導語：如何才能寫好一篇三維圖，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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1937年，挪威醫(yī)生瓦勒通過實驗，發(fā)現(xiàn)類風關患者血中存在某種物質。1949年，紐約一位叫派克的醫(yī)生將其稱為類風濕因子（簡稱RF），并沿用至今。

隨著醫(yī)學的發(fā)展，對類風濕因子也逐步有了一定的了解。當某些尚未明了的原因使人體內的免疫球蛋白G（IgG）發(fā)生變異，從而成為體內“異己”分子后，自身的免疫系統(tǒng)會將錯就錯，對其進行免疫“攻擊”，并產(chǎn)生相對應的抗體，這種抗體正是類風濕因子。據(jù)目前所知，類風濕因子共有5種。

類風濕因子在體內“攻擊”IgG時，與其結合成免疫復合物，沉積在關節(jié)滑膜等處，逐漸造成滑膜、關節(jié)囊、軟骨直至骨的破壞，使關節(jié)損傷，表現(xiàn)為類風濕性關節(jié)炎。

50多年前，瓦勒的實驗不僅發(fā)現(xiàn)了類風濕因子，也開創(chuàng)了類風濕因子測定的基本方法。老王得到的三種檢查結果，其實就是由目前常用的三類方法檢測的。第一種是乳膠凝集定性試驗，結果僅為陰性和陽性兩種，這種方法現(xiàn)一般用作過篩試驗。第二種是乳膠凝集稀釋試驗，又稱滴度試驗，老王的1∶320陽性結果，表明血清被稀釋至320倍時仍為陽性，也屬于定性試驗。第三種為定量試驗，可檢測出每毫升血中含多少國際單位的類風濕因子。這種定量試驗又因方法不一，正常參考值亦有所不同，需分別對待。由于滴度或定量數(shù)值可在一定程度上反映病人體內自身免疫“攻擊力”的強弱，所以常被醫(yī)生用來觀察病人類風關是否進入活動期或緩解期，或了解抗風濕治療是否有效的重要指標。如病人類風濕因子強陽性，同時，C反應蛋白和血沉（見上期本欄目文章）升高，就說明病人的類風關正處于活動期。有些人以為類風濕因子陽性就是得了類風關，陰性就可排除，其實不然。類風濕因子既存在于類風關患者的血液中，也存在于關節(jié)滑液中，個別病人的鼻腔和十二指腸分泌液及唾液中也發(fā)現(xiàn)有類風濕因子。有時滑液中類風濕因子呈陽性，血中卻呈陰性。部分病人在得病相當長時間后，血中才會出現(xiàn)類風濕因子陽性。所以，有癥狀但還未確診的病人要定期復查。

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1988年以來，植硅體―作為一門新學科，在我國考古學和地質學研究中得到了廣泛的應用。近十年來，植硅體研究的相關成果，尤其在史前農(nóng)業(yè)考古領域，呈迅速上升趨勢。如趙志軍等(1)關于稻類植物穎片上峰狀植硅體的研究，為野生稻與栽培稻的區(qū)分提供了一種新的思路；鄭云飛(2)等運用植硅體對早期水稻系統(tǒng)演變進行的有益探索等。盡管如此，人們普遍感到，植硅體研究的主觀性較強，特別是其各種參數(shù)的測量，極為費事費力，常常令人望而卻步。植硅體測量的困難，業(yè)已成為其應用與發(fā)展的瓶頸，因此，探尋新的測量方法，切實解決這一困難，越來越顯得迫在眉睫。

利用二維圖像重建其三維圖像的方法，已成功應用于醫(yī)學、物理學等領域。本文嘗試將這一方法移入植硅體參數(shù)的測量和分析之中。通過三維圖像重建，對水稻稃面雙峰乳突進行三維建模，根據(jù)建模結果可迅速測量各類參數(shù)，并與電鏡下的實測結果進行對比分析。研究表明，三維重建方法能夠一次性重建水稻稃面多個雙峰乳突的三維圖像，并能夠迅速地測得水稻稃面植硅體的各種參數(shù)，經(jīng)對比分析電鏡下的實測數(shù)據(jù)，證明其計算數(shù)據(jù)精度可滿足實際分析的需求。這樣，不僅明顯提高了測量速度，而且有效降低了測量的隨意性，使植硅體分析向規(guī)范化、系統(tǒng)化邁出了堅實的一步。既然三維圖像重建方法在植硅體分析領域具有誘人的應用前景，那么，應該將有關研究在這里作一介紹。

2．樣品介紹

分析樣品皆選自商周時期安徽地區(qū)出土的炭化稻。之所以選用炭化稻作為分析樣品，主要考慮炭化稻稃面雙峰乳突與雙峰乳突的植硅體具有同源性特征。這樣，若能夠為炭化稻雙峰乳突建模，則意味著對雙峰突乳的植硅體同樣可以建模。況且，炭化稻較易找到雙峰突乳形態(tài)，既便于實際測量，也便于將三維重建的計算結果與實際測量數(shù)據(jù)作對比分析。

3．樣品的三維圖像重建

所謂三維重建，即由兩張或兩張以上具有明確轉角關系的平面圖片，借助計算機程序處理，得出原物的三維圖像。為重建上述炭化稻雙峰乳突的三維圖像，先將樣品平置于掃描電鏡的樣品臺上，拍攝一張樣品的形貌照片(圖1)，然后，將樣品臺在3－10℃范圍內傾斜一微小角度，再拍攝一張形貌照片(圖2)。依次將兩張形貌照片輸入計算機，啟動三維重建analysis軟件，即可獲得樣品的三維圖像。

為了驗證由三維圖像重建方法所測參數(shù)的有效性，有必要對雙峰乳突的掃描電鏡照片作直接實測。具體實測過程為：旋轉、平移掃描電鏡的樣品臺，使鏡頭對準某一雙峰乳突，將與待測參數(shù)相關的平面置于水平位置，再具體測量有關參數(shù)。不過，不難發(fā)現(xiàn)，實際測量頗多困難。一般說來，最雙峰乳突的參數(shù)較易測得，而大部分位于中部的雙峰參數(shù)都難以測得。而即便是最的雙峰參數(shù)，通常也需要電鏡操作人員具有豐富的經(jīng)驗，通過樣品臺的合理旋轉和平移，方能測得雙峰乳突的有關參數(shù)。圖5為一張較理想的雙峰乳突的SEM照片，系耗費了大量精力方拍攝成功的。

6．測量精度分析

考慮到雙峰距的測量較為便宜，數(shù)據(jù)精度也便于控制，因此，在這里，將利用重建的三維圖像與電鏡直接實測的雙峰距數(shù)據(jù)作對比分析。表1列出了兩種方法的測量數(shù)據(jù)以及兩者間的相對誤差。

表1顯示，四個實測數(shù)據(jù)與三維測量的誤差均在0.4um以內。對比各個稻種參數(shù)之間的差異(3)，不難發(fā)現(xiàn)，其測量誤差遠低于不同稻種之間相應數(shù)據(jù)的差異，僅就這一點而言，三維圖像重建方法在植硅體分析領域應有著廣泛的應用前景。

7．結論與討論

本文首次將三維圖像重建方法移入植硅體分析領域。利用analysis軟件重建水稻稃面雙峰乳突的三維圖像，測量三維圖像顯示的各類參數(shù)，并與電鏡下的實測結果作對比分析。研究指出，三維重建方法能夠一次性對多個水稻稃面雙峰乳突進行重建，并能夠測量各種相關參數(shù)。對比分析實測數(shù)據(jù)后指出，三維重建的精度應能滿足實際研究的需要。由此可見，三維重建方法，不僅能大大節(jié)省人力，而且可望建立植硅體測量的標準化。

正如著名的微體古生物學家R.V.Kesling(4)所說，“用昨天的經(jīng)驗建立了我們今天的信念，從而更好地為發(fā)展明天的微體古生物奠定基礎”。無論哪個學科，都是社會發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，一個學科發(fā)展到一定階段，常需要新的研究途徑予以推動。本文將三維重建方法嘗試移入植硅體研究領域，取得了一些有意義的初步成果。雖然植硅體的微觀特征描述、精確形態(tài)參數(shù)的定量研究、植硅體研究的系統(tǒng)化等問題的解決，還需要大量細致艱苦的工作，但有理由相信，三維圖像重建方法將會有效發(fā)揮其自身特有的優(yōu)勢，將植硅體研究推向新的高度。

參考文獻：

1.Zhijun Zhao, et al. Distinguishing Rice (Oryza Sativa Poaceae) from Wild Oryza Species Through Phytolith Analysis, Ⅱ: Final Method. Economic Botany 52(2) pp.134-145. 1998。

