教學中的三維模型庫還客觀存在以下幾個問題：（1）不完全開放，修改及更新能力差。目前絕大多數虛擬三維模型庫一般是不能隨意修改、擴充或刪減的，這就大大地降低了這類三維模型庫的利用率。（2）基于單一三維CAD軟件，通用性差。為滿足教學的需要，針對教師熟練掌握的某種三維CAD軟件，如UG、Pro／E、SolidWorks、CATIA、SolidEdge等，紛紛建立了相應的虛擬三維模型庫，在制圖教學上也起到了提高教學效果的作用。但這類三維模型庫最大的缺點是基于某一種CAD軟件的，對不能熟練掌握該軟件的教師來說大大提高了其應用難度［4］；另一方面，學生在使用這些三維模型時需要安裝專業化的軟件，而對于還未接觸三維CAD軟件的學生來說也是非常有難度的，這就大大降低了學生學習這類三維模型庫的積極性。（3）非網絡化，共享性差。三維模型庫大多在單機環境下運行，其共享廣度和方便程度是非常有限的。雖然也可將三維模型庫載入網絡共學生瀏覽，但這仍舊只是單一的傳授模式，在信息技術高度發展和應用的今天，還缺乏一個教師實時與之教學及課后輔導內容高度一致的三維模型的通道，缺乏一個師生間實時互動與交流、三維模型資源高度共享的公共網絡平臺。綜上所述，建立一種基于Web及異構三維CAD軟件的三維模型資源共享平臺是很有必要的，通過網絡，不僅能提供大量的模型資源，整合教育資源，而且還為師生交流提供了一個互動平臺，支持遠程教育、網絡化教學。

2Web三維模型共享平臺的設計與實現

2．1總體架構設計

為克服目前模型庫在工程制圖教學中存在的缺點，Web三維模型共享平臺采用了B／S模式，其總體架構如圖1所示。系統大體設置了5個層次：用戶界面層、業務邏輯／功能層、數據層、應用程序服務層和接口層。（1）用戶界面層：用戶界面為終端用戶（教師和學生）提供對系統訪問的工具。教師和學生只需通過Web瀏覽器，并安裝一個簡單的支持Web3D的三維模型可視化插件（如BSContactVRML）即可在線瀏覽平臺中的各類三維模型，而無需安裝專業化的軟件。（2）業務邏輯／功能層：業務處理層是系統的核心，負責處理三維模型共享平臺的核心功能，包括：三維模型的在線預覽、在線參數化驅動設計、三維模型與知識交流、三維模型快速建庫與擴展工具等。（3）數據層：數據庫是三維模型共享平臺的支撐，而三維模型資源庫是最重要的數據來源。依據其來源不同分為基礎模型庫、擴展模型庫和用戶模型庫等。（4）應用程序服務與接口層：該系統是基于異構三維CAD軟件系統的，包括UGNX、Pro／E、SolidEdge、SolidWorks、CATIA等，它們通過接口予以連接，并以服務的形式來滿足屬于不同CAD軟件用戶的教師需求。

2．2面向工程制圖教學的基礎模型庫建設與擴展

針對不同教師、教學對象及教學內容的多樣性和復雜性特點，并為滿足現代工程制圖教學的要求，將共享平臺中三維模型資源庫分為3類：基礎模型庫、擴展模型庫和用戶模型庫。三維模型資源庫結構如圖2所示。擴展模型庫是教師根據自身教學、所教班級學生及不同專業的特點和要求，利用平臺提供的快速建庫和擴展工具，按需求對基礎庫進行的適時擴展和調整。用戶模型庫則是平臺各用戶為實現互動交流而實時上傳至平臺中的豐富的三維模型資源，這也是對三維模型資源庫的一種有效擴充。學生在校園網上打開瀏覽器即可從各角度觀察和控制三維模型，并針對模型進行評論和交流，能有效地提高學生主動學習的積極性，并能實現模型資源高度共享，擴展學生的知識面，進而達到提高教學質量的目的。

3在工程制圖教學中的應用實踐

Web三維模型共享平臺是針對應用于工程制圖教學中的大量三維模型資源進行開發的，集用戶在線應用和在線管理于一體。教與學是教師和學生共同參與的過程，Web三維模型共享平臺在工程制圖教學中的應用如圖3所示。（1）教師需以教師身份登錄至系統訪問首頁或系統管理頁。在課堂教學時，教師通過訪問系統來瀏覽已有的三維模型輔助教學，通過強化學生對各種圖形的感性認識來提高課堂理論教學效果；利用平臺提供的在線參數化驅動設計功能，通過改變模型尺寸來更形象地展示圖形的變化情況，如通過在線改變圓柱直徑大小來展示兩正交圓柱或圓柱與圓錐正交相貫線的趨勢；利用平臺提供的快速建庫與擴展工具，對基礎庫中的模型進行調整和擴展，以滿足教師自身教學的特殊需求。而這些擴展模型可以是任意一種三維CAD軟件建立的模型，且可同基礎庫中的模型一樣被教師和學生查看及參數化再設計。（2）學生需以學生身份登錄至系統訪問首頁，依據自身需要選擇相應的鏈接，而后進入三維模型的預覽和參數化設計頁，實現模型的查看和操作。一方面可對課堂知識進行溫習和補充；更重要的是，通過查看習題模型庫，可及時地校對所做練習的正確性，彌補了教師不能及時輔導的缺陷，也能有效地提高學生的學習興趣和效率。

4結束語

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在國內外礦業研究領域，三維地質建模技術逐漸成為研究的熱點和焦點。通常情況下，進行礦體分析和礦床預測是以三維地質模型為基礎的，三維地質模型在一定程度上為工程決策和管理提供參考依據。所以，在當前環境下，研究分析三維地質模型的建模過程，具有重要現實意義。

在對露天礦開采進行設計，以及制定生產進度計劃時，需要結合地質數據管理的現狀，利用三維地質建模技術，將計算機處理數據信息的能力與設計人員的專業知識、專業技能進行結合，其作用主要表現在：一方面展示工程設計人員的能力，另一方面制定科學、合理的采礦方案。

2 三維地質模型的建立及更新

2.1 建立三維地質面模型

2.1.1 建立采場面模型

在建立露天礦采場面模型的過程中，由于露天礦采場特點的影響和制約，在建模過程中本文采用了加入約束線的TIN模型，在構建露天礦采場面模型過程中，臺階線的約束條件需要進行重點考慮。在構建采場面模型的過程中，如果對坡頂線和坡底線的影響考慮的不全面、不細致，在一定程度上就會出現三角形跨越坡頂線和坡底線的現象，進而臺階被削平，影響下一步的工程量的計算。通過對TIN模型進行加入約束線處理，使之具有約束條件，進而很好的反映露天礦的地表情況，如圖1所示。

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圖1 采場界面示意圖

2.1.2 建立煤巖面模型

煤、巖對于露天礦來說，是其主要的地質礦床。在構建煤、巖面模型的過程中，約束線通常是平面數據點的邊界線。為了達到描述煤、巖層面的目的，需要對煤巖頂板、底板、側面分別構建三維面模型，為此本文通過采用帶約束的TIN法進行建模。由于煤層界面處于地表之下，以此通過鉆孔的方式獲取樣本數據，受取樣點數量較少的影響和制約，高密度的TIN模型難以形成，進而需要對模型進行插值處理。在本文中使用的是距離冪次反比法，對三維格網數據點進行插值處理，形成Grid格網模型，最終生成TIN模型，如圖2所示。

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圖2 煤層界面示意圖

2.2 建立三維地質體模型

通過采用封閉面固化成體的建模方式構建三維地質體模型。在建模過程中，構建地質面模型時需要借助不規則的三角網，尤其是要充分利用上下地質界面和側面的三角網模型，進而形成閉合面，進一步構造地質體，最后生成三維地質體模型，地質對象內部的屬性特征和地質對象之間的拓撲關系通過三維地質體模型對其進行描述，該模型同時具有對三維空間進行分析、查詢、決策功能。

2.2.1 建立采場現狀實體模型

通過采用封閉面固化成體的方式建立采場現狀實體模型，利用該模型對采場進行模擬，其效果較為理想。生成采場現狀實體模型的過程如下：

①在建模過程中，模型的約束線選擇露天礦臺階的坡頂線和坡底線，生成的TIN模型遵守帶約束的Delaunay法則，構建采場現狀面模型時使用小三角面片單元，在一定程度上生成采場現狀的頂面模型。

