三维图范文

导语：如何才能写好一篇三维图，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

1937年，挪威医生瓦勒通过实验，发现类风关患者血中存在某种物质。1949年，纽约一位叫派克的医生将其称为类风湿因子（简称RF），并沿用至今。

随着医学的发展，对类风湿因子也逐步有了一定的了解。当某些尚未明了的原因使人体内的免疫球蛋白G（IgG）发生变异，从而成为体内“异己”分子后，自身的免疫系统会将错就错，对其进行免疫“攻击”，并产生相对应的抗体，这种抗体正是类风湿因子。据目前所知，类风湿因子共有5种。

类风湿因子在体内“攻击”IgG时，与其结合成免疫复合物，沉积在关节滑膜等处，逐渐造成滑膜、关节囊、软骨直至骨的破坏，使关节损伤，表现为类风湿性关节炎。

50多年前，瓦勒的实验不仅发现了类风湿因子，也开创了类风湿因子测定的基本方法。老王得到的三种检查结果，其实就是由目前常用的三类方法检测的。第一种是乳胶凝集定性试验，结果仅为阴性和阳性两种，这种方法现一般用作过筛试验。第二种是乳胶凝集稀释试验，又称滴度试验，老王的1∶320阳性结果，表明血清被稀释至320倍时仍为阳性，也属于定性试验。第三种为定量试验，可检测出每毫升血中含多少国际单位的类风湿因子。这种定量试验又因方法不一，正常参考值亦有所不同，需分别对待。由于滴度或定量数值可在一定程度上反映病人体内自身免疫“攻击力”的强弱，所以常被医生用来观察病人类风关是否进入活动期或缓解期，或了解抗风湿治疗是否有效的重要指标。如病人类风湿因子强阳性，同时，C反应蛋白和血沉（见上期本栏目文章）升高，就说明病人的类风关正处于活动期。有些人以为类风湿因子阳性就是得了类风关，阴性就可排除，其实不然。类风湿因子既存在于类风关患者的血液中，也存在于关节滑液中，个别病人的鼻腔和十二指肠分泌液及唾液中也发现有类风湿因子。有时滑液中类风湿因子呈阳性，血中却呈阴性。部分病人在得病相当长时间后，血中才会出现类风湿因子阳性。所以，有症状但还未确诊的病人要定期复查。

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1988年以来，植硅体―作为一门新学科，在我国考古学和地质学研究中得到了广泛的应用。近十年来，植硅体研究的相关成果，尤其在史前农业考古领域，呈迅速上升趋势。如赵志军等(1)关于稻类植物颖片上峰状植硅体的研究，为野生稻与栽培稻的区分提供了一种新的思路；郑云飞(2)等运用植硅体对早期水稻系统演变进行的有益探索等。尽管如此，人们普遍感到，植硅体研究的主观性较强，特别是其各种参数的测量，极为费事费力，常常令人望而却步。植硅体测量的困难，业已成为其应用与发展的瓶颈，因此，探寻新的测量方法，切实解决这一困难，越来越显得迫在眉睫。

利用二维图像重建其三维图像的方法，已成功应用于医学、物理学等领域。本文尝试将这一方法移入植硅体参数的测量和分析之中。通过三维图像重建，对水稻稃面双峰乳突进行三维建模，根据建模结果可迅速测量各类参数，并与电镜下的实测结果进行对比分析。研究表明，三维重建方法能够一次性重建水稻稃面多个双峰乳突的三维图像，并能够迅速地测得水稻稃面植硅体的各种参数，经对比分析电镜下的实测数据，证明其计算数据精度可满足实际分析的需求。这样，不仅明显提高了测量速度，而且有效降低了测量的随意性，使植硅体分析向规范化、系统化迈出了坚实的一步。既然三维图像重建方法在植硅体分析领域具有诱人的应用前景，那么，应该将有关研究在这里作一介绍。

2．样品介绍

分析样品皆选自商周时期安徽地区出土的炭化稻。之所以选用炭化稻作为分析样品，主要考虑炭化稻稃面双峰乳突与双峰乳突的植硅体具有同源性特征。这样，若能够为炭化稻双峰乳突建模，则意味着对双峰突乳的植硅体同样可以建模。况且，炭化稻较易找到双峰突乳形态，既便于实际测量，也便于将三维重建的计算结果与实际测量数据作对比分析。

3．样品的三维图像重建

所谓三维重建，即由两张或两张以上具有明确转角关系的平面图片，借助计算机程序处理，得出原物的三维图像。为重建上述炭化稻双峰乳突的三维图像，先将样品平置于扫描电镜的样品台上，拍摄一张样品的形貌照片(图1)，然后，将样品台在3－10℃范围内倾斜一微小角度，再拍摄一张形貌照片(图2)。依次将两张形貌照片输入计算机，启动三维重建analysis软件，即可获得样品的三维图像。

为了验证由三维图像重建方法所测参数的有效性，有必要对双峰乳突的扫描电镜照片作直接实测。具体实测过程为：旋转、平移扫描电镜的样品台，使镜头对准某一双峰乳突，将与待测参数相关的平面置于水平位置，再具体测量有关参数。不过，不难发现，实际测量颇多困难。一般说来，最双峰乳突的参数较易测得，而大部分位于中部的双峰参数都难以测得。而即便是最的双峰参数，通常也需要电镜操作人员具有丰富的经验，通过样品台的合理旋转和平移，方能测得双峰乳突的有关参数。图5为一张较理想的双峰乳突的SEM照片，系耗费了大量精力方拍摄成功的。

6．测量精度分析

考虑到双峰距的测量较为便宜，数据精度也便于控制，因此，在这里，将利用重建的三维图像与电镜直接实测的双峰距数据作对比分析。表1列出了两种方法的测量数据以及两者间的相对误差。

表1显示，四个实测数据与三维测量的误差均在0.4um以内。对比各个稻种参数之间的差异(3)，不难发现，其测量误差远低于不同稻种之间相应数据的差异，仅就这一点而言，三维图像重建方法在植硅体分析领域应有着广泛的应用前景。

7．结论与讨论

本文首次将三维图像重建方法移入植硅体分析领域。利用analysis软件重建水稻稃面双峰乳突的三维图像，测量三维图像显示的各类参数，并与电镜下的实测结果作对比分析。研究指出，三维重建方法能够一次性对多个水稻稃面双峰乳突进行重建，并能够测量各种相关参数。对比分析实测数据后指出，三维重建的精度应能满足实际研究的需要。由此可见，三维重建方法，不仅能大大节省人力，而且可望建立植硅体测量的标准化。

正如著名的微体古生物学家R.V.Kesling(4)所说，“用昨天的经验建立了我们今天的信念，从而更好地为发展明天的微体古生物奠定基础”。无论哪个学科，都是社会发展到一定阶段的产物，一个学科发展到一定阶段，常需要新的研究途径予以推动。本文将三维重建方法尝试移入植硅体研究领域，取得了一些有意义的初步成果。虽然植硅体的微观特征描述、精确形态参数的定量研究、植硅体研究的系统化等问题的解决，还需要大量细致艰苦的工作，但有理由相信，三维图像重建方法将会有效发挥其自身特有的优势，将植硅体研究推向新的高度。