2.鄭云飛、劉斌、松井章、宇田津徹朗、藤原宏志：從南莊橋遺址的稻硅酸體看早期水稻的系統(tǒng)演變，浙江大學學報(農(nóng)業(yè)與生命科學版) ，2002年第3期：340-346。

篇3

摘要：本文基于計算機技術的普及、機械/工程制圖、計算機繪圖等課程間的關系，討論三維圖形繪制與相關能力培養(yǎng)的有機結合。

關鍵詞 ：機械/工程制圖 教學模式 三維圖形布爾運算課程

現(xiàn)代計算機是一種按程序自動進行信息處理的通用工具。隨著科學技術的進步和計算機技術的普及，計算機發(fā)揮著越來越大的作用。尤其是AutoCAD、SolidWorks等繪圖軟件應用和普及，不僅使得計算機繪圖的學習更加容易理解和快捷掌握，同時也使三維圖形繪制與相關能力培養(yǎng)有機結合得越來越緊密、越廣泛。而作為工程技術人員的專業(yè)基礎之一，識圖、繪圖和空間想象的思維能力以及形體表達的實際操作技能必須具備。所以要在強化基本理論的同時，還要著力培養(yǎng)學生的操作技能，有機地協(xié)調好操作定向、操作模仿、操作整合與操作熟練等操作技能的形成階段，并以此為基礎推動學生的綜合能力的提高。

一、使用計算機繪圖軟件豐富教學

要具備上述這些能力和技能，可用的教學模式有以下幾種。

一是讓學生看平面圖形，想象立體形狀，再讓學生畫平面投影。這樣的過程比較抽象，往往增加了學習難度。

二是讓學生看直觀的三維形體，如長方體、正方體、圓柱體、圓球體等，然后對比識別一些簡單的立體圖，從而對三維空間有一個感性認識，逐漸引出投影作圖規(guī)律。但這樣需要有足夠的三維形體模型，成本高，且不能實時地、動態(tài)地滿足實際作圖要求。

三是使用AutoCAD、SolidWorks等計算機繪圖軟件。在軟件提供的三維空間中教師可以適時繪制靈活多變的三維形體模型。而且由于計算機技術的廣泛應用，更使得這些繪圖軟件易學、實用，因此這樣既可以讓學生模仿操作，繪制整合、體會投影關系，又可以給我們提供一個良好的教學環(huán)境，同時也培養(yǎng)了學生的動手能力和空間想象力。所以我們應使用計算機繪圖軟件來滿足教學的實際需要。

如果使用計算機繪圖軟件，讓學生掌握工程繪圖的基本知識，就意味著教師既要掌握相關計算機繪圖軟件的使用，又要在教學中根據(jù)教學內容適時展示或創(chuàng)建三維圖形，并要在指導學生繪制相應三維圖形、進一步熟練操作技能的基礎上體會、理解投影作圖的規(guī)律。

二、利用三維圖形繪制與相關能力培養(yǎng)結合

下面用幾個實例體驗三維圖形的繪制與相關能力的培養(yǎng)。

1.點在三維坐標中的位置

如圖1所示，在AutoCAD的三維建模空間中，直觀地表示了一個點在三維坐標中的位置。顯然，點和三維坐標軸的位置關系直觀、準確。在教學中繪制或指導學生繪制，可以可直觀、有效地引導學生的空間想象，便于理解點的投影規(guī)律。而相關類似圖形的繪制，在AutoCAD的三維建模空間中也是簡單、方便，容易實現(xiàn)的。

2.直線在三維坐標中的位置

如圖2所示，在AutoCAD的三維建模空間中，清楚地表示了一條線段在三維坐標中的位置。線段的兩個端點與三維坐標軸的位置關系直觀、準確，可以幫助學生觀察并可進一步直觀、準確地分析和理解直線的投影規(guī)律。同樣教師可以指導學生動手演練，在操作模仿的過程中，引導學生理解點與直線的關系及其投影規(guī)律，這樣對教學的效益和學生的收獲是多方面的。

3.由平面圖形生成簡單三維圖形

在教學中，我們可以演示由二維封閉圖形拉伸生成三維實體（圖3）和由二維封閉圖形旋轉生成三維實體（圖4）的過程，從中可以了解二維圖形的繪制和理解相應三維實體的形成過程。這個過程可以引導學生思考為什么要繪制這樣的幾何圖形、是否有替代的方法等等（啟發(fā)學習興趣、探索能力等）。這里要結合整個的圖形及其相關的知識，綜合考慮如何快捷、方便地繪制平面圖形。這也是對平面繪圖方法、靈活運用能力的考量。然后在平面圖形的基礎上我們再拉伸、旋轉生成三維圖形。

4.切割生成三維圖形

關于切割生成三維圖形，我們取十字軸實物為例（圖5），了解切割生成三維圖形的過程，體會繪圖過程中相關能力的培養(yǎng)。

首先引導學生分析、思考怎樣在階梯軸（圖4）基礎上生成十字階梯軸（圖6）、十字圓弧槽階梯軸（圖7）和帶螺紋孔的十字軸（圖5）；然后考慮如何切割，意在讓學生自覺地進行操作整合的應用（涉及平面幾何、立體幾何、數(shù)學、機械基礎、機械制圖等基礎理論知識的綜合運用）；最后融會貫通，形成可行的制作方案（例如，操作任務、操作要點、操作步驟，預期結果、實際效果等等）。

要在討論的基礎上（學習策略的應用）產(chǎn)生較完整的方案后再著手操作。

例如，對于十字階梯軸（圖6）所示的“1/4圓柱”切割，可以復制“1/4圓柱”，并調整對齊“1/4圓柱”、階梯軸的相對位置，然后經(jīng)過實體間的布爾運算（差集）而得到十字階梯軸。

例如，對于十字圓弧槽階梯軸（圖7）所示的“圓弧槽”切割，經(jīng)過繪制“圓弧塊”實體，調整“圓弧塊”的位置，并對相應實體進行布爾運算（差集）而得到十字圓弧槽階梯軸。

例如，對于十字軸的螺紋孔（圖5），可以先繪制二維螺旋線，并經(jīng)過掃掠、復制和布爾運算（差集）生成如圖8所示的螺釘，然后復制到十字圓弧槽階梯軸中，調整對齊位置，再經(jīng)過實體間的布爾運算（差集）而得到有螺紋孔的效果。這里的關鍵點之一是要想到使用二維螺旋線，并設計好掃掠對象（圖8中的三角形即螺釘?shù)难佬停Ｍ瑫r我們還可指導學生實時利用AutoCAD提供的截平面來觀察實體內部（圖9），這就更增添了學習的興趣，培養(yǎng)了學習的主動性。

總之，這是從感性認識到理性認識，從實踐到理論，再由理論指導實踐的過程；是操作定向、模仿、整合與熟練的不斷加深；是操作技能的升華。顯然把握好相關教學過程的轉化，有目的地引導和積極推動相關轉化，是我們在教學中不斷探索和更新的重要方向。

通過上面幾個實例的繪制過程，我們可以看到三維圖形繪制與平面/立體幾何、機械/工程制圖、機械基礎等的能力往往是密切相關的。而我們有意識地借助三維圖形的繪制來培養(yǎng)或引發(fā)相關能力，可以有效地提高學習的興趣、學習的主動性和學習的效果，同時這也是提高學生綜合素質的積極手段。

三、搞好相關課程的銜接、加強動手能力

綜上所述，為了進一步有效地提高教學效果，需要我們適時調整相關課程間的銜接關系，并加強學生動手能力的操作。

例如，在學習機械/工程制圖的投影知識前，首先學維/三維繪圖的基本方法，為投影知識的學習打好基礎，然后再學習投影理論、三視圖等內容，這樣既可以給學生演示相關知識，又可以指導學生動手繪制相關圖形，并且計算機繪圖的知識也可以在機械/工程制圖的教學中不斷地充實和加深。對這些相關課程的銜接要充分結合教學實踐，不斷進行有益的調整，旨在理順相關課程的銜接，推動教學手段的改進和教學效果的提高。

動手能力不是一蹴而就的，我們要善于從加深學生專業(yè)興趣入手，來逐漸提高學生的實踐動手能力。因為機械/工程制圖、計算機繪圖等課程是專業(yè)基礎課，所以我們應該在這些課程的教學中，適時加強相關動手能力的培養(yǎng)和練習，注意不斷引發(fā)或積累學生對相應專業(yè)知識的興趣。諸如基礎/專業(yè)實驗室向學生開放，積極開辟學生第二課堂等等，都是對學生的成長非常有益的教學輔助工作。

在教學中注重學生能力的培養(yǎng)，是一個持久的課題、系統(tǒng)的工作。機械/工程制圖與計算機繪圖等課程的有機結合會促進教學的深入，其他相關課程間也會有著相互的關聯(lián)，并且計算機技術作為一種通用工具，它的應用也越來越廣泛。只要我們認真地把握相關課程及相互間的關聯(lián)，并對教學進行不斷的改進和嘗試，身體力行地付諸到教學實踐中，就必將會有效地推動教學工作。

參考文獻：

[1]楊京山，尹濤.中文版AutoCAD應用基礎教程（2012版）[M].成都：西南交通大學出版社，2012.