②采場現狀頂面模型邊界線的確立。

③在某一水平面內對三角形面片單元進行投影處理，將產生的投影作為采場現狀實體模型的底面。

④采場現狀底面模型邊界線的確立。

⑤通過①和③生成的模型頂面和底面，同時對模型的側面進行構建。

⑥利用封閉面固化成體的方法，對已經確立的采場現狀實體模型的頂面、底面和側面進行處理，建立采場現狀實體模型。

⑦通過采用AutoCAD提供的著色、渲染等手段對地層的形態進行顯示，在一定程度上增強了立體感，進而使其更加形象，如圖3所示。

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圖3 采場實體模型

2.2.2 建立煤層實體模型

在建立模型方法方面，建立煤層實體模型與建立現狀實體模型大致相同。生成煤層實體模型的過程如下：

①煤巖頂底板所需的數據，在建模過程中，從鉆孔、剖面圖、等值線中獲得，對離散數據通過估值的方式進行處理，通過對半徑進行科學合理地參估，進而獲得煤巖頂底板的相關數據。

②在構建頂板面模型、底板面模型的過程中，充分利用煤巖的頂板數據和底板數據，頂底板面模型的邊界線自動生成。

③側面模型的構建需要通過借助頂底板面模型的邊界線。

④確立煤巖頂板、底板、側面模型后，建立煤巖實體模型需要借助封閉面固化成體的建模方法，如圖4所示。

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圖4 煤巖實體模型

2.2.3 建立露天礦三維實體模型

如圖5所示，在建立地質體模型（現狀實體模型、煤層實體模型、斷層實體模型等）的過程中，其中，基態模型選擇現狀實體模型，通過運算建立相應的地質體現狀模型，通過反插處理，生成相應的露天礦三維地質實體模型。

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圖5 露天礦三維實體模型

2.3 三維地質模型的更新

隨著工作臺階的不斷推進，需要對采場實體模型和煤巖實體模型進行更新。每月的平盤作業工作量，測量部門都要對其進行驗收測量處理，同時及時更新采場DEM模型和采場現狀模型。地質部門每月對于地層界面進行寫實工作，利用新的地層界面寫實數據對原有的地層平面數據進行及時的更新處理，然后對煤巖實體模型通過封閉面固化成體的建模方式進行更新。

露天礦三維可視化地質模型通過上述操作實現了自動更新的功能，在一定程度上構建了動態地質模型。結合露天礦的開采特點，這種模型能夠進行自動更新，其更新過程是，利用測量驗收數據和地質寫實數據完成地質體模型、采場實體模型的更新功能。露天礦三維可視化地質模型的更新速度在一定程度上大大提高，為應用地質實體模型創造了條件。

3 三維地質模型精度評價

傳統地形圖在描述地形的過程中，受測量方法、誤差、等高距等因素的影響，存在描述不準確，測量精度的缺陷。通過采用離散化的方式，對采樣數據進行處理，三維地質模型在描述和表達的過程中，克服了傳統地形圖描述存在的缺陷和不足，在一定程度上提高了測量的精度和描述的準確性。

3.1 回放等高線套合分析

將模型數據生成等高線圖，與原始等高線進行疊加比較，同時對等高線是否存在異常現象進行相應的檢查，這個過程被稱為等高線套合分析。通常情況下，對于模型精度，通過等高線套合分析就能對其進行全面的評價。如圖6所示，其中灰色線和黑色線分別表示原始的等高線圖和根據DEM內插生成的等高線。

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圖6 模型等高線疊加圖

3.2 剖面檢查法

沿著原始地質剖面方向，截取模型剖面圖，通過與已知的勘探線剖面進行對比，分析高程點的誤差，在一定程度上滿足了誤差精度的要求，該方法被稱為剖面檢查法，如表1所示。

表1 高程差比較表

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4 結論

①本文在建立三維地質面模型的過程中，借助TIN建模方法和封閉面固化成體的構模方法，進而建立露天礦三維地質體模型，進而描述地層的形態和發育程度。

②本文通過采用自動更新的新方法對三維地質模

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關鍵詞：滕王閣景區 三維模型 Smart3D Capture

滕王閣景區是以江南三大著名樓閣之一的滕王閣為中心的景觀建筑旅游景區。隨著景區的向北和向南的延伸擴大和融入贛江旅游風光帶，如何讓游客通過大屏幕，模擬親臨滕王閣濱江景區游覽，感受人文旅游資源所帶來的旅游文化快樂，為滕王閣景區旅游提供優質服務，成為旅游業關注的重點。本文著重闡述以傾斜攝影測量技術為基礎，采用Smart3D Capture等三維建模軟件，探討建立滕王閣景區三維模型的技術流程，利用三維模型對滕王閣景區進行引導與宣傳，進而推動南昌旅游業的發展。

一、基于傾斜攝影測量三維建模的意義

滕王閣景區位于南昌市贛江與撫河故道的匯合處。本次三維建模范圍，依據《南昌市滕王閣歷史風貌區控制性規劃（2015-2020）》，南起中山西路，北至陽明路，東為子固路，西鄰贛江，總面積為82公頃。其中，以滕王閣為核心景區范圍，面積為4.5公頃。景區域內由滕王閣主體建筑、文化庭院、奇石雕塑以及歷史文化景觀組成，對游客吸引力大。主體建筑為宋式仿木結構，碧瓦丹柱，雕梁飛檐，書畫滿堂，立面凹凸有致，歷史文化豐富，需要真實模擬滕王閣景區的三維模型向游客提供查詢與認知服務。

滕王閣景區內的景觀眾多，大小不一，立面復雜，紋理多樣。本試驗基于三維建模技術，根據傾斜攝影測量數據，依據滕王閣景區內的建筑、植被、道路、設施的大小形狀、距離位置，材質色彩、光照效果等構建三維模型，實現仿真模擬與可視化過程的簡單化，達到快速而準確地為旅游用戶提供一個身臨其境的真實旅游場景的服務模式。

二、滕王閣景區建模技術路線

滕王閣景區的景觀模型建立，其基本要求是準確反映出景觀建筑的平面位置，大小、形狀、色彩及材質，讓游客能從多個角度進行全面欣賞。所采用傾斜攝影測量來獲取建模影像數據，其基本原理是在同一飛行平臺上搭載了多臺可旋轉變化鏡頭的傳感器，同時從一個垂直和多個傾斜的不同角度采集影像。

滕王閣核心區三維模型

在多個鏡頭、不同角度下完成傾斜攝影影像數據采集工作，可以獲取滕王閣的多方位幾何信息，并且又實地采集滕王閣景區建筑的紋理數據，在數字正射影像和數字高程數據支撐的基礎上，利用Smart3D Capture軟件完成三維模型的建立。

（一）滕王閣景區模型構建技術路線

為保證建模精度，航空攝影技術指標為：使用Ultra Cam OSPREY數碼航攝儀，地面分辨率為0.08米，焦距80毫米，像元是6u。通過傾斜攝影獲取數據并進行空三加密處理后，在DEM與DOM的支撐下，外業景觀紋理采集，采用Smart3D Capture分區建模，從而實現整體三維模型的建立。

（二）滕王閣景區數據采集的方式

滕王閣景區三維模型的構建，其三維空間數據和影像數據，由景點的一系列平面位置、地面高程、地物高度及紋理數據、DOM、DEM數據等組成，而通過傾斜攝影測量技術，采用多臺傳感器，以不同角度對景點進行全方位影像數據采集，可以方便、快速、高效的獲取建模數據。

構建滕王閣景區的三維模型的幾何數據，選用能夠形象表達旅游景點的形態特征及相應建模精度要求的合格數據。紋理數據的采集，應拍攝建筑物所有部位的表面影像，以便滿足不同細節層次的表達要求，并同時應注意到通用紋理與示意紋理的數據采集。屬性數據的采集應保證景觀建模信息的正確性與完整性，在編碼過程中應具備系統性、通用性以及擴展性。

