前言：想要寫出一篇令人眼前一亮的文章嗎？我們特意為您整理了5篇三維模型范文，相信會為您的寫作帶來幫助，發(fā)現(xiàn)更多的寫作思路和靈感。

三維模型范文第1篇

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 計(jì)算模型 三維折紙

Abstract：For satisfying the requirements of design of children's origami projects and dynamic demonstration of classic folding processes in 3D, based on the data structure similar to the half-edged structure in solid modeling and use the half edge node as the core node, it designs a computational model for simulating paper's folding. The model consists of a data structure for geometrically and topologically representing the current paper configuration, the implementing of the process of operations and related functions. Using this model structure, with the combining graphics and computational geometry basic algorithms can realize paper' folding.

Key words：data structure; Computational model; origami in 3D

1 基本約定

筆者約定參與折疊的虛擬紙是沒有厚度的平面多邊形，分為正面與反面，兩面的顏色可以不同。。在折疊過程中，折出的紙面(facet)也看作平面多邊形，它們的面積總和與初始紙張的面積相等，即不考慮由于折痕造成的面積損失。

對于折疊操作，先給出一些基本的定義。簡單折疊[1,2] (simple fold)：即折疊只能沿著一條直線進(jìn)行，折疊的角度是在-180°到180°之間。簡單折疊中還包括一類特殊的折疊－平直折疊(flat fold)：即折疊只能沿著一條直線進(jìn)行且折疊的角度都是180°。其中把這條直線叫做折疊線(folding line)。約定平直折疊折出的紙面相互貼合在一起，之間距離為0。值得注意的是簡單折疊所能達(dá)到的紙態(tài)是受限制的，但是有相當(dāng)一部分兒童折紙都采用簡單折疊。

紙態(tài)[3](paper configuration)是指初始紙張(初始紙態(tài))經(jīng)過折疊所能達(dá)到的所有狀態(tài)。紙態(tài)是一個(gè)特殊的幾何實(shí)體，是紙面以及它們之間拓?fù)溧徑雨P(guān)系的集合。用S來表示第i個(gè)折紙狀態(tài)，F(xiàn)來表示對應(yīng)于S的第i個(gè)折紙步驟。一個(gè)折紙的過程表示如下：

S0S1 S2…Sn

紙態(tài)是由N(N≥1)個(gè)紙面組成的，紙面的幾何形態(tài)就是一個(gè)多邊形，假設(shè)它自身不相交、封閉且包含一條輪廓線。如果單純從表示的角度，它可以表示為一組由n個(gè)頂點(diǎn)構(gòu)成的有序點(diǎn)列：{v0，v1，…，vn+1}。

2 紙態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其表示

定義的紙態(tài)是由多個(gè)紙面構(gòu)成的，而每個(gè)紙面又是由一系列有序的頂點(diǎn)連接而成?？梢栽陔p鏈三表結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行存儲即在計(jì)算機(jī)內(nèi)分別存儲基本圖形單元的頂點(diǎn)、棱邊、紙面一共三張表格。并且用雙向鏈表將表格元素連接起來。

頂點(diǎn)是三維空間中的點(diǎn)，也是紙結(jié)構(gòu)的構(gòu)成中最基本的元素。它由頂點(diǎn)的x，y，z坐標(biāo)、標(biāo)志著頂點(diǎn)數(shù)目的序號、頂點(diǎn)的前驅(qū)頂點(diǎn)、后繼頂點(diǎn)、以及它在屏幕上的坐標(biāo)組成。

紙態(tài)中的每個(gè)紙面是由頂點(diǎn)鏈構(gòu)成，為了描述構(gòu)成紙面的頂點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)描述紙面中被使用頂點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將它定義為Vertex_Use。

紙態(tài)是由多個(gè)紙面構(gòu)成的，每個(gè)紙面都是由一系列有序的頂點(diǎn)構(gòu)成。它與幾何模型中的Face相似，它除了由紙面的序號和一系列有序的Vertex_Use連接構(gòu)成，還包括該紙態(tài)中紙面的前驅(qū)紙面，紙面的后繼紙面。

在紙結(jié)構(gòu)中還增加了Crease結(jié)構(gòu)來描述折疊過程中產(chǎn)生的折痕。一條折痕的存在至少對應(yīng)于紙態(tài)中一個(gè)紙面的兩個(gè)頂點(diǎn)，也可能有多個(gè)紙面的折痕重合的情況。折痕是由折線與紙面的多邊形邊界的交點(diǎn)，記錄折痕主要是在折疊顯示的時(shí)侯進(jìn)行繪制，突出折紙的效果。

Origami結(jié)構(gòu)是用來描述當(dāng)前紙態(tài)，它包括當(dāng)前紙態(tài)所有的紙面和所有的頂點(diǎn)，可以通過首頂點(diǎn)的指針遍歷當(dāng)前紙態(tài)的所有頂點(diǎn)，通過首紙面的指針遍歷當(dāng)前紙態(tài)的所有的紙面。

紙態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中沒有邊的結(jié)構(gòu)，實(shí)際上有序的頂點(diǎn)連接后就構(gòu)成了邊，但在折疊的過程中并不需要對邊結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接的處理，為了節(jié)省數(shù)據(jù)的存儲，所以我們不定義邊結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)論

對現(xiàn)有折紙算法進(jìn)行研究，并在此基礎(chǔ)上建立了紙的計(jì)算模型,并實(shí)現(xiàn)了該模型的數(shù)據(jù)表示和內(nèi)容存儲。

參考文獻(xiàn)：

[1]Demaine E D,Demaine M L. Thomas Hull. Recent results in computational origami[C]. Origami, 2002, 3-16.