参考文献：

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.郑云飞、刘斌、松井章、宇田津彻朗、藤原宏志：从南庄桥遗址的稻硅酸体看早期水稻的系统演变，浙江大学学报(农业与生命科学版) ，2002年第3期：340-346。

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摘要：本文基于计算机技术的普及、机械/工程制图、计算机绘图等课程间的关系，讨论三维图形绘制与相关能力培养的有机结合。

关键词 ：机械/工程制图 教学模式 三维图形布尔运算课程

现代计算机是一种按程序自动进行信息处理的通用工具。随着科学技术的进步和计算机技术的普及，计算机发挥着越来越大的作用。尤其是AutoCAD、SolidWorks等绘图软件应用和普及，不仅使得计算机绘图的学习更加容易理解和快捷掌握，同时也使三维图形绘制与相关能力培养有机结合得越来越紧密、越广泛。而作为工程技术人员的专业基础之一，识图、绘图和空间想象的思维能力以及形体表达的实际操作技能必须具备。所以要在强化基本理论的同时，还要着力培养学生的操作技能，有机地协调好操作定向、操作模仿、操作整合与操作熟练等操作技能的形成阶段，并以此为基础推动学生的综合能力的提高。

一、使用计算机绘图软件丰富教学

要具备上述这些能力和技能，可用的教学模式有以下几种。

一是让学生看平面图形，想象立体形状，再让学生画平面投影。这样的过程比较抽象，往往增加了学习难度。

二是让学生看直观的三维形体，如长方体、正方体、圆柱体、圆球体等，然后对比识别一些简单的立体图，从而对三维空间有一个感性认识，逐渐引出投影作图规律。但这样需要有足够的三维形体模型，成本高，且不能实时地、动态地满足实际作图要求。

三是使用AutoCAD、SolidWorks等计算机绘图软件。在软件提供的三维空间中教师可以适时绘制灵活多变的三维形体模型。而且由于计算机技术的广泛应用，更使得这些绘图软件易学、实用，因此这样既可以让学生模仿操作，绘制整合、体会投影关系，又可以给我们提供一个良好的教学环境，同时也培养了学生的动手能力和空间想象力。所以我们应使用计算机绘图软件来满足教学的实际需要。

如果使用计算机绘图软件，让学生掌握工程绘图的基本知识，就意味着教师既要掌握相关计算机绘图软件的使用，又要在教学中根据教学内容适时展示或创建三维图形，并要在指导学生绘制相应三维图形、进一步熟练操作技能的基础上体会、理解投影作图的规律。

二、利用三维图形绘制与相关能力培养结合

下面用几个实例体验三维图形的绘制与相关能力的培养。

1.点在三维坐标中的位置

如图1所示，在AutoCAD的三维建模空间中，直观地表示了一个点在三维坐标中的位置。显然，点和三维坐标轴的位置关系直观、准确。在教学中绘制或指导学生绘制，可以可直观、有效地引导学生的空间想象，便于理解点的投影规律。而相关类似图形的绘制，在AutoCAD的三维建模空间中也是简单、方便，容易实现的。

2.直线在三维坐标中的位置

如图2所示，在AutoCAD的三维建模空间中，清楚地表示了一条线段在三维坐标中的位置。线段的两个端点与三维坐标轴的位置关系直观、准确，可以帮助学生观察并可进一步直观、准确地分析和理解直线的投影规律。同样教师可以指导学生动手演练，在操作模仿的过程中，引导学生理解点与直线的关系及其投影规律，这样对教学的效益和学生的收获是多方面的。

3.由平面图形生成简单三维图形

在教学中，我们可以演示由二维封闭图形拉伸生成三维实体（图3）和由二维封闭图形旋转生成三维实体（图4）的过程，从中可以了解二维图形的绘制和理解相应三维实体的形成过程。这个过程可以引导学生思考为什么要绘制这样的几何图形、是否有替代的方法等等（启发学习兴趣、探索能力等）。这里要结合整个的图形及其相关的知识，综合考虑如何快捷、方便地绘制平面图形。这也是对平面绘图方法、灵活运用能力的考量。然后在平面图形的基础上我们再拉伸、旋转生成三维图形。

4.切割生成三维图形

关于切割生成三维图形，我们取十字轴实物为例（图5），了解切割生成三维图形的过程，体会绘图过程中相关能力的培养。

首先引导学生分析、思考怎样在阶梯轴（图4）基础上生成十字阶梯轴（图6）、十字圆弧槽阶梯轴（图7）和带螺纹孔的十字轴（图5）；然后考虑如何切割，意在让学生自觉地进行操作整合的应用（涉及平面几何、立体几何、数学、机械基础、机械制图等基础理论知识的综合运用）；最后融会贯通，形成可行的制作方案（例如，操作任务、操作要点、操作步骤，预期结果、实际效果等等）。

要在讨论的基础上（学习策略的应用）产生较完整的方案后再着手操作。

例如，对于十字阶梯轴（图6）所示的“1/4圆柱”切割，可以复制“1/4圆柱”，并调整对齐“1/4圆柱”、阶梯轴的相对位置，然后经过实体间的布尔运算（差集）而得到十字阶梯轴。

例如，对于十字圆弧槽阶梯轴（图7）所示的“圆弧槽”切割，经过绘制“圆弧块”实体，调整“圆弧块”的位置，并对相应实体进行布尔运算（差集）而得到十字圆弧槽阶梯轴。

例如，对于十字轴的螺纹孔（图5），可以先绘制二维螺旋线，并经过扫掠、复制和布尔运算（差集）生成如图8所示的螺钉，然后复制到十字圆弧槽阶梯轴中，调整对齐位置，再经过实体间的布尔运算（差集）而得到有螺纹孔的效果。这里的关键点之一是要想到使用二维螺旋线，并设计好扫掠对象（图8中的三角形即螺钉的牙型）。同时我们还可指导学生实时利用AutoCAD提供的截平面来观察实体内部（图9），这就更增添了学习的兴趣，培养了学习的主动性。

总之，这是从感性认识到理性认识，从实践到理论，再由理论指导实践的过程；是操作定向、模仿、整合与熟练的不断加深；是操作技能的升华。显然把握好相关教学过程的转化，有目的地引导和积极推动相关转化，是我们在教学中不断探索和更新的重要方向。

通过上面几个实例的绘制过程，我们可以看到三维图形绘制与平面/立体几何、机械/工程制图、机械基础等的能力往往是密切相关的。而我们有意识地借助三维图形的绘制来培养或引发相关能力，可以有效地提高学习的兴趣、学习的主动性和学习的效果，同时这也是提高学生综合素质的积极手段。

三、搞好相关课程的衔接、加强动手能力

综上所述，为了进一步有效地提高教学效果，需要我们适时调整相关课程间的衔接关系，并加强学生动手能力的操作。

例如，在学习机械/工程制图的投影知识前，首先学维/三维绘图的基本方法，为投影知识的学习打好基础，然后再学习投影理论、三视图等内容，这样既可以给学生演示相关知识，又可以指导学生动手绘制相关图形，并且计算机绘图的知识也可以在机械/工程制图的教学中不断地充实和加深。对这些相关课程的衔接要充分结合教学实践，不断进行有益的调整，旨在理顺相关课程的衔接，推动教学手段的改进和教学效果的提高。

