三維仿真論文精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達。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，助力您的創作。

篇(1)

1改革的重點與具體措施

1．1教學方法三維可視化為了解決大學生在學習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問題［3］，教學團隊將物理建模思想應用于教學實踐中，通過三維可視化仿真，使復雜、抽象、煩瑣的理論模型變得直觀、具體、明了．例如:針對“空間光通信創新實驗”課程中的光學天線設計及光傳輸、激光雷達成像和光子晶體光纖光傳輸等進行了三維動態可視化仿真．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．

1．2創新實踐自主化為了解決自主創新實踐能力訓練不足的教學問題［4］，教學團隊將光通信、微波光子學等交叉學科前沿技術與創新實踐相結合，構建了“空間光通信”開放式創新實踐平臺，建設了綜合型、設計型、創新型的開放式專業實驗室．依托開放式創新實踐平臺，開展了大學生自主研究型學習，著力加強大學生自主創新實踐能力的培養［5，6］．加強科研促教，拓展創新思維，在“985高校”大學生創新訓練計劃支持下，實施了創新設計項目40余項．依托科研項目把學生帶到學術前沿，進行了形式多樣的學術研討: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、網上論壇、參加國際國內會議和暑期夏令營等方式促進學術交流，形成良好的學術氛圍．學生在開放式專業實驗室里自主進行理論建模、仿真設計與實驗驗證，在規定時間內撰寫學術論文等，開展了大學生自主創新能力的培養模式．

1．3多元化的教學評價體系為了解決傳統評價方式缺乏對創新實踐、仿真設計與課程論文等環節的評價的教學問題［7，8］，教學團隊將理論考試和平時成績相結合，實驗操作與自主創新實踐相結合，理論建模仿真與課程論文相結合，構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到60%，而課程論文的比例上升到40%，通過創新項目和課程論文等方式評價學生的學習;通過課程論文答辯方式，依據“假設的合理性、建模的創新性、結果的準確性、表達的清晰性”進行綜合評定，實現從應試教育到素質教育的觀念性轉變．引領學生朝著有利于自身全面發展的方向努力．

1．5開放式教學資源建設為了解決傳統教學資源不足的問題，教學團隊加強了師資隊伍的建設，進行了廣泛的國際、國內教學研討和學術交流．重點建設了豐富的數字化網絡資源平臺網絡課程含教學錄相、典型實例、創新設計系列實驗教案、經典物理問題、及在線實踐編程等模塊;適時引入在線答疑、網絡論壇及現場演示與討論等交互式教學形式，形成了模塊化、交互式、開放式教學資源平臺．

2改革與實踐的探索

實例1大學生在牛頓式光學天線系統測試平臺(圖1)上做的部分實驗內容:圖2為接收光斑實驗測試，圖3為利用光束質量診斷儀器測試光斑．通過三維可視化仿真，使復雜、抽象、煩瑣的空間光通信系統中的激光傳輸理論模型變得直觀、具體、明了，解決大學生在學習過程中理解困難的教學問題(大學生創新實驗設計項目)。例如:老師們課堂上在講解光子晶體的應用———布拉格光纖光傳輸特性時，就采用了仿真驗證手段．通過詳細舉例以此來鼓勵學生啟迪思維、大膽創新設計、勇于實踐．以下是學生們根據題目的要求，在老師的指導下做的部分仿真結果圖．實例2等周期結構的布拉格光纖仿真(見圖4—圖6)．實例3空間光通信系統激光傳輸特性仿真(見圖7—圖8)．實例4波動方程的(動態)三維可視化(見圖9)．圖9波動方程(動態)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果圖形以上是具有代表性的大學生創新實驗設計．“缺陷的光子晶體在偏振分束器等光學器件中的應用”(大學生參與者:黃鶴、劉天驕、陳逸舟)被學校推薦為2010年國家級大學生創新性實驗計劃項目;“推帚式激光雷達三維成像創新設計”(大學生參與者:謝國洋、顧大超、童磊)被學校推薦為2011年國家級大學生創新性實驗計劃項目．通過這種創新事例，能很好地鍛煉和培養大學生的創造能力，大大激發了學生的創新欲望和學習興趣．

3改革的實施成果

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

4結論

篇(2)