1.建模數據的驗證

數據精度是模型精度的重要支撐。滕王閣景區三維模型的質量取決于數據質量，而數據質量可以用數據質量元素進行描述，主要體現在模型的完整正確性、直觀形象性、現勢性、真實準確性、表現精度、屬性信息精度以及邏輯一致性等幾個方面。為準確建立滕王閣景區的模型，開展了對已有的DEM、DOM數據進行準確性和完整性的來源檢查，保證其一定的數學精度和獲取合格的原始數據。

2.紋理數據的采集

紋理數據的采集，是真實表現實體的基礎性工作。在數據采集過程中，采取事先計劃，圍繞核心區進行閉合路線分區采集，有利于提高數據采集效率。

（1）紋理采集

紋理拍攝：為清晰表現滕王閣景區景物，對建筑物進行實地拍攝和紋理采集，并按景觀屬性分類，逐一整理編號。采用的拍攝器材為有效像素1200千萬，JPG存儲格式的佳能數碼相機。選擇拍攝的時間：日出后二小時和日落前二小時，以此回避中午太陽正射建筑物時段。拍攝建筑物角度的選擇，以變形小、和無遮擋物，且色調均勻為最佳。獲取的照片顏色則以真實不偏色為原則，同時應避免景觀建筑物由于自身反射光所帶來的顏色失真。

（2）數據采集的內容

數據采集，主要有滕王閣景區中的景點全貌、景點位置、景點特征和鳥瞰景點的視覺影像。其中，景點建筑物的多角度和突出表現特征點的數據采集最為關鍵。為正確多角度全面反映建筑物滕王閣，其景點建筑物數據采集，應采用表現全貌，拍攝左前視、右前視、正前視、前側視、左側視、右側視和后側視的影像，以利于全面反映出景點建筑物各個角度的外立面；在表現建筑物主體上，可以選擇拍攝滕王閣具有唯一性和代表性的正前視部位。而在采集的同時，實地開展對滕王閣景區所有的地理要素核實和建筑物陰影的識e。

（三）軟件平臺

Smart3D Capture是一種快速、全自動的三維場景運算建模軟件，是通過簡單連續的影像來產生超高密度點云，進而生成具有真實影像位紋理的高分辨率三維模型。滕王閣景區的內業三維模型的數據處理，是利用全自動三維建模軟件Smart3D Capture進行建模，通過三維數字地球平臺的數據導入，整個過程自動化，全面實現三維模型和景區場景的融合。

三、滕王閣景區建模的實施

滕王閣景區三維模型的實施構建過程中，首先對建模區域進行單元劃分，按不同單元類別表現要求和基本屬性進行數據處理，以達到精細、標準和一般性的不同層次的建模要求。

（一）模型的單元劃分

模型的單元劃分：滕王閣景區分區的原則：以核心景區、保護區、規劃區進行分區。實際劃分時，采用相對穩定和完整的自然地形地物，取用贛江大堤、陽明路、子固路等為邊界線，這樣有利于滕王閣景區地理要素在幾何要素上不被任意截斷，保持模型具有相對的獨立性和完整性。

（二）模型的分區命名

滕王閣景區的三維分區模型命名，是參照行業標準《三維地理信息模型生產規范》CH/T 9016-2012執行，其基本結構是由建模單元編碼、模型類型、模型順序號和表現等級共四部分組成，以便達到有序建模。

（三）模型的制作

滕王閣景區是一個景觀形態不一、外立面復雜的景區。在建模時，按模型等級及建筑物類別進行處理，突出其建筑物特征。滕王閣的主體建筑模型，主要是反映建筑的外觀細節，清晰表現出游客喜愛觀賞的幾何特征點。尤其是在沿著建模景觀物體漫游時，游客能充分欣賞到滕王閣建模后的細部特征而帶來的立體藝術美感。同時，滕王閣的紋理多樣復雜，在制作過程時，應保持與實地石材、玻璃、金屬、木材的材質紋理一致性，使整體拼接過渡自然。

滕王閣景區的地形模型數據是由幾何數據和紋理數據共同組成。整個區域內地形起伏不大，以平地居多，沿江部分有贛江陡堤、碼頭斜坡等，平地平均相對高差小于5米。 因此，所采用DEM的格網單元尺寸不大于10m×10m，DOM的分辨率地貌優于1m，且高程精度優于2m時， 所構建的地形模型，能滿足一般性地形的建模需求。

四、滕王閣景區模型的紋理貼圖

景觀建筑紋理貼圖是提高實體的準確、形象和真實性來表現實體的一種圖像處理技術。滕王閣景區分別按“景觀正立面紋理”、“內部主體立面紋理”、“景觀背立面主體紋理”等類型，實現不同類別的表現。獲取景觀紋理圖像的主要方法是通過實地拍攝照，在后期采用Photoshop cs6進行針對性復原和反復調試。

（一）紋理圖像處理的基本原則：圖像應反差適中，色調均勻，且拍攝體前無遮擋物，并通過糾正變形，去除雜色，保持與實地建筑的一致性。

（二）紋理效果的處理：以照片為基礎，采用Photoshop cs6軟件，進行人工后期修補處理，重點去除紋理陰影，保持紋理整體影像顏色的均勻適中和真實、準確。

五、建模試驗結論

研究表明：滕王閣景區的三維建模方法，采用傾斜攝影的影像數據，其所構建的三維模型，具有信息豐富，形象真實，紋理清晰，準確完整的特點，全面實現了景區場景的實時漫游與交互功能，從而能使游客在多個角度下欣賞立體景觀，有效彌補了基于正射影像應用建模的不足，實現過程快捷簡單，可視化效果形象逼真，且易于集成與共享，這為滕王閣景區旅游提供了一種全新、漫游和互動式的資源共享手段，滿足滕王閣景區旅游發展的需要。

參考文獻：

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[2]國家測繪地理信息局.三維地理信息模型生產規范CH/T 9016-2012[S].北京：測繪出版社，2012.

[3]周杰.基于傾斜攝影測量技術構建實景三維模型的方法研究[J].價值工程.2016.35（25）.

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【關鍵詞】頜面部；三維重建；解剖

手術學熟悉頜面部的解剖特點，是頜面部外科治療和診斷的基礎，以往解剖學教學是通過標本和理論進行的，缺乏立體、動態感。本文利用螺旋CT掃描的斷面三維重建了一個頜面的解剖模型，目的探討頜面部的立體、動態解剖關系。該模型可以用來教學，在模型上可以完成術前手術模擬工作，指導手術的完成[1，2]。

1 材料與方法

一個69歲男性，在告知研究目后、自愿同意情況下，進行了顱腦CT掃描。，使用SOMATOM 螺旋 CT 機行頭顱常規容積掃描， 電壓120kV，電流 252mA，視野（FOV ）183mm，層厚0.6mm，間距0.3mm，探測器層列20×0.6，重建矩陣512×512，螺距0.348，掃描起始線低于常規聽眥線。該患者的顱腦CT圖像用來進行三維圖像重建，將圖像輸入后臺工作站進行重建，對每例患者均運用表面遮蓋法顯示（SSD）法和容積繪制法顯示（VR）進行三維圖像重建，在模擬系統內，動態地觀察重建圖像，選擇合適的角度進行拍照保留。

2 結果

獲得了頜面部三維模型，該模型可以動態地顯示頜面的骨性解剖特點。頜面部的前面觀：頜面部有下頜骨、上頜骨、顴骨、鼻骨、顳骨和額骨組成。上頜骨和鼻骨形成鼻裂孔，位于頜面部的中央，其上側兩方為眼眶，下方為上、下頜骨圍成的口腔；在眼眶上緣中點偏內見眶上孔，有眶上神經血管通過；在眼眶下緣中點見眶下孔，有眶下神經血管通過；在下頜骨中線偏兩側可見下頜骨孔，是下頜神經及血管進過的地方。頜面部的側前面觀：從側前可以顯示顳骨的顴突和顴骨的顳突形成顴弓，顴骨、額骨和上頜骨形成眼眶的外側壁，下頜骨后上部分有冠狀突和髁突。頜面部的后面觀：頜面部的后面觀察到額骨和蝶骨形成的前顱窩和中顱窩，蝶骨大小翼形成眶上裂，是動眼神經、展神經、眼神經、滑車神經及眼眶的靜脈出入顱腔的地方。