动手能力不是一蹴而就的，我们要善于从加深学生专业兴趣入手，来逐渐提高学生的实践动手能力。因为机械/工程制图、计算机绘图等课程是专业基础课，所以我们应该在这些课程的教学中，适时加强相关动手能力的培养和练习，注意不断引发或积累学生对相应专业知识的兴趣。诸如基础/专业实验室向学生开放，积极开辟学生第二课堂等等，都是对学生的成长非常有益的教学辅助工作。

在教学中注重学生能力的培养，是一个持久的课题、系统的工作。机械/工程制图与计算机绘图等课程的有机结合会促进教学的深入，其他相关课程间也会有着相互的关联，并且计算机技术作为一种通用工具，它的应用也越来越广泛。只要我们认真地把握相关课程及相互间的关联，并对教学进行不断的改进和尝试，身体力行地付诸到教学实践中，就必将会有效地推动教学工作。

参考文献：

[1]杨京山，尹涛.中文版AutoCAD应用基础教程（2012版）[M].成都：西南交通大学出版社，2012.

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机械制图是机械类本科教育中非常重要的一门课[1]。工程图纸是生产制造作业中不可或缺的重要信息依据，也是交流设计思想的信息载体，因此，机械制图是每个机械专业学生必须熟练掌握的实用性技能。随着科技发展，机械制图手段的数字化程度也在不断提高。由于机械制图是一门传统的专业课程，因此，很多学校一直沿用原有的教材与教学方法，没有充分利用数字化教学手段改善教学效果，也没有根据行业需求及时调整教学内容改革教学方式，致使学生所学的知识技能落后于企业不断提高的技术需求，与应用型本科教育的人才培养目标相去甚远。

本文详细分析机械制图课程目前存在的关键问题，结合企业在该领域的技术人才需求，充分考虑课程内容的特点，提出了基于三维图样技术的机械制图课程在教学内容、教学手段、考核方式等方面的具体改革方案，旨在帮助学生更容易的理解复杂实体模型的几何投影原理，提高空间想象能力，建立更加完整的知识应用体系。

1 机械制图课程现阶段存在的主要问题

（1）教材?热莼?础陈旧与企业实际应用需求脱节。大多数教材中使用的实例有较高程度的重复，而零件图及装配图绘制部分的实例并无与制造业中常见的机床、机器人等相关的实例。教材的内容主要面向二维工程图的绘制。而在企业中，三维图样正在逐步替代二维工程图，在航空航天等领域已有很多企业实现了全三维无纸化生产。因此，仅培养学生二维工程图的绘制与读图能力已经无法满足企业快速发展的技术需求。

（2）缺少生动形象的教学手段。机械制图是一门讲解投影原理，通过绘制二维图表达三维实体的课程。目前教师主要通过课件中的图片结合教学模型进行投影原理的讲解，但图片无法生动、形象、全面的表达空间立体，教学模型由于尺寸较小在课堂上无法将模型的结构形态按照具体的投影方向展示给所有的学生，由于缺少直观清晰的投影效果展示，学生难以理解投影原理，难以借助空间想象力绘制投影视图，教学内容枯燥乏味，多数学生对该课程缺乏兴趣。

（3）实践训练形式单调乏味效果不佳。机械制图课程往往通过大量的作业练习来帮助学生巩固基础知识提高绘图能力，增加了学生与教师双方的压力，且效果往往不理想。而对于实物测绘的训练，常安排在机械设计课程结束之后，与机械制图课程教学脱节，因此，无法及时结合教学内容训练学生动手能力，体现教学内容的工程实用性，难以及时通过实际操作增加学生对课程的学习兴趣。

（4）考核方式单调缺乏相关能力的检验。机械制图是机械专业的专业基础课，涉及到几何投影相关的理论知识，因此，多数学校依然采用传统的试卷考核学生对机械制图基础知识的掌握。这种考核方式没有充分考虑到该项技术在行业应用中的变化，考核内容及方式并不能全面检验学生对企业所需相关技术是否已熟练掌握。

2 基于三维图样的教学方式改革

（1）教材内容的改进。由于越来越多的企业正在逐渐实现全三维的无纸化生产，因此，机械制图的教材中也应增加一到两章的关于三维图样技术的相关内容。同时应结合“中国制造2025”面向自动化、智能化制造业的实际应用需求，介绍三维图样技术的发展现状、工业背景、基本概念、相关国际国家标准、三维图样的模型表达方式、三维图样标注方法、支持三维图样设计的软件及基本操作，对接行业发展需求，增加学生在后续工作中的竞争力。

（2）教学方式的改进。为改变机械制图教学内容枯燥，增加实物投影效果的可视性，加深学生对投影原理的直观认识与深入理解，在理论教学中结合CAD技术[2-4]，于UG软件环境下结合教学内容建立典型的三维模型，通过对三维模型的旋转等操作展示不同角度的模型显示效果，模拟实物几何投影视图的形成过程，帮助学生理解投影的原理，培养学生的三维空间想象能力，增加课程的趣味性，降低课程的学习难度。同时，可以使学生提前熟悉后续CAD/CAM课程的软件环境，了解不同课程间的关联性。

（3）实践训练方案的改进。实践训练以巩固教学内容，将理论应用于实践与企业需求对接为目标。因此，可将实践训练环节分为三个部分：手绘二维工程图、计算机绘制二维图以及三维图样设计。手绘二维工程图帮助学生巩固基础理论，计算机绘制二维图以及三维图样设计则面向应用，训练学生熟练掌握数字化的计算机辅助设计技术，满足企业对应用型本科人才的技术需求。各环节采用分组的方式，完成典型机械产品的测绘。教师应多以目前工程中常见的机床、机器人等机械产品的零件与装配体为例，及时引进与行业发展最新动向相关的工程实例，建立教学与工程应用之间的紧密联系。增加测绘实践训练，减少传统作业练习。

（4）考核方式的改进。考核是对学生对知识技能掌握情况的最直观有效的检验方式。为全面考察学生的制图基础以及对先进制图技术的掌握程度，将机械制图的考核方式由传统的试卷考试改为模块化的考试。考试具体包括笔试模块、机试模块与课程研究模块。笔试模块考察学生对制图标准、基本知识原理的掌握程度；机试模块考察学生在规定时间内熟练使用企业广泛应用的CAD软件完成工程图绘制的能力；课程研究模块以报告的方式考察学生对当前工业中采用的制图手段与技术的了解以及对先进制图技术未来发展方向的把握程度，提前了解企业未来发展的技术需求。

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[关键词]Auto CAD软件 二维地震地质图件 "三维化"