關鍵詞：數字高程；三維可視化；彈道仿真；顏色映射

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

彈道仿真是彈道導彈總體設計及彈道設計的重要內容，許多學者在進行彈道仿真時往往注重的是彈道的數值計算，并進行二維的平面彈道演示。由于彈道導彈飛行過程中受到各種因素的干擾，尤其是對于遠程彈道導彈來說，導彈的飛行軌跡會偏離預先設計的彈道平面，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。

對于遠程彈道導彈來說，由于其射程往往達到幾千公里，進行三維彈道仿真時應考慮畫出完整的三維地球，在三維地球的基礎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據，在進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據制作三維地球，在此基礎上據通過適當轉換將彈道坐標數據變換到地心大地直角坐標系中，從而繪制出三維彈道曲線。利用地球高程數據制作的三維地球模型立體感較好，且數據量不大，非常適合一般的彈道仿真及演示。

1 地球高程數據

數字高程模型（Digital Elevation Model，簡稱DEM），是數字地形模型（digital terrain model，簡稱DTM）的一個分支[2]。數字高程模型是描述地表起伏形態特征的空間數據模型，由地面規則網格點的高程值構成的矩陣，形成柵格結構數據集，用以記錄大地表面不同坐標點（x，y）的相應高程（z），并可以通過計算機實現三維分析和顯示。

2 三維地球的繪制

3 三維彈道曲線的繪制

4 仿真實例

5 結束語

本文提出了一種基于地球高程數據的三維地球模型的制作方法，并在Matlab環境下進行仿真，繪制出了三維地球模型，并通過坐標變化將彈道位置參數轉化為地心大地直角坐標，從而在三維彩色地球的基礎上，繪制出了三維彈道曲線，實現了三維彈道仿真，立體感及真實感較強，實現方式較簡單，為彈道仿真提供了一種有效手段。

參考文獻：

[1] 王斌.基于OpenGL的三維數字地球儀研制與開發[C].西安：西北大學碩士學位論文，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.

關鍵詞：復卷機；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文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2011）28-0034-02

0 引言

復卷機是一種造紙專用設備，其用途是將造紙機生產出來的紙卷（稱為原紙卷）進行復卷，復卷成成品紙出廠。在復卷過程中，紙幅從退紙卷上引出，繞過導紙輥、張力輥、舒展輥，通過固定位置的縱切機構，從機臺下面送入紙幅使其繞過前底輥，然后卷在卷紙軸上。復卷是紙張生產中的最后一道工序，因復卷所出現的質量問題，再沒有糾正和補救的機會了。在復卷機的幾個組成部分中，雙底輥系統尤為重要，它們對成品紙的質量有著重要影響。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卷機作為設計對象。

1 總體方案設計

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動夾緊裝置固定；②導紙輥。導紙輥裝置包括導紙輥、導紙輥軸承及軸承座、壓紙帶裝置、導紙輥傳動電機及傳動連接裝置；③舒展輥。弧形輥舒展裝置由弧形輥主體、弧形輥軸承座和弧形輥調節裝置組成，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整裝置組成；⑤引紙裝置。引紙裝置由氣動領紙引導裝置、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、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：紙卷復卷完成，將紙卷慢慢放下。

2 復卷機底輥的設計

底輥的主要工作任務是為了支承紙卷，初步設計，底輥具有悶頭、軸頭、輥體和軸承、聯軸器等組成，裝配后輥體校動平衡，以適應在復卷機機架上高速回轉的需要等組成，裝配后輥體還應做動平衡校正。

參考文獻：

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

[2]應華，熊曉萍，姜春．UG NX 5.0機械設計完全自學手冊．北京：機械工業出版社，2008-3．

篇(4)

1 評定對象

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

2 獎學金額度

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

3 評定條件

(1)參評學生在讀期間的學年平均成績優秀，無不及格科目.

(2)用LMS Virtual.Lab進行研究生畢業論文相關的課題研究，且課題內容具有實際工程背景支持，最好結合實際橫向項目的合作課題.

(3)命題能推動行業核心技術進步或具有明顯創新研究價值.

(4)領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、工程機械、家用電器、輕工業、醫藥和IT等.

(5)論文完成后應署名LMS高校獎學金資助支持，并共享論文電子版.

(6)優先考慮LMS Virtual.Lab的高校正式用戶.