篇4

機械制圖是機械類本科教育中非常重要的一門課[1]。工程圖紙是生產(chǎn)制造作業(yè)中不可或缺的重要信息依據(jù)，也是交流設計思想的信息載體，因此，機械制圖是每個機械專業(yè)學生必須熟練掌握的實用性技能。隨著科技發(fā)展，機械制圖手段的數(shù)字化程度也在不斷提高。由于機械制圖是一門傳統(tǒng)的專業(yè)課程，因此，很多學校一直沿用原有的教材與教學方法，沒有充分利用數(shù)字化教學手段改善教學效果，也沒有根據(jù)行業(yè)需求及時調整教學內容改革教學方式，致使學生所學的知識技能落后于企業(yè)不斷提高的技術需求，與應用型本科教育的人才培養(yǎng)目標相去甚遠。

本文詳細分析機械制圖課程目前存在的關鍵問題，結合企業(yè)在該領域的技術人才需求，充分考慮課程內容的特點，提出了基于三維圖樣技術的機械制圖課程在教學內容、教學手段、考核方式等方面的具體改革方案，旨在幫助學生更容易的理解復雜實體模型的幾何投影原理，提高空間想象能力，建立更加完整的知識應用體系。

1 機械制圖課程現(xiàn)階段存在的主要問題

（1）教材?熱莼?礎陳舊與企業(yè)實際應用需求脫節(jié)。大多數(shù)教材中使用的實例有較高程度的重復，而零件圖及裝配圖繪制部分的實例并無與制造業(yè)中常見的機床、機器人等相關的實例。教材的內容主要面向二維工程圖的繪制。而在企業(yè)中，三維圖樣正在逐步替代二維工程圖，在航空航天等領域已有很多企業(yè)實現(xiàn)了全三維無紙化生產(chǎn)。因此，僅培養(yǎng)學生二維工程圖的繪制與讀圖能力已經(jīng)無法滿足企業(yè)快速發(fā)展的技術需求。

（2）缺少生動形象的教學手段。機械制圖是一門講解投影原理，通過繪制二維圖表達三維實體的課程。目前教師主要通過課件中的圖片結合教學模型進行投影原理的講解，但圖片無法生動、形象、全面的表達空間立體，教學模型由于尺寸較小在課堂上無法將模型的結構形態(tài)按照具體的投影方向展示給所有的學生，由于缺少直觀清晰的投影效果展示，學生難以理解投影原理，難以借助空間想象力繪制投影視圖，教學內容枯燥乏味，多數(shù)學生對該課程缺乏興趣。

（3）實踐訓練形式單調乏味效果不佳。機械制圖課程往往通過大量的作業(yè)練習來幫助學生鞏固基礎知識提高繪圖能力，增加了學生與教師雙方的壓力，且效果往往不理想。而對于實物測繪的訓練，常安排在機械設計課程結束之后，與機械制圖課程教學脫節(jié)，因此，無法及時結合教學內容訓練學生動手能力，體現(xiàn)教學內容的工程實用性，難以及時通過實際操作增加學生對課程的學習興趣。

（4）考核方式單調缺乏相關能力的檢驗。機械制圖是機械專業(yè)的專業(yè)基礎課，涉及到幾何投影相關的理論知識，因此，多數(shù)學校依然采用傳統(tǒng)的試卷考核學生對機械制圖基礎知識的掌握。這種考核方式?jīng)]有充分考慮到該項技術在行業(yè)應用中的變化，考核內容及方式并不能全面檢驗學生對企業(yè)所需相關技術是否已熟練掌握。

2 基于三維圖樣的教學方式改革

（1）教材內容的改進。由于越來越多的企業(yè)正在逐漸實現(xiàn)全三維的無紙化生產(chǎn)，因此，機械制圖的教材中也應增加一到兩章的關于三維圖樣技術的相關內容。同時應結合“中國制造2025”面向自動化、智能化制造業(yè)的實際應用需求，介紹三維圖樣技術的發(fā)展現(xiàn)狀、工業(yè)背景、基本概念、相關國際國家標準、三維圖樣的模型表達方式、三維圖樣標注方法、支持三維圖樣設計的軟件及基本操作，對接行業(yè)發(fā)展需求，增加學生在后續(xù)工作中的競爭力。

（2）教學方式的改進。為改變機械制圖教學內容枯燥，增加實物投影效果的可視性，加深學生對投影原理的直觀認識與深入理解，在理論教學中結合CAD技術[2-4]，于UG軟件環(huán)境下結合教學內容建立典型的三維模型，通過對三維模型的旋轉等操作展示不同角度的模型顯示效果，模擬實物幾何投影視圖的形成過程，幫助學生理解投影的原理，培養(yǎng)學生的三維空間想象能力，增加課程的趣味性，降低課程的學習難度。同時，可以使學生提前熟悉后續(xù)CAD/CAM課程的軟件環(huán)境，了解不同課程間的關聯(lián)性。

（3）實踐訓練方案的改進。實踐訓練以鞏固教學內容，將理論應用于實踐與企業(yè)需求對接為目標。因此，可將實踐訓練環(huán)節(jié)分為三個部分：手繪二維工程圖、計算機繪制二維圖以及三維圖樣設計。手繪二維工程圖幫助學生鞏固基礎理論，計算機繪制二維圖以及三維圖樣設計則面向應用，訓練學生熟練掌握數(shù)字化的計算機輔助設計技術，滿足企業(yè)對應用型本科人才的技術需求。各環(huán)節(jié)采用分組的方式，完成典型機械產(chǎn)品的測繪。教師應多以目前工程中常見的機床、機器人等機械產(chǎn)品的零件與裝配體為例，及時引進與行業(yè)發(fā)展最新動向相關的工程實例，建立教學與工程應用之間的緊密聯(lián)系。增加測繪實踐訓練，減少傳統(tǒng)作業(yè)練習。

（4）考核方式的改進。考核是對學生對知識技能掌握情況的最直觀有效的檢驗方式。為全面考察學生的制圖基礎以及對先進制圖技術的掌握程度，將機械制圖的考核方式由傳統(tǒng)的試卷考試改為模塊化的考試。考試具體包括筆試模塊、機試模塊與課程研究模塊。筆試模塊考察學生對制圖標準、基本知識原理的掌握程度；機試模塊考察學生在規(guī)定時間內熟練使用企業(yè)廣泛應用的CAD軟件完成工程圖繪制的能力；課程研究模塊以報告的方式考察學生對當前工業(yè)中采用的制圖手段與技術的了解以及對先進制圖技術未來發(fā)展方向的把握程度，提前了解企業(yè)未來發(fā)展的技術需求。

篇5

[關鍵詞]Auto CAD軟件 二維地震地質圖件 "三維化"

[中圖分類號] P65 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2014）-2-325-1

1前言

目前，在煤田地震勘探中三維地震勘探方法已非常普遍的應用于實際之中，三維地震勘探野外由于是立體面積采集，大大提高了野外采集效率，同時提高了采樣點的密度與精度，其數(shù)據(jù)體是三維的。資料處理過程中采用各種不同的手段與方法對資料進行處理，使地震資料在信噪比、分辨率等方面的質量比二維地震勘探有很大的提高。解釋過程中在工作站上利用三維數(shù)據(jù)體進行縱向、橫向、水平、任意向和各種不同的方法對三維數(shù)據(jù)體進行觀測、分析、解釋，大大提高了解釋的精度。三維地震勘探雖然在整個野外采集、資料處理、資料解釋過程中方法與手段和成果的精度與效果都大大提高了，在解釋過程中也可以利用處理出的一些三維圖件如：時間域的三維數(shù)據(jù)體圖、水平切片圖、層拉平圖等等。但是它主要最終成果圖件與二維地震勘探基本還是一樣的，都是用二維的平面與剖面圖及一些其它二維圖件來表示煤層埋深和斷層的構造展布，未能充分體現(xiàn)三維地震勘探資料的優(yōu)勢。