三維模型范文第2篇

關(guān)鍵詞：數(shù)字城市；三維建模；機(jī)載三維激光雷達(dá)

中圖分類號：P234 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著數(shù)字城市技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的以二維數(shù)據(jù)為主體的GIS應(yīng)用已不能滿足城市專業(yè)應(yīng)用的空間數(shù)據(jù)表達(dá)。三維數(shù)字城市已成為城市規(guī)劃和管理過程中重要的手段。三維建模是建立數(shù)字城市的重點(diǎn)，如何快速獲取三維空間數(shù)據(jù)，并進(jìn)行自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理，降低作業(yè)成本成了三維建模的核心。

1.傳統(tǒng)的三維建模方法

傳統(tǒng)的三維建模一般有如下3種實(shí)現(xiàn)技術(shù)：

一是直接使用三維模型制作軟件。這種方法能比較逼真地表示城市的精細(xì)結(jié)構(gòu)和材質(zhì)特征，但是所表示的模型不能保證真實(shí)地理位置的精度，而且工作量和成果的數(shù)據(jù)量特別大，需耗費(fèi)大量的人力物力，龐大的數(shù)據(jù)量也不利于三維數(shù)據(jù)的可視化和空間分析。

二是直接利用傳統(tǒng)GIS的二維線劃數(shù)據(jù)及其相應(yīng)的高度屬性進(jìn)行三維建模，建筑物的表面根據(jù)具體要求加上相應(yīng)的紋理。這種方法局限于較規(guī)則建筑的三維建模，對城市的精細(xì)節(jié)點(diǎn)表達(dá)欠佳，視覺效果不是很好。而且高度信息一般簡單地根據(jù)建筑物樓層數(shù)乘以3m～4m來確定，高程不能真實(shí)地表示。

三是利用數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)進(jìn)行三維建模。利用航空影像、等高線數(shù)據(jù)等進(jìn)行地形數(shù)據(jù)的精確采集及地表影像的處理。通過數(shù)字?jǐn)z影測量立體量測的方式進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)三維數(shù)據(jù)的批量采集，生成建筑模型的原始體模型，結(jié)合外業(yè)采集的各建筑照片，進(jìn)行手工紋理照片粘貼。這種方法成本相對較高。

傳統(tǒng)的三維建模方法存在諸多缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)精度低；制作周期長；質(zhì)量控制難；不在同一時(shí)間采集數(shù)據(jù)，紋理受天氣影響較大；投資成本大，數(shù)據(jù)更新慢；地面采集數(shù)據(jù)時(shí)，難以采集密集樓區(qū)的建筑整體，制作難度大等等。很難進(jìn)行大面積的數(shù)字城市建設(shè)，仍然停留在小區(qū)域的水平，更像是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室工藝，達(dá)不到一個(gè)工業(yè)化的流水線水平。

2.新型的三維城市建模方法

機(jī)載三維激光雷達(dá)系統(tǒng)，綜合了激光雷達(dá)技術(shù)、攝影測量技術(shù)等國際先進(jìn)技術(shù)，并結(jié)合傳統(tǒng)建模方法中手工制作的優(yōu)點(diǎn)，提供了一套完整的解決方案，可以有效解決傳統(tǒng)工藝中的不足。

2.1 機(jī)載三維激光雷達(dá)系統(tǒng)介紹

機(jī)載三維激光雷達(dá)系統(tǒng)是將三維激光掃描儀和航空相機(jī)裝載在飛機(jī)上，利用激光測距原理和航空攝影測量原理，快速獲取大面積地球表面三維數(shù)據(jù)的技術(shù)。通過基于全球定位系統(tǒng)（GPS）和慣性測量裝置（IMU）的機(jī)載定位定向系統(tǒng)（POS）聯(lián)接，構(gòu)成攝影測量與遙感領(lǐng)域最先進(jìn)的LIDAR（Light Detectionand Ranger）對地觀測系統(tǒng)。它不但可以用于無地面控制點(diǎn)或僅有少量地面控制點(diǎn)地區(qū)的航空遙感定位和影像獲取，而且可實(shí)時(shí)得到地表大范圍內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，可以快速、低成本、高精度地獲取三維地形地貌、數(shù)字影像及其他方面的海量信息。

機(jī)載三維激光雷達(dá)技術(shù)獲取的原始數(shù)據(jù)有數(shù)碼影像和激光數(shù)據(jù)，可直接進(jìn)行像片調(diào)色、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、激光點(diǎn)云分層、自動(dòng)生成DSM數(shù)據(jù)、編輯生成DEM、自動(dòng)生成DOM。處理后直接得到數(shù)碼影像、點(diǎn)云數(shù)據(jù)、DEM、DSM、DOM。

2.2 數(shù)據(jù)生a總體工藝流程

結(jié)合某旅游城市三維建模項(xiàng)目，提出了這種新型的三維建模方案，結(jié)合三維航空激光雷達(dá)測量系統(tǒng)的優(yōu)勢和傳統(tǒng)手工建模方法在制作結(jié)果精細(xì)方面的優(yōu)勢。使用自動(dòng)化設(shè)備解決了大范圍空間數(shù)據(jù)的快速采集和三維測量，解決了非重點(diǎn)地區(qū)模型的快速制作。同時(shí)建立了航測技術(shù)與傳統(tǒng)制作的數(shù)據(jù)接口，可以結(jié)合傳統(tǒng)制作技術(shù)在細(xì)節(jié)和效果方面的優(yōu)勢提供綜合解決方案，如圖1所示。