4 申請流程

符合條件的學生請在課題開題階段與LMS聯絡，并進行意向溝通：

(1)對符合評審條件的申請人，需填寫“LMS Virtual.Lab高校獎學金申請表”(下載地址為：省略/download.asp?id=1F540652-C116-4BD7-8AD7-1291255DFEDC)，并必須經負責導師簽字確認和學校認可.

(2)LMS會盡快與申請人確認，并根據書面材料組織評審.

(3)按照評審程序的規定公布評審結果并發放獎學金.

5 評審程序

(1)具體評定工作由LMS負責，組織LMS公司專業技術人員和行業專家組成動態評定小組，進行綜合評審.

(2)鑒于論文完成后學生將畢業離校，該獎學金將在課題開題階段即進行初評，并在課題中期報告通過后進行復評，以確保課題的進展和質量.資助的最終依據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行充分溝通.

(3)該獎學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個月內提交.初評和復評結果將在LMS官方網站公布，并于每年秋季的LMS用戶大會根據復評結果統一發放該獎學金.

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

(5)對所有入選的在讀學生，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，并歡迎獲獎學生畢業后加入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 聯系方式

聯系人：柳佳；聯系電話：010-84973605-406；E-mail：jia.省略.

篇(5)

關鍵詞：三維可視化; GIS; 空間數據

中圖分類號：C37 文獻標識碼： A 文章編號：

一、前言

目前，科學可視化、計算機動畫和虛擬現實技術蓬勃發展，并成為計算機圖形學領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。三維可視化技術是目前計算機技術和圖像圖形學發展的熱點之一，它是依靠視覺效果將數據所要表達的信息直觀顯示出來的一種最好的方法。傳統的地理信息系統對實物的空間立體感表達就比較抽象，將三維可視化技術引入GIS領域中可以動態地、形象地、多視角地、多層次地、如實逼真地描繪地球科學中的客觀現象。如通常所見的地形三維可視化、虛擬戰場、數字社區和虛擬城市等。本文結合在GIS中的應用介紹三維可視化開發的基本方法。

二、 三維可視化GIS關鍵技術

三維可視化技術可以簡單的分解為三種技術的結合:可視化、三維和GIS。下面分析了可視化技術、虛擬現實、體視化技術、三維技術等關鍵技術。

1、可視化技術

可視化，也稱為科學計算可視化(Visualization in Scientific Computer),它是指運用計算機圖形和圖像處理技術，把科學數據轉換成可視的、能幫助科學家理解的信息，并進行交互處理的理論、方法和技術。GIS可視化技術是目前信息領域中廣泛應用的一項技術，它通過強大的、有效的地圖系統將復雜的空間和屬性數抓以地理的形式進行描述，具有界面風格人性化設計，實現了文本、圖形和圖像信息相結合的定位、查詢、檢索模式信息表達形象化、自觀化操作簡單便利等特點[2]。

2、虛擬現實

虛擬現實(Virtual Reality)技術是一個由圖像技術、傳感器技術、計算機技術、網絡技術以及人機對話技術相結合的產物。它以計算機技術為基礎，利用高性能、高度集成的計算機硬、軟件及各類先進的傳感器，去創造一個使參與者處于一個三維視覺、聽覺和觸覺的環境，具有完善的交互作用能力、能幫助和啟發進入虛擬境界的參與者的構思的信息環境。利用計算機系統提供的人機對話上具，同虛擬環境中的物體交互操作，使用戶仿佛置身于現實環境之中，使參與者足不出戶就能身處異景，如遙遠的太空、海洋深處、甚至是微觀世界。

3、體視化技術

三維體可視化技術是真正的三維。它是由完全的三維空間體數據構建模型，可以對模型切割來獲取內部信息。它是每一個空間點對應三個方向，x, y, z，也就是在一個空間坐標上放置每一個屬性點，可以由關系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[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據，并對這些體數據進行變換、操作和顯示，其目的是讓人們更清楚地認識蘊含于體數據之中的復雜的結構。體數據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，因此也有人把體數據成為數據集。

4、 三維技術

三維立體顯示的出發點是運用三維立體透視技術和計算機仿真技術，通過將真實世界的三維坐標變換成計算機坐標，通過光學和電子學處理，模仿真實的世界并顯示在屏幕上。三維技術廣泛應用在資源環境模型、地形模擬、CAD輔助設計、影視特技、廣告設計等方面。它具有可視化程度高、表現形式靈活多樣、動態感和真實感強、資料更新方便等優點。

