序論：寫作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇三維仿真論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

1改革的重點與具體措施

1．1教學(xué)方法三維可視化為了解決大學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中理解困難和前沿性的科研促教中缺乏實驗條件驗證的教學(xué)問題［3］，教學(xué)團(tuán)隊將物理建模思想應(yīng)用于教學(xué)實踐中，通過三維可視化仿真，使復(fù)雜、抽象、煩瑣的理論模型變得直觀、具體、明了．例如:針對“空間光通信創(chuàng)新實驗”課程中的光學(xué)天線設(shè)計及光傳輸、激光雷達(dá)成像和光子晶體光纖光傳輸?shù)冗M(jìn)行了三維動態(tài)可視化仿真．在對前沿性的科研促教中缺乏實驗條件驗證的情況下，擬采用理論建模與仿真驗證方法來實現(xiàn)．

1．2創(chuàng)新實踐自主化為了解決自主創(chuàng)新實踐能力訓(xùn)練不足的教學(xué)問題［4］，教學(xué)團(tuán)隊將光通信、微波光子學(xué)等交叉學(xué)科前沿技術(shù)與創(chuàng)新實踐相結(jié)合，構(gòu)建了“空間光通信”開放式創(chuàng)新實踐平臺，建設(shè)了綜合型、設(shè)計型、創(chuàng)新型的開放式專業(yè)實驗室．依托開放式創(chuàng)新實踐平臺，開展了大學(xué)生自主研究型學(xué)習(xí)，著力加強(qiáng)大學(xué)生自主創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)［5，6］．加強(qiáng)科研促教，拓展創(chuàng)新思維，在“985高?！贝髮W(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃支持下，實施了創(chuàng)新設(shè)計項目40余項．依托科研項目把學(xué)生帶到學(xué)術(shù)前沿，進(jìn)行了形式多樣的學(xué)術(shù)研討:教授、副教授、博士、碩士、本科生分別定期做主題報告、分組討論、網(wǎng)上論壇、參加國際國內(nèi)會議和暑期夏令營等方式促進(jìn)學(xué)術(shù)交流，形成良好的學(xué)術(shù)氛圍．學(xué)生在開放式專業(yè)實驗室里自主進(jìn)行理論建模、仿真設(shè)計與實驗驗證，在規(guī)定時間內(nèi)撰寫學(xué)術(shù)論文等，開展了大學(xué)生自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)模式．

1．3多元化的教學(xué)評價體系為了解決傳統(tǒng)評價方式缺乏對創(chuàng)新實踐、仿真設(shè)計與課程論文等環(huán)節(jié)的評價的教學(xué)問題［7，8］，教學(xué)團(tuán)隊將理論考試和平時成績相結(jié)合，實驗操作與自主創(chuàng)新實踐相結(jié)合，理論建模仿真與課程論文相結(jié)合，構(gòu)成了多元化的評價體系．例如:把理論考試成績所占的比例下調(diào)到60%，而課程論文的比例上升到40%，通過創(chuàng)新項目和課程論文等方式評價學(xué)生的學(xué)習(xí);通過課程論文答辯方式，依據(jù)“假設(shè)的合理性、建模的創(chuàng)新性、結(jié)果的準(zhǔn)確性、表達(dá)的清晰性”進(jìn)行綜合評定，實現(xiàn)從應(yīng)試教育到素質(zhì)教育的觀念性轉(zhuǎn)變．引領(lǐng)學(xué)生朝著有利于自身全面發(fā)展的方向努力．

1．5開放式教學(xué)資源建設(shè)為了解決傳統(tǒng)教學(xué)資源不足的問題，教學(xué)團(tuán)隊加強(qiáng)了師資隊伍的建設(shè)，進(jìn)行了廣泛的國際、國內(nèi)教學(xué)研討和學(xué)術(shù)交流．重點建設(shè)了豐富的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)資源平臺網(wǎng)絡(luò)課程含教學(xué)錄相、典型實例、創(chuàng)新設(shè)計系列實驗教案、經(jīng)典物理問題、及在線實踐編程等模塊;適時引入在線答疑、網(wǎng)絡(luò)論壇及現(xiàn)場演示與討論等交互式教學(xué)形式，形成了模塊化、交互式、開放式教學(xué)資源平臺．

2改革與實踐的探索

實例1大學(xué)生在牛頓式光學(xué)天線系統(tǒng)測試平臺(圖1)上做的部分實驗內(nèi)容:圖2為接收光斑實驗測試，圖3為利用光束質(zhì)量診斷儀器測試光斑．通過三維可視化仿真，使復(fù)雜、抽象、煩瑣的空間光通信系統(tǒng)中的激光傳輸理論模型變得直觀、具體、明了，解決大學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中理解困難的教學(xué)問題(大學(xué)生創(chuàng)新實驗設(shè)計項目)。例如:老師們課堂上在講解光子晶體的應(yīng)用———布拉格光纖光傳輸特性時，就采用了仿真驗證手段．通過詳細(xì)舉例以此來鼓勵學(xué)生啟迪思維、大膽創(chuàng)新設(shè)計、勇于實踐．以下是學(xué)生們根據(jù)題目的要求，在老師的指導(dǎo)下做的部分仿真結(jié)果圖．實例2等周期結(jié)構(gòu)的布拉格光纖仿真(見圖4—圖6)．實例3空間光通信系統(tǒng)激光傳輸特性仿真(見圖7—圖8)．實例4波動方程的(動態(tài))三維可視化(見圖9)．圖9波動方程(動態(tài))三維可視化圖形實例5平面波用柱面波形式展開(見圖10)．圖10平面波展開為柱面波仿真結(jié)果圖形以上是具有代表性的大學(xué)生創(chuàng)新實驗設(shè)計．“缺陷的光子晶體在偏振分束器等光學(xué)器件中的應(yīng)用”(大學(xué)生參與者:黃鶴、劉天驕、陳逸舟)被學(xué)校推薦為2010年國家級大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃項目;“推帚式激光雷達(dá)三維成像創(chuàng)新設(shè)計”(大學(xué)生參與者:謝國洋、顧大超、童磊)被學(xué)校推薦為2011年國家級大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃項目．通過這種創(chuàng)新事例，能很好地鍛煉和培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)造能力，大大激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新欲望和學(xué)習(xí)興趣．