3.數(shù)據(jù)生產(chǎn)及成果展示

3.1 DEM數(shù)據(jù)

基于激光雷達(dá)在測量地形數(shù)據(jù)方面的優(yōu)勢，本項(xiàng)目采用激光雷達(dá)進(jìn)行地形激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集，采集結(jié)果經(jīng)過分類處理后得到高精度的DEM數(shù)據(jù)，如圖2所示。

3.2 DOM數(shù)據(jù)

在飛行采集地形數(shù)據(jù)時(shí)同步采集影像數(shù)據(jù)用于制作DOM數(shù)據(jù)。基于每張航片的外方位元素及地面激光點(diǎn)數(shù)據(jù)，軟件自動(dòng)進(jìn)行單片微分糾正，并對設(shè)定范圍內(nèi)糾正后的航片進(jìn)行鑲嵌、裁切，得到數(shù)字正射影像圖，如圖3所示。

3.3 建筑側(cè)面紋理及幾何數(shù)據(jù)

激光雷達(dá)航測技術(shù)能夠在飛行時(shí)采集建筑的側(cè)面紋理和側(cè)面幾何數(shù)據(jù)。在生成DOM和DEM的基礎(chǔ)上，可以通過手工添加一些控制點(diǎn)把斜片和DOM聯(lián)結(jié)起來。本項(xiàng)目提供了專用的測量軟件實(shí)現(xiàn)快速搜尋建筑物側(cè)面紋理和在照片上直接量測幾何數(shù)據(jù)的功能。點(diǎn)擊正射影像，可快速搜索出4個(gè)方向斜排航片并可直接基于照片三維量測，如圖4所示。

3.4 簡模制作

采用專用的快速建模工具完成簡模的制作，通過長方體來構(gòu)建建筑模型，對于一些尖頂?shù)葟?fù)雜結(jié)構(gòu)不處理。紋理數(shù)據(jù)直接使用拍攝的數(shù)據(jù)，不進(jìn)行紋理的遮蓋物刪除、光影調(diào)整等美化處理。

3.5 精模制作

采用專用斜片測量、瀏覽工具和3dsMax建模工具、photoshop圖片處理工具相結(jié)合的方法來完成精細(xì)模型的制作。要求建筑主體結(jié)構(gòu)要突出明顯，一些關(guān)鍵的細(xì)節(jié)如屋頂、一層的大門等要表現(xiàn)。建筑紋理應(yīng)使用圖像處理工具美化，去除樹木、電線桿等遮擋物，加上一定的光影效果，使模型更美觀。

3.6 場景整合

使用三維地理信息平臺軟件VRMap進(jìn)行三維場景整合，用于數(shù)據(jù)的分析瀏覽。場景整合需要完成以下工作：使用DEM和DOM數(shù)據(jù)制作基礎(chǔ)地形；將所有建筑模型導(dǎo)入場景，與地形匹配，確保模型位置正確；在主街道增加樹木、電線桿、公交廳等配套設(shè)施，美化場景，地面使用DOM制作；在重點(diǎn)廣場制作椅子等細(xì)節(jié)美化場景，地面使用3dsMax制作，保障步行瀏覽效果。

4.總結(jié)及展望

通過某市數(shù)字城市三維建模的項(xiàng)目生產(chǎn)，采用機(jī)載三維激光雷達(dá)技術(shù)獲取數(shù)據(jù)并建立數(shù)據(jù)城市具有如下特點(diǎn)：

（1）可以直接快速獲取三維空間數(shù)據(jù)、高精度數(shù)據(jù)成果。

（2）DOM數(shù)據(jù)以及激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)的支持，使得對地形地物的判讀、空間信息的量測與獲取更加準(zhǔn)確和便捷。

（3）數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化程度高、數(shù)據(jù)精度高、作業(yè)成本低、便于成本控制等。

（4）航飛時(shí)在建筑密集區(qū)難免少量側(cè)面紋理無法采集完整，對于采集不完整的地區(qū)根據(jù)制作要求進(jìn)行一定程度的數(shù)據(jù)地面補(bǔ)拍工作。

機(jī)載三維激光雷達(dá)技術(shù)具有高精度、高密集度、快速、低成本的獲取地面三維數(shù)據(jù)等優(yōu)勢，其必將成為空間數(shù)據(jù)獲取的一種重要技術(shù)手段，隨著其數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及相關(guān)行業(yè)應(yīng)用平臺的逐步成熟，機(jī)載三維激光雷達(dá)系統(tǒng)必將擁有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]賴志恒，周孝軍，孫興華.機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)的特征及其優(yōu)勢分析[J].信息通信，2014（6）：92.