三、 三維可視化算法

直接體繪制技術具有能夠產生三維數據場的整體圖象，包括每一細節，并具有圖象質量高，便于并行處理等優點，因而成為當前科學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的優勢，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，該視線穿過體數據空間，算法直接利用該視線上的采樣值計算該象素的光強。其過程包括：數據預處理；數據值分類；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)是三維數據場等值面生成的經典算法，是體素單元內等值面抽取技術的代表。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，找出該等值面經過體素的位置，求出該體素內的等值面并計算出相關參數，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。其中s(x, y, z) = a0+a1x+a2y+a3z+a4xy+a5xz+a6yz+a7xyz

ai (i=0, 1,..., 7)為常數，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據場中每一立方體體素，求出每一體素內包含的等值面，由此生成整個數據場的等值面。

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(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實體的表達和三維數據的可視化

對于三維地理信息系統的空間數據的表達和二維地理信息系統有一定的差別，因此在數據實體的表達上，也有三維地理實體的特點。國內學者李清泉等人提出了以下表達建筑物和地形的三維信息[5]：地形被表達為數字高程模型（DEM）、數字地形模型(DTM)；建筑、構筑物等用實體(CSG)和邊界表示(B-rep)。每種不同的表達方式都有各自的特點，根據不同的口的和不同的要求而定。在國內，地形數據的表達普遍采用的是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分布的地形，通過存貯在介質上的大量的地面點空間坐標和地形屬性數據，以數字形式來描述地形地貌。它隨用途不同具有不同的數據結構，但一般均可變換成為規格點組成的柵格數據形式。

DEM通常用地表規則網格單元構成的高程矩陣表示，廣義的DEM還包括等高線、三角網等所有表達地面高程的數字表示。在GIS中，DEM是建立三維地形的基礎數據，其他的地形要素可由DEM直接或間接導出，成為“派生數據”，如坡度、坡向。DEM主要有三種表示模型:規則格網模型(GRID、等高線模型和不規則三角網模型(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，具有代表性的是結構實體表示(Constructed Solid Geometry, CSG)和邊界表示(Boundary representation, B-rep)方法。CSG方法在計算機輔助設計(CAD)中應用廣泛，它通過預定義的模型單兀來表示空間物體，這些單元具有規則的形狀，如:立方體、圓柱體、圓錐體等，單元間的關系主要是布爾操作。CSG方法的優點是模型關系簡單，便于顯示和數據更新，缺點是空間分析難以進行:而B-rep表示方法，可以通過對構成物體邊界的點、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撲關系，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中的應用

目前在社會的各行各業中，地理信息三維可視化系統都得到了廣泛的應用[6]：

1.城市：地理信息三維可視化系統應用于城市建設的很多領域，如大樓的建筑結構和住戶管理、空氣污染與流動狀態監測、地下水源污染監測、地下管線的規劃與管理等。

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

3.地質：地質是資源、礦山、環境等眾多學科與工程應用的基礎。地理信息、三維可視化系統應用于表達復雜的三維地質構造形態(如地層界面、不整合面、斷層等不規則的面狀構造)，表達巖石內部結構(如層理、紋理、走向、孔隙度、孔隙連通方向等微細的內部構造)以及巖體內部物質的分布狀況。

4.礦山：在礦山領域，地理信息三維可視化系統平臺應用于表現礦體及圍巖形態，表達巷道、采礦工作面形態，表達礦井風流狀況、瓦斯濃度、地場應力等三維現象，如果再加上各種知識庫、專家系統，還可支持三維環境下的工程管理與決策。

5.海洋：二十一世紀是海洋的世紀，海洋的研究與管理在我國可持續發展戰略中將占據越來越重要的位置。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應用于表達海洋世界，可以幫助人們更好地研究與開發海洋。

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

六、結束語

目前，三維可視化地理信息系統的研究已成為國內外研究的熱點，隨著計算機技術以及相關三維可視化技術的發展和地理科學、大氣科學、海洋科學等研究三維空間特征的深入，三維可視化地理信息系統的研究與開發已成為地理信息系統研究領域的重要方面和今后發展的一個趨勢。

參考文獻：

[1] 和平鴿工作室編著.OpenGL高級編程與可視化系統開發(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.可視化技術在MIS中的應用研究.計算機仿真.2005.4. 第22卷第4期.