[中图分类号] P65 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-2-325-1

1前言

目前，在煤田地震勘探中三维地震勘探方法已非常普遍的应用于实际之中，三维地震勘探野外由于是立体面积采集，大大提高了野外采集效率，同时提高了采样点的密度与精度，其数据体是三维的。资料处理过程中采用各种不同的手段与方法对资料进行处理，使地震资料在信噪比、分辨率等方面的质量比二维地震勘探有很大的提高。解释过程中在工作站上利用三维数据体进行纵向、横向、水平、任意向和各种不同的方法对三维数据体进行观测、分析、解释，大大提高了解释的精度。三维地震勘探虽然在整个野外采集、资料处理、资料解释过程中方法与手段和成果的精度与效果都大大提高了，在解释过程中也可以利用处理出的一些三维图件如：时间域的三维数据体图、水平切片图、层拉平图等等。但是它主要最终成果图件与二维地震勘探基本还是一样的，都是用二维的平面与剖面图及一些其它二维图件来表示煤层埋深和断层的构造展布，未能充分体现三维地震勘探资料的优势。

2将原有的图件“三维化”的好处

因为无论三维地震勘探还是二维地震勘探其最终结果图件基本还是为二维平面图与剖面图。为了更好的体现地震勘探的成果，笔者在解释资料的过程中利用AutoCAD的三维绘图功能将地震勘探成果图件“三维化”。由于改造后的图件“三维化”了，这样可以使资料成果更直观更形象，特别是汇报资料的时候，它可以使使用者从各个不同角度来观测图件，分析地质成果。

3“三维化”的方法步骤

①打开要改造的二维平面图件，确定其层数与范围，将范围内的每一根煤层等高线（当然是间隔越密越好，但工作量越大）。②按其等深度确定X、Y、Z值。③按在资料解释过程中确定的断层性质，在图件上以断层线为基准画出断层等高线。断层等高线的间隔密度可根据情况确定，当然是越密越好（越密工作量越大）。④将钻孔和其它一些需要的要素加上（比较形像）。⑤将做好的所有图件叠加在一起。用AutoCAD中的“动态观察”或“三维视图”进行观测。⑥还可以非常简便的在做好的“三维化”图件上（俯视图上）进行切割剖面图。⑦在改造图件的过程中同时也能检查出原图件中的错误，进行修正。这样可以使图件更加合理、更加完美。

4实例

下面的图件是笔者做的一实例：

图1是某区的一般二维图件，图2为在图1的基础上做的“三维化”的图件。

图1、图2这两张图从表面看都一样，没有什么区别，但是如果将这两张图用AutoCAD中的“动态观察”来打开并旋转一定的角度后可以看出两张图是不一样的。

图1为二维图件，打开后无论怎样旋转该图它还是一张平面图（见图3）。

但图2就不一样了，因为它是经过“三维化”处理后的图件，实际上成为了一张三维图件，它给煤层及断层的每一根等深线都附了值（与三维空间中的深度是一致的），它是“三维化”图件的俯视图。表面看与二维图件没有什么不一样的，但旋转一定角度后就会发现地表上的方格网、测线等要素与煤层底板等高线等要素分离了，而且煤层底板等高线的值与图中深度是一致的。使用者可以根据需要在二维与三维之间选择，在三维空间中可从前、后、左、右、上、下来随意旋转不同的角度来比较形象的观测整个测区的煤层及其构造情况（见图4）。

如果再将钻孔、断层等一些需要的要素加上后就会更加形像的显示出“三维化”图件的优越性。

如果想看一些局部细微构造，可以再旋转不同的角度或放大来看。

下图（图6）为本区完整的“三维化”图件。

（1） 将坐标线、测线、钻孔孔口位置等在地表上表示出来。

（2） 将分别做出的各煤层的图件合在一张图上（分别用不同的颜色表示）：3煤层（绿色）、7煤层（红色）、8煤层（黄色）、10煤层（青色），形成一张完整的比较形象的“三维化”图件。（如果各煤层的层间距比较小，可以分层来显示。

A、做断层等高线图

利用在平面图上的断层上、下盘线与煤层每一不同等高线的交点处的深度值配合断层的产状做出不同间隔深度的断层等高线（需另在Excel上计算）。这样在画断层等高线的同时还可以修改原图中该断层的上下盘的宽度。

B 、做出剖面图

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关键词：三维重建；VTK；体绘制

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：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

随着当前健康医疗技术的快速发展，对诊断的要求也越来越高。特别是用于医疗的CT、MRI及其他大型设备[1~3]，以它们生成的图像进行处理为基础的诊断技术的快速发展，从X光成像的传统二维图像到三维图像处理技术。由美国放射学会(American College of Radiology, ACR)和美国电子制造商协会(National Electrical Manufactures Association, NEMA)提出了医学图像信息转换标准DICOM3.0[4]，解决了不同图像生成设备给图像转换所带来的障碍和困难，用标准的格式进行了规范化。

当前，许多大型医院把DICOM图像嵌入到三维重建软件，近似于一种大型图像处理工作站。这种工作站的一个主要缺点是消耗大量计算资源，需要高性能硬件来完成任务。通常，建这种工作站的成本很高，小型医院没有实力搭建。显然，这种软件在成本上是不可行的，并且仅仅开发此软件的公司才可以实施维护，这就带来了诸多困难和不便。因此，更小且有效的DICOM标准医学图像重建系统的开发有利于克服上述提到的限制[5]，与此同时，小型医院也能拥有自己的三维重建系统。这种系统能够增强诊断的准确性，为病人提供更加可靠的治疗。

1方法

1.1 DICOM资源

DICOM专用于医学数字成像和通信。DICOM标准由ACR和NEMA联合，DICOM超声数据的多个帧被用于体绘制三维重建。收集到的DICOM文件以8字节方式存储，其灰度值范围是0~255。可存储的最大帧数是256帧，如图1所示。

1.2体绘制

在图像预处理中，用于体绘制的源数据是DICOM格式的[6]，体绘制的基本流程（如图2所示），比面绘制更加难实施。其主要的难点是如何为图像体素的不同灰度值设置不同的透明度和颜色值。VTK使用类vtkPiecewiseFunction设置透明度值。这种方法仅需要对透明度的离散灰度值进行少许设置，其值在灰度值范围内连续地变换。但是，想知道不同结构的灰度值是件不容易的事，这就要求我们用反复的尝试和错误来找到合适的灰度值范围。

使用类vtkColorTransferFunction设置颜色值，实际上是提供一个灰度值给map的GRB值。用它来添加不同灰度值给体素，为的是增强可视效果。VTK用类vtkVolumeRayCastFunction实现体绘制，它包含三个子类：vtkVolumeRayCastMIPFunction，vtkVolumeRayCastCompositeFunction，vtkVolumeRayCastIsosurFunction。图2 VTK三维体绘制流程

1.2.1体素

体素是三维中的基本单元，它是由两张邻近切片的各四个点组成的一个立方体[7]。在体素上依次定义了8个不同点；体素在坐标轴的每一边都有一个六面形状，如图3所示。图3体素结构

1.2.2图像插值

通常，来源于医学图像设备生成的图像数据总是含有空间上的间隔，这种间隔比像素间的间隙还要大的多。例如，CT切片的图层内像距一般为0.5~2mm，而空间距离则达到1~15mm。因此，当我们做三维重建时，需要用图层间的插值生成新的切片层。当前的超声图像，间隔值设置为3.57mm。