3 討論

隨著現代計算機技術的發展，誕生了計算機三維重建和顯示的新技術，在醫學領域，主要用于人體器官的三維重建和仿生研究[3]。現代CT技可以獲得容積掃描數據，適用于任何復雜形態和各種密度的三維結構重建，本研究利用一例顱腦CT掃描數據，三維重建了頜面部的解剖模型，該模型可以用來進行虛擬頜面的解剖過程，對于有關結構可以進行任意分離、組合、旋轉和切資料，以及數學建模等方割，從多方位、多角度觀測頜面部的解剖特點。臨床上數據來源主要有解剖斷層、影像法獲得的數據。隨著CT、MRI、DSA等影像學檢查手段的普及和推廣，臨床上很方便地獲得大量人體器官斷層資料，完成顱腦、骨骼及血管等三維圖像，已廣泛應用于導航手術、骨科手術及心腦血管介入手術等。數字化影像學技術已廣泛應用到臨床工作，并取得很大效果。但是，數字影像資料準確性受影像質量的影響。如MRI影像由于受磁場的不穩定、容積效應及后期處理技術的影響，圖像易產生扭曲變形從而影響影像學信息的準確性。CT通過X線直接獲取形態學信息，圖像直接反映人體的解剖學特點，有較高的準確性。因此本文選擇顱腦CT斷層三維重建頜面的解剖模型[4]。該模型動態地顯示頜面部有以下特點：頜面部有下頜骨、上頜骨、顴骨、鼻骨、顳骨和額骨組成。上頜骨和鼻骨形成鼻裂孔，位于頜面部的中央，其上側兩方為眼眶，下方為上、下頜骨圍成的口腔；在眼眶上緣中點偏內見眶上孔，有眶上神經血管通過；在眼眶下緣中點見眶下孔，有眶下神經血管通過；在下頜骨中線偏兩側可見下頜骨孔，是下頜神經及血管進過的地方。顳骨的顴突和顴骨的顳突形成顴弓，顴骨、額骨和上頜骨形成眼眶的外側壁，下頜骨后上部分有冠狀突和髁突[5]。普通CT斷面屬于二維斷層，只能表達某一截面的解剖信息，臨床醫生憑借這些圖像信息進行診斷治療具有很大的局限性，缺乏一個立體的概念，可能忽視一些病變的細節，導致誤診，治療效果不滿意。本實驗利用CT掃描所獲取豐富的數據信息，應用三維重建軟件，采用表面容積方法重建了頜面部的三維模型。該模型為三維可視化數字模型，輪廓清晰，可以隨意旋轉和拼組、分割，以任意角度觀看，可以幫助臨床醫生掌握頜面部的解剖特點，進一步開發虛擬手術系統，進行術前模擬操作，完成術前計劃[6]。

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篇6

三維數字技術的發展，使得越來越多的三維數字影像作品走進了人們的生活。無論在動畫、游戲還是一些影視作品中，那些生動逼真的數字影像給我們帶來的是視覺上的震撼和無窮的想象。畫面的逼真度，在一定程度上代表了三維影像發展的特點和方向。如早期的科幻影視作品《星球大戰》，當時的三維數字技術還不成熟，為了達到逼真寫實的場景效果，工作人員制作了許多場景的實物模型進行拍攝，雖然在一定程度上模擬了一種逼真光影效果的幻想空間，但是現在看來，場景模型的細致程度和自然光影的應用效果還是沒有達到一種真實的狀態。

在如今的科幻電影中，三維技術的成熟使之產生了革命性的蛻變。在《變形金剛》、《阿凡達》等一系列科幻電影中，已經達到了幻想與現實的完美結合。在我們生活的真實環境中，不難發現，物體的造型和光影的照射決定了畫面真實的程度，而所有真實的畫面都是基于自然環境下的物體的表現。那么三維影像的發展，簡單的說就是模擬自然的一種發展過程。三維影像的制作，雖然是基于計算機數字技術的應用，但是在畫面的表現上還是根據真實自然狀態下的規律，就是利用物體的造型和光影。

三維影像技術發展至今，圍繞著決定畫面真實性的造型和光影兩個因素，已有了很大的突破。極負盛名的Vray和Mentalray渲染器，就是關于自然真實光影效果的解決方案。對于物體的造型制作來說，有曲面建模、多邊形建模和細分建模等一些建模方式，來針對不同的物體造型進行制作。對于一個真實的影像畫面，不僅要有一個自然真實的光影體系，更重要的是具有真實可信的物體造型。只有物體造型準確細致，才能更好地展現光影帶給它的真實性和厚重感，也才能創造出更可信的畫面。

數字雕刻是近幾年發展起來的關于制作超寫實三維模型的一項技術，最具代表的就是Zbrush和Mudbox兩款雕刻軟件。這項技術的誕生，讓超寫實三維模型的制作不再是一項龐大的工作。其帶給我們的最直觀的表現就是在科幻電影中呈現的超寫實的數字場景和角色，還有在次時代游戲中的真實畫面。這項技術的原理非常簡單，就是利用現實中雕刻的方式去制作數字化的場景和角色，省去了傳統模型制作中大量頂點的編輯工作，從而讓模型的制作在時效和質量上達到了一個契合點，在高效率的前提下大大提高了作品的質量。下面筆者將以寫實大象模型的制作過程，來介紹一下數字雕刻技術在寫實模型制作中的應用。

一、了解物體的結構

在模型制作之初，我們都要先去了解物體的結構，特別是生物模型。對于物體造型和結構的了解，可以讓我們在后續的制作工作中更好地把握物體造型和結構的準確性，這也是保證模型最終是否真實的一個決定性因素。我們可以根據真實的圖片或者一些解剖圖，來觀察和記錄大象的骨骼肌肉結構，做到心中有數，并且在后續的制作環節中要不斷地進行比對和觀察（如下圖）。

二、構建物體的框架

在進行過對大象結構的了解后，下面就可以進行第一階段的制作工作了。在模型的制作起初，先要來制作模型結構的大體框架，方式是很多的。目前業內較流行的制作方式大體有三種：第一是在傳統的三維軟件中進行第一階段的大型制作，然后導入到雕刻軟件中進行細節加工；第二是直接在雕刻軟件中利用基礎物體進行雕刻，直至制作完成；第三是直接在雕刻軟件中利用四足動物的基礎模型進行雕刻到最后制作完成。對于以上三種方法，主要還是根據個人的制作習慣和對造型的把握能力的高低來選擇。第一種方法的好處是可以按照物體的結構進行精確的布線，為后期的雕刻奠定良好的基礎，還可以比較快速精確地把握物體的大體結構。后兩種方法的好處是制作環節簡單，但是對于造型能力的把握要求較高，不利于模型布線，對以后需要動畫的物體模型還要進行重建拓撲的工作。本例將使用第一種方法，這樣可以更好地體會布線對后期模型細節的雕刻所起的作用。首先使用三維制作軟件進行大體的造型制作。這里用到的是Maya軟件。對比之前觀察的樣圖，來制作大體造型，注意各個結構之間的比例（如下圖）。這里用到的是多邊形建模，其好處在于能夠靈活快速地把握物體的形體，并能為物體的結構建立自由的線框分布。的文件格式，這個格式是三維制作軟件的通用格式，為導入到雕刻軟件做準備。

三、深化物體的結構

在物體基礎造型完成后，就要在雕刻軟件中進行深入加工了。把存為obj格式的物體模型文件導入到雕刻軟件中，這里用到的雕刻軟件為Zbrush（如下圖）。在制作物體大體結構造型的時候，要注意布線，盡量按照布線均勻的原則來制作。均勻的布線可以為后面的雕刻工作奠定便利的基礎。因為在雕刻軟件中，模型的雕刻實質上也是基于頂點移動的原理。那么在光滑增加頂點雕刻細節的時候，就能夠得到平均統一的頂點數量，以此達到一致的細節表現。在大體形態結構的制作中，要做到結構明確、布線合理均勻、比例準確。制作完成的基礎造型（如下圖），選擇物體后輸出文件后綴名為obj在導入到Zbrush后，可以看到物體呈現為類似于紅泥顏色的模型效果。在這里，我們可以看到模型表面的面片數量和Maya中的一樣，還處于數量極少的模型狀態。在此基礎上，雕刻的第一步是繼續調整模型的形態和大體結構。在Zbrush中，利用“移動筆刷”（如下圖），這可以非常快捷地對物體的形態進行調整。大體形態調整完成確定后，下面就是對物體的結構進行深入的雕刻。在雕刻之前，要對物體模型進行細分的操作，就是增加物體表面的頂點數量，模型細分級別增加到三級（如下圖）。頂點數量越多，代表著對細節的雕刻能夠越深入。但是對于頂點數量的增加，還是根據制作的進度來增加的，不能在模型最初的階段把頂點數增加到最后細節表現的數量上，這樣會為造型結構的把握造成困難。基礎工作準備完畢后，就可以進行結構的深入雕刻了。在雕刻工具使用中，運用默認的常用雕刻筆刷就足夠了。在這個階段的雕刻中，要多觀察實物樣片中大象的肌肉結構和面部骨骼結構，準確把握骨骼肌肉分布情況，這些都是達到最終寫實模型的基礎（如下圖）。