[3] 何全軍.三維可視化技術在地理信息系統中的應用研究.吉林大學碩士學位論文.2004.

[4] 繆海嵐.面向地學應用的三維GIS可視化技術研究.福州大學碩士學位論文.2002.

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關鍵詞：虛擬現實；數字校園；虛擬漫游；三維仿真建模

隨著計算機的發展，計算機輔助設計在設計領域起到了舉足輕重的作用，得到了高度的發展。通過計算機產生的設計結果，可通過圖形設備向設計者展示，并可模擬，允許設計者作出修改。而現階段的二維、三維的表現方式，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，使用虛擬現實技術可展示一棟活生生的虛擬建筑物，使人產生身臨其境之感，用戶在虛擬建筑中進行漫游、人機交互，大大提高了項目設計的質量。

一、什么是虛擬現實

從廣義上講，只要是通過三維模型實現一些人機交互操作就可以稱為虛擬現實。更嚴謹的界定是指通過對三維模型的操作、定義，然后應用于相應場景中，并賦予該模型功能性的表現。以一個汽車的3d模型為例，在汽車的三維模型出來以后，可讓用戶對場景進行選擇，比如是運行在城市還是鄉村，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品、場景、腳本這三項要素時，才是真正完整的“虛擬現實”虛擬現實（簡稱VR）也稱虛擬實境或靈境，是一種可以創建和體驗虛擬世界的計算機系統，它利用計算機技術生成一個逼真的，具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環境，用戶通過使用各種交互設備，同虛擬環境中的實體相互作用，使之產生身臨其境感覺的交互式視景仿真和信息交流，是一種先進的數字化人機接口技術。

二、虛擬現實的特征

（1）多感知性所謂多感知，是指除了一般計算機技術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。理想的虛擬現實技術應該具有一切人所具有的感知功能。

（2）交互性，指用戶對模擬環境內物體的可操作程度和從環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）構想性，強調虛擬現實技術應具有廣闊的可想象空間，可拓寬人類認知范圍，不僅可再現真實存在的環境，也可以隨意構想客觀不存在的甚至是不可能發生的環境。

（4）浸沒感又稱臨場感，指用戶感到作為主角存在于模擬環境中的真實程度。理想的模擬環境應該使用戶難以分辨真假，使用戶全身心地投入到計算機創建的三維虛擬環境中，該環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，如同在現實世界中的感覺一樣。

三、虛擬現實的應用

虛擬現實的本質是人與計算機的通信技術，它幾乎可以支持任何人類活動，適用于任何領域。

（1）虛擬教學。虛擬現實技術為學習者和教學者提供了豐富的學習資源以及選擇學習材料和學習方式的機會。利用虛擬現實技術，教師和學生一起經歷虛擬環境，觀察一些關鍵性問題，還能讓學生自己“進入其中”進行詳細觀察，大大提高了學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實技術，可以建立各種虛擬實驗室，可以根據需要隨時生成各種“虛擬”新的設備，教學內容可以不斷更新，使實踐訓練能夠及時跟上技術的發展，為學生提供生動、逼真的學習環境，從而加速和鞏固學生學習知識的過程。

（3）虛擬仿真校園。以虛擬現實技術作為遠程教育平臺，可為高校擴大招生后設置的分校和遠程教育教學點提供可移動的電子教學場所，通過交互式遠程教學的課程目錄和網站，對各個終端提供開放的、遠距離的持續教育，還可為社會提供新技術和高等職業培訓的機會，創造更大的經濟效益與社會效益等等。

（4）虛擬漫游技術在建筑設計上應用體現。虛擬漫游技術不但能夠給用戶帶來強烈、逼真的感官沖擊，獲得身臨其境的體驗，還可以通過其數據接口在實時的虛擬環境中隨時獲取項目的數據資料，方便大型復雜工程項目的規劃、設計、投標等，有利于設計與管理人員對各種規劃設計方案進行輔助設計與方案評審。