3改革的實施成果

該課程未實行教學(xué)改革以前，我們實行的是傳統(tǒng)教學(xué)模式(理論教學(xué)+筆試成績+實驗成績)，教學(xué)成果不理想．自從2009年本教學(xué)團(tuán)隊開展了對“空間光通信創(chuàng)新實驗”課程教學(xué)研究型改革與實踐的探索以來，特別是加強(qiáng)了針對“空間光通信創(chuàng)新實驗”課程中的創(chuàng)新實踐平臺及《數(shù)學(xué)物理方法與仿真》、《光學(xué)天線設(shè)計》、《空間光通信創(chuàng)新設(shè)計實驗》3本教材的重點建設(shè)．建立了1個基于大學(xué)生創(chuàng)新基地的空間光通信工程技術(shù)研究中心;并依托這個創(chuàng)新實踐平臺，開展了一系列的教學(xué)和科研項目．1)研發(fā)了十余個綜合創(chuàng)新設(shè)計實驗，例如:“卡塞格倫光學(xué)天線系統(tǒng)的光傳輸特性分析實驗”、“光纖損耗與光纖耦合實驗”、“激光準(zhǔn)直與多波長光學(xué)天線傳輸實驗”、“無線激光大氣通信實驗”等;2)2012年數(shù)學(xué)物理方法、三維可視化仿真及創(chuàng)新實踐的“三位一體”教學(xué)模式改革獲電子科技大學(xué)教學(xué)改革成果一等獎;3)教改項目:2009年“數(shù)學(xué)物理方法”教學(xué)研究與精品課程建設(shè)”，2010年“數(shù)學(xué)物理方法精品課程教學(xué)團(tuán)隊建設(shè)與改革”;4)團(tuán)隊教師指導(dǎo)大學(xué)生創(chuàng)新基金項目40余項，指導(dǎo)大學(xué)生40余篇(SCI收錄6篇);5)開展了一系列高水平的科研項目，獲得了國家自然科學(xué)基金項目2項，國家自然科學(xué)青年基金項目3項以及橫向建設(shè)項目等;6)2011年建設(shè)了電子科技大學(xué)第一座2．0kW單晶硅太陽能發(fā)電站，并實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，以作為大學(xué)生新能源創(chuàng)新課題教學(xué)示范所用．7)發(fā)表教研論文20余篇、科研論文100余篇．取得了顯著的教學(xué)成果，形成了交叉性學(xué)科前沿與創(chuàng)新實踐相結(jié)合的人才培養(yǎng)模式．(教改前后對比情況見表1)．

4結(jié)論

篇(2)

關(guān)鍵詞：數(shù)字高程；三維可視化；彈道仿真；顏色映射

中圖分類號：TP302.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）16-3823-03

彈道仿真是彈道導(dǎo)彈總體設(shè)計及彈道設(shè)計的重要內(nèi)容，許多學(xué)者在進(jìn)行彈道仿真時往往注重的是彈道的數(shù)值計算，并進(jìn)行二維的平面彈道演示。由于彈道導(dǎo)彈飛行過程中受到各種因素的干擾，尤其是對于遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈來說，導(dǎo)彈的飛行軌跡會偏離預(yù)先設(shè)計的彈道平面，實際的彈道軌跡為三維的空間曲線，因此有必要研究彈道的三維仿真，以給出更加直觀及逼真的彈道演示效果。

對于遠(yuǎn)程彈道導(dǎo)彈來說，由于其射程往往達(dá)到幾千公里，進(jìn)行三維彈道仿真時應(yīng)考慮畫出完整的三維地球，在三維地球的基礎(chǔ)上繪制三維彈道曲線。制作三維地球模型，常見的方法是紋理映射，即將一幅世界地圖圖片作為紋理映射到一個三維圓球體上[1]，這樣制作的地球比較清晰美觀，但有兩個弊端，一是由于世界地圖圖片包含的大量顏色信息數(shù)據(jù)，在進(jìn)行三維彈道飛行軌跡演示時對電腦硬件的圖形顯示效果要求較高，二是缺乏立體感。本文考慮利用地球高程數(shù)據(jù)制作三維地球，在此基礎(chǔ)上據(jù)通過適當(dāng)轉(zhuǎn)換將彈道坐標(biāo)數(shù)據(jù)變換到地心大地直角坐標(biāo)系中，從而繪制出三維彈道曲線。利用地球高程數(shù)據(jù)制作的三維地球模型立體感較好，且數(shù)據(jù)量不大，非常適合一般的彈道仿真及演示。

1 地球高程數(shù)據(jù)

數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，簡稱DEM），是數(shù)字地形模型（digital terrain model，簡稱DTM）的一個分支[2]。數(shù)字高程模型是描述地表起伏形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)模型，由地面規(guī)則網(wǎng)格點的高程值構(gòu)成的矩陣，形成柵格結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)集，用以記錄大地表面不同坐標(biāo)點（x，y）的相應(yīng)高程（z），并可以通過計算機(jī)實現(xiàn)三維分析和顯示。

2 三維地球的繪制

3 三維彈道曲線的繪制

4 仿真實例

5 結(jié)束語

本文提出了一種基于地球高程數(shù)據(jù)的三維地球模型的制作方法，并在Matlab環(huán)境下進(jìn)行仿真，繪制出了三維地球模型，并通過坐標(biāo)變化將彈道位置參數(shù)轉(zhuǎn)化為地心大地直角坐標(biāo)，從而在三維彩色地球的基礎(chǔ)上，繪制出了三維彈道曲線，實現(xiàn)了三維彈道仿真，立體感及真實感較強(qiáng)，實現(xiàn)方式較簡單，為彈道仿真提供了一種有效手段。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王斌.基于OpenGL的三維數(shù)字地球儀研制與開發(fā)[C].西安：西北大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.

篇(3)

Abstract: The project of underfeed winder is introduced in this paper, important bottom roller is calculated and designed, the whole three-D model machine is constructed by UG, the simulation of winder process is realized by 3DSMAX.

關(guān)鍵詞：復(fù)卷機(jī)；底輥；三維造型；仿真

Key words: rewind paper machine；bottom paper axis；three-D modeling，simulation

中圖分類號：TH16文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2011）28-0034-02

0 引言

復(fù)卷機(jī)是一種造紙專用設(shè)備，其用途是將造紙機(jī)生產(chǎn)出來的紙卷（稱為原紙卷）進(jìn)行復(fù)卷，復(fù)卷成成品紙出廠。在復(fù)卷過程中，紙幅從退紙卷上引出，繞過導(dǎo)紙輥、張力輥、舒展輥，通過固定位置的縱切機(jī)構(gòu)，從機(jī)臺下面送入紙幅使其繞過前底輥，然后卷在卷紙軸上。復(fù)卷是紙張生產(chǎn)中的最后一道工序，因復(fù)卷所出現(xiàn)的質(zhì)量問題，再沒有糾正和補(bǔ)救的機(jī)會了。在復(fù)卷機(jī)的幾個組成部分中，雙底輥系統(tǒng)尤為重要，它們對成品紙的質(zhì)量有著重要影響。雙底輥支撐著紙卷，其動平衡性能影響著紙卷兩端的平整度，底輥上溝槽的設(shè)計，對成品紙無皺痕有決定影響。本論文選擇流行的下引紙雙輥無軸復(fù)卷機(jī)作為設(shè)計對象。