插值方法主要分成两类：一类是基于图像灰度值插值法，例如邻近、线性[8]和曲线插值法[9]等；另一类是基于匹配（拼接）插值法。这些方法实际上都是针对间隔而设计的。基于灰度插值的图像插值法是最普通也是最简单的插值法。

1.2.3灰度插值法

灰度插值法是在原断层图像序列中插入一定数量的缺失切片图像[10]。现有插值法主要是灰度邻近插值法、线性插值法和高次非线性插值法。线性插值常常被假定为Z轴方向的两邻接域线性变换的灰度值，相当于估算相应点的新的间隔灰度值，其值的确定需要数个灰度层相应点的信息。

假定在已知断层图像V()

2结果

二维图像依赖于感兴趣区域的物理特征。但是，对于多数现存的医学图像成像系统而言，直接生成最佳空间定位的二维图像非常困难。这是因为位置和扫描定向取决于本身的结构及其它的物理限制。因此，三维图像处理在诊断应用中具有较高的价值。

图4 a为未经插值的体绘制结果，b为调整参数的体绘制结果

图4a显示了未经插值的三维体绘制结果。显而易见，重建结果比较粗糙，尤其是在Z轴方向的像素。在这种情况下，感兴趣的颈动脉从三维模型中很难分辨。但是，用vtkOpacityTransferFunction和vtkColorTransferFunction适当调整参数，改善体绘制算法，颈动脉的内部区域都能清晰可辨，如图4b所示。

3结束语

该文提出了一种基于VTK的三维重建体绘制方法。这种方法适用于CT、MRI或超声图像的多种器官组织重建，有利于立体观察损害和正常的器官组织，对于实际临床应用具有重要意义。

参考文献：

[1]胡红莉,张建州.螺旋锥束CT重建的近似逆算法[J].计算机工程与应用,2011,47(21):199-201.

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篇7

关键词：三维建模 模拟安装 非标准件 设计组合

中图分类号：TP317 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)01-0102-02

设备管理工作经常不为常人所理解，因其涉及面广，设备出厂后已经经过装配车间的组装成型，其内部结构虽然附有图形介绍，但识图能力的要求将很大一部分人挡在了了解设备运行原理的外面，一幅设备装配图动辄几十个零件，即使相关专业人员在第一次查看时也需要大量的时间了解辨识。陕焦公司焦化一厂为年产70万吨冶金焦炭的生产型单位，其大部分设备都属于粗重型动态设备，一、二类设备合计142台套，各种附属设备更是琳琅满目，繁多的设备背后是更加庞大的备件资料，各种非标准备件的详细资料，要整理起来更是令人头疼不已。

1、常规设备管理及存在问题

设备的正常运行离不开操作人员、维修人员对设备工作原理的认识，操作工和维修工在设备运行中，逐渐的熟悉了设备的部分性能，但要想真正弄懂设备，就要不仅知其然还要知其所以然，设备附属资料必不可少，在生产中只有理论联系实际才能正常对设备运行弄清弄懂。

1.1 问题一・非标准备件的增多

生产厂家从设备生产地购买设备进行安装运行生产，部分设备安装到位后，底座、箱体等可能需要用混凝土预埋处理，需要和其它设备配合使用等，这就增加了设备检修置换难度，限于安装空间，安装设备匹配，在运行设备出现问题，某些设备备件损坏需要更换时，就只能采购原厂家设备备件进行更换，想要全部更换或者是另选设备对损坏设备进行置换很难办到。这其中就存在着厂家因为自己生产设计的需要而改动的非标备件，因为没有具体的标准，备件损坏后只能从原设备生产厂家购置，受限空间较大。

1.2 问题二・设备技术改造项目中估算多、误差较大，容易造成浪费

生产单位涉及到的设备、管线技术改造项目，因为属于改造新添设备、管线，受限于安装位置的空间大小，安装中设备、管线的摆放位置等都需要详细的规划和计算，需要和其它设备管线配合的接入点、现场的实际情况等都会影响设备的最终安装形式，安装时需要的各种材料因为设备安装形式的不同也会有较大的变化，通常都是采取估算的方法，尽量多购置些安装材料以保证安装使用，误差较大，还有可能影响设备安装。

2、三维建模软件在设备管理中的应用

陕焦公司焦化一厂应用三维建模软件不仅可以辅助生产单位的设备备件、材料的备用归档购置，还能指导设备安装、设计安装形式等，用平面和立体图形结合的方法，增加了设备备件的直观性，使机械零件变的更加形象[图1、图2]，模拟设备安装管路，操作性更强，使机械设备不在被人难以理解。

2.1 非标准件的系统管理

焦化一厂引用机械设计三维建模软件，生成各种非标准零件的三维立体图形，投影映射出平面图形，用平面图和三维立体图形结合[如图3、图4]表达非标准件，在生产维修中逐步建立非标准零件资料库，建立健全非标件资料档案。完善和统计了非标准备件的资料，统计在内的非标准件以后发生故障损坏后，不管是要从原厂家购置还是现场加工都有迹可循。

2.2 指导设备安装

指导设备安装，根据设备在生产区域实际的安装位置，定位设备摆放方式，设备附属管道连接走向。应用三维建模软件进行模拟，和现场实际安装空间等在进行对比，确定最终安装方式，由模拟出来的管道部署图，核算设备安装用料，精确度较高。改进了原来的靠人估算管道用量、规格的情况，更加明确详细[见图5]，图中为化产车间脱硫液旋板换热器安装模拟简图，红色代表脱硫液管，蓝色代表冷却水循环走向管。

2.3 设计设备改造

2010年焦化一厂焦炉炉门清理站，因炉门清理量较大，需要增加一个固定炉门架，因新添加的固定炉门架没有预先预埋基座，无固定底座，经老师傅现场测量设计计算，使用两块钢板上下用螺栓拉实固定炉门架的固定方式，图6为炉门架下部底座固定方式示意图。

3、结语

篇8

关键词： 三维可视化 体视化

中图分类号：O343文献标识码： A

引言

地图是对客观存在的特征和变化规律的一种科学的概括和抽象。其描述的客观世界是丰富多彩的、千姿百态的三维的空间实体，而长期以来，地图是以静态的、二维的形式出现，这就造成了地图表达形式与客观世界实体之间的不可逾越的鸿沟。所以，地图学家一直致力于地图的立体表达研究，希望寻求一种既符合人们的感知习惯，又能形象的再现真实世界的表示方法。在此过程中先后出现了写景法（Scenograph）、地貌晕翁法（Hachure）、地貌晕渲法（Shading）、分层设色法（Layer tinting）等。地图的三维显示也随着经历了线划三维地图、实体型（模拟灰度型）、高度真实感三维地图这三个发展阶段。但由于技术和条件的限制，这些方法并不能完美的解决地图数据的三维显示问题，它们在数学基础理论、三维模型和三维显示等方面都有待改进。而这些方面也正是现代数学、地图学和计算机科学等学科岌待解决的问题。下面就分别从这三方面来浅述地图数据三维可视化的理论体系。