四、細節表現

觀察并確定第二階段的模型結構形態的雕刻工作準確無誤后，接下來的工作就是進入到雕刻中最為精彩的部分了——細節的表現。在此例中，大象的結構造型制作完成后，骨骼肌肉的表達已賦予了模型在力量上的表現力，但是與寫實還有一定的距離，這就表現在大象皮膚的質感上。觀察樣片知道，大象的皮膚是一種非常粗糙并具有類似菱形狀的紋理構造，那么在細節的雕刻和繪制中就要去模擬這么一種皮膚質感。在細節繪制之前，要確定模型有著足夠的細分級別。對于皮膚細小的細節處理，模型的細分級別最少要提高到六級。

在Zbrush中，對生物皮膚的雕刻處理，一般會采用Alpha紋理筆刷的方式，為模型進行皮膚的細節處理。在Alpha紋理中，可以查找與生物皮膚紋理類似的紋理圖像（如下圖），以此來進行雕刻處理，甚至可以把與之相同的皮膚紋理圖像貼到模型的表面，大大提高了制作的效率。在表現細節雕刻的制作中，要保持十分的耐心和信心。把握住實物樣片中所傳達出的細節特征，在不斷地對比和參考中進行雕刻制作，相信要達到最后的成功也只是時間的問題了（以下是最終的模型完成圖）。

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關鍵詞：固結；運移；耦合；三維模型

中圖分類號：TU431文獻標志碼：A文章編號：16744764（2015）03005310

Abstract：The coupling effect of consolidation caused by the waste and the cover， and the solute transport has been widely studied in the field of environmental civil engineering. Based on Biot consolidation theory and solute transport theory， a threedimensional coupled model of consolidation and solute transport is thus developed and in the modeltheporosity is thecoupled parameter and consolidation equations is linked with transport equations.The influence of consolidation on solute transport parameters is taken into consideration as well.. Then， the 3D model coupling the consolidation and solute transport is establishedusing the finite elementsoftware COMSOL Multiphysics.The numerical results show that consolidation deformation retards the transport process of solute leading to decrease in contaminant plume and the transport depth in vertical direction and has a strong and longterm influence on the transport of soluteThe transport distance decreasing rate increased over time and reache27.75% in 20 years ； the transport distance in the horizontal direction of contaminant concentration increases with the increasing of lateral hydraulic gradient.

Key words：consolidation；transport； coupled； threedimensional model

目前，中國存在大量的簡易廢物堆場和疏浚底泥堆場，直接建立在未作任何防滲措施的天然土層上。滲濾液一旦穿透防滲墊層，對地下水的影響將是長期的和巨大的。因此，研究溶質在黏土防滲層中的運動規律，從保護地下水和保護環境的角度而言，是最值得關注的，亦可評估黏土作為環保防污屏障的有效性。在多種環境巖土工程項目運營機理中，都包含了兩類過程：一是物理化學過程（主要是溶質的運移過程和稀釋過程）；二是巖土體的力學變化過程（主要是滲流過程和固結過程）。目前，對溶質在固結變形土體中的運移規律已引起相關學者的高度重視。

Smith[1]從固結土的應變分析及溶質質量守恒定律出發，建立了溶質在可變形飽和多孔介質中運移的一維理論，分別討論了多孔介質小變形和大變形情況下的溶質運移問題，并指出研究大變形情況下溶質運移問題的重要性[2]。Alshawabkeh等[35]將溶質質量輸運過程與基于Terzaghi固結理論的黏土固結過程相耦合，建立了溶質一維輸運模型。Fox [6]、Arega等[7]、Fox等[8]以及Lewis等[9]基于大應變固結理論，建立了飽和多孔介質中考慮大應變固結和污染物運移的耦合數學模型。Witteveen等[10]以非膨脹伊利土為試驗研究對象，開展了土體的化力耦合特性試驗研究，給出了滲透吸力與初始固結系數以及滲透吸力與屈服應力之間的關系表達式，建立了考慮化學力學耦合特性的本構模型。Zhang等[11]提出了部分飽和多孔介質固結與溶質運移一維耦合模型，同時，考慮了多孔介質的有限應變以及幾何與材料非線性的新特征。模型綜合比較論證了有限應變、孔隙水的可壓縮、縱向彌散以及飽和度的重要性。張志紅、許照剛等[1216]在比奧固結理論的基礎上，通過固相速度這一參量將固結理論與溶質運移理論相耦合起來，建立了考慮土體固結小變形的一維溶質運移模型并分別給出其解析解和數值解。薛強等[17]基于多孔介質氣水固耦合和微生物降解理論，建立了描述這一復雜動力學行為的氣水固耦合數學模型，并給出了耦合模型的數值格式。以上溶質在固結變形粘土防滲層中的運移規律研究大部分理論模型都是一維形式，且較少考慮溶質運移對土體固結變形的影響。

本文在比奧固結理論和溶質運移理論相結合的基礎上，通過溶質濃度與孔隙水壓力之間的關系，以孔隙率作為耦合參量，建立溶質在固結變形土體中運移的三維耦合模型，并采用數值方法進行求解，揭示了溶質在變形土體中隨時空的運移分布規律。該研究對于堆場防滲系統的設計、管理和維護以及環境安全性評價具有重要的理論價值和實際意義。

1模型的建立

1.1基本假定

1）土體為飽和、小變形、線彈性均質連續體；

2）土顆粒和孔隙水不可壓縮；

3）滲流服從達西定律；

4）土體為彌散各向同性；

5）土體中滲透速度主方向與選擇的坐標一致。

6）假定流場為均勻穩定流場。

1.2比奧固結理論

比奧固結理論考慮了各向同性的飽和土單元體在外力作用下的平衡條件，土骨架的線性變形和孔隙水滲流的連續性條件。三維比奧固結理論可以用數學方程描述如下：

2.2模型數值求解

由于本模型考慮了滲流場、應力場以及濃度場的多場耦合作用，因此，利用大型多場耦合有限元軟件COMSOL Multiphysics對模型進行數值模擬求解。COMSOL Multiphysics是以有限元法為基礎，通過求解偏微分方程（單場）或偏微分方程組（多場）來實現真實物理現象的仿真。

利用COMSOL Multiphysics對模型控制式（1）、（2）、（4）、（5）進行數值模擬求解，得到黏土層中溶質濃度隨時空的運移分布規律。

3.1固結壓力對溶質擴散范圍的影響

研究溶質在黏土防滲層中的運移規律，主要目的是為了預測溶質在填埋場規定使用年限內運移的距離，是否穿透了防滲層，會不會對周圍環境以及地下水造成二次污染，為廢物堆場的風險性評估提供科學依據。

根據《中華人民共和國地下水質量標準》的有關規定，氨氮濃度大于0.2 mg/L的地下水視為被污染，故本文定義孔隙水中的溶質濃度超過該限值的范圍為溶質運移距離，對于線性吸附模式，不同固結壓力作用下溶質在豎直、水平方向運移的距離如表4和表5所示。

從表4、表5可以看出，對于特定的運移年限，固結壓力越大，溶質在土層中的運移深度或距離則越小，造成這種現象的原因主要是由于不同固結壓力作用下土體壓縮變形量不同，導致不同固結壓力對溶質擴散規律的影響不同。在外荷載的作用下土體被壓縮，孔隙水排出，孔隙率減小，溶質運移通道變窄，而溶質運移中對流、水動力彌散等參數均與孔隙率密切相關，孔隙率變小使得對流彌散作用被削弱，從而阻滯了溶質的運移，并且固結壓力越大，土體壓縮變形量就越大，對溶質運移的阻滯作用就越強。因此，在相同的運移年限內，溶質運移深度或距離隨著固結壓力的增大而減小。從表6可以更直觀