2將原有的圖件“三維化”的好處

因為無論三維地震勘探還是二維地震勘探其最終結果圖件基本還是為二維平面圖與剖面圖。為了更好的體現(xiàn)地震勘探的成果，筆者在解釋資料的過程中利用AutoCAD的三維繪圖功能將地震勘探成果圖件“三維化”。由于改造后的圖件“三維化”了，這樣可以使資料成果更直觀更形象，特別是匯報資料的時候，它可以使使用者從各個不同角度來觀測圖件，分析地質成果。

3“三維化”的方法步驟

①打開要改造的二維平面圖件，確定其層數(shù)與范圍，將范圍內的每一根煤層等高線（當然是間隔越密越好，但工作量越大）。②按其等深度確定X、Y、Z值。③按在資料解釋過程中確定的斷層性質，在圖件上以斷層線為基準畫出斷層等高線。斷層等高線的間隔密度可根據(jù)情況確定，當然是越密越好（越密工作量越大）。④將鉆孔和其它一些需要的要素加上（比較形像）。⑤將做好的所有圖件疊加在一起。用AutoCAD中的“動態(tài)觀察”或“三維視圖”進行觀測。⑥還可以非常簡便的在做好的“三維化”圖件上（俯視圖上）進行切割剖面圖。⑦在改造圖件的過程中同時也能檢查出原圖件中的錯誤，進行修正。這樣可以使圖件更加合理、更加完美。

4實例

下面的圖件是筆者做的一實例：

圖1是某區(qū)的一般二維圖件，圖2為在圖1的基礎上做的“三維化”的圖件。

圖1、圖2這兩張圖從表面看都一樣，沒有什么區(qū)別，但是如果將這兩張圖用AutoCAD中的“動態(tài)觀察”來打開并旋轉一定的角度后可以看出兩張圖是不一樣的。

圖1為二維圖件，打開后無論怎樣旋轉該圖它還是一張平面圖（見圖3）。

但圖2就不一樣了，因為它是經(jīng)過“三維化”處理后的圖件，實際上成為了一張三維圖件，它給煤層及斷層的每一根等深線都附了值（與三維空間中的深度是一致的），它是“三維化”圖件的俯視圖。表面看與二維圖件沒有什么不一樣的，但旋轉一定角度后就會發(fā)現(xiàn)地表上的方格網(wǎng)、測線等要素與煤層底板等高線等要素分離了，而且煤層底板等高線的值與圖中深度是一致的。使用者可以根據(jù)需要在二維與三維之間選擇，在三維空間中可從前、后、左、右、上、下來隨意旋轉不同的角度來比較形象的觀測整個測區(qū)的煤層及其構造情況（見圖4）。

如果再將鉆孔、斷層等一些需要的要素加上后就會更加形像的顯示出“三維化”圖件的優(yōu)越性。

如果想看一些局部細微構造，可以再旋轉不同的角度或放大來看。

下圖（圖6）為本區(qū)完整的“三維化”圖件。

（1） 將坐標線、測線、鉆孔孔口位置等在地表上表示出來。

（2） 將分別做出的各煤層的圖件合在一張圖上（分別用不同的顏色表示）：3煤層（綠色）、7煤層（紅色）、8煤層（黃色）、10煤層（青色），形成一張完整的比較形象的“三維化”圖件。（如果各煤層的層間距比較小，可以分層來顯示。

A、做斷層等高線圖

利用在平面圖上的斷層上、下盤線與煤層每一不同等高線的交點處的深度值配合斷層的產(chǎn)狀做出不同間隔深度的斷層等高線（需另在Excel上計算）。這樣在畫斷層等高線的同時還可以修改原圖中該斷層的上下盤的寬度。

B 、做出剖面圖

篇6

關鍵詞：三維重建；VTK；體繪制

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)07-1592-03

A Method of Medical Image 3D Reconstruction Using VTK

HU Heng-wu1, ZHANG Jun-lan1, LI Min2

(1.School of Information Engineering, Guangdong Medical College , Dongguan 523808, China; 2.Center of Network and Information, University of South China , Hengyang 421000, China)

Abstract: With the advanced technology in recent years, the increasing demand for an effective medical imaging system, especially the three-dimensional medical image reconstruction, has addressed its significance in diagnosis. None of the existing software show efficiency in terms of cost and computational performance. Owing to this fact, a method of 3D reconstruction using VTK has been discussed in this paper, which has been achieved through a series of processes including DICOM source data, gray interpolations, ray casting and volume rendering. The method shows its future utilities in CT, MRI and Ultrasound image volume rendering, and provides a more informative view in order to assist the medical worker.

Key words: 3D reconstruction ; VTK; volume rendering

隨著當前健康醫(yī)療技術的快速發(fā)展，對診斷的要求也越來越高。特別是用于醫(yī)療的CT、MRI及其他大型設備[1~3]，以它們生成的圖像進行處理為基礎的診斷技術的快速發(fā)展，從X光成像的傳統(tǒng)二維圖像到三維圖像處理技術。由美國放射學會(American College of Radiology, ACR)和美國電子制造商協(xié)會(National Electrical Manufactures Association, NEMA)提出了醫(yī)學圖像信息轉換標準DICOM3.0[4]，解決了不同圖像生成設備給圖像轉換所帶來的障礙和困難，用標準的格式進行了規(guī)范化。

當前，許多大型醫(yī)院把DICOM圖像嵌入到三維重建軟件，近似于一種大型圖像處理工作站。這種工作站的一個主要缺點是消耗大量計算資源，需要高性能硬件來完成任務。通常，建這種工作站的成本很高，小型醫(yī)院沒有實力搭建。顯然，這種軟件在成本上是不可行的，并且僅僅開發(fā)此軟件的公司才可以實施維護，這就帶來了諸多困難和不便。因此，更小且有效的DICOM標準醫(yī)學圖像重建系統(tǒng)的開發(fā)有利于克服上述提到的限制[5]，與此同時，小型醫(yī)院也能擁有自己的三維重建系統(tǒng)。這種系統(tǒng)能夠增強診斷的準確性，為病人提供更加可靠的治療。

1方法

1.1 DICOM資源

DICOM專用于醫(yī)學數(shù)字成像和通信。DICOM標準由ACR和NEMA聯(lián)合，DICOM超聲數(shù)據(jù)的多個幀被用于體繪制三維重建。收集到的DICOM文件以8字節(jié)方式存儲，其灰度值范圍是0~255。可存儲的最大幀數(shù)是256幀，如圖1所示。

1.2體繪制

在圖像預處理中，用于體繪制的源數(shù)據(jù)是DICOM格式的[6]，體繪制的基本流程（如圖2所示），比面繪制更加難實施。其主要的難點是如何為圖像體素的不同灰度值設置不同的透明度和顏色值。VTK使用類vtkPiecewiseFunction設置透明度值。這種方法僅需要對透明度的離散灰度值進行少許設置，其值在灰度值范圍內連續(xù)地變換。但是，想知道不同結構的灰度值是件不容易的事，這就要求我們用反復的嘗試和錯誤來找到合適的灰度值范圍。

使用類vtkColorTransferFunction設置顏色值，實際上是提供一個灰度值給map的GRB值。用它來添加不同灰度值給體素，為的是增強可視效果。VTK用類vtkVolumeRayCastFunction實現(xiàn)體繪制，它包含三個子類：vtkVolumeRayCastMIPFunction，vtkVolumeRayCastCompositeFunction，vtkVolumeRayCastIsosurFunction。圖2 VTK三維體繪制流程

1.2.1體素

體素是三維中的基本單元，它是由兩張鄰近切片的各四個點組成的一個立方體[7]。在體素上依次定義了8個不同點；體素在坐標軸的每一邊都有一個六面形狀，如圖3所示。圖3體素結構

1.2.2圖像插值

通常，來源于醫(yī)學圖像設備生成的圖像數(shù)據(jù)總是含有空間上的間隔，這種間隔比像素間的間隙還要大的多。例如，CT切片的圖層內像距一般為0.5~2mm，而空間距離則達到1~15mm。因此，當我們做三維重建時，需要用圖層間的插值生成新的切片層。當前的超聲圖像，間隔值設置為3.57mm。

插值方法主要分成兩類：一類是基于圖像灰度值插值法，例如鄰近、線性[8]和曲線插值法[9]等；另一類是基于匹配（拼接）插值法。這些方法實際上都是針對間隔而設計的。基于灰度插值的圖像插值法是最普通也是最簡單的插值法。