1 總體方案設(shè)計

下引紙整體方案布局如圖1所示。

其中各部分功能如下：①退紙架。退紙架的主要作用是支承開卷紙軸，開卷紙軸在退紙架支座上由一液壓驅(qū)動夾緊裝置固定；②導(dǎo)紙輥。導(dǎo)紙輥裝置包括導(dǎo)紙輥、導(dǎo)紙輥軸承及軸承座、壓紙帶裝置、導(dǎo)紙輥傳動電機(jī)及傳動連接裝置；③舒展輥?；⌒屋伿嬲寡b置由弧形輥主體、弧形輥軸承座和弧形輥調(diào)節(jié)裝置組成，用在分切和卷取前舒展紙幅；④縱切裝置?？v切裝置由上刀裝置、底刀裝置、以及上刀和底刀位置調(diào)整裝置組成；⑤引紙裝置。引紙裝置由氣動領(lǐng)紙引導(dǎo)裝置、底輥引紙裝置和氣動壓紙板組成；⑥底輥裝置。底輥裝置包括前后底輥、軸承、底輥傳動電機(jī)、減速器和底輥氣動制動器組成；⑦推紙裝置。推紙裝置用于在復(fù)卷完成后，將紙卷推出到接紙臺上。由擺臂、同步軸、推紙輥和驅(qū)動液壓缸組成；⑧壓紙輥裝置由壓紙輥、壓紙輥軸承、壓紙輥橫梁裝置（同步軸）、氣動壓紙輥安全銷、壓紙輥線壓控壓液壓缸以及同步齒條等組成；⑨卸紙裝置：紙卷復(fù)卷完成，將紙卷慢慢放下。

2 復(fù)卷機(jī)底輥的設(shè)計

底輥的主要工作任務(wù)是為了支承紙卷，初步設(shè)計，底輥具有悶頭、軸頭、輥體和軸承、聯(lián)軸器等組成，裝配后輥體校動平衡，以適應(yīng)在復(fù)卷機(jī)機(jī)架上高速回轉(zhuǎn)的需要等組成，裝配后輥體還應(yīng)做動平衡校正。

參考文獻(xiàn)：

[1]黨寶林．下引紙3900mm復(fù)卷機(jī)的設(shè)計改造與安裝．上海造紙，2008，39（1）：26-28．

[2]應(yīng)華，熊曉萍，姜春．UG NX 5.0機(jī)械設(shè)計完全自學(xué)手冊．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008-3．

篇(4)

1 評定對象

國內(nèi)高校在讀全日制研究生（包括碩士研究生和博士研究生）.獎學(xué)金面向國內(nèi)高校的全部對口專業(yè)，平等對待.

2 獎學(xué)金額度

每年在全國高校評選出10名使用LMS Virtual.Lab三維多領(lǐng)域仿真平臺進(jìn)行課題研究的優(yōu)秀在讀研究生，給予每人5 000元的獎學(xué)金資助.

3 評定條件

(1)參評學(xué)生在讀期間的學(xué)年平均成績優(yōu)秀，無不及格科目.

(2)用LMS Virtual.Lab進(jìn)行研究生畢業(yè)論文相關(guān)的課題研究，且課題內(nèi)容具有實際工程背景支持，最好結(jié)合實際橫向項目的合作課題.

(3)命題能推動行業(yè)核心技術(shù)進(jìn)步或具有明顯創(chuàng)新研究價值.

(4)領(lǐng)域包含但不限于汽車、航空航天、船舶、兵器、交通、能源、通信、電子、化工、工程機(jī)械、家用電器、輕工業(yè)、醫(yī)藥和IT等.

(5)論文完成后應(yīng)署名LMS高校獎學(xué)金資助支持，并共享論文電子版.

(6)優(yōu)先考慮LMS Virtual.Lab的高校正式用戶.

4 申請流程

符合條件的學(xué)生請在課題開題階段與LMS聯(lián)絡(luò)，并進(jìn)行意向溝通：

(1)對符合評審條件的申請人，需填寫“LMS Virtual.Lab高校獎學(xué)金申請表”(下載地址為：省略/download.asp?id=1F540652-C116-4BD7-8AD7-1291255DFEDC)，并必須經(jīng)負(fù)責(zé)導(dǎo)師簽字確認(rèn)和學(xué)校認(rèn)可.

(2)LMS會盡快與申請人確認(rèn)，并根據(jù)書面材料組織評審.

(3)按照評審程序的規(guī)定公布評審結(jié)果并發(fā)放獎學(xué)金.

5 評審程序

(1)具體評定工作由LMS負(fù)責(zé)，組織LMS公司專業(yè)技術(shù)人員和行業(yè)專家組成動態(tài)評定小組，進(jìn)行綜合評審.

(2)鑒于論文完成后學(xué)生將畢業(yè)離校，該獎學(xué)金將在課題開題階段即進(jìn)行初評，并在課題中期報告通過后進(jìn)行復(fù)評，以確保課題的進(jìn)展和質(zhì)量.資助的最終依據(jù)是開題報告和中期報告，但建議申請人提前或隨時通過電話、E-mail和面談等形式與評定小組進(jìn)行充分溝通.

(3)該獎學(xué)金申請盡量在正式開題之前即向LMS提交，最遲需在開題報告完成后1～2個月內(nèi)提交.初評和復(fù)評結(jié)果將在LMS官方網(wǎng)站公布，并于每年秋季的LMS用戶大會根據(jù)復(fù)評結(jié)果統(tǒng)一發(fā)放該獎學(xué)金.

(4)針對碩士研究生和博士研究生的論文差異進(jìn)行適度把握，原則上碩士5篇、博士5篇，但暫不做硬性區(qū)分，即名額之間可作適度調(diào)劑.

(5)對所有入選的在讀學(xué)生，LMS將采用租或借等形式給予最新版本LMS Virtual.Lab軟件的友情贊助支持，并歡迎獲獎學(xué)生畢業(yè)后加入LMS公司.

6 本年度申請截止日期

本年度申請截止日期為2012年6月15日，之后提交的申請將參與下一年度的評選.

7 聯(lián)系方式

聯(lián)系人：柳佳；聯(lián)系電話：010-84973605-406；E-mail：jia.省略.

篇(5)

關(guān)鍵詞：三維可視化; GIS; 空間數(shù)據(jù)

中圖分類號：C37 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

一、前言

目前，科學(xué)可視化、計算機(jī)動畫和虛擬現(xiàn)實技術(shù)蓬勃發(fā)展，并成為計算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的三大熱門研究方向，它們的核心都是三維真實感圖形[1]，也就是三維可視化技術(shù)。三維可視化技術(shù)是目前計算機(jī)技術(shù)和圖像圖形學(xué)發(fā)展的熱點之一，它是依靠視覺效果將數(shù)據(jù)所要表達(dá)的信息直觀顯示出來的一種最好的方法。傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)對實物的空間立體感表達(dá)就比較抽象，將三維可視化技術(shù)引入GIS領(lǐng)域中可以動態(tài)地、形象地、多視角地、多層次地、如實逼真地描繪地球科學(xué)中的客觀現(xiàn)象。如通常所見的地形三維可視化、虛擬戰(zhàn)場、數(shù)字社區(qū)和虛擬城市等。本文結(jié)合在GIS中的應(yīng)用介紹三維可視化開發(fā)的基本方法。

二、 三維可視化GIS關(guān)鍵技術(shù)

三維可視化技術(shù)可以簡單的分解為三種技術(shù)的結(jié)合:可視化、三維和GIS。下面分析了可視化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實、體視化技術(shù)、三維技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。