1数学基础理论

地图三维可视化的数学基础理论是三维解析几何学、投影透视理论和分形理论。

1.1三维解析几何学

在三维解析几何学中，三维制图的坐标系统一般采用的是笛卡尔坐标系统，它分两种：右手坐标系统和左手坐标系统，我们通常使用右手坐标系统。在笛卡尔坐标系统中，空间中的一个点用（x、y、z）来表示；空间中的一条直线用参数方程来表示，如通过两点p(x1，y1，z1)和q(x2，y2，z2)直线用方程组形式表示；平面用以下方程表示：Ax+By+Cz+D=0；三维表面用多边形片表示。同时把二维平面上的矢量、平移旋转缩放变换等概念扩展到三维空间即组成了三维解析几何学。

1.2投影透视理论

一个物体在人的视网膜上成象对应着一个投影透视的过程。这个过程的数学表示就组成了投影透视理论。任一点在地面坐标系OT-XTYTZT中的坐标为（XM,YM,ZM），它在投影平面P上的像点为m，则m点在投影坐标o-xy中的坐标（xm,ym）由下式求出：

式中，（XS,YS,ZS）是视点S在地面坐标系OT-XTYTZT中的坐标；α是投影平面与地面坐标系的平面间的夹角；θ是地面坐标系的XT轴与投影坐标系的X轴的夹角。

考虑到屏幕坐标系的特点和值域，还必须将像点m的坐标（xm，ym）进行平面相似变换，最后变换为屏幕坐标（xc，yc）：

1.3分形理论

分形理论是非线形科学中的一个活跃的数学分支，其研究对象是非线形系统中产生的不光滑和不可微的几何形体，对应的定量参数是分形维数。到目前为止，分形理论最成功的应用在于计算机图形学领域。利用分形理论中的随机分维函数模型，来模拟生成自然景观中许多不规则物体和表面（如云、山体表面、树木、草地、烟火等），已获得了极大的成功。

2三维模型理论

现阶段地图科学中主要的三维模型就是DEM（数字高程模型）。在这里，高程是一个泛化的概念，它包括其它随地理位置改变而改变的属性数据，例如土壤性质、温度等。DEM的研究通常分为数据的获取、建模和应用。现分别介绍如下。

2.1数字高程模型数据的获取

DEM数据包括平面位置数据和高程数据。获取DEM的方法很多，比如：来自机载激光扫描仪，InSAR技术、野外测量、摄影测量以及基于数字化的方法。

2.2数字高程模型的建模

DEM是地形表面的一个数学模型。它用数学函数Z=f(X,Y)来对地形表面进行模拟。地形表面的建模有四种方法：基于点的建模，基于三角形的建模，基于格网的建模和混合建模。

2.2.1基于点的建模

它是简单的存储点的高程值，建立的表面不连续。

2.2.2基于三角形的建模

我们把整个地表曲面看作是由一系列的相互联系的相邻三角形组成，就得到了基于三角形的地表建模。由于三角形的大小和形状有很大的灵活性，所以这种方法得到的地表模型准确而且数据冗余较小，但是，它的数据没有规律，难于进行空间分析且计算复杂。基于三角形的建模分为两种：常规TIN（包括Delauny三角形）和规则网格结构的三角网。规则网格结构的三角网的性质基本上与下述的规则格网模型相同。

2.2.3基于格网的建模

如果用四边形来表达地表曲面，就得到了基于格网的建模。实际应用中，正方形格网为最佳选择。基于格网的建模存在数据冗余并且当高程变化较快时模型与实际相差较大，所以一般用来处理平缓的区域。它的优点是容易进行空间分析和处理简单。

2.2.4混合建模

综合运用以上两种或多种建模手段得到地表模型就称为混合建模。例如我们在格网数据中，需要反映地性线，就可以用混合建模。

2.3数字高程模型的应用

数字高程模型的应用研究集中在基于数字高程模型的空间分析和各种立体图的制作上。前者包括地形分析、等高线的生成、剖面图的生成、空间关系分析等；后者包括晕渲图、分层设色图、立体景观图等，是地图数据三维可视化的核心内容。它的解决除了依赖数字高程模型知识外，还需要下述的计算机科学的三维显示知识。

3三维显示理论

建立地图数据的三维模型的基本步骤是：（1）数据准备（2）DEM递归细分（3）透视投影变换（4）光照模型（5）消隐和裁剪（6）图形绘制和存储（7）三维图形的后处理（8）基于三维地形图的分析。现代三维显示研究主要集中在光照模型和消隐和裁剪上。另外，体视化技术也越来越多的应用到地图数据的三维显示中来。下面分别介绍。

3.1光照模型

所谓光照模型，是根据光学物理的有关定律计算画面上景物表面各点投影到观察者眼中的光亮度和色彩组成的公式。

从朗伯漫反射模型开始，人们已先后提出了Phong模型，Cook-Torrace模型，Whitted整体光照模型等一系列考虑了不同因素的光学模型，并从理论和实际效果上进行了大量的验证。对于地图数据的三维可视化而言，一个好的光照模型应该满足以下要求：

1）能产生较好的立体视觉效果；

2）在理论上具有一定的合理性或严密性；

3）较小的计算量，以保证较快的绘制速度。

3.2消隐和裁剪

消隐处理现有的最具代表性的三种算法是：（1）画家算法（优先度法）（2）Z-buffer（深度缓冲器）（3）光线追踪法（Ray Tracing）。

画家算法的基本原理是：选定DEM数据场外的某一点作为视点，将任意三角形面素看作凸面体，依可见面判定法则排除不可见表面，然后对地图数据从远到近的顺序逐一填充显示每可见面素的地形影象，遵循后面显示的影象总是覆盖前面已显示的内容这一原则，从而达到消隐的目的。

Z-buffer法将显示屏上每一像素所对应的地面深度信息――Z坐标记录到Z缓冲器中，在绘制某一像点时，先检测Z缓冲器的值，若像素值小于Z缓冲器中的对应的Z值，表明该像点在景物空间距视点较近，应予以显示，并以当前Z值取代原缓冲区的值，否则不予显示。这样就达到了消隐的目的。

光线追踪法是这几年出现的一种高度真实感图形绘制技术，其基本原理是：从视点v(View-point)出发，通过屏幕橡素e向场景投影一光线交场景中的第一个交点（可见点），并置相应像素的光亮度为交点处的光亮度，从而绘制出一幅完整的真实图形。

3.3体视化技术

体视化技术是科学计算可视化（Visualization in Scientific Computing）理论的核心内容。简单说来，体视化技术就是用体素来表达物体内部结构并逐一显示体素的技术。体素的概念和像素差不多，不同的是它是一个三维概念。体视化的基本步骤是：三维空间连续数据场经有限元分析和断层扫描采样转化为离散的三维数据场，然后经过直接体绘制，转化为帧缓存的二维离散信号，再经过图形硬件重构，最终形成二维图象。体视化技术与一般三维显示不同的就在于直接体绘制。