的看出，無論是豎直向還是水平向，防滲層固結變形均會導致溶質運移深度（距離）的減小，并且隨著運移時間的增長，運移深度的減小率逐漸增大，表明隨著運移時間的增加，壓縮變形導致的溶質運移深度（距離）的減小量逐漸增大，即壓縮變形對溶質運移過程的影響是持久性的。

將考慮土體固結變形時溶質的運移規律與不考慮土體固結變形時溶質的運移規律（固結壓力為零）進行對比，結果表明，對于特定的運移年限，考慮土體固結變形時溶質遷移的距離比不考慮固結變形時溶質遷移的距離要短，對堆場防滲墊層的設計及使用年限的提高具有較強的指導作用。

從圖4、圖5可以看出，對于特定的運移年限，固結壓力越大，溶質在土層中的運移深度和水平距離越小，在圖4、圖5中表現為溶質濃度峰面隨著固結壓力增大而左移，同時還可以看出，隨著運移時間的增加，與不同固結壓力對應的溶質濃度峰面逐漸變的稀疏，說明隨著運移時間的增加，固結壓力取值的不同對溶質運移規律的影響逐漸增大，即相同增量固結壓力對應的溶質遷移距離逐漸增大。

3.2橫向水力梯度對溶質水平向運移距離的影響

在計算中，取縱向水力梯度，為分析橫向水力梯度對溶質水平向運移距離的影響，改變橫向水力梯度，并假定與縱向水力梯度具有一定比例關系，變動方式為：1）ix/iz=1，ix=5.8；2）ix/iz=0.5，ix=2.9；3）ix/iz=0.8，ix=1.16。上述3種情況的計算結果如表7所示。

模擬的不同橫向水力梯度作用下溶質水平向運移如圖6所示。由圖6以及表7發現，橫向水力梯度對溶質水平向運移具有較大影響。隨著橫向水力梯度的增大，溶質在水平向運移距離也隨之增大，對于河流湖泊等疏浚底泥廢物堆場，水頭可高達到30 m以上，橫向水力梯度也會超過10，這種實際工況下溶質在水平向運移距離就比較遠，影響范圍也變的很大，故不能將之忽略。在堆場防滲墊層設計及服役過程中，應考慮這一因素的影響。

3.3模型驗證

一方面由于溶質在黏土襯墊中運移速度慢，襯墊設計擊穿時間一般達數十年，普通的室內土柱試驗，無法進行如此長時間的模擬，另一方面像垃圾填埋場這樣比較大的場地，室內實驗也是無法進行的，三維實驗就更加困難。詹良通等[20]利用400 gt土工離心機模擬了高水頭條件下氯離子在高嶺土襯墊中的一維運移及擊穿過程。離心機具有縮時縮尺效應，可以大大縮小實驗模型的尺寸以及縮短模擬的時間，因此，可以把本文三維模型退化為一維，然后再與詹良通等的實驗進行對比驗證。

基于此，采用與詹良通等相同的計算條件及參數，對此問題進行了對比計算，計算結果示于圖7，由圖7可見，對于溶質在變形土體中的運移問題，詹良通等的實驗結果與本文的數值模擬結果比較吻合，從而驗證了該理論模型的合理性以及計算結果的正確性。

4結論

1）以孔隙率作為耦合參量，將Biot固結理論與溶質運移理論相耦合，建立了溶質在變形多孔介質中的三維運移模型。采用有限元軟件COMSOL Multiphysics對三維耦合模型進行數值求解，研究了固結壓力與橫向水力梯度的變化對溶質濃度隨時空分布規律的影響。

2）將考慮土體固結變形時溶質的運移規律與不考慮土體固結變形時溶質的運移規律進行對比，結果表明，對于特定的運移年限，考慮土體固結變形時溶質遷移的距離比不考慮固結變形時溶質遷移的距離要短，對堆場防滲墊層的設計及使用年限的提高具有較強的指導作用。

3）橫向水力梯度對溶質的水平遷移影響較為顯著，對于水力梯度較大的河流湖泊等疏浚底泥廢物堆場，溶質在水平向的運移范圍對周圍環境的影響不容忽視。

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篇8

結果 下頜角區骨折斷端截面上產生彎矩及剪應力最大，下頜體部骨折斷端截面上產生的彎矩及扭矩均較大，正中聯合部骨折斷端截面上只產生負彎矩。所有部位骨折離骨折部位越遠，剪應力越小。

結論 實驗結果揭示了下頜骨骨折骨斷端的力學特征與骨折部位間的關系，客觀地顯示了骨斷端力學變化特點與功能咬合點的動態變化關系。

【關鍵詞】下頜骨骨折；三維力學模型；功能負載作者單位：136000吉林省四平市中心人民醫院口腔科（陳紅玉）；吉林大學口腔醫學院（于子瑩 劉春麗）本研究通過建立下頜骨三維力學計算模型系統地研究功能負載條件下，下頜骨不同部位骨折斷面上的彎矩、扭矩以及剪應力與下頜牙列不同咬合點的動態變化關系，探討咀嚼功能狀態下，骨斷端所產生的力學效應。

1 材料與方法

1．1 選取成年人尸體的發育正常且具有完整牙列的下頜骨標本6件，去除軟組織（標本由吉林大學醫學解剖教研室提供）。分別測量6件下頜骨標本雙側髁狀突中心間距離以及右側髁狀突中心到下頜牙列功能負載點之間的垂直及水平距離。隨機分成三組，二件一組，確定臨床上最為常見的下頜角、下頜體部及正中聯合區的單一線性骨折。骨折線均位于下頜骨右側，其中下頜角骨折起自嚼肌粗隆前緣斜向上至右側第三磨近中；體部骨折為通過右側第一、二雙尖牙；正中聯合骨折為通過雙側中切牙之間。測量并計錄骨斷面中心至右側髁狀突的垂直距離。

1．2 以右側髁狀突為中心建立空間坐標系，X軸通過雙側髁狀突中心，X-Y平面平行于下頜咬合平面，Z軸垂直于X-Y平面。下頜功能負載時關節區反應力（joint reaction forces Fjr）、咀嚼肌牽拉力（muscle forces Fm）以及下頜咬合力（bite force Fb）的作用線均垂直于X-Y平面。確定下頜牙列雙側第一、二磨牙，第一、二雙尖牙、尖牙、側切牙及雙側中切牙近中接觸點等共13個咬合功能負載點。作用于磨牙、雙尖牙、尖牙及切牙咬合力值比例為1．4∶1．1∶0．8∶0．7，平均咬合力值為100 N，磨牙119 N，切牙57 N。依據空間平行力系、靜力平衡原理建立靜力平衡方程：沿X軸的合力矩 ∑Mix=0沿Y軸的合力矩 ∑Miy=i5l沿Z軸的合力矩 ∑Miz=i=l計算下頜功能負載時不同骨折斷面上彎矩（bending moment Mb）、扭矩（torsion moment Mt）及剪應力的大小，計算結果用Origin 6．0數據分析軟件進行擬合處理。

2 結果

2．1 下頜角區骨折 骨斷端載面上產生彎矩最大，最大彎矩出現于功能負載時非骨折側的磨牙區。該截面上產生的扭矩較小。靠近骨折線的磨牙區負載時骨斷端截面上產生的剪應力最大，離骨折線越遠其剪應力越小。

2．2 下頜骨體部骨折 功能負載條件下頜骨斷端截面上產生的彎矩及扭矩均較大，骨折側磨牙區產生最大的負扭矩。剪應力在骨折線前后牙列咬合時變化明顯，骨折后方負載時截面上受正性剪應力的作用，而在骨折線前方負載時截面上形成負性剪應力。

2．3 正中聯合骨折 牙列各部位行使咬合功能時骨折截面上均只有負彎矩作用，最大彎矩出現在臨近骨折的中切牙受力時。扭矩最大值產生于雙側尖牙區受力時。與前兩部位骨折相比剪應力作用不明顯。