三維模型范文第3篇

關(guān)鍵詞：水力壓裂 三維模型 綜述

中圖分類號：O34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）03（b）-0071-02

Review on the Development of Three Dimensional Model of Hydraulic Fracturing

Zhou Junjie

（Chongqing Energy Investment Group Sci & Tech Co.，Ltd.，Chongqing，400061，China）

Abstract：Hydraulic fracturing is the key technology for unconventional oil and gas exploitation， numerical simulation is the key to hydraulic fracturing. This paper reviews the research progress of hydraulic fracturing three dimensional model， the quasi three dimensional model and the full three-dimensional model of hydraulic fracturing numerical simulation are summarized， and the adaptability of each model is analyzed. The further research suggestions are proposed： （1）There are differences between the full three-dimensional model and the actual situation， which needs to be corrected； （2）Other areas outside of oil and gas， the fracturing model should be corrected based on the difference conditions.

Key Words：Hydraulic fracturing；Three dimensional model；Review

20世o80年代以前，裂縫延伸的二維模型被廣泛使用于水力壓裂裂縫模擬及施工設(shè)計(jì)，最常用的是PKN、KGD和Penny模型[1]。但二維裂縫模型的最大適用問題是假定裂縫高度不變，而大量室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)表明，壓裂中巖層產(chǎn)生的裂縫高度并非定值，而取決于壓裂時(shí)間和所處位置，因此，二維裂縫模型不適合現(xiàn)場實(shí)際情況。20世紀(jì)90年代后，國內(nèi)外眾多學(xué)者相繼提出了三維裂縫擬合模型，可分為兩類：一類為擬三維模型，考慮裂縫的三維延伸和裂縫中的一維流動(dòng)；另一類為真三維模型，考慮裂縫在3個(gè)方向上的擴(kuò)展及兩個(gè)方向上的流體流動(dòng)。針對上述情況，該文對水力壓裂三維模型研究進(jìn)程進(jìn)行梳理，對多種水力壓裂三維模型進(jìn)行總結(jié)，并分析各模型的適應(yīng)情況。

1 擬三維模型

擬三維模型根據(jù)不同地層的力學(xué)與物理性質(zhì)，模擬多地層的壓裂裂縫擴(kuò)展延伸情況，裂縫高度為時(shí)間與縫長的函數(shù)，較二維模型更符合實(shí)際情況。

1978年，Simonson等首先建立了水力壓裂擬三維模型。1982年，Van Eekele提出一種擬三維模型，其以恒定裂縫高度為基礎(chǔ)，從PKN模型出發(fā)推導(dǎo)了裂縫長度延伸速度，以垂向流體壓力不變?yōu)榛A(chǔ)，從KGD模型出發(fā)計(jì)算了裂縫垂直方向上的延伸。1989年，Warpinski等建立了擬三維模型，模擬優(yōu)化多地層條件下壓裂情況，但準(zhǔn)確性不高。1996年，陳治喜提出了將斷裂韌度引入裂縫垂向延伸的擬三維模型[2]。

Cleary、Settari等[1]從PKN和KGD模型研究出發(fā)，提出了裂縫自相似擴(kuò)展的假說，發(fā)展了PKNC和KZGD兩個(gè)自相似綜合模型，并綜合了兩個(gè)模型。以KZGD模型模擬裂縫垂向擴(kuò)展，以PKNC模型模擬裂縫側(cè)向擴(kuò)展，由此建立了擬三維（P-3D）模型，以此提出了“前導(dǎo)邊緣”的概念，建立了裂縫尖端區(qū)的流量與凈壓力的等價(jià)關(guān)系，表征了尖端區(qū)的復(fù)雜邊界條件。

2008年，陳勉等提出了層狀地層中水力壓裂裂縫形態(tài)的擬三維模型[3]。2010年，Adachi提出了擬三維模型，并推導(dǎo)了垂向穿過不同地應(yīng)力邊界時(shí)的解，以巖石斷裂韌度和濾失系數(shù)表征了控制方程。2010年，Rahman等提出了考慮濾失的擬三維模型，可計(jì)算得出較高的裂縫通導(dǎo)率。另外，Barree、Morales、Bouteca、Meye等也提出了各種擬三維模型，并得出了一些頗具啟發(fā)意義的結(jié)論。

2 全三維模型

全三維模型是從各向同性的三維巖石變形和二維流體流動(dòng)出發(fā)來建立的裂縫模擬方程，其裂縫寬度理論認(rèn)為產(chǎn)層無限大，壓裂裂縫為平面垂直裂縫，且垂直于最小地應(yīng)力方向，較擬二維模型更符合實(shí)際情況。

1979年，Clifton等認(rèn)為裂縫的幾何形態(tài)主要取決于壓裂液的流動(dòng)和地層的彈性變形，斷裂機(jī)制僅影響裂縫尖端的局部區(qū)域?；谖诲e(cuò)理論推導(dǎo)了裂縫寬度和縫內(nèi)壓力的關(guān)系，模擬出壓裂液沿多孔平板層流流動(dòng)，此模型目前最具權(quán)威性。1983年，Cleary等提出的模型與Clifton提出的模型相似，最大差別在于對裂縫表面積分方程及裂縫尖端的處理方法。1984年，Bouteca等基于地層介質(zhì)承受非均勻地應(yīng)力，由此提出裂縫擴(kuò)展三維模型，該模型為全三維裂縫形態(tài)預(yù)測模型，并首次在實(shí)驗(yàn)室證明了理論假設(shè)：水力壓裂過程中，裂縫沿橢圓形裂縫延伸。Lee等改進(jìn)了三維裂縫傳播和二維支撐劑輸運(yùn)的耦合模型，認(rèn)為初始裂縫長度與射孔段長度相同。首次將二維支撐劑運(yùn)移方法引入到裂縫延展模型，形成了優(yōu)選合理攜砂液的定量方法，優(yōu)化了水力壓裂施工工藝。2000年，Cater等考慮忽略裂縫附近的流體守恒，提出了一種全三維模型，該模型可模擬任意形狀的非平面水力壓裂裂縫。2008年，陳勉等建立了非均勻地質(zhì)條件下的全三維水力壓裂裂縫延伸理論模型。