1.2.3灰度插值法

灰度插值法是在原斷層圖像序列中插入一定數(shù)量的缺失切片圖像[10]。現(xiàn)有插值法主要是灰度鄰近插值法、線性插值法和高次非線性插值法。線性插值常常被假定為Z軸方向的兩鄰接域線性變換的灰度值，相當于估算相應點的新的間隔灰度值，其值的確定需要數(shù)個灰度層相應點的信息。

假定在已知斷層圖像V()

2結果

二維圖像依賴于感興趣區(qū)域的物理特征。但是，對于多數(shù)現(xiàn)存的醫(yī)學圖像成像系統(tǒng)而言，直接生成最佳空間定位的二維圖像非常困難。這是因為位置和掃描定向取決于本身的結構及其它的物理限制。因此，三維圖像處理在診斷應用中具有較高的價值。

圖4 a為未經(jīng)插值的體繪制結果，b為調整參數(shù)的體繪制結果

圖4a顯示了未經(jīng)插值的三維體繪制結果。顯而易見，重建結果比較粗糙，尤其是在Z軸方向的像素。在這種情況下，感興趣的頸動脈從三維模型中很難分辨。但是，用vtkOpacityTransferFunction和vtkColorTransferFunction適當調整參數(shù)，改善體繪制算法，頸動脈的內部區(qū)域都能清晰可辨，如圖4b所示。

3結束語

該文提出了一種基于VTK的三維重建體繪制方法。這種方法適用于CT、MRI或超聲圖像的多種器官組織重建，有利于立體觀察損害和正常的器官組織，對于實際臨床應用具有重要意義。

參考文獻：

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篇7

關鍵詞：三維建模 模擬安裝 非標準件 設計組合

中圖分類號：TP317 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)01-0102-02

設備管理工作經(jīng)常不為常人所理解，因其涉及面廣，設備出廠后已經(jīng)經(jīng)過裝配車間的組裝成型，其內部結構雖然附有圖形介紹，但識圖能力的要求將很大一部分人擋在了了解設備運行原理的外面，一幅設備裝配圖動輒幾十個零件，即使相關專業(yè)人員在第一次查看時也需要大量的時間了解辨識。陜焦公司焦化一廠為年產(chǎn)70萬噸冶金焦炭的生產(chǎn)型單位，其大部分設備都屬于粗重型動態(tài)設備，一、二類設備合計142臺套，各種附屬設備更是琳瑯滿目，繁多的設備背后是更加龐大的備件資料，各種非標準備件的詳細資料，要整理起來更是令人頭疼不已。

1、常規(guī)設備管理及存在問題

設備的正常運行離不開操作人員、維修人員對設備工作原理的認識，操作工和維修工在設備運行中，逐漸的熟悉了設備的部分性能，但要想真正弄懂設備，就要不僅知其然還要知其所以然，設備附屬資料必不可少，在生產(chǎn)中只有理論聯(lián)系實際才能正常對設備運行弄清弄懂。

1.1 問題一?非標準備件的增多

生產(chǎn)廠家從設備生產(chǎn)地購買設備進行安裝運行生產(chǎn)，部分設備安裝到位后，底座、箱體等可能需要用混凝土預埋處理，需要和其它設備配合使用等，這就增加了設備檢修置換難度，限于安裝空間，安裝設備匹配，在運行設備出現(xiàn)問題，某些設備備件損壞需要更換時，就只能采購原廠家設備備件進行更換，想要全部更換或者是另選設備對損壞設備進行置換很難辦到。這其中就存在著廠家因為自己生產(chǎn)設計的需要而改動的非標備件，因為沒有具體的標準，備件損壞后只能從原設備生產(chǎn)廠家購置，受限空間較大。

1.2 問題二?設備技術改造項目中估算多、誤差較大，容易造成浪費

生產(chǎn)單位涉及到的設備、管線技術改造項目，因為屬于改造新添設備、管線，受限于安裝位置的空間大小，安裝中設備、管線的擺放位置等都需要詳細的規(guī)劃和計算，需要和其它設備管線配合的接入點、現(xiàn)場的實際情況等都會影響設備的最終安裝形式，安裝時需要的各種材料因為設備安裝形式的不同也會有較大的變化，通常都是采取估算的方法，盡量多購置些安裝材料以保證安裝使用，誤差較大，還有可能影響設備安裝。

2、三維建模軟件在設備管理中的應用

陜焦公司焦化一廠應用三維建模軟件不僅可以輔助生產(chǎn)單位的設備備件、材料的備用歸檔購置，還能指導設備安裝、設計安裝形式等，用平面和立體圖形結合的方法，增加了設備備件的直觀性，使機械零件變的更加形象[圖1、圖2]，模擬設備安裝管路，操作性更強，使機械設備不在被人難以理解。

2.1 非標準件的系統(tǒng)管理

焦化一廠引用機械設計三維建模軟件，生成各種非標準零件的三維立體圖形，投影映射出平面圖形，用平面圖和三維立體圖形結合[如圖3、圖4]表達非標準件，在生產(chǎn)維修中逐步建立非標準零件資料庫，建立健全非標件資料檔案。完善和統(tǒng)計了非標準備件的資料，統(tǒng)計在內的非標準件以后發(fā)生故障損壞后，不管是要從原廠家購置還是現(xiàn)場加工都有跡可循。

2.2 指導設備安裝

指導設備安裝，根據(jù)設備在生產(chǎn)區(qū)域實際的安裝位置，定位設備擺放方式，設備附屬管道連接走向。應用三維建模軟件進行模擬，和現(xiàn)場實際安裝空間等在進行對比，確定最終安裝方式，由模擬出來的管道部署圖，核算設備安裝用料，精確度較高。改進了原來的靠人估算管道用量、規(guī)格的情況，更加明確詳細[見圖5]，圖中為化產(chǎn)車間脫硫液旋板換熱器安裝模擬簡圖，紅色代表脫硫液管，藍色代表冷卻水循環(huán)走向管。

2.3 設計設備改造

2010年焦化一廠焦爐爐門清理站，因爐門清理量較大，需要增加一個固定爐門架，因新添加的固定爐門架沒有預先預埋基座，無固定底座，經(jīng)老師傅現(xiàn)場測量設計計算，使用兩塊鋼板上下用螺栓拉實固定爐門架的固定方式，圖6為爐門架下部底座固定方式示意圖。

3、結語

篇8

關鍵詞： 三維可視化 體視化

中圖分類號：O343文獻標識碼： A

引言

地圖是對客觀存在的特征和變化規(guī)律的一種科學的概括和抽象。其描述的客觀世界是豐富多彩的、千姿百態(tài)的三維的空間實體，而長期以來，地圖是以靜態(tài)的、二維的形式出現(xiàn)，這就造成了地圖表達形式與客觀世界實體之間的不可逾越的鴻溝。所以，地圖學家一直致力于地圖的立體表達研究，希望尋求一種既符合人們的感知習慣，又能形象的再現(xiàn)真實世界的表示方法。在此過程中先后出現(xiàn)了寫景法（Scenograph）、地貌暈翁法（Hachure）、地貌暈渲法（Shading）、分層設色法（Layer tinting）等。地圖的三維顯示也隨著經(jīng)歷了線劃三維地圖、實體型（模擬灰度型）、高度真實感三維地圖這三個發(fā)展階段。但由于技術和條件的限制，這些方法并不能完美的解決地圖數(shù)據(jù)的三維顯示問題，它們在數(shù)學基礎理論、三維模型和三維顯示等方面都有待改進。而這些方面也正是現(xiàn)代數(shù)學、地圖學和計算機科學等學科岌待解決的問題。下面就分別從這三方面來淺述地圖數(shù)據(jù)三維可視化的理論體系。

1數(shù)學基礎理論

地圖三維可視化的數(shù)學基礎理論是三維解析幾何學、投影透視理論和分形理論。

1.1三維解析幾何學

在三維解析幾何學中，三維制圖的坐標系統(tǒng)一般采用的是笛卡爾坐標系統(tǒng)，它分兩種：右手坐標系統(tǒng)和左手坐標系統(tǒng)，我們通常使用右手坐標系統(tǒng)。在笛卡爾坐標系統(tǒng)中，空間中的一個點用（x、y、z）來表示；空間中的一條直線用參數(shù)方程來表示，如通過兩點p(x1，y1，z1)和q(x2，y2，z2)直線用方程組形式表示；平面用以下方程表示：Ax+By+Cz+D=0；三維表面用多邊形片表示。同時把二維平面上的矢量、平移旋轉縮放變換等概念擴展到三維空間即組成了三維解析幾何學。