1、可視化技術(shù)

可視化，也稱為科學(xué)計算可視化(Visualization in Scientific Computer),它是指運用計算機(jī)圖形和圖像處理技術(shù)，把科學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可視的、能幫助科學(xué)家理解的信息，并進(jìn)行交互處理的理論、方法和技術(shù)。GIS可視化技術(shù)是目前信息領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的一項技術(shù)，它通過強(qiáng)大的、有效的地圖系統(tǒng)將復(fù)雜的空間和屬性數(shù)抓以地理的形式進(jìn)行描述，具有界面風(fēng)格人性化設(shè)計，實現(xiàn)了文本、圖形和圖像信息相結(jié)合的定位、查詢、檢索模式信息表達(dá)形象化、自觀化操作簡單便利等特點[2]。

2、虛擬現(xiàn)實

虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality)技術(shù)是一個由圖像技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及人機(jī)對話技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用高性能、高度集成的計算機(jī)硬、軟件及各類先進(jìn)的傳感器，去創(chuàng)造一個使參與者處于一個三維視覺、聽覺和觸覺的環(huán)境，具有完善的交互作用能力、能幫助和啟發(fā)進(jìn)入虛擬境界的參與者的構(gòu)思的信息環(huán)境。利用計算機(jī)系統(tǒng)提供的人機(jī)對話上具，同虛擬環(huán)境中的物體交互操作，使用戶仿佛置身于現(xiàn)實環(huán)境之中，使參與者足不出戶就能身處異景，如遙遠(yuǎn)的太空、海洋深處、甚至是微觀世界。

3、體視化技術(shù)

三維體可視化技術(shù)是真正的三維。它是由完全的三維空間體數(shù)據(jù)構(gòu)建模型，可以對模型切割來獲取內(nèi)部信息。它是每一個空間點對應(yīng)三個方向，x, y, z，也就是在一個空間坐標(biāo)上放置每一個屬性點，可以由關(guān)系V = .f (x, y, z)表示，V表示空間點的屬性值，x, y, z分別表示空間坐標(biāo)[3]。

空間三維實體的可視化，即體視化主要是處理和分析各種體數(shù)據(jù)，并對這些體數(shù)據(jù)進(jìn)行變換、操作和顯示，其目的是讓人們更清楚地認(rèn)識蘊(yùn)含于體數(shù)據(jù)之中的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。體數(shù)據(jù)可以看成是在有限空間中的一種或多種物理屬性的一組離散采樣，它可以表示成:ƒ(x)，x ∈Rn；{x}是n維空間的采樣點的集合，因此也有人把體數(shù)據(jù)成為數(shù)據(jù)集。

4、 三維技術(shù)

三維立體顯示的出發(fā)點是運用三維立體透視技術(shù)和計算機(jī)仿真技術(shù)，通過將真實世界的三維坐標(biāo)變換成計算機(jī)坐標(biāo)，通過光學(xué)和電子學(xué)處理，模仿真實的世界并顯示在屏幕上。三維技術(shù)廣泛應(yīng)用在資源環(huán)境模型、地形模擬、CAD輔助設(shè)計、影視特技、廣告設(shè)計等方面。它具有可視化程度高、表現(xiàn)形式靈活多樣、動態(tài)感和真實感強(qiáng)、資料更新方便等優(yōu)點。

三、 三維可視化算法

直接體繪制技術(shù)具有能夠產(chǎn)生三維數(shù)據(jù)場的整體圖象，包括每一細(xì)節(jié)，并具有圖象質(zhì)量高，便于并行處理等優(yōu)點，因而成為當(dāng)前科學(xué)計算可視化中有吸引力的重要研究課題之一。鑒于直接體繪制技術(shù)的優(yōu)勢，下面重點介紹了光線投射法，移動立方體法以及Z-Buffer消隱算法[4]。

1、光線投射算法

光線投射算法是目前使用最廣泛的體繪制方法之一。對于圖像平面上的每一象素，從視點投射出一穿過該象素的視線，該視線穿過體數(shù)據(jù)空間，算法直接利用該視線上的采樣值計算該象素的光強(qiáng)。其過程包括：數(shù)據(jù)預(yù)處理；數(shù)據(jù)值分類；重新采樣；圖象合成。

2、移動立方體法

移動立方體法(Marching Cubes算法)是三維數(shù)據(jù)場等值面生成的經(jīng)典算法，是體素單元內(nèi)等值面抽取技術(shù)的代表。與光線投射法不同，移動立方體法屬于表面擬合算法之一。

移動立方體法基本思想為：首先逐個體素依次處理，找出該等值面經(jīng)過體素的位置，求出該體素內(nèi)的等值面并計算出相關(guān)參數(shù)，以便繪制出等值面。等值面的定義如下：

{(x, y, z)| s (x, y, z) = c0}，c0是常數(shù)。其中s(x, y, z) = a0+a1x+a2y+a3z+a4xy+a5xz+a6yz+a7xyz

ai (i=0, 1,..., 7)為常數(shù)，它們由體素的八個角點值唯一決定。

該算法中，體素是一邏輯上的立方體，由相鄰層上的各四個象素組成立方體上的八個頂點。算法以掃描線方式逐個處理數(shù)據(jù)場中每一立方體體素，求出每一體素內(nèi)包含的等值面，由此生成整個數(shù)據(jù)場的等值面。

3、Z-Buffer消隱算法

從一個視點去觀察一個三維物體，必然只能看到該物體表面上的部分點、線、面，而其余部分則被這些可見部分遮擋住。如果觀察的是若千個三維物體，則物體之間還可能彼此遮擋而部分不可見。因此，如果想有真實感地顯示三維物體，必須在視點確定之后，將對象表面上不可見的點、線、面消去。執(zhí)行這一功能的算法，稱為消隱算法。

Z-Buffer算法的步驟如下：(1)初始化，幀緩沖器CB置成背景的光強(qiáng)或顏色，Z緩沖器ZB置成最小z值；(2)對多邊形P，計算它在點(I,j)處的深度值zij；(3) zij>ZB(i,j)，則ZB(i,j) =zij, CB(i,j)二多邊形P的顏色；(4)對每個多邊形重復(fù)(2), (3)兩步，最終在CB中存放的就是消隱后的圖形。

四、三維可視化GIS實體的表達(dá)和三維數(shù)據(jù)的可視化

對于三維地理信息系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)的表達(dá)和二維地理信息系統(tǒng)有一定的差別，因此在數(shù)據(jù)實體的表達(dá)上，也有三維地理實體的特點。國內(nèi)學(xué)者李清泉等人提出了以下表達(dá)建筑物和地形的三維信息[5]：地形被表達(dá)為數(shù)字高程模型（DEM）、數(shù)字地形模型(DTM)；建筑、構(gòu)筑物等用實體(CSG)和邊界表示(B-rep)。每種不同的表達(dá)方式都有各自的特點，根據(jù)不同的口的和不同的要求而定。在國內(nèi)，地形數(shù)據(jù)的表達(dá)普遍采用的是DEM和DOM匹配，生成地形圖；建筑物通常以2.5維的形式存在，之后進(jìn)行紋理貼圖。