基于上述水力壓裂三維模型，國內(nèi)外石油公司、研究機(jī)構(gòu)及高校先后研制了不少壓裂軟件，如Reservoir Engineering System的FracproPT、Shell的ENER FRAC、Meyer & Assocs的MFRAC、Trra Tek的TERRAFRAC、Marathon Oil的GOHFER、郭大立等研制的3D-HFODS等，為水力壓裂理論、技術(shù)工藝及裝備的進(jìn)步奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

（1）相對于二維模型及擬三維模型，全三維模型可模擬任意情況的水力壓裂，更接近現(xiàn)場壓裂的真實(shí)情況。但全三維模型仍與現(xiàn)場實(shí)際存在一定差距，需進(jìn)一步通過現(xiàn)場工程及監(jiān)測數(shù)據(jù)校正，以達(dá)到預(yù)測和優(yōu)化現(xiàn)場壓裂的目的。

（2）水力壓裂技術(shù)已廣泛應(yīng)用于油氣開采，并在煤礦瓦斯治理、隧道揭煤等多個(gè)領(lǐng)域有應(yīng)用并受到一定認(rèn)可。壓裂計(jì)算模型亦應(yīng)根據(jù)壓裂施工條件的差異，區(qū)別化建立相應(yīng)的模型，為現(xiàn)場水力壓裂提供技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] 張搏，李曉，王宇，等.油氣藏水力壓裂計(jì)算模擬技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2015，23（2）：301-310.

三維模型范文第4篇

【關(guān)鍵詞】數(shù)字城市；三維模型；精度

最近幾年來，三維模型的可視化技術(shù)已經(jīng)成為了大家所關(guān)注的熱點(diǎn)問題，目前，我國在大部分都建立了城市三維信息系統(tǒng)，而且在很多領(lǐng)域都發(fā)揮了很大的作用，主要包括城市規(guī)劃設(shè)計(jì)、輔助決策等多方面。三維數(shù)字城市能夠?qū)φ鎸?shí)城市以三維的模型表現(xiàn)出來，而且代替了傳統(tǒng)平面地圖，能夠帶給使用者一種真實(shí)生活般的環(huán)境，也就是虛擬城市環(huán)境。這種對三維虛擬城市的數(shù)字化管理，不但能夠提高城市空間信息共享和利用水平，而且還可以在給城市規(guī)劃、建設(shè)帶來可持續(xù)發(fā)展的信息服務(wù)，將城市整體信息化管理水平得到進(jìn)一步的提升。

雖然三維模型能夠帶來多樣性的立體表現(xiàn)，讓使用者有一種身臨其境的感覺，然后，對于制作那種較為高精度的三維模型數(shù)據(jù)不但要增加生產(chǎn)的模型成本，而且會對系統(tǒng)速度造成嚴(yán)重的影響，這會使得延緩了模型生產(chǎn)進(jìn)度。所以，在制作三維模型的時(shí)候，在項(xiàng)目初期就要考慮的三維模型的精度控制問題。

1 模型精度類型

一般依據(jù)數(shù)字城市建設(shè)項(xiàng)目的要求，可以大致將三維模型建設(shè)的精度分為四大類：體塊模型、基礎(chǔ)模型、標(biāo)準(zhǔn)模型、高精度標(biāo)準(zhǔn)模型。如表1所示：

表1 三維模型精度類型

類型 平面精度 高程精度 表現(xiàn)精度 技術(shù)要求 設(shè)備要求 數(shù)據(jù)要求 生產(chǎn)效率 效果 成本

體塊模型 大于米級 大于米級 主體結(jié)構(gòu)表現(xiàn) 低 低 較低 很高 示意表現(xiàn)實(shí)地特征 低

基礎(chǔ)模型 米級 米級 大于1.5m的結(jié)構(gòu)表現(xiàn) 適中 一般 適中 較高 較真實(shí) 適中

標(biāo)準(zhǔn)模型 分米級 分米級 大于0.5m的結(jié)構(gòu)表現(xiàn) 高 較高 較高 適中 真實(shí) 較高

高精度標(biāo)準(zhǔn)模型 厘米級 厘米級 表現(xiàn)建筑物所有結(jié)構(gòu) 高 高 高 很低 還原 很高

所謂的體塊模型，就是使用簡單的建模方式，將建筑的三維分布進(jìn)行示意表示。體塊模型主要是對建筑的地形數(shù)據(jù)外輪廓進(jìn)行測量，然后將建筑、地形的層高進(jìn)行大致的推斷大致，最后使用示意紋理的方法進(jìn)行制作。這種對區(qū)域的三維地貌特征的示意表示方式，雖然其工作效率高、成本低，然而對于很多數(shù)據(jù)較為缺乏，例如對一些城鄉(xiāng)結(jié)合部、一些待拆區(qū)域以及農(nóng)村山區(qū)等。