1.2投影透視理論

一個物體在人的視網(wǎng)膜上成象對應著一個投影透視的過程。這個過程的數(shù)學表示就組成了投影透視理論。任一點在地面坐標系OT-XTYTZT中的坐標為（XM,YM,ZM），它在投影平面P上的像點為m，則m點在投影坐標o-xy中的坐標（xm,ym）由下式求出：

式中，（XS,YS,ZS）是視點S在地面坐標系OT-XTYTZT中的坐標；α是投影平面與地面坐標系的平面間的夾角；θ是地面坐標系的XT軸與投影坐標系的X軸的夾角。

考慮到屏幕坐標系的特點和值域，還必須將像點m的坐標（xm，ym）進行平面相似變換，最后變換為屏幕坐標（xc，yc）：

1.3分形理論

分形理論是非線形科學中的一個活躍的數(shù)學分支，其研究對象是非線形系統(tǒng)中產(chǎn)生的不光滑和不可微的幾何形體，對應的定量參數(shù)是分形維數(shù)。到目前為止，分形理論最成功的應用在于計算機圖形學領域。利用分形理論中的隨機分維函數(shù)模型，來模擬生成自然景觀中許多不規(guī)則物體和表面（如云、山體表面、樹木、草地、煙火等），已獲得了極大的成功。

2三維模型理論

現(xiàn)階段地圖科學中主要的三維模型就是DEM（數(shù)字高程模型）。在這里，高程是一個泛化的概念，它包括其它隨地理位置改變而改變的屬性數(shù)據(jù)，例如土壤性質、溫度等。DEM的研究通常分為數(shù)據(jù)的獲取、建模和應用。現(xiàn)分別介紹如下。

2.1數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)的獲取

DEM數(shù)據(jù)包括平面位置數(shù)據(jù)和高程數(shù)據(jù)。獲取DEM的方法很多，比如：來自機載激光掃描儀，InSAR技術、野外測量、攝影測量以及基于數(shù)字化的方法。

2.2數(shù)字高程模型的建模

DEM是地形表面的一個數(shù)學模型。它用數(shù)學函數(shù)Z=f(X,Y)來對地形表面進行模擬。地形表面的建模有四種方法：基于點的建模，基于三角形的建模，基于格網(wǎng)的建模和混合建模。

2.2.1基于點的建模

它是簡單的存儲點的高程值，建立的表面不連續(xù)。

2.2.2基于三角形的建模

我們把整個地表曲面看作是由一系列的相互聯(lián)系的相鄰三角形組成，就得到了基于三角形的地表建模。由于三角形的大小和形狀有很大的靈活性，所以這種方法得到的地表模型準確而且數(shù)據(jù)冗余較小，但是，它的數(shù)據(jù)沒有規(guī)律，難于進行空間分析且計算復雜。基于三角形的建模分為兩種：常規(guī)TIN（包括Delauny三角形）和規(guī)則網(wǎng)格結構的三角網(wǎng)。規(guī)則網(wǎng)格結構的三角網(wǎng)的性質基本上與下述的規(guī)則格網(wǎng)模型相同。

2.2.3基于格網(wǎng)的建模

如果用四邊形來表達地表曲面，就得到了基于格網(wǎng)的建模。實際應用中，正方形格網(wǎng)為最佳選擇。基于格網(wǎng)的建模存在數(shù)據(jù)冗余并且當高程變化較快時模型與實際相差較大，所以一般用來處理平緩的區(qū)域。它的優(yōu)點是容易進行空間分析和處理簡單。

2.2.4混合建模

綜合運用以上兩種或多種建模手段得到地表模型就稱為混合建模。例如我們在格網(wǎng)數(shù)據(jù)中，需要反映地性線，就可以用混合建模。

2.3數(shù)字高程模型的應用

數(shù)字高程模型的應用研究集中在基于數(shù)字高程模型的空間分析和各種立體圖的制作上。前者包括地形分析、等高線的生成、剖面圖的生成、空間關系分析等；后者包括暈渲圖、分層設色圖、立體景觀圖等，是地圖數(shù)據(jù)三維可視化的核心內容。它的解決除了依賴數(shù)字高程模型知識外，還需要下述的計算機科學的三維顯示知識。

3三維顯示理論

建立地圖數(shù)據(jù)的三維模型的基本步驟是：（1）數(shù)據(jù)準備（2）DEM遞歸細分（3）透視投影變換（4）光照模型（5）消隱和裁剪（6）圖形繪制和存儲（7）三維圖形的后處理（8）基于三維地形圖的分析。現(xiàn)代三維顯示研究主要集中在光照模型和消隱和裁剪上。另外，體視化技術也越來越多的應用到地圖數(shù)據(jù)的三維顯示中來。下面分別介紹。

3.1光照模型

所謂光照模型，是根據(jù)光學物理的有關定律計算畫面上景物表面各點投影到觀察者眼中的光亮度和色彩組成的公式。

從朗伯漫反射模型開始，人們已先后提出了Phong模型，Cook-Torrace模型，Whitted整體光照模型等一系列考慮了不同因素的光學模型，并從理論和實際效果上進行了大量的驗證。對于地圖數(shù)據(jù)的三維可視化而言，一個好的光照模型應該滿足以下要求：

1）能產(chǎn)生較好的立體視覺效果；

2）在理論上具有一定的合理性或嚴密性；

3）較小的計算量，以保證較快的繪制速度。

3.2消隱和裁剪

消隱處理現(xiàn)有的最具代表性的三種算法是：（1）畫家算法（優(yōu)先度法）（2）Z-buffer（深度緩沖器）（3）光線追蹤法（Ray Tracing）。

畫家算法的基本原理是：選定DEM數(shù)據(jù)場外的某一點作為視點，將任意三角形面素看作凸面體，依可見面判定法則排除不可見表面，然后對地圖數(shù)據(jù)從遠到近的順序逐一填充顯示每可見面素的地形影象，遵循后面顯示的影象總是覆蓋前面已顯示的內容這一原則，從而達到消隱的目的。

Z-buffer法將顯示屏上每一像素所對應的地面深度信息――Z坐標記錄到Z緩沖器中，在繪制某一像點時，先檢測Z緩沖器的值，若像素值小于Z緩沖器中的對應的Z值，表明該像點在景物空間距視點較近，應予以顯示，并以當前Z值取代原緩沖區(qū)的值，否則不予顯示。這樣就達到了消隱的目的。

光線追蹤法是這幾年出現(xiàn)的一種高度真實感圖形繪制技術，其基本原理是：從視點v(View-point)出發(fā)，通過屏幕橡素e向場景投影一光線交場景中的第一個交點（可見點），并置相應像素的光亮度為交點處的光亮度，從而繪制出一幅完整的真實圖形。

3.3體視化技術

體視化技術是科學計算可視化（Visualization in Scientific Computing）理論的核心內容。簡單說來，體視化技術就是用體素來表達物體內部結構并逐一顯示體素的技術。體素的概念和像素差不多，不同的是它是一個三維概念。體視化的基本步驟是：三維空間連續(xù)數(shù)據(jù)場經(jīng)有限元分析和斷層掃描采樣轉化為離散的三維數(shù)據(jù)場，然后經(jīng)過直接體繪制，轉化為幀緩存的二維離散信號，再經(jīng)過圖形硬件重構，最終形成二維圖象。體視化技術與一般三維顯示不同的就在于直接體繪制。

4結語

隨著計算機及圖形處理設備性能的不斷提高，地圖數(shù)據(jù)三維可視化技術正向著實時動態(tài)顯示、交互式控制、具有高度真實感的場景畫面顯示等方面發(fā)展。與一般地景“虛擬現(xiàn)實”表現(xiàn)形式不同的是，基于遙感影象（多種傳感器，多種分辨率以及多光譜）的紋理技術和表現(xiàn)形式，可以達到內容上更加真實，信息上更加豐富、時態(tài)上更加現(xiàn)勢的效果。結合GIS、VR以及RS等技術的融合與應用，地形可視化技術的發(fā)展方向應該是：顯示方式上向“虛擬現(xiàn)實”方向上發(fā)展，在數(shù)據(jù)組織和功能結構上，向地理信息系統(tǒng)（GIS）方向上發(fā)展，而在保持其內在生命力和表現(xiàn)力的源泉在于源源不斷的遙感（RS）影象數(shù)據(jù)以及由此而得到的地形數(shù)據(jù)。可以相信，地圖數(shù)據(jù)三維可視化技術在國民經(jīng)濟和國防建設中的作用將日益重要，其應用前景是十分廣闊的。