DTM是描述地表單元空間位置的和地形屬性分布的有序集合，是定義于二維區(qū)域之上的一個有限向的向量系列。它以離散分布的平面點來模擬連續(xù)分布的地形，通過存貯在介質(zhì)上的大量的地面點空間坐標(biāo)和地形屬性數(shù)據(jù)，以數(shù)字形式來描述地形地貌。它隨用途不同具有不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，但一般均可變換成為規(guī)格點組成的柵格數(shù)據(jù)形式。

DEM通常用地表規(guī)則網(wǎng)格單元構(gòu)成的高程矩陣表示，廣義的DEM還包括等高線、三角網(wǎng)等所有表達(dá)地面高程的數(shù)字表示。在GIS中，DEM是建立三維地形的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其他的地形要素可由DEM直接或間接導(dǎo)出，成為“派生數(shù)據(jù)”，如坡度、坡向。DEM主要有三種表示模型:規(guī)則格網(wǎng)模型(GRID、等高線模型和不規(guī)則三角網(wǎng)模型(Triangulated Irregular Network，TIN)。

由于三維幾何表示能提供物體的幾何描述，使空間物體可用計算機(jī)來存貯、處理、顯示。物體3D表示可以有多種方法，大致分為基于體表示和基于面表示兩大類，其中，具有代表性的是結(jié)構(gòu)實體表示(Constructed Solid Geometry, CSG)和邊界表示(Boundary representation, B-rep)方法。CSG方法在計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)中應(yīng)用廣泛，它通過預(yù)定義的模型單兀來表示空間物體，這些單元具有規(guī)則的形狀，如:立方體、圓柱體、圓錐體等，單元間的關(guān)系主要是布爾操作。CSG方法的優(yōu)點是模型關(guān)系簡單，便于顯示和數(shù)據(jù)更新，缺點是空間分析難以進(jìn)行:而B-rep表示方法，可以通過對構(gòu)成物體邊界的點、線、面和體四種類型兀素的精確描述，即能夠精確表示物體幾何位置以及兀素間的拓?fù)潢P(guān)系，雖然B-rep方法適于空間操作和分析，但存儲空間占用多，計算速度較慢。

五、三維可視化在GIS中的應(yīng)用

目前在社會的各行各業(yè)中，地理信息三維可視化系統(tǒng)都得到了廣泛的應(yīng)用[6]：

1.城市：地理信息三維可視化系統(tǒng)應(yīng)用于城市建設(shè)的很多領(lǐng)域，如大樓的建筑結(jié)構(gòu)和住戶管理、空氣污染與流動狀態(tài)監(jiān)測、地下水源污染監(jiān)測、地下管線的規(guī)劃與管理等。

2.環(huán)境：二十一世紀(jì)全社會都更加重視環(huán)境保護(hù)，地理信息三維可視化系統(tǒng)可以表達(dá)大上、地面、地下多層次的環(huán)境狀況，更好地模擬真實三維環(huán)境，幫助人們更好的管理與治理環(huán)境。

3.地質(zhì)：地質(zhì)是資源、礦山、環(huán)境等眾多學(xué)科與工程應(yīng)用的基礎(chǔ)。地理信息、三維可視化系統(tǒng)應(yīng)用于表達(dá)復(fù)雜的三維地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)(如地層界面、不整合面、斷層等不規(guī)則的面狀構(gòu)造)，表達(dá)巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如層理、紋理、走向、孔隙度、孔隙連通方向等微細(xì)的內(nèi)部構(gòu)造)以及巖體內(nèi)部物質(zhì)的分布狀況。

4.礦山：在礦山領(lǐng)域，地理信息三維可視化系統(tǒng)平臺應(yīng)用于表現(xiàn)礦體及圍巖形態(tài)，表達(dá)巷道、采礦工作面形態(tài)，表達(dá)礦井風(fēng)流狀況、瓦斯?jié)舛?、地場?yīng)力等三維現(xiàn)象，如果再加上各種知識庫、專家系統(tǒng)，還可支持三維環(huán)境下的工程管理與決策。

5.海洋：二十一世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，海洋的研究與管理在我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中將占據(jù)越來越重要的位置。海洋在不同深度的含鹽量、水溫、壓力、水流方向都是不同的，地理信息三維可視化系統(tǒng)應(yīng)用于表達(dá)海洋世界，可以幫助人們更好地研究與開發(fā)海洋。

6.氣象：地理信息三維可視化系統(tǒng)應(yīng)用于反映不同高度上氣流、氣壓、大氣成分的變化情況。

六、結(jié)束語

目前，三維可視化地理信息系統(tǒng)的研究已成為國內(nèi)外研究的熱點，隨著計算機(jī)技術(shù)以及相關(guān)三維可視化技術(shù)的發(fā)展和地理科學(xué)、大氣科學(xué)、海洋科學(xué)等研究三維空間特征的深入，三維可視化地理信息系統(tǒng)的研究與開發(fā)已成為地理信息系統(tǒng)研究領(lǐng)域的重要方面和今后發(fā)展的一個趨勢。

參考文獻(xiàn)：

[1] 和平鴿工作室編著.OpenGL高級編程與可視化系統(tǒng)開發(fā)(高級編程篇).北京:中國水利水電出版社，2003年1月第一版.

[2] 鄭琦.吳剛.朱莉等.可視化技術(shù)在MIS中的應(yīng)用研究.計算機(jī)仿真.2005.4. 第22卷第4期.

[3] 何全軍.三維可視化技術(shù)在地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文.2004.

[4] 繆海嵐.面向地學(xué)應(yīng)用的三維GIS可視化技術(shù)研究.福州大學(xué)碩士學(xué)位論文.2002.

篇(6)

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實；數(shù)字校園；虛擬漫游；三維仿真建模

隨著計算機(jī)的發(fā)展，計算機(jī)輔助設(shè)計在設(shè)計領(lǐng)域起到了舉足輕重的作用，得到了高度的發(fā)展。通過計算機(jī)產(chǎn)生的設(shè)計結(jié)果，可通過圖形設(shè)備向設(shè)計者展示，并可模擬，允許設(shè)計者作出修改。而現(xiàn)階段的二維、三維的表現(xiàn)方式，只能傳遞建筑物的部分信息，并且只能提供單一尺度的建筑物信息，使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可展示一棟活生生的虛擬建筑物，使人產(chǎn)生身臨其境之感，用戶在虛擬建筑中進(jìn)行漫游、人機(jī)交互，大大提高了項目設(shè)計的質(zhì)量。