4结语

随着计算机及图形处理设备性能的不断提高，地图数据三维可视化技术正向着实时动态显示、交互式控制、具有高度真实感的场景画面显示等方面发展。与一般地景“虚拟现实”表现形式不同的是，基于遥感影象（多种传感器，多种分辨率以及多光谱）的纹理技术和表现形式，可以达到内容上更加真实，信息上更加丰富、时态上更加现势的效果。结合GIS、VR以及RS等技术的融合与应用，地形可视化技术的发展方向应该是：显示方式上向“虚拟现实”方向上发展，在数据组织和功能结构上，向地理信息系统（GIS）方向上发展，而在保持其内在生命力和表现力的源泉在于源源不断的遥感（RS）影象数据以及由此而得到的地形数据。可以相信，地图数据三维可视化技术在国民经济和国防建设中的作用将日益重要，其应用前景是十分广阔的。

参考文献

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关键词：三维可视化；土地整治；高程数据；航空影像

中图分类号：TU984 文献标识码： A

三维地形可视化技术是指在计算机上对数字地形模型中的地形数据进行逼真的三维显示、模拟仿真、简化、多分辨率表达和网络传输等内容的一种技术，它用直观，可视，形象，多视角，多层次的方法，快速逼真的模拟出三维地形的二维图像，使地形模型和用户有很好的交互性，使用户有“身临其境”的感觉。它涉及到测绘学、现代数学、计算机三维图形学、计算几何、地理信息系统、虚拟现实、科学计算可视化、计算机网络等众多学科领域，在战场环境仿真，娱乐与游戏，地形漫游，道路选线，土地规划，三维地理信息系统等众多领域有着广泛的应用[1]。

该技术在“数字地球”概念的大背景衬托下，显示出了强大的生命力和蓬勃生机，并随着与之相关的学科迅速发展而不断更新。进行遥感图像三维可视化及影像动态分析的目的是综合利用“3S”技术、遥感图像数字处理技术、虚拟现实和全数字摄影测量等高科技，通过遥感图像正射处理、多源遥感图像数据融合、高精度DEM生成和影像复合等工序，按照一定比例尺和飞行路线生成研究区域的虚拟三维影像动画。因此，对其深入研究具有重要的理论意义与现实价值[2]。

1 数据处理

1.1 遥感影像数据处理

本研究项目区域为村庄，位于山区地带，之所以选择这个区域，主要是该区域地势复杂，山势起伏，对土地整治建设项目产生一定难度，同时有利于三维可视化效果的演示。

使用的遥感影像数据为航空影像数据（图1），在数据预处理上，主要是通过几何校正、正射校正、裁剪与拼接，最后与高程数据DEM进行配准。

1）几何校正

几何校正主要解决像元在不同坐标系上的差异，主要表现为位移、旋转、缩放、弯曲等。

遥感影像校正的主要步骤[3]：1、完成模型和投影参数设置2、采集地面控制点3、进行图像重采样（本研究选择最邻近像元重采样法）

2）正射校正

由于此次研究区内地势起伏，所以采用多项式进行影像的几何纠正就能满足精度的要求，利用数字高程模型进行正射纠正。

3）裁剪与拼接

遥感影像图与项目区的范围可能不吻合，所以根据项目区对影像图要进行裁剪与拼接处理，此项操作在ERDAS9.2软件中进行处理。

1.2 DEM数据处理

1）DEM数据简介

数字高程模型（DigitalElevationModel，简称DEM）是场景建模中广泛采用的一种数据格式。它是在一定的地域范围内按一定的规则获取和记录一些点的高程而形成的用来描述地形的数字模型.DEM数据通过灰度渲染形成可视的地形形态，其应用包括农、林、牧、水利、交通、军事以及测绘制图，遥感等诸多领域，可以用于与高程分析有关的地貌形态分析、透视图、断面图制作以及坡度分析、土石方计算、表面积统计、通视条件分析、洪水淹没区分析等许多方面。

2）DEM数据采集

DEM数据采集的方法按采集的方式可分为选点采集、随机采集、沿等高线采集、沿断面采集等；按数据采集的方法分，有人工、半自动、自动采集等；按数据的来源分，有野外实地直接测量获取DEM数据、利用摄影测量方法获取DEM数据、以地形图为数据源的DEM数据获取方法等[4]。

以地形图为数据源的DEM数据获取方法[5]。它是目前应用最广泛的一种方法。因为采用这种方法所需的原始数据源容易获取，对采集作业所需的仪器设备和作业人员的要求不太高，采集速度也比较快，易于进行大批量作业。

本次研究所用的DEM数据源为第三种采集方法，以地形图为数据源获取。

1.3 其他辅助数据

在影像图的基础上，对项目研究区域现状图进行矢量化制作，由于使用的遥感影像底图分辨率较高，所以为地物识别，提供了精准的参考，对现状图矢量化的成图提供了有力的保障，矢量图件制作完成后，进行符号化，凸显各个地类要素现状性质。高程数据采用DEM数据，为三维可视化模型的建立提供高程数据支撑。

2 三维可视化技术的实现

地理信息系统中，三维可视化模型的建立，主要是通过遥感影像资料、高程数据、矢量数据以及其他辅助数据实现[6]，三维可视化模型构建具体技术一般为：

1.航空影像几何校正和配准

2.现状图矢量化

3.高程数据DEM、二维影像数据与现状图叠加

4.生成三维数据模型

2.1 矢量现状图与遥感影像图的叠加

在ARCGIS里面进行矢量化操作，矢量化后的现状图与项目区的影像图进行叠加，然后导出栅格文件，实现了二维文件的合并，然后再进行图件配准，实现二维图件有坐标系，为与高程数据进行叠加做。

2.2 二维数据与高程数据的叠加

在遥感软件ERDAS里，实现二维数据与高程数据进行叠加，初步实现项目区域三维可视化表达，建立三维可视化模型，增加了地形、地貌等信息，由于项目区地处山区，包括坡度等相关信息，在此基础上进行现状调查与后期规划，更具有直观性。

3 三维模型的动画制作

在三维图件形成的初期，只能显示三维效果，可视性还是较差，因此，可以通过ERDAS遥感软件进行项目区的动画制作，实现全方位的展示与视角，对项目区有更全面的了解与信息的掌握。

3.1 项目区飞行路线的制定

由于土地整治建设项目有侧重点与重点区域，特别是环境特别复杂的区域，那么在进行动画制作的时候，就重要针对这些区域进行操作，制定好详细的路线，以及观测的高度，以便飞行后制作的动画有针对性，可以及时反馈需要的信息，以便为接下来的工作提供基础保障

3.2项目区飞行操作

在制定了详细的飞行路线后，启动飞行，通过窗口对飞行视角进行观测，实时注意视角的变化，以便达到飞行鸟瞰的效果。

4 结语

在本研究中，主要是利用三维可视化地理信息系统技术，把调查的现状要素从通常的二维模式转化为三维模式，这样就为土地整治项目的前期现状调查工作提供了数据基础，受数据精度、工作时间和研究条件的限制，没有对三维可视化及其应用进行更深入的研究，但实验结果仍然具有较强的理论意义和实际价值。

（1） 更直观、更准确的反应了项目区的地形、地貌特征；高精度的三维影像动画，对于宏观观察者（如领导干部、项目决策者等）而言，其实际效果相当于乘坐在一定高度的飞行器上进行航空路线观察；对于遥感图像解译者而言，高精度的三维影像动画提供了可供反复使用的真实、客观、信息连续的宏观分析地面景观影像。提高了土地整治建设项目规划设计的效率与质量。

（3） 随着虚拟现实技术的不断发展，应用三维可视化技术实现动态仿真变成可能[8]。本文以土地整治建设项目为例，通过现状模型三维可视化，可实时、快速、全面的动态演示时空变化，可以为规划设计工作提供可视化载体。

参 考 文 献

[1] 王永明.地形可视化[J].中国图像图形学报.2002，5（6）：“9―456.