所謂的基礎(chǔ)模型，其主要是對地面建筑的平面和高度進(jìn)行地形測量或航空攝影測量以獲取其空間坐標(biāo)，然后依據(jù)樓層數(shù)對建筑高度進(jìn)行估算，接著對所實(shí)地采集的照片進(jìn)行部分修改，例如建筑物等的細(xì)部結(jié)構(gòu)和高度，最后就可以得到位置、高度、大小基本吻合的模型。這種基礎(chǔ)模型所要求的精度為米級，對于技術(shù)要求不高，但是其工作效率高，而且成本適中，主要是應(yīng)用在一些數(shù)據(jù)缺乏地區(qū)的建模，然后對其這些地區(qū)進(jìn)行一些演示、分析定位。

所謂的標(biāo)準(zhǔn)模型，其主要是對地面建筑物的平面和高度進(jìn)行地形測量或航空攝影測量以獲得空間坐標(biāo)，然后通過航空攝影測量對地物的高度進(jìn)行采集。標(biāo)準(zhǔn)模型的精度在分米級，其精度要求較高、現(xiàn)行的技術(shù)也較為成熟。在數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)三維建模中經(jīng)常會使用標(biāo)準(zhǔn)模型這種方法。

所謂的高精度標(biāo)準(zhǔn)模型，其主要是對地形的立體點(diǎn)云依據(jù)三維激光掃描，然后可以制作三維模型。正是由于高精度標(biāo)準(zhǔn)模型的精度為厘米級，所以其工藝復(fù)雜，對于技術(shù)、儀器設(shè)備要求很高。對于高精度標(biāo)準(zhǔn)模型的方式多用于文物保護(hù)等方面。

2 模型精度控制分析

目前，在我國的很多城市和地區(qū)，都已經(jīng)開展了數(shù)字城市建設(shè)，而且根據(jù)不同地區(qū)的不同的地貌特征、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用需求以及經(jīng)濟(jì)條件，就可以建立出不同的三維模型成果。為了能夠更好地得到能夠符合不同地區(qū)需求的成果，就需要特別關(guān)注對精度的控制。

對于不同城市三維模型制作的精度控制方面，第一，要先依據(jù)城市的自身情況出發(fā)，從多個(gè)方面進(jìn)行調(diào)研和評估，例如應(yīng)用方式、數(shù)據(jù)、經(jīng)費(fèi)、技術(shù)要求；第二，還要充分地和軟件、硬件以及網(wǎng)絡(luò)等多種條件進(jìn)行結(jié)合，才可以使精度控制得以完成；最后，制定出這個(gè)城市的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和工作方案，作為項(xiàng)目實(shí)施的指導(dǎo)方向。

對于不同的城市在開展三維模型制作時(shí)，一定要有符合該城市的精度控制。那么對于不同的數(shù)字城市的三維精度控制都有著不同的要求方式，如表2所示：

表2 三維模型精度控制

類型 應(yīng)用 應(yīng)用方式 經(jīng)費(fèi)要求 數(shù)據(jù)要求 技術(shù)要求 軟件要求 硬件要求 網(wǎng)絡(luò)要求

體塊模型 區(qū)域地貌特征展示、導(dǎo)航定位 局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng) 較低 較低 較低 較低 較低 較低

基礎(chǔ)模型 城市實(shí)景展示應(yīng)用 局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng) 適中 適中 適中 適中 適中 適中

標(biāo)準(zhǔn)模型 城市實(shí)景表現(xiàn) 局域網(wǎng) 較高 較高 較高 較高 較高 較高

高精度標(biāo)準(zhǔn)模型 文物保護(hù)考古 單機(jī) 高 高 高 高 高 高

對于城市的三維模型的制作精度一定要有著配套的軟件系統(tǒng)的功能，而且三維模型的制作必須在應(yīng)用的基礎(chǔ)上進(jìn)行，與此同時(shí)，也要考慮技術(shù)要求等多方面的發(fā)展趨勢。更加不同的因素問題進(jìn)行考慮，最終需要在數(shù)字城市的三維模型的項(xiàng)目建設(shè)符合以下幾點(diǎn)原則：

2.1 根據(jù)系統(tǒng)需求劃分不同的LOD模型

對于一個(gè)三維城市模型要可以分為多個(gè)級別進(jìn)行建造，應(yīng)該要針對不同的級別使用不同的簡化程度和應(yīng)用領(lǐng)域。通常情況下，為了能夠更好地保證三維模型的瀏覽效果，需要對一些重要地面建筑使用精度較高的模型，而且對于一般的地面建筑就采取精度適中的模型即可。除此之外，還需要依據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的差異化問題，可以對一些地面建筑進(jìn)行不同程度的簡化，例如，如果只是對地面建筑物進(jìn)行一個(gè)宏觀分析，那么只需要對建筑物的輪廓和高度進(jìn)行描繪；如果要對地面建筑物進(jìn)行一個(gè)微觀分析，那么就可能對建筑物的所有位置進(jìn)行建模，包括窗臺、陽臺等。綜上所述，需要對業(yè)務(wù)部門的需求進(jìn)行考慮，進(jìn)而可以確定三維模型LOD，使之能夠更好地為不同的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行服務(wù)。