一、什么是虛擬現(xiàn)實

從廣義上講，只要是通過三維模型實現(xiàn)一些人機(jī)交互操作就可以稱為虛擬現(xiàn)實。更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕缍ㄊ侵竿ㄟ^對三維模型的操作、定義，然后應(yīng)用于相應(yīng)場景中，并賦予該模型功能性的表現(xiàn)。以一個汽車的3d模型為例，在汽車的三維模型出來以后，可讓用戶對場景進(jìn)行選擇，比如是運行在城市還是鄉(xiāng)村，然后還能讓用戶為汽車模型編寫動作腳本，定義汽車是按某條線路在跑還是有人來操作。也就是說，只有在同時具備了產(chǎn)品、場景、腳本這三項要素時，才是真正完整的“虛擬現(xiàn)實”虛擬現(xiàn)實（簡稱VR）也稱虛擬實境或靈境，是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機(jī)系統(tǒng)，它利用計算機(jī)技術(shù)生成一個逼真的，具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環(huán)境，用戶通過使用各種交互設(shè)備，同虛擬環(huán)境中的實體相互作用，使之產(chǎn)生身臨其境感覺的交互式視景仿真和信息交流，是一種先進(jìn)的數(shù)字化人機(jī)接口技術(shù)。

二、虛擬現(xiàn)實的特征

（1）多感知性所謂多感知，是指除了一般計算機(jī)技術(shù)所具有的視覺感知之外，還有聽覺、力覺、觸覺、運動，甚至包括味覺、嗅覺等感知。理想的虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)該具有一切人所具有的感知功能。

（2）交互性，指用戶對模擬環(huán)境內(nèi)物體的可操作程度和從環(huán)境得到反饋的自然程度（包括實時性）。例如，用戶可以用手去直接抓取模擬環(huán)境中虛擬的物體，這時手有握著東西的感覺，并可以感覺到物體的重量，視野中被抓的物體也能立刻隨著手的移動而移動。

（3）構(gòu)想性，強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)具有廣闊的可想象空間，可拓寬人類認(rèn)知范圍，不僅可再現(xiàn)真實存在的環(huán)境，也可以隨意構(gòu)想客觀不存在的甚至是不可能發(fā)生的環(huán)境。

（4）浸沒感又稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環(huán)境中的真實程度。理想的模擬環(huán)境應(yīng)該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計算機(jī)創(chuàng)建的三維虛擬環(huán)境中，該環(huán)境中的一切看上去是真的，聽上去是真的，動起來是真的，甚至聞起來、嘗起來等一切感覺都是真的，如同在現(xiàn)實世界中的感覺一樣。

三、虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實的本質(zhì)是人與計算機(jī)的通信技術(shù)，它幾乎可以支持任何人類活動，適用于任何領(lǐng)域。

（1）虛擬教學(xué)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)為學(xué)習(xí)者和教學(xué)者提供了豐富的學(xué)習(xí)資源以及選擇學(xué)習(xí)材料和學(xué)習(xí)方式的機(jī)會。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，教師和學(xué)生一起經(jīng)歷虛擬環(huán)境，觀察一些關(guān)鍵性問題，還能讓學(xué)生自己“進(jìn)入其中”進(jìn)行詳細(xì)觀察，大大提高了學(xué)生的理解能力和掌握能力。

（2）虛擬實驗。虛擬實驗利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以建立各種虛擬實驗室，可以根據(jù)需要隨時生成各種“虛擬”新的設(shè)備，教學(xué)內(nèi)容可以不斷更新，使實踐訓(xùn)練能夠及時跟上技術(shù)的發(fā)展，為學(xué)生提供生動、逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，從而加速和鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)知識的過程。

（3）虛擬仿真校園。以虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為遠(yuǎn)程教育平臺，可為高校擴(kuò)大招生后設(shè)置的分校和遠(yuǎn)程教育教學(xué)點提供可移動的電子教學(xué)場所，通過交互式遠(yuǎn)程教學(xué)的課程目錄和網(wǎng)站，對各個終端提供開放的、遠(yuǎn)距離的持續(xù)教育，還可為社會提供新技術(shù)和高等職業(yè)培訓(xùn)的機(jī)會，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益等等。

（4）虛擬漫游技術(shù)在建筑設(shè)計上應(yīng)用體現(xiàn)。虛擬漫游技術(shù)不但能夠給用戶帶來強(qiáng)烈、逼真的感官沖擊，獲得身臨其境的體驗，還可以通過其數(shù)據(jù)接口在實時的虛擬環(huán)境中隨時獲取項目的數(shù)據(jù)資料，方便大型復(fù)雜工程項目的規(guī)劃、設(shè)計、投標(biāo)等，有利于設(shè)計與管理人員對各種規(guī)劃設(shè)計方案進(jìn)行輔助設(shè)計與方案評審。

首先，它有利于設(shè)計者規(guī)避設(shè)計風(fēng)險。用戶在三維場景中任意漫游，人機(jī)交互，這樣很多不易察覺的設(shè)計缺陷能夠輕易地被發(fā)現(xiàn)，有利于設(shè)計者規(guī)避設(shè)計風(fēng)險。

其次，它有利于加快設(shè)計速度。設(shè)計者既可以利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，很輕松隨意的進(jìn)行修改，改變建筑內(nèi)外立面的材質(zhì)、顏色、設(shè)置光源性質(zhì)、燈光強(qiáng)度、改變綠化密度等，只要修改系統(tǒng)中的參數(shù)即可。

再次，有利于快捷的傳播。虛擬現(xiàn)實技術(shù)還可以應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)和多媒體中，方便快捷的傳播產(chǎn)品信息。最后，它有利于用戶真正參加到項目設(shè)計中來。讓用戶真正的參與到項目中來，第一人稱行走相機(jī)以眼睛的角度查看一個場景，并允許用戶自由行走。由于這種方式非常接近現(xiàn)實世界，因此這種類型的相機(jī)提供了一種沉浸式的體驗。因而能增加我們在建筑漫游中的沉浸感和構(gòu)想性。

總之，虛擬建筑漫游系統(tǒng)所體現(xiàn)的直觀性、交互性以及多方位的信息等優(yōu)勢，是傳統(tǒng)的平面圖紙和實體模型所無法比擬的。相信隨著計算機(jī)軟硬件及設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展，隨著虛擬現(xiàn)實的不斷完善，虛擬現(xiàn)實在建筑設(shè)計上的應(yīng)用將具有更大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

參考文獻(xiàn)

[1]程大錦，《建筑：形式空間和秩序》天津： 天津大學(xué)出版社

[2]馮文，孫立軍，《動畫藝術(shù)概論》北京：海洋出版社，2007

[3]張榮華 幾何建模技術(shù)在虛擬校園漫游系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用 [期刊論文] -計算機(jī)工程與設(shè)計2008

篇(7)

論文關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實技術(shù) 礦山軟件 虛擬礦山

論文摘要：隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展，將其應(yīng)用于礦山建 設(shè)逐漸成為礦山研究熱點之一 。應(yīng)用虛擬 現(xiàn)實技術(shù)可以生成三維的 “虛擬礦山”，直觀地顯示礦山的地質(zhì)情況和巷道分布情況，可向設(shè)計者、審查者、公眾展示…個三維的、動態(tài)的礦山。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在礦山設(shè)計、技術(shù)改造及生產(chǎn)中具有重要作用。

0 引 言

隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù) (VR——Virtual Reality) 的不斷發(fā)展。將其應(yīng)用于礦山建設(shè)逐漸成為礦山研究熱點之一。近年來，虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為信息科學(xué)的新興學(xué)科 出現(xiàn) ，并 以其特 有的優(yōu) 勢被迅 速運用于各行各業(yè) 。