參考文獻

篇9

關鍵詞：三維可視化；土地整治；高程數(shù)據(jù)；航空影像

中圖分類號：TU984 文獻標識碼： A

三維地形可視化技術是指在計算機上對數(shù)字地形模型中的地形數(shù)據(jù)進行逼真的三維顯示、模擬仿真、簡化、多分辨率表達和網(wǎng)絡傳輸?shù)葍热莸囊环N技術，它用直觀，可視，形象，多視角，多層次的方法，快速逼真的模擬出三維地形的二維圖像，使地形模型和用戶有很好的交互性，使用戶有“身臨其境”的感覺。它涉及到測繪學、現(xiàn)代數(shù)學、計算機三維圖形學、計算幾何、地理信息系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實、科學計算可視化、計算機網(wǎng)絡等眾多學科領域，在戰(zhàn)場環(huán)境仿真，娛樂與游戲，地形漫游，道路選線，土地規(guī)劃，三維地理信息系統(tǒng)等眾多領域有著廣泛的應用[1]。

該技術在“數(shù)字地球”概念的大背景襯托下，顯示出了強大的生命力和蓬勃生機，并隨著與之相關的學科迅速發(fā)展而不斷更新。進行遙感圖像三維可視化及影像動態(tài)分析的目的是綜合利用“3S”技術、遙感圖像數(shù)字處理技術、虛擬現(xiàn)實和全數(shù)字攝影測量等高科技，通過遙感圖像正射處理、多源遙感圖像數(shù)據(jù)融合、高精度DEM生成和影像復合等工序，按照一定比例尺和飛行路線生成研究區(qū)域的虛擬三維影像動畫。因此，對其深入研究具有重要的理論意義與現(xiàn)實價值[2]。

1 數(shù)據(jù)處理

1.1 遙感影像數(shù)據(jù)處理

本研究項目區(qū)域為村莊，位于山區(qū)地帶，之所以選擇這個區(qū)域，主要是該區(qū)域地勢復雜，山勢起伏，對土地整治建設項目產(chǎn)生一定難度，同時有利于三維可視化效果的演示。

使用的遙感影像數(shù)據(jù)為航空影像數(shù)據(jù)（圖1），在數(shù)據(jù)預處理上，主要是通過幾何校正、正射校正、裁剪與拼接，最后與高程數(shù)據(jù)DEM進行配準。

1）幾何校正

幾何校正主要解決像元在不同坐標系上的差異，主要表現(xiàn)為位移、旋轉、縮放、彎曲等。

遙感影像校正的主要步驟[3]：1、完成模型和投影參數(shù)設置2、采集地面控制點3、進行圖像重采樣（本研究選擇最鄰近像元重采樣法）

2）正射校正

由于此次研究區(qū)內地勢起伏，所以采用多項式進行影像的幾何糾正就能滿足精度的要求，利用數(shù)字高程模型進行正射糾正。

3）裁剪與拼接

遙感影像圖與項目區(qū)的范圍可能不吻合，所以根據(jù)項目區(qū)對影像圖要進行裁剪與拼接處理，此項操作在ERDAS9.2軟件中進行處理。

1.2 DEM數(shù)據(jù)處理

1）DEM數(shù)據(jù)簡介

數(shù)字高程模型（DigitalElevationModel，簡稱DEM）是場景建模中廣泛采用的一種數(shù)據(jù)格式。它是在一定的地域范圍內按一定的規(guī)則獲取和記錄一些點的高程而形成的用來描述地形的數(shù)字模型.DEM數(shù)據(jù)通過灰度渲染形成可視的地形形態(tài)，其應用包括農(nóng)、林、牧、水利、交通、軍事以及測繪制圖，遙感等諸多領域，可以用于與高程分析有關的地貌形態(tài)分析、透視圖、斷面圖制作以及坡度分析、土石方計算、表面積統(tǒng)計、通視條件分析、洪水淹沒區(qū)分析等許多方面。

2）DEM數(shù)據(jù)采集

DEM數(shù)據(jù)采集的方法按采集的方式可分為選點采集、隨機采集、沿等高線采集、沿斷面采集等；按數(shù)據(jù)采集的方法分，有人工、半自動、自動采集等；按數(shù)據(jù)的來源分，有野外實地直接測量獲取DEM數(shù)據(jù)、利用攝影測量方法獲取DEM數(shù)據(jù)、以地形圖為數(shù)據(jù)源的DEM數(shù)據(jù)獲取方法等[4]。

以地形圖為數(shù)據(jù)源的DEM數(shù)據(jù)獲取方法[5]。它是目前應用最廣泛的一種方法。因為采用這種方法所需的原始數(shù)據(jù)源容易獲取，對采集作業(yè)所需的儀器設備和作業(yè)人員的要求不太高，采集速度也比較快，易于進行大批量作業(yè)。

本次研究所用的DEM數(shù)據(jù)源為第三種采集方法，以地形圖為數(shù)據(jù)源獲取。

1.3 其他輔助數(shù)據(jù)

在影像圖的基礎上，對項目研究區(qū)域現(xiàn)狀圖進行矢量化制作，由于使用的遙感影像底圖分辨率較高，所以為地物識別，提供了精準的參考，對現(xiàn)狀圖矢量化的成圖提供了有力的保障，矢量圖件制作完成后，進行符號化，凸顯各個地類要素現(xiàn)狀性質。高程數(shù)據(jù)采用DEM數(shù)據(jù)，為三維可視化模型的建立提供高程數(shù)據(jù)支撐。

2 三維可視化技術的實現(xiàn)

地理信息系統(tǒng)中，三維可視化模型的建立，主要是通過遙感影像資料、高程數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)以及其他輔助數(shù)據(jù)實現(xiàn)[6]，三維可視化模型構建具體技術一般為：

1.航空影像幾何校正和配準

2.現(xiàn)狀圖矢量化

3.高程數(shù)據(jù)DEM、二維影像數(shù)據(jù)與現(xiàn)狀圖疊加

4.生成三維數(shù)據(jù)模型

2.1 矢量現(xiàn)狀圖與遙感影像圖的疊加

在ARCGIS里面進行矢量化操作，矢量化后的現(xiàn)狀圖與項目區(qū)的影像圖進行疊加，然后導出柵格文件，實現(xiàn)了二維文件的合并，然后再進行圖件配準，實現(xiàn)二維圖件有坐標系，為與高程數(shù)據(jù)進行疊加做。

2.2 二維數(shù)據(jù)與高程數(shù)據(jù)的疊加

在遙感軟件ERDAS里，實現(xiàn)二維數(shù)據(jù)與高程數(shù)據(jù)進行疊加，初步實現(xiàn)項目區(qū)域三維可視化表達，建立三維可視化模型，增加了地形、地貌等信息，由于項目區(qū)地處山區(qū)，包括坡度等相關信息，在此基礎上進行現(xiàn)狀調查與后期規(guī)劃，更具有直觀性。

3 三維模型的動畫制作

在三維圖件形成的初期，只能顯示三維效果，可視性還是較差，因此，可以通過ERDAS遙感軟件進行項目區(qū)的動畫制作，實現(xiàn)全方位的展示與視角，對項目區(qū)有更全面的了解與信息的掌握。

3.1 項目區(qū)飛行路線的制定

由于土地整治建設項目有側重點與重點區(qū)域，特別是環(huán)境特別復雜的區(qū)域，那么在進行動畫制作的時候，就重要針對這些區(qū)域進行操作，制定好詳細的路線，以及觀測的高度，以便飛行后制作的動畫有針對性，可以及時反饋需要的信息，以便為接下來的工作提供基礎保障

3.2項目區(qū)飛行操作

在制定了詳細的飛行路線后，啟動飛行，通過窗口對飛行視角進行觀測，實時注意視角的變化，以便達到飛行鳥瞰的效果。

4 結語

在本研究中，主要是利用三維可視化地理信息系統(tǒng)技術，把調查的現(xiàn)狀要素從通常的二維模式轉化為三維模式，這樣就為土地整治項目的前期現(xiàn)狀調查工作提供了數(shù)據(jù)基礎，受數(shù)據(jù)精度、工作時間和研究條件的限制，沒有對三維可視化及其應用進行更深入的研究，但實驗結果仍然具有較強的理論意義和實際價值。

（1） 更直觀、更準確的反應了項目區(qū)的地形、地貌特征；高精度的三維影像動畫，對于宏觀觀察者（如領導干部、項目決策者等）而言，其實際效果相當于乘坐在一定高度的飛行器上進行航空路線觀察；對于遙感圖像解譯者而言，高精度的三維影像動畫提供了可供反復使用的真實、客觀、信息連續(xù)的宏觀分析地面景觀影像。提高了土地整治建設項目規(guī)劃設計的效率與質量。

（3） 隨著虛擬現(xiàn)實技術的不斷發(fā)展，應用三維可視化技術實現(xiàn)動態(tài)仿真變成可能[8]。本文以土地整治建設項目為例，通過現(xiàn)狀模型三維可視化，可實時、快速、全面的動態(tài)演示時空變化，可以為規(guī)劃設計工作提供可視化載體。

參 考 文 獻

[1] 王永明.地形可視化[J].中國圖像圖形學報.2002，5（6）：“9―456.