2.2 不同區(qū)域采用不同的LOD模型

對于不同的城市都使用不同的定位功能，對于精度的要求不會使用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制作。所以，在對不同城市的不同區(qū)域的另一些重點(diǎn)工作是要進(jìn)行LOD模型分配。但是因?yàn)椴煌膶?shí)際情況進(jìn)行不同的分類劃分，而且對于需要在精度控制方面進(jìn)行一些細(xì)微的區(qū)分。一般來說，第一，一個(gè)城市的中心城區(qū)主要街道和標(biāo)志性建筑、保護(hù)建筑等，大多是采用高精度標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行制作；第二，對于城市里的新建小區(qū)大多是采用標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行制作；第三，對于普通地區(qū)的低矮房屋和城鄉(xiāng)結(jié)合部等，都是以采用體塊和基礎(chǔ)模型表示為主。

2.3 不同LOD模型的面數(shù)應(yīng)有明顯的差異

在對不同的LOD級別進(jìn)行劃分時(shí)，不但可以滿足系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的需求，而且能夠使三維模型的系統(tǒng)的使用效率得到進(jìn)一步的提升。再加上，現(xiàn)在對于一些大規(guī)模高精度三維場景進(jìn)行實(shí)時(shí)瀏覽，依舊是數(shù)字城市三維系統(tǒng)的一個(gè)瓶頸問題，所以，就非常有必要對于不同的LOD模型做一些差異性區(qū)別，這樣就可以很好地提高LOD的切換速度。

3 結(jié)語

綜上所述，不但需要在模型制作時(shí)要滿足現(xiàn)有系統(tǒng)的功能，也要能夠?qū)τ诟鞑块T應(yīng)用時(shí)需求進(jìn)行滿足，并且能夠充分結(jié)合所要建造數(shù)字城市的具體情況等多方面進(jìn)行考慮。一定要根據(jù)實(shí)際情況，對于數(shù)字城市的三維模型的精度進(jìn)行分析和控制，并且運(yùn)用LOD技術(shù)對于模型制作的進(jìn)行比較精準(zhǔn)的把握。這就凸顯出了三維模型的精度控制的重要性，以避免出現(xiàn)不必要的成本、設(shè)備等投入。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱慶,林琿.數(shù)碼城市地理信息系統(tǒng)――虛擬城市環(huán)境中的三維城市模型初探[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2004.

三維模型范文第5篇

關(guān)鍵詞 ：三維 城鎮(zhèn) 規(guī)劃 模型 實(shí)體化

前言

地理信息系統(tǒng)（GIS）所處理之地理資料單元必須是資料結(jié)構(gòu)獨(dú)立完整的個(gè)體，稱之為實(shí)體（Entity），若欲將建置完畢之三維城鎮(zhèn)模型應(yīng)用于 GIS領(lǐng)域，實(shí)踐 3D GIS 之構(gòu)想，就必須將城鎮(zhèn)模型中的地物模型，由“一群幾何單元”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙粋€(gè)結(jié)構(gòu)與意義上均獨(dú)立完整之實(shí)體”，這個(gè)步驟，稱之為“實(shí)體化”。本文將于本章中，依序論述實(shí)體的定義和組成架構(gòu)，以及實(shí)體化作業(yè)之概念性流程。

一、 實(shí)體的定義

地理信息系統(tǒng)（GIS）是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，具備空間分析的能力的資訊系統(tǒng)，讓系統(tǒng)的用戶可以將所搜集到的數(shù)位化地理資料（空間資料）輸入系統(tǒng)中，有效地儲存并管理，并進(jìn)行分析或整合，使這些資料轉(zhuǎn)變?yōu)榭晒?yīng)用或者輔助決策所需的有效信息。另一方面，地理信息系統(tǒng)也能夠讓用戶能夠方便且有效地展示數(shù)位地理資料，或是系統(tǒng)分析整合之后的輸出成果。

地理信息系統(tǒng)的運(yùn)作機(jī)制，首先由資料之搜集開始，依照應(yīng)用的需求進(jìn)行資料之搜集，將所搜集到的資料輸入GIS中，并進(jìn)行整理，例如資料的修編等，接著對已整理完畢的資料進(jìn)行整合和分析，使之成為有效的信息，再輸出應(yīng)用或是輸入資料庫內(nèi)儲存及管理，整個(gè)流程如圖1所示。而在這個(gè)流程中，GIS處理的資料單元，是一個(gè)個(gè)資料結(jié)構(gòu)完整且獨(dú)立可分辨的實(shí)體（Entity）。

歸納以上描述，本文建議實(shí)體必須具備完整且獨(dú)立可分辨，并具明確范圍之特性;而且要兼顧其幾何結(jié)構(gòu)與屬性，能夠與現(xiàn)實(shí)世界中的情況及人們的認(rèn)知相符，才能夠訂定符合應(yīng)用需求之實(shí)體。

二、實(shí)體之組成架構(gòu)

就三維空間實(shí)體的描述而言，空間資料模式可以視為真實(shí)世界的一種結(jié)構(gòu)化、抽象化的描述，其反映了空間實(shí)體以及空間實(shí)體之間所存在之關(guān)系。在空間資料模式中，包含有基本幾何元素之定義、幾何元素之間的組成方式、位相關(guān)系、約制條件、資料的儲存和管理方式等要素。由于現(xiàn)實(shí)世界中的情況是復(fù)雜而多元的，所以欲發(fā)展出一個(gè)適用于所有情況之空間資料模式，是不可能的，因此過去、現(xiàn)今的空間資料模式的發(fā)展，呈現(xiàn)多元之情況。