[2] 龚建华.地形可视化探讨[J].遥感学报.1999，3（3）：236―244.

[3] 夏春林；马书英；王朝辉.城市地理信息系统中数据更新探讨[J].辽宁工程技术大学学报；自然科学版，2006，25（2）：186-188.

[4] 雷磊.三维地形生成及可视化技术研究.哈尔滨工程大学.硕士论文.2005

[5] 卫亚星，王莉雯.遥感图像增强方法分析[J].测绘与空间地理信息，2006，（4）：24-26.

[6] 罗书，张高平，王光勇，王守斌.CASS大比例尺地形图绘制关键技术研究[J]. 科技创新导报，2010， 89～92

篇10

关键词：三维CAD造型；工程制图；构型能力；应用

一、三维CAD辅助教学方法

目前，制图教学过程中教师主要以几何体实物模型来为学生演示，或利用幻灯片等多媒体教学手段来帮助学生进行理解。对于学生来说，实物模型是非常形象化的教学模式，可以帮助学生不断加强对复杂截交、相贯问题空间概念的理解，但是在制图教学过程中受到实物模型教具的限制，教师无法在讲解某一知识点时通过大量的实物模型来帮助学生全面理解，所以教师在制图教学过程中亟须新的教学手段、教育技术来满足学生空间想象的要求。[1]CAD/CAM技术的快速发展使计算机绘图软件在工程领域的应用范围不断扩大，尤其是三维CAD技术，在具体应用中，其强大的三维建模造型功能，可以帮助教师在工程制图教学中快速实现立体实物的造型和变换，并且其视图的快速转变也可以满足工程制图教学的发展要求。CAD软件所具备的三维建模能力可以帮助教师将复杂的空间几何形体问题具体化地展现给学生，从而在制图教学中帮助教师培养出学生良好的空间想象力，同时也对丰富学生工程结构感性认知能力有着重要作用，对于教师来说三维CAD辅助工程制图教学可以取得良好的教学效果。[2]教师利用三维CAD辅助工程制图教学可以帮助学生提前接触三维CAD软件，并且可以让学生对CAD软件界面的具体操作有一个认识与了解，这也对进一步提高后续课程教学成效有着重要作用。

二、三维CAD辅助工程制图教学的优势

1.图形展示更清晰、灵活

在复杂的组合体教学过程中，教师可以通过三维CAD技术建造出直观的几何模型，再利用其三维图与二维图之间的转换工程，将二维图与三维模型的动态转换过程展现给学生。三维CAD软件还可以实现几何模型的主视图、俯视图以及左视图的视角转换，通过对立体图的旋转处理来使学生从任意角度进行观察，从而代替几何体实物模型演示教学方法。[3]对于学生来说，该种技术可以将抽象的空间想象问题进行具体化、直观化处理，进一步提高学生在工程制图教学中的感性认识。[4]三维CAD技术可以对复杂零件进行剖切、爆炸以及运动仿真处理，使学生对零件内部结构等进行直接的观察与分析，确保工程制图教学内容的清晰化，并进一步强化学生对知识点的理解。教学过程中，教师可以根据具体情况将学生所提的问题通过CAD软件展示在学生面前，并可根据下一环节教学的需求对三维模型进行修改，使教学模型可随教学需求灵活变动。

2.图形携带更便捷

在工程制图教学过程中教师可以将三维CAD技术建立的几何模型制作成电子文档储存到U盘中，以便在工程制图教学领域对教学资源进行共享，并可彻底消除传统教学模式下实物模型携带不便等问题。三维CAD辅助工程制图教学模式的应用还可以降低教学成本，进一步提高多媒体教学设备在工程制图教学中的利用效率。故对于工程制图教学领域来说三维CAD辅助教学技术是其发展的必然趋势。[5]

三、三维CAD建模与工程制图教学的融合

将三维CAD技术应用于工程制图教学中需要教师明确三维CAD技术只是一种辅助教具，明确三维CAD辅助工程制图教学中教学内容的主体地位，充分解决好工程制图教学内容与三维CAD软件之间的主辅关系。这样才能确保教师通过三维CAD技术不断提高工程制图教学质量。

1.三维CAD建模与工程制图教学内容的协调

教师要将三维CAD技术作为一种教学工具、方法和手段，对其应用的主要目的在于改善工程制图教学全过程，工程制图投影理论教学的内容主要以点、线、面与立体的投影为主，所以教师在教授点、线、面内容之初便可以将CAD软件引入其中，利用三维CAD建模来帮助学生正确培养出“体”的概念，这对进一步提高学生在工程制图教学中的空间意识有着重要作用。对于点、线、面之间的空间相对位置关系，需要利用“体”进行说明，并可利用三维CAD软件来改变立体形状及立体间相对位置，来对同一立体与不同立体间点、线、面的位置关系进行说明，在该环节中可以充分利用三维CAD辅助工程制图教学模式的优势。在工程制图教学中由于学生没有良好的空间概念，很难理解点、线、面等抽象元素的投影问题，利用几何实体模型将其形象化，可以帮助学生进一步加强对该类抽象知识的认识与理解，并确保整个工程制图教学具备良好的趣味性。将三维CAD建模融入到工程制图教学中是一种创新教学理念，但由于受到课程学时等多方面因素的限制与影响，不能将三维CAD建模的教学作为工程制图教学的主要内容，而要将三维CAD建模作为工程制图教学的一种教学手段。

2.三维CAD建模与传统实体模型教学的比较

在工程制图教学中，三维CAD建模的应用侧重于建模的过程与方法，而传统的实体模型只能作为相关知识的“结果”。传统的实体模型无法将建模的动态过程展示给学生，导致很多学生在工程制图教学中空间意识较差，尤其是当前部分院校采用工程制图大班教学，传统模型教学方法的局限性更为突出。工程制图教学对几何造型动态变化的内容没有过高要求，利用三维CAD建模技术可以达到传统教学手段相同的教学效果，还能将几何形体建模动态过程展现在学生面前，弥补传统实体模型的不足。三维CAD辅助工程制图教学模式的实时性、动态性以及可操作性等特征，使三维CAD技术成为工程制图教学的一种有效手段。

四、结语

综上所述，三维CAD辅助工程制图教学模式在具体应用中具有以下优势性能：三维CAD技术可以在最大程度上弥补传统实物模型演示教学方法的不足；三维CAD技术具有实时性、动态性以及可操作性等特点，可以帮助教师进一步提高工程制图教学的整体成效。

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