傳統(tǒng)的礦井規(guī)劃與設(shè)計用二維圖形表達(dá)三維的地質(zhì)情況和井筒巷道的空間分布很不直觀，只有經(jīng)驗豐富的人員才能完成 ，而且需要花費一定的時間和精力構(gòu)想礦產(chǎn)資源賦存情況和地質(zhì)構(gòu)造的空間分布 ；設(shè)計的井筒和巷道也是用二維圖形表示 ，給施工人員帶來很大困難，嚴(yán)重制約了設(shè)計的效率和合理性。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以生成三維的 “虛擬礦山”。直觀地顯示礦井地質(zhì)和巷道分布情況，便于相關(guān)人員進(jìn)行交互式的觀察 、分析和設(shè)計 。本文論述虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的視景建模技術(shù)及其實現(xiàn)方法，對礦井規(guī)劃的可視化設(shè)計具有重要意義。

1 虛擬現(xiàn)實技術(shù)及軟件簡介

虛擬現(xiàn)實技術(shù)可利用計算機(jī)產(chǎn)生一個以自然的視、聽、觸等功能感受的三維環(huán)境，人們可以方便地對生成的 “虛擬世 界”進(jìn)行交 互式 的觀察、分析、操作和控制。它以仿真方式給用戶創(chuàng)造了一個實時反映實體變化與相互作用的界面，使用戶可直接參與并探索仿真對象在所處環(huán)境 中的作用與 變化 ，它具有多媒體信息的感知性、沉浸性 、交互性和 自主性等特點。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)建出逼真的礦山工程環(huán)境對優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計具有重要的實用價值 。

為了給用戶創(chuàng)建一個能使其感到身臨其境和沉浸其中的環(huán)境，必要的條件就是根據(jù)需要能在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) 中逼真地顯示出客觀世界 中的一切對象：不僅要求所顯示的對象模型在外形上與真實對象酷似，而且 要求在形態(tài) 、光照 、質(zhì)感等方面十分逼真。

目前，相關(guān)軟件發(fā)展迅速、種類較多，其中常用的軟件有 MultiGen Greator、Vega、OpenGI 以及我國圖靈公司的 VRMAP、適普公司的 IMAGIS等。

1．1 模型構(gòu)建軟件

MultiGen Creator 是美國 MultiGen Paradigm公司開發(fā) 的三維建模軟件，廣泛用于視景仿真、虛擬城市、模擬設(shè)計 、交互式游戲等。它在滿足實時性的前提下可生成逼真的場景，可進(jìn)行多邊形建模、矢量建模 和地形 生成 。它的層 次細(xì)節(jié)、多邊形篩選 、邏輯篩選 、繪圖優(yōu)先級、自由度設(shè)置等高級功能使得其數(shù)據(jù)格式 OpenFlight在實時三維領(lǐng)域成為流行的圖像生成格式。該軟件可接受 DXF、DEM和其它矢量格式的數(shù)據(jù)與AutoCAD和 GIS軟件結(jié)合方便。

1．2 支持視景生成的語言——OpenGL

應(yīng)該使用已有的商品化或標(biāo)準(zhǔn)化的圖形庫和程序設(shè)計語言來設(shè)計與實現(xiàn)虛擬環(huán)境，其中 OpenGI(服務(wù)器)及其支持 系統(tǒng)就是這樣一種可選用的圖形生成環(huán)境。OpenGI 可按 函數(shù)庫的形式被 C語言調(diào)用，也可以被窗 口系統(tǒng)直接調(diào)用。OpenGI 是使用專用圖形處理軟件接 口，該接口目前由幾百個過程函數(shù)組成，用以支持用戶對高質(zhì)量三維對象的圖形和圖像進(jìn)行操作。

()penGI 指令的模型是客戶／服務(wù)器模式，即一個程序 (客戶 )提 供指 令，該 指令 由 OpenGI 解釋并處理，它直接執(zhí)行 3D及 2D圖型 的基本操作。這些操作包 括轉(zhuǎn)換矩陣、光照模 型和光線跟蹤、反混 淆方法 、z～Buf以及像 素更新 操作 等。OpenGI 也支持雙緩沖技術(shù) ，該技術(shù)提供了生成動畫效果圖形所需要的機(jī)制 ，使所生成的圖形能夠像電影一樣平滑運動。

1．3 視景漫游軟件

Vega是 MultiGen--Paradigm 公 司開發(fā)的應(yīng)用于實時視景 、聲音仿真和虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域的高性能軟件環(huán)境和開發(fā)平臺，由 Lynx圖形化用戶接 口和Vega庫組成。利用 Vega庫函數(shù)可在 Lynx中建立漫游所需要 的場景 、窗 口、通道 、運動和碰撞方式，可以定義對象的初始化參數(shù)并建立對象之間的相 互聯(lián) 系 。

2 地質(zhì)構(gòu)造情況的模擬

對于礦 山技術(shù)人員來說地質(zhì)構(gòu)造情 況非常重要 ，如果對煤層 、巖層 、含水層 、流沙層以及斷層和褶曲等情況的推斷有偏差 ，或圖形表現(xiàn)不直觀易懂 ，則在建井或生產(chǎn)過程中就可能發(fā)生塌方、突水等事故 ，造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。應(yīng)用虛擬現(xiàn)實軟件可以根據(jù)地質(zhì)體的三維分布 ，使礦井的規(guī)劃設(shè)計更加直觀方便。

綜合國內(nèi)外現(xiàn)狀，三維地質(zhì)體的繪制有塊段 、表面、實體和斷面建模法等。

MultiGen Creator中需要 的 曲面 數(shù) 據(jù) 是ded或 。dem 格式 ，使用 GIS軟件 Arolnfo、用插值方 法 生 成 不 規(guī) 則 三 角 網(wǎng) (TIN)，然 后 轉(zhuǎn) 成USGS DEM 格式 ，將其導(dǎo) 入 Creator就 可 以生成煤層曲面。然后，通過光照、著色 、紋理、渲染等處理三維地質(zhì)體更加逼真。

3 地形地貌及地物 的模擬

地形地貌和地物的建立需要相應(yīng) 的三維數(shù)據(jù) 。如果有研究區(qū)域的紙質(zhì)地形圖，可以用掃描數(shù)字化的方法得到平面數(shù)據(jù)，按照圖上的標(biāo)注得到高程數(shù)據(jù)；如果已有該區(qū)域的電子地圖，則可直接使用或通過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換得到需要的數(shù)據(jù)；如果沒有上述數(shù)據(jù)源，則需要由野外測量獲得。

地形生成與地質(zhì)曲面生成過程類似，先用ArcInfo將地形 圖上 的等高線 和高程 點進(jìn)行 數(shù)字化，把圖上標(biāo)注的高程值輸入到屬性表中，生成不規(guī)則三角網(wǎng) (TIN)，然后轉(zhuǎn)成 USGS DEM 格式將其導(dǎo)入 Creator生成三維地形 。