首先，它有利于設計者規避設計風險。用戶在三維場景中任意漫游，人機交互，這樣很多不易察覺的設計缺陷能夠輕易地被發現，有利于設計者規避設計風險。

其次，它有利于加快設計速度。設計者既可以利用虛擬現實系統，很輕松隨意的進行修改，改變建筑內外立面的材質、顏色、設置光源性質、燈光強度、改變綠化密度等，只要修改系統中的參數即可。

再次，有利于快捷的傳播。虛擬現實技術還可以應用在網絡和多媒體中，方便快捷的傳播產品信息。最后，它有利于用戶真正參加到項目設計中來。讓用戶真正的參與到項目中來，第一人稱行走相機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實世界，因此這種類型的相機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想性。

總之，虛擬建筑漫游系統所體現的直觀性、交互性以及多方位的信息等優勢，是傳統的平面圖紙和實體模型所無法比擬的。相信隨著計算機軟硬件及設備的進一步發展，隨著虛擬現實的不斷完善，虛擬現實在建筑設計上的應用將具有更大的發展潛力。

參考文獻

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論文關鍵詞：虛擬現實技術 礦山軟件 虛擬礦山

論文摘要：隨著虛擬現實技術的不斷發展，將其應用于礦山建 設逐漸成為礦山研究熱點之一 。應用虛擬 現實技術可以生成三維的 “虛擬礦山”，直觀地顯示礦山的地質情況和巷道分布情況，可向設計者、審查者、公眾展示…個三維的、動態的礦山。虛擬現實技術在礦山設計、技術改造及生產中具有重要作用。

0 引 言

隨著虛擬現實技術 (VR——Virtual Reality) 的不斷發展。將其應用于礦山建設逐漸成為礦山研究熱點之一。近年來，虛擬現實技術作為信息科學的新興學科 出現 ，并 以其特 有的優 勢被迅 速運用于各行各業 。

傳統的礦井規劃與設計用二維圖形表達三維的地質情況和井筒巷道的空間分布很不直觀，只有經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想礦產資源賦存情況和地質構造的空間分布 ；設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，嚴重制約了設計的效率和合理性。應用虛擬現實技術可以生成三維的 “虛擬礦山”。直觀地顯示礦井地質和巷道分布情況，便于相關人員進行交互式的觀察 、分析和設計 。本文論述虛擬現實技術中的視景建模技術及其實現方法，對礦井規劃的可視化設計具有重要意義。

1 虛擬現實技術及軟件簡介

虛擬現實技術可利用計算機產生一個以自然的視、聽、觸等功能感受的三維環境，人們可以方便地對生成的 “虛擬世 界”進行交 互式 的觀察、分析、操作和控制。它以仿真方式給用戶創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。利用虛擬現實技術創建出逼真的礦山工程環境對優化系統設計具有重要的實用價值 。

為了給用戶創建一個能使其感到身臨其境和沉浸其中的環境，必要的條件就是根據需要能在虛擬現實系統 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 、光照 、質感等方面十分逼真。

目前，相關軟件發展迅速、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 模型構建軟件

MultiGen Creator 是美國 MultiGen Paradigm公司開發 的三維建模軟件，廣泛用于視景仿真、虛擬城市、模擬設計 、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，可進行多邊形建模、矢量建模 和地形 生成 。它的層 次細節、多邊形篩選 、邏輯篩選 、繪圖優先級、自由度設置等高級功能使得其數據格式 OpenFlight在實時三維領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據與AutoCAD和 GIS軟件結合方便。

1．2 支持視景生成的語言——OpenGL

應該使用已有的商品化或標準化的圖形庫和程序設計語言來設計與實現虛擬環境，其中 OpenGI(服務器)及其支持 系統就是這樣一種可選用的圖形生成環境。OpenGI 可按 函數庫的形式被 C語言調用，也可以被窗 口系統直接調用。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組成，用以支持用戶對高質量三維對象的圖形和圖像進行操作。

()penGI 指令的模型是客戶／服務器模式，即一個程序 (客戶 )提 供指 令，該 指令 由 OpenGI 解釋并處理，它直接執行 3D及 2D圖型 的基本操作。這些操作包 括轉換矩陣、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 ，該技術提供了生成動畫效果圖形所需要的機制 ，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 司開發的應用于實時視景 、聲音仿真和虛擬現實等領域的高性能軟件環境和開發平臺，由 Lynx圖形化用戶接 口和Vega庫組成。利用 Vega庫函數可在 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并建立對象之間的相 互聯 系 。