3 討論

下頜骨屬于高應力骨，在功能負載情況下骨內應力分布復雜。功能負載時骨斷端截面的移位由彎矩、扭矩及剪應力構成[1]。彎矩作用使前后骨斷端產生軸心平行于骨折截面的彎曲移位運動，其中正彎矩作用導致骨折端下緣呈現擠壓，同時牙槽區張開；而負彎矩作用效果相反，形成骨折下緣張開而牙槽區相互擠壓。扭矩作用使骨斷面產生頰舌向相對移位運動，其中正扭矩作用使后段骨斷端下緣舌向移位，而前段下緣頰向移位，負扭矩作用時后段骨斷端下緣頰向移位，而前段下緣舌向移位。剪應力作用與骨斷面平行，正性剪應力使后段骨斷端足向移位而前段骨折段顱向移位，負性剪應力使后段骨斷端顱向移位，前段骨斷端足向移位。

本研究建立的三維數學模型，能夠真實地模擬下頜骨在體內的功能狀態。模型建立數據來自于多具成人下頜骨標本的測量結果，將下頜功能活動時升頜肌群對下頜骨的作用進行矢量疊加，肌力作用符合體內生理特點[4-5]。研究中100N平均咬合負載的選擇與骨折固定4周內的臨床測定結果一致[6]。牙列中前后牙咬合力值之間0．7∶0．8∶1．1∶1．4的比例真實地模擬了體內實際咬合狀況[7]。

下頜骨在功能負載活動時不同部位骨折骨斷端截面上的力學特點存在著很大差異。下頜角區骨折呈現出高的正性彎矩和負性剪應力，提示該部位骨折的治療需對抗骨斷端間牙槽嵴區張開的彎曲運動和骨折線后段骨斷端的顱向移位。下頜體部骨折骨斷端截面上存在較大的正、負彎矩，而且存在較大的負性扭矩，治療時應有效對抗骨折斷端間的彎曲移位，以及有效地對抗骨斷端的頰舌向扭轉運動。正中聯合區骨折功能負載時，骨斷端僅產生負彎矩而扭矩及剪應力作用不明顯，因此治療主要以消除斷端間產生的下頜下緣分離彎曲運動為主。

該模型的建立，其分析結果不僅揭示了下頜骨骨折骨斷端的力學特征與骨折部位的關系，而且客觀地顯示了這些力學變化與功能咬合點間的關系。

參考文獻

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篇9

關鍵詞： HTML5； WebGL； three.js； 三維模型； 數據驅動

中圖分類號： TN710?34； TP391.9 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）24?0083?04

Web?oriented 3D model generation and processing technology

ZHENG Hua1， SU Jingfang2

（1. Shijiazhuang Institute of Railway Technology， Shijiazhuang 050061， China； 2. Hebei University of Science and Technology， Shijiazhuang 050018， China）

Abstract： The introduction of WebGL standards accelerated the arrival of the Web3D era. The generation and processing of 3D model is the core in Web3D project. On the basis of the three.js engine， the data drive modeling， importing and processing of static 3D model， and importing and analysis of dynamic 3D model in the Web environment are introduced. The experimental results show that the Web3D technology based on WebGL platform and three.js engine can not only effectively achieve the data visualization and the database?oriented parametric modeling， but also has compatibleness with most of the industrial 3D models and support the whole Web3D project.

Keywords： HTML5； WebGL； three.js； 3D model； data drive

0 引 言

Web自20世紀90年代初誕生以來，經過20多年的發展，現在已經成為Internet上最重要、最普及的應用，從HTML 1.0到2.0，3.0，4.0，XHTML以及現在的HTML 5.0，但至今為止，主流的Web頁面仍然是二維的，隨著3D技術的日益普及，下一代Web技術正朝著3D方向發展。2013年5月，HTML 5.1正式草案公布，新增了Canvas標記，通過WebGL，允許瀏覽器直接在上面繪制矢量圖形，目前HTML 5和Canvas 2D規范的制定已經完成。three.js是由JavaScript編寫的WebGL第三方庫，是一款運行在瀏覽器中的3D引擎，可以用它在Web中創建各種三維場景，比如3D對象、攝影機、光、影、紋理、材質、動畫等。與傳統的Web3D技術（如Flash3D、Unity3D、Silverlight等）相比，three.js的優勢在于它不需要在瀏覽器中安裝插件，用戶可以通過JavaScript直接控制Web頁面上的3D場景，不足之處在于它需要瀏覽器支持WebGL，到目前為止，火狐、谷歌等瀏覽器都支持WebGL，但微軟的IE瀏覽器要11.0以后的版本才支持。

現在，主流的Web仍然是二維的，文本、圖片、聲音、視頻仍然是Web的主要內容。通過與傳統的Web技術相結合，three.js可以將二維數據以三維方式呈現出來，3D場景漫游將成為Web的主要內容，這對Web的影響是革命性的，本文重點探討基于three.js引擎的各類三維模型的生成與處理技術。

1 數據驅動的三維建模

3D建模是構建三維場景的一個基本問題，一般的方法是先建模，然后渲染，最后輸出成某種特定格式的模型或動畫。當模型有變化時，必須重復執行上述步驟，也就是說，渲染結果一旦輸出，就不可修改，無法實現實時變化。

Web的后臺主要是數據，3D只是一種數據呈現方式，通過后臺的數據驅動前臺的3D場景和動畫，即是數據驅動的三維建模，其意義在于通過修改后臺的數據，即可觸發前臺3D場景的變化。

1.1 數據驅動建模的基本原理

與一般的建模不同，Web上的建模涉及帶寬問題，模型數據需要先從Web服務器傳輸到客戶機上，然后才能進行渲染，因此，模型本身不能太大，否則容易引起網頁不響應；另外，由于Web是實時交互的，因此，模型數據要在后臺以異步方式完成傳輸，如AJAX；由于three.js是基于JavaScript的，模型數據的格式最好能與之匹配，如JSON。

綜上所述，Web3D建模過程的一種合理方式是：先通過Web服務器端的技術（如Asp，Java等）將后臺數據格式轉化成JSON格式，再以AJAX的方式將數據送往客戶端，然后利用JavaScript調用three.js中相應的API，將數據以三維的方式顯示出來，其原理如圖1所示。

圖1 數據驅動的三維建模原理圖

1.2 數據驅動建模案例

下面的例子展示了一個基于Access數據庫的數據（見圖2）驅動的三維動畫，描繪了太陽及其鄰近的六大行星的運轉情況，通過修改后臺數據，可觸發前臺頁面3D場景的實時變化，如圖3所示。

圖2 簡單三維模型數據

如圖2所示數據定義了模型（各星球）的形狀（球形）、大小（半徑）、坐標（距離太陽的距離）、外觀（貼圖文件）、運動方式（自傳和公轉的速度及方向）等基本屬性，是一種很普通的關系數據。

在向瀏覽器端傳輸這些數據時，為減少數據轉換的工作，一般采用JSON格式（和JavaScript天然適應）。另外，由于瀏覽器在渲染三維動畫時比較消耗資源，一般采用AJAX異步通信方式（幾乎所有的瀏覽器都支持）。

接下來調用three.js中的SphereGeometry（球體）函數顯示這些星球即可。最后，為提高Web的交互性，可以加上3D聲音和場景控制（如第一人稱視角）。

圖3 數據驅動的Web3D動畫效果圖

幾個關鍵步驟的代碼如下：

（1） 將模型數據格式化成JSON格式

//???Getmodels.asp

sql="SELECT * FROM 星球 order by id"

set conn = Server.CreateObject（"ADODB.Connection"）

conn_str="DBQ="+server.mappath（"star.mdb"）+"；driver={Microsoft Access Driver （*.mdb）}；"