[2] 龔建華.地形可視化探討[J].遙感學報.1999，3（3）：236―244.

[3] 夏春林；馬書英；王朝輝.城市地理信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)更新探討[J].遼寧工程技術大學學報；自然科學版，2006，25（2）：186-188.

[4] 雷磊.三維地形生成及可視化技術研究.哈爾濱工程大學.碩士論文.2005

[5] 衛(wèi)亞星，王莉雯.遙感圖像增強方法分析[J].測繪與空間地理信息，2006，（4）：24-26.

[6] 羅書，張高平，王光勇，王守斌.CASS大比例尺地形圖繪制關鍵技術研究[J]. 科技創(chuàng)新導報，2010， 89～92

篇10

關鍵詞：三維CAD造型；工程制圖；構型能力；應用

一、三維CAD輔助教學方法

目前，制圖教學過程中教師主要以幾何體實物模型來為學生演示，或利用幻燈片等多媒體教學手段來幫助學生進行理解。對于學生來說，實物模型是非常形象化的教學模式，可以幫助學生不斷加強對復雜截交、相貫問題空間概念的理解，但是在制圖教學過程中受到實物模型教具的限制，教師無法在講解某一知識點時通過大量的實物模型來幫助學生全面理解，所以教師在制圖教學過程中亟須新的教學手段、教育技術來滿足學生空間想象的要求。[1]CAD/CAM技術的快速發(fā)展使計算機繪圖軟件在工程領域的應用范圍不斷擴大，尤其是三維CAD技術，在具體應用中，其強大的三維建模造型功能，可以幫助教師在工程制圖教學中快速實現(xiàn)立體實物的造型和變換，并且其視圖的快速轉變也可以滿足工程制圖教學的發(fā)展要求。CAD軟件所具備的三維建模能力可以幫助教師將復雜的空間幾何形體問題具體化地展現(xiàn)給學生，從而在制圖教學中幫助教師培養(yǎng)出學生良好的空間想象力，同時也對豐富學生工程結構感性認知能力有著重要作用，對于教師來說三維CAD輔助工程制圖教學可以取得良好的教學效果。[2]教師利用三維CAD輔助工程制圖教學可以幫助學生提前接觸三維CAD軟件，并且可以讓學生對CAD軟件界面的具體操作有一個認識與了解，這也對進一步提高后續(xù)課程教學成效有著重要作用。

二、三維CAD輔助工程制圖教學的優(yōu)勢

1.圖形展示更清晰、靈活

在復雜的組合體教學過程中，教師可以通過三維CAD技術建造出直觀的幾何模型，再利用其三維圖與二維圖之間的轉換工程，將二維圖與三維模型的動態(tài)轉換過程展現(xiàn)給學生。三維CAD軟件還可以實現(xiàn)幾何模型的主視圖、俯視圖以及左視圖的視角轉換，通過對立體圖的旋轉處理來使學生從任意角度進行觀察，從而代替幾何體實物模型演示教學方法。[3]對于學生來說，該種技術可以將抽象的空間想象問題進行具體化、直觀化處理，進一步提高學生在工程制圖教學中的感性認識。[4]三維CAD技術可以對復雜零件進行剖切、爆炸以及運動仿真處理，使學生對零件內部結構等進行直接的觀察與分析，確保工程制圖教學內容的清晰化，并進一步強化學生對知識點的理解。教學過程中，教師可以根據(jù)具體情況將學生所提的問題通過CAD軟件展示在學生面前，并可根據(jù)下一環(huán)節(jié)教學的需求對三維模型進行修改，使教學模型可隨教學需求靈活變動。

2.圖形攜帶更便捷

在工程制圖教學過程中教師可以將三維CAD技術建立的幾何模型制作成電子文檔儲存到U盤中，以便在工程制圖教學領域對教學資源進行共享，并可徹底消除傳統(tǒng)教學模式下實物模型攜帶不便等問題。三維CAD輔助工程制圖教學模式的應用還可以降低教學成本，進一步提高多媒體教學設備在工程制圖教學中的利用效率。故對于工程制圖教學領域來說三維CAD輔助教學技術是其發(fā)展的必然趨勢。[5]

三、三維CAD建模與工程制圖教學的融合

將三維CAD技術應用于工程制圖教學中需要教師明確三維CAD技術只是一種輔助教具，明確三維CAD輔助工程制圖教學中教學內容的主體地位，充分解決好工程制圖教學內容與三維CAD軟件之間的主輔關系。這樣才能確保教師通過三維CAD技術不斷提高工程制圖教學質量。

1.三維CAD建模與工程制圖教學內容的協(xié)調

教師要將三維CAD技術作為一種教學工具、方法和手段，對其應用的主要目的在于改善工程制圖教學全過程，工程制圖投影理論教學的內容主要以點、線、面與立體的投影為主，所以教師在教授點、線、面內容之初便可以將CAD軟件引入其中，利用三維CAD建模來幫助學生正確培養(yǎng)出“體”的概念，這對進一步提高學生在工程制圖教學中的空間意識有著重要作用。對于點、線、面之間的空間相對位置關系，需要利用“體”進行說明，并可利用三維CAD軟件來改變立體形狀及立體間相對位置，來對同一立體與不同立體間點、線、面的位置關系進行說明，在該環(huán)節(jié)中可以充分利用三維CAD輔助工程制圖教學模式的優(yōu)勢。在工程制圖教學中由于學生沒有良好的空間概念，很難理解點、線、面等抽象元素的投影問題，利用幾何實體模型將其形象化，可以幫助學生進一步加強對該類抽象知識的認識與理解，并確保整個工程制圖教學具備良好的趣味性。將三維CAD建模融入到工程制圖教學中是一種創(chuàng)新教學理念，但由于受到課程學時等多方面因素的限制與影響，不能將三維CAD建模的教學作為工程制圖教學的主要內容，而要將三維CAD建模作為工程制圖教學的一種教學手段。

2.三維CAD建模與傳統(tǒng)實體模型教學的比較

在工程制圖教學中，三維CAD建模的應用側重于建模的過程與方法，而傳統(tǒng)的實體模型只能作為相關知識的“結果”。傳統(tǒng)的實體模型無法將建模的動態(tài)過程展示給學生，導致很多學生在工程制圖教學中空間意識較差，尤其是當前部分院校采用工程制圖大班教學，傳統(tǒng)模型教學方法的局限性更為突出。工程制圖教學對幾何造型動態(tài)變化的內容沒有過高要求，利用三維CAD建模技術可以達到傳統(tǒng)教學手段相同的教學效果，還能將幾何形體建模動態(tài)過程展現(xiàn)在學生面前，彌補傳統(tǒng)實體模型的不足。三維CAD輔助工程制圖教學模式的實時性、動態(tài)性以及可操作性等特征，使三維CAD技術成為工程制圖教學的一種有效手段。

四、結語

綜上所述，三維CAD輔助工程制圖教學模式在具體應用中具有以下優(yōu)勢性能：三維CAD技術可以在最大程度上彌補傳統(tǒng)實物模型演示教學方法的不足；三維CAD技術具有實時性、動態(tài)性以及可操作性等特點，可以幫助教師進一步提高工程制圖教學的整體成效。

參考文獻：

[1] Fitzpatrick M.機械加工技術[M].卜遲武，唐慶菊，岳雅[，等譯.北京：科學出版社，2009：44―53.

[2]張京英，焦永和，羅會甫，等.三維造型設計與工程圖學的有效融合[J].工程圖學學報，2010，31（06）：151―154.

[3]葉 軍，孫根正.三維建模引入制圖課程的改革研究[J].圖學學報，2008（02）.

[4]陳麗軍.三維CAD軟件在《機械制圖》教學中的應用[J].洛陽師范學院學報，2011，37（02）：120―122.