對于建筑物、道路 、圍墻 、河流 、湖泊等的建立，先用 Auto—CAD進(jìn)行數(shù)字化，得到其平面位置。將得到的 *．def文件導(dǎo)入 Creator，并與地形匹配。如果建筑物 比較規(guī)則 ，則直接將其底面按照高度拉伸為立體 ，如果建筑物造型比較復(fù)雜，則需要分成規(guī)則的幾部分進(jìn)行構(gòu)建。

4 礦山井下巷道建模

目前 ，礦山信息主要是通過 CAD格式 的雙線采掘工程平面圖來表達(dá) 。首先根據(jù)采掘工程平面圖上的高程信息，利用 CAD中的三維多線段重新描繪巷道 ，同時將高程信息賦予每個節(jié)點 ，實現(xiàn)巷道的單線顯示 ，井筒和巷道設(shè)計要布置合理 ，盡量避免穿過斷層 、褶曲、含水層等不良地質(zhì)構(gòu)造，盡量減少礦井建設(shè)和生產(chǎn)地面的影響。

使用 MultiGen Creator進(jìn)行 設(shè)計 ，用 圓柱體表示井簡 ，用半圓型截 面的柱體表示巖巷 ，然后進(jìn)行模擬生產(chǎn) ，以發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中可能遇到的問題，對設(shè)計方案進(jìn)行比較和選擇。設(shè)計方案完成后可模擬不同設(shè)備、不同開采方式的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)，從而達(dá)到優(yōu)化礦井設(shè)計和生產(chǎn)系統(tǒng)的目的。綜合考慮地質(zhì)和技術(shù)條件 、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等各種 因素，選擇合理的方案。

5 虛擬巷道系統(tǒng)的建立

虛擬巷道系統(tǒng)是對礦井真實巷道多分辨率的三維虛擬表示，建立的主要任務(wù)之一是實現(xiàn)基于web環(huán)境下的可交互的 、真實巷道 的三維可視化表達(dá) ，用戶可以從各個角度對巷道虛擬環(huán)境進(jìn)行任意的瀏覽和觀察 ，并可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行各種交互。

5．1 礦井巷道的建模

礦井 中各種實體大多是三維實體，其表面為不規(guī)則 曲面 ，且 內(nèi)部礦體品位分布不均勻 。對于礦體的外形 ，可用一個不規(guī)則的封閉曲面來確定 。為確定礦體的范圍，要經(jīng)地表勘查 、地下勘探及推估等手段來完成。在瀏覽器上三維實體模型，可通過將現(xiàn)有的三維礦體模型中存儲的信息按照一定的規(guī)范轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可接受的格式得到。要在MuhiGen Creator中構(gòu)建三維礦井巷道模型，首先應(yīng)進(jìn)行簡單的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，這是因為 MuhiGenCreator中采用的坐標(biāo)系和地學(xué)中實際采用的坐標(biāo)系的含義有所不同。MultiGen Creator中采用的坐標(biāo)系為符合右手規(guī)則的空間坐標(biāo)系，是以MuhiGen Creator瀏覽器中用戶區(qū)的中 作為其坐標(biāo)系的圓心，基底坐標(biāo) 為 XOZ面，y表示高 程。其坐標(biāo)長度以米為單位，標(biāo)準(zhǔn)角度以弧度為單位。因此，為使它與人們通常采用的地學(xué)坐標(biāo)系保持一致，應(yīng)將原來礦井 三維實體 的 (，Y，：)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為 MuhiGen Creator坐標(biāo)系中的 (，Y，Z)。轉(zhuǎn)換后的三維實體坐標(biāo)應(yīng)滿足虛擬場景中所采用的局部坐標(biāo)系顯示的需要。由于礦井實體坐標(biāo)的數(shù)值一般相當(dāng)大，而實際顯示坐標(biāo)值的前幾位高位數(shù)據(jù)對圖形形狀不產(chǎn)生任何影響，因此可將地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)各分量 同時做一預(yù)選 。

5．2 虛擬巷道場 景的繪 制

對于規(guī)則格網(wǎng)構(gòu)成的礦山地表模型及礦井實體的頂?shù)装鍞?shù)字表面模型，可用 ElevationGrid節(jié) 點構(gòu)建。該節(jié)點能很容易有效地設(shè)計創(chuàng)建一個位于局部坐標(biāo)系 X()Z平面上高低起伏的地域造型。該造型用高度值組成的標(biāo)量陣列描述，陣列指定了表面每個格網(wǎng)點上的高度 。和 z方向的柵格點數(shù)量可 以分 別 用 xDimension 和 zDimension 域 建 立。xSpacing和 zSpacing域值指定 了柵格行和列之間的空間。Height域的值指定了每一個柵格點的海拔高度，基底上的每一個柵格點都與 height矩陣中的一個海拔值 相對應(yīng)；colorPerVertex域指定為TRUE或 FAI SE，表示 color域 中指定 的顏 色是用到 ElevationGrid節(jié)點的每個頂點上 (TRUE)，還是應(yīng)用到每個四邊形上 (FAI SE)；此外，通過建立 solid域值，所有的海拔柵格都可以當(dāng)作實體。

對于由不同的三角面構(gòu)成的復(fù)雜地表模型，則需要用 MUI TIGEN CREATO 提供的萬能幾何節(jié) 點IndexedFaceSet來創(chuàng)建，它有coord與 coordlndex兩個域 ，與 IndexedFaceSet節(jié)點 中的兩個域類似，前者提供了一個節(jié)點，列出了構(gòu)造面幾種所有面的坐標(biāo) 。Coordlndex域的值提供 了一張描述一張或多張面周界的列表。其中每一個值都是整型索引，并且每個索引都指定了在 coord域內(nèi)的坐標(biāo)列表中的一個坐標(biāo)。在實際的創(chuàng)建過程中，要求建立三角網(wǎng)的各個三角面按照法線方向向外的法則 。

6 結(jié)語

應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，生成一個逼真的礦山虛擬環(huán)境 (Virtual Environment)。這樣在礦 山設(shè)計或研究階段 ，科研人員可以置身于礦山虛擬環(huán)境下直觀審視礦山，按照設(shè)計給定的工藝方法和參數(shù) ，選擇設(shè)備及確定生產(chǎn)模式。從基建到閉坑的全過程實時監(jiān)控 ，發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行實時修正。設(shè)計結(jié)束后，設(shè)計單位、礦山企業(yè)可向?qū)彶檎?、公眾展示一個三維和動態(tài)的礦山?？傊?，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在礦山設(shè)計、技術(shù)改造 、生產(chǎn)中可廣泛應(yīng)用 。

參考文獻(xiàn)

[1] 古德生．金屬礦山深部開采中的科學(xué)問題 [A]．香山科學(xué)會議第 175次學(xué)術(shù)討論會 [c]．北京 ：2001．

[2] 喬林，費廣正等．OpenGI 程序設(shè)計 [M]．北京：科學(xué)出版社，2002：130～134．

[3] 齊安文等．三維地學(xué)模擬述評及其礦山應(yīng)用關(guān)鍵問題．《中國礦業(yè)》．2001(5)：10．