以下為本文所列舉的2 種三維空間資料模式：

1. Boundary Representation， B-Rep

B-Rep 是以“向量式資料格式”記錄物體邊界特征的圖形表示方法，用來表達(dá)三維空間中的物體時(shí)，以節(jié)點(diǎn)（node）、邊（edge）、面（face）及體（body）四種基本幾何元素來描述空間中三維實(shí)體之幾何結(jié)構(gòu);如圖2所示。在 B-Rep 模式中，空間中的“體”是由數(shù)個(gè)“面”所封閉而成，每個(gè)面由自身的數(shù)條“邊”閉合而成，而邊則由“節(jié)點(diǎn)”所構(gòu)成，節(jié)點(diǎn)則以其物空間坐標(biāo)來決定其在空間中的位置。

另一方面，應(yīng)用 B-Rep 模式描述三維實(shí)體之幾何結(jié)構(gòu)時(shí)，需清楚地定義了點(diǎn)、線、面、體四種基本幾何元素之間的連接關(guān)系，因此幾何元素之位相關(guān)系明確。基于以上的原因，B-Rep 可描述復(fù)雜且細(xì)致的物體，而且進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)只需改變點(diǎn)的坐標(biāo)，位相關(guān)系可維持不變。但 B-Rep模式也同時(shí)存在著資料結(jié)構(gòu)復(fù)雜、資料量龐大，以及邏輯運(yùn)算不易執(zhí)行的缺點(diǎn)。在實(shí)體的屬性資料方面，由于 B-Rep 模式的設(shè)計(jì)初衷主要是應(yīng)用在計(jì)算機(jī)制圖的領(lǐng)域中，使建構(gòu)出的幾何模型，其形鈑爰負(fù)謂峁鼓芄揮胝媸凳瀾韁械哪勘甓韻笪嗆希屬性資料（非幾何屬性）對此而言，其重要性相較之下就沒有那么高，因此在此模式中，并沒有針對實(shí)體的屬性資料部分進(jìn)行探討。

2. Constructive Solid Geometry， CSG

如長方體、四面體，圓柱及球體等，先藉改變各組件之幾何參數(shù)（例如長方體的長、寬、高）的方式，調(diào)整各組件之形羆俺嘰紓再經(jīng)幾何轉(zhuǎn)換（尺度縮放、平移、旋轉(zhuǎn)），調(diào)整各組件之方位及姿態(tài)，最后透過邏輯運(yùn)算，組合成三維實(shí)體的幾何模型。例如圖4-5 中所示，要使用一個(gè)長方體基元和一個(gè)圓柱體基元來構(gòu)成圖中左側(cè)的 三維物體，其作法為對這兩個(gè)基元分別進(jìn)行平移、縮放的操作之后，再進(jìn)行差集運(yùn)算，最后得到成果圖。

CSG 適合描述結(jié)構(gòu)較為簡單的三維實(shí)體之幾何結(jié)構(gòu)，而且其邏輯和幾何運(yùn)算都不大復(fù)雜，因此被廣泛地運(yùn)用于計(jì)算機(jī)輔助制圖（CAD）領(lǐng)域。另一方面，CSG 模式的資料可以透過轉(zhuǎn)換，獲得邊和面的信息;例如透過將CSG 模式的資料轉(zhuǎn)換成 B-Rep 模式，但是一旦將資料轉(zhuǎn)為 B-Rep 模式之后，即無法再轉(zhuǎn)回 CSG 模式。

三、城鎮(zhèn)實(shí)體化之概念與發(fā)展

GIS 發(fā)展之初，地形圖是其最主要的空間資料來源。可由地形圖描述、記錄地物的方式，是透過將其外觀（即幾何結(jié)構(gòu)）抽象為點(diǎn)、線、面三種像素來描述;換句話說，即圖面上的地物外觀皆由這三種基本像素所組成。至于地物的屬性，則透過在圖面上注記文字或放置帶有特定涵義之圖式符號來描述、記錄之。

探究城鎮(zhèn)圖幅中的地物，可發(fā)現(xiàn)其幾何結(jié)構(gòu)是由一群像素（點(diǎn)、線、面）所構(gòu)成，并非結(jié)構(gòu)獨(dú)立完整的空間個(gè)體;且存在著幾何位置或形畈徽確、線段之連接不正確、多邊形未閉合、線段突出或長度不足，及線段與節(jié)點(diǎn)未密切吻合等幾何描述上的錯(cuò)誤。這些問題在展示上雖不致于造成太大的影響，但是就 GIS 的觀點(diǎn)來看，地物必須是結(jié)構(gòu)獨(dú)立完整的空間個(gè)體，方能夠與其相對應(yīng)的屬性資料連結(jié);亦即屬性資料所能夠連結(jié)之對象，是獨(dú)立完整的個(gè)體，而非一群像素;再者，由于地物本身幾何結(jié)構(gòu)之復(fù)雜性，一個(gè)地物會被分割成數(shù)個(gè)單元來記錄，但所采用的分割依據(jù)與方式，有時(shí)并不完全與現(xiàn)況及人的認(rèn)知習(xí)慣相符。另一方面，在地物屬性之記錄上，在 GIS 領(lǐng)域中，為求利于儲存、應(yīng)用、管理及分析操作，會將地物的屬性資料依照不同的“主題”，分別儲存在各個(gè)屬性資料表中，而資料表中的每一筆資料，與其相對應(yīng)之空間資料（即地物之幾何結(jié)構(gòu)）相互連結(jié)，構(gòu)成獨(dú)立實(shí)體。