Conn.Open conn_str

set rs=Server.CreateObject（"ADODB.recordset"）

rs.Open sql，conn

str=" {star：["

do until rs.EOF

str=str & "{"

for each x in rs.Fields

str=str & "′" & x.name & "′：′" & x.value & "′，"

next

str= left（str，len（str）?1） +"}，"

rs.MoveNext

loop

str= left（str，len（str）?1） +"]}"

response.write（str）

%>

（2） 通過AJAX獲取模型數據

var obj；

function getstarpara（）{

var xmlhttp；

if （window.XMLHttpRequest） {xmlhttp=new XMLHttpRequest（）；}// code for IE7+， Firefox， Chrome， Opera， Safari

else {xmlhttp=new ActiveXObject（"Microsoft.XMLHTTP"）}； // code for IE6

xmlhttp.onreadystatechange=function（） {

if （xmlhttp.readyState==4 && xmlhttp.status==200）{

var txt=xmlhttp.responseText；

obj = eval （"（" + txt + "）"）；

}

}

xmlhttp.open（"GET"，"getmodels.asp？k="+Math.random（），true）；

xmlhttp.send（）；

}

（3） 通過three.js引擎生成3D模型

var sun；

var texture = new THREE.MeshPhongMaterial（{map： THREE.ImageUtils.loadTexture（′images/′+obj.star[0].tietuwenjian），emissive：0xffffff}）；

sun = new THREE.Mesh（new THREE.SphereGeometry（Number（obj.star[0].banjing），20，20）） ，texture）；

scene.add（sun）；

sun.position.set（Number（obj.star[0].juli），0，0）；

該方法的局限性在于他只能表示一些基本的、規則的三維模型，如立方體、球體、錐體等，模型本身所需要的數據很少，而且可以方便地通過關系數據庫存儲，因此，在實踐中有一定的局限性。

現實中各類工業模型一般會復雜得多，而且很難直接通過數學函數來表達，而且他們一般都使用某種專門的工具建立，具有某種特殊的格式，如Autodesk 3DS Max下的.3ds，Wavefront下的.obj等。

2 復雜靜態三維模型的導入及處理

一個典型的靜態三維模型中包含了幾何體頂點、貼圖坐標點、頂點法線、線、面、曲線、曲面等信息，將這些數據以關系數據庫的方式存儲是不太現實的，因為數據量太大且難以控制。更好的處理方式是直接在建模工具中將模型建立好，然后輸出成特定格式的模型文件，直接在Web3D中加以利用。這就涉及到三維模型的導入及處理問題。

由于沒有一個統一標準，過去用于工業建模設計上的交換格式，例如Autodesk 3DS Max下的.3ds和Wavefront軟件下的.obj，現在成為了最具代表性的兩種主流靜態模型格式。其中.obj格式由于沒有專利限制，使用文本存儲，而被大家廣泛采納。

Three.js中的OBJLoader（）和OBJMTLLoader（）類專門用于導入和處理obj格式的模型，下面的代碼導入了一個挖掘機的靜態模型，如圖4所示。首先在建模工具中建立好模型，然后輸出成.obj格式，假設模型文件命名為“wjj.obj”，導入模型的關鍵代碼如下：

var obj=′model_obj/wjj.obj′； //模型文件

var mtl=′model_obj/wjj.mtl′； //貼圖文件

var loader = new THREE.OBJMTLLoader（）；

loader.load（obj，mtl，function（object）{

object.position.set（0，0，0）；

scene.add（ object ）；

} ）；

圖4 靜態模型的導入

靜態模型本身是靜止的，程序能做的事情只能是改變他的坐標位置、旋轉角度和顯示比例，通過改變這些參數，也可以實現三維動畫效果（參考第一個例子）。

3 復雜動態三維模型的導入及處理

一個典型的動態三維模型中包含了頂點、紋理、骨骼、蒙皮、動畫等信息，與靜態模型相比，動態模型需要存儲的信息更多，控制也更復雜，因此也更加適合用導入的方式來處理和使用。

隨著硬件和技術的發展，三維建模逐漸從靜態模型向“幀動畫”和“骨骼動畫”發展，ID Tech下的.md，Autodesk下的.fbx，以及非盈利性組織Khronos負責維護的.dae格式成為了主流的動態模型格式。各種模型格式之間可以通過插件互相轉換，因此對于Web開發者來說，并不需要完全弄清每種模型的詳細格式，選擇當前最為流行的一種格式即可。

Dae格式由于其開放性而成為目前應用最普遍的一種動態三維模型格式，他使用XML格式存儲，結構靈活，運用自由度很高，圖5展示了一個典型的dae文件結構。

圖5 一個典型的dae文件

對于動態模型來說，將其導入到三維場景的方法和靜態模型是基本相同的，但動畫部分需要程序員通過JavaScript來控制，這是難點所在。

Three.js中的ColladaLoader（）類專門用于導入和處理dae格式的模型，下面的代碼展示了一個頂點變形動畫模型在導入和處理過程中的關鍵代碼：

var md="model_dae/wjj.dae"；

var loader = new THREE.ColladaLoader（）；

loader.load（md， function （ collada ） {

dae = collada.scene；

skin = collada.skins[ 0 ]；

dae.position.set（0，0，0）；

animate（）；

} ）；

function animate（） {

var delta = clock.getDelta（）；

if （ t > 1 ） t = 0；

if （ skin ） {

for （ var i = 0； i < skin.morphTargetInfluences.length； i++ ） {

skin.morphTargetInfluences[i]=0；

}

skin.morphTargetInfluences[Math.floor（t*30）]=1；

t += delta；

}

requestAnimationFrame（ animate ）；

}

在Web3D中，動態模型一般是循環播放的，three.js通過requestAnimationFrame函數實現動畫效果，它很類似于setTimeOut函數，但又略有區別，一是當標簽頁失去焦點時，它就不再運行了，二是該函數目前還是依賴于瀏覽器的，以后可能還有變化。

4 其他三維模型的導入及處理

其他常見的3D模型格式還有：vtk，wrl，utf8，stl，ply，JSON等，這些模型中的大多數three.js都提供了相應的接口，如：CTMLoader，PLYLoade，BinaryLoader，VTKLoader，STLLoader，UTF8Loader，VRMLLoader等，在處理方法上與obj或dae格式大同小異。

5 結 語

至此，完成了數據驅動的三維模型、復雜的靜態三維模型和復雜的動態三維模型的處理工作，大多數情況下，這三種模型能夠支持一個完整的3D場景了。與普通的視頻不同，在Web3D中，由于所有的動畫都是實時渲染的，對CPU和GPU資源的消耗很嚴重，對于大型的3D場景，要有一定的優化措施。

（1） 渲染效率問題

筆者曾做過實驗，在3D場景中加入一個半徑為2 000的球體，如果加上燈光和陰影，在一臺普通PC機上需要近2 min的時間才能渲染出來（FireFox瀏覽器），如果再加上動畫，網頁基本處于“未響應”狀態。造成這種情況的根源在于three.js是以三角形為基礎來構建3D模型的，在一個半徑為2 000的球體平面上會有大量的三角形，他們都需要獨立渲染。因此，在進行Web3D開發時，應盡量減少使用弧面模型，如果必須使用，則應盡量縮小其尺寸。

（2） 碰撞檢測問題

Three.js沒有提供碰撞檢測機制，即在改變模型的坐標時，會出現一個模型進入另一個模型內部的問題，這部分工作需要開發者自己編程解決，一種簡單的算法是AABB算法，即沿坐標軸方向的包圍盒算法。

參考文獻

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篇10

關鍵詞：采空區；C-ALS；三維模型；超挖；欠挖

中圖分類號：TD852；TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：

Study on laser detection of cavity and visualization of three-dimensional model

SU Cheng-zhe1 ZHANG Gou-shen1 KONG Jiao-jiao1 PENG Lin2

（1.Lanzhou Engineering＆Research Institute of Non-ferrous Metallurgy Co.Ltd., Lanzhou 730000,China

2. Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000，China ）

Abstract: The traditional geophysical method for cavity detection, being of low accuracy and impacted by geological and topographical conditions, is difficult to accurately obtain the three-dimensional shape of the empty area, the actual boundary, the size and so forth. 3D physical model for the cavity is built through the combination of survey data which is from the detection for the cavity formed by mining in anqing copper mine with using C-ALS and the functions of superior modeling software SURPAC and powerful mapping software CAD. Through composite comparing with three-dimensional model of stope design unit, the established model can accurately calculate the capacity for over--excavation and under—excavation of the gob by doing Boolean operations, which can also provide a scientific and accurate data for engineering and technical personnel to assess the blast effect, to govern the latter part of the empty area and to carry out the poor damage control.

Key words：Cavity ; C-ALS; 3D modle; Over-excavation ; Under- excavation

0 引 言

金屬礦床開采過程中形成的采空區受地壓和圍巖穩定性的影響，容易發生圍巖冒落、片幫，使采空區的實際邊界呈現復雜且不規則形狀，與原設計的開采邊界對照存在較大的差異，如何準確的測定空區的實際形狀，掌握采場的超挖量和欠挖量已經成了很多礦山亟待解決的現實問題。