2 地質構造情況的模擬

對于礦 山技術人員來說地質構造情 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 ，或圖形表現不直觀易懂 ，則在建井或生產過程中就可能發生塌方、突水等事故 ，造成人員傷亡和經濟損失。應用虛擬現實軟件可以根據地質體的三維分布 ，使礦井的規劃設計更加直觀方便。

綜合國內外現狀，三維地質體的繪制有塊段 、表面、實體和斷面建模法等。

MultiGen Creator中需要 的 曲面 數 據 是ded或 。dem 格式 ，使用 GIS軟件 Arolnfo、用插值方 法 生 成 不 規 則 三 角 網 (TIN)，然 后 轉 成USGS DEM 格式 ，將其導 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 的三維數據 。如果有研究區域的紙質地形圖，可以用掃描數字化的方法得到平面數據，按照圖上的標注得到高程數據；如果已有該區域的電子地圖，則可直接使用或通過數據格式轉換得到需要的數據；如果沒有上述數據源，則需要由野外測量獲得。

地形生成與地質曲面生成過程類似，先用ArcInfo將地形 圖上 的等高線 和高程 點進行 數字化，把圖上標注的高程值輸入到屬性表中，生成不規則三角網 (TIN)，然后轉成 USGS DEM 格式將其導入 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進行數字化，得到其平面位置。將得到的 *．def文件導入 Creator，并與地形匹配。如果建筑物 比較規則 ，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雜，則需要分成規則的幾部分進行構建。

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 。首先根據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點 ，實現巷道的單線顯示 ，井筒和巷道設計要布置合理 ，盡量避免穿過斷層 、褶曲、含水層等不良地質構造，盡量減少礦井建設和生產地面的影響。

使用 MultiGen Creator進行 設計 ，用 圓柱體表示井簡 ，用半圓型截 面的柱體表示巖巷 ，然后進行模擬生產 ，以發現生產中可能遇到的問題，對設計方案進行比較和選擇。設計方案完成后可模擬不同設備、不同開采方式的生產系統進行生產，從而達到優化礦井設計和生產系統的目的。綜合考慮地質和技術條件 、經濟、環境等各種 因素，選擇合理的方案。

5 虛擬巷道系統的建立

虛擬巷道系統是對礦井真實巷道多分辨率的三維虛擬表示，建立的主要任務之一是實現基于web環境下的可交互的 、真實巷道 的三維可視化表達 ，用戶可以從各個角度對巷道虛擬環境進行任意的瀏覽和觀察 ，并可通過網絡進行各種交互。

5．1 礦井巷道的建模

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

5．2 虛擬巷道場 景的繪 制

對于規則格網構成的礦山地表模型及礦井實體的頂底板數字表面模型，可用 ElevationGrid節 點構建。該節點能很容易有效地設計創建一個位于局部坐標系 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量陣列描述，陣列指定了表面每個格網點上的高度 。和 z方向的柵格點數量可 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；colorPerVertex域指定為TRUE或 FAI SE，表示 color域 中指定 的顏 色是用到 ElevationGrid節點的每個頂點上 (TRUE)，還是應用到每個四邊形上 (FAI SE)；此外，通過建立 solid域值，所有的海拔柵格都可以當作實體。

對于由不同的三角面構成的復雜地表模型，則需要用 MUI TIGEN CREATO 提供的萬能幾何節 點IndexedFaceSet來創建，它有coord與 coordlndex兩個域 ，與 IndexedFaceSet節點 中的兩個域類似，前者提供了一個節點，列出了構造面幾種所有面的坐標 。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域內的坐標列表中的一個坐標。在實際的創建過程中，要求建立三角網的各個三角面按照法線方向向外的法則 。

6 結語

應用虛擬現實技術，生成一個逼真的礦山虛擬環境 (Virtual Environment)。這樣在礦 山設計或研究階段 ，科研人員可以置身于礦山虛擬環境下直觀審視礦山，按照設計給定的工藝方法和參數 ，選擇設備及確定生產模式。從基建到閉坑的全過程實時監控 ，發現問題進行實時修正。設計結束后，設計單位、礦山企業可向審查者 、公眾展示一個三維和動態的礦山?？傊?，虛擬現實技術在礦山設計、技術改造 、生產中可廣泛應用 。

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