三维数字化论文精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇三维数字化论文范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

关键词：建模，装配仿真，干涉检查

 

1 引言虚拟制造是实际制造工程在计算机上的映射，船舶建造仿真要求采用三维的模型来代替实际的制造工程，将在车间、船台（坞）的工作在虚拟的环境下先运行一遍，从分段装配、舾装配合、动力学性能、流体力学性能等多方面进行系统的分析，从而得出船舶建造的逻辑顺序与合理性，并为建造过程的优化准备好数据基础。

2 船舶建造数字建模及装配仿真要求船舶的建造是一个复杂的系统工程，现代造船技术以中间产品为导向，采用成组技术和计算机集成制造技术，有层次的对整个建造工程实施分解，在不同的阶段，对三维建模有不同的要求。在以进行船舶建造作业计划编制为目的，同时满足生产设计需要的情况下，对船舶数字化建模和装配仿真技术的要求是[1,2]：（1）提供编制计划所需要的产品特征信息，包括产品的几何特征、物理特征、工程结构特征等。在实际建造前根据数学基础与图形学映射关系确定各个零件的配合情况；（2）对产品进行干涉检查，确定整个装配方案的可行性，在虚拟环境下消除产品的设计缺陷；（3）通过装配仿真，给出产品的装配信息与约束信息，确定生产计划所需要的装配逻辑顺序；（4）以虚拟制造技术为基础，通过仿真，构建装配工艺路线，实现可行的装配工艺规划；（5）进行装配工艺仿真后处理，给出适合生产实际的三维模型与工艺文件。

3 数字化三维模型的建立这里使用的是CATIA V5 软件进行建模装配仿真与干涉检查。CATIA V5 是IBM 和达索系统公司共同推出的CAD/CAE/CAM 软件，该软件能够在windows和Unix 等平台上运行，具有较强的三维造型功能，还有较强的运动仿真功能模块。

3.1 造船工程分解与任务包的确定

进行三维数字化建模，不能单纯的为了建模而建模，如果只是将船舶按其二维图纸做成三维物体，则失去了建模的意义。以生产计划编制为目标的数字化建模通过船舶工程分解，来分清整个工艺过程，确立任务包，在此基础之上，为后面的装配仿真打下信息基础。

船舶生产的过程实际上是制造零部件，即所谓的“中间产品”。免费论文。这些中间产品经过几个制造级的逐渐变大变复杂，终而形成一艘船，即最终产品。免费论文。因此从中间产品的角度来分解船舶的建造任务是理想的方案，这就是产品导向型分解。产品导向型工程分解的原理是：任何系统结构都是层次分明有序可循的，通过层层分解可以通过图表的形式揭示其有序结构。

产品导向型工程分解用于造船时，首先按照任务本质的不同将造船全过程分为船体建造、舾装和涂装三大类，每一大类又分为加工和装配两种作业。例如，将船体建造分为零件加工、零件装配、部件装配、小分段装配、分段装配、大分段装配和船体合拢7 个制造级。

3.2 分段模拟建模

（1）船体外板的建模

本文是在具有船壳曲面型值表的基础上进行船壳曲面的三维建模。由于型值表中的数据有间隔，在生成型线后，还进一步对其进行了光顺。在具体建模过程中环境的设置如下：以X 正方向为船艏方向，Y 正方向为船右舷方向，Z 正方向为船高方向。只需XZ 平面一边建立一半船壳曲面，另一边映射即可。在生成所有曲面之后，如果还有局部的地方出现棱角，还可以充分利用CATIA 中的曲面修改功能，对于有棱角的地方可以把带有棱角线两边的曲面连接（Join）成一大块，然后在棱角线两边分别用两个参考面把这块大面截断（Split）成两块面，去掉中间有棱角线的曲面。再由这两块Split面通过Blent（or Fill）命令连接起来，Blend（or Fill）命令中有保证曲面光顺连接的选项，可以保证曲面的光顺连接。对于凹凸不平的小块曲面也可以用这种方法来修改。

（2）零件的建模

零件的建模，其目的是为了在以后的装配仿真和生产计划编制中提供必要的信息。其应具备下列基本策略：

（a）特征设计与特征提取的综合利用。特征是产品建模的强有力支持。建模时应将特征设计与特征提取结合起来，充分利用现有的CAD 系统所提供的特征造型功能，尽量从有关内部数据库直接提取，同时要充分的利用人机交互共功能，通过交互输入定义。

（b）面向对象的建模方式。面向对象的建模方式，具有先粗后精，由抽象到具体的特点，符合产品设计时的自然思维习惯，应在建模中得到充分应用。

（c）模型的层次化组织。免费论文。在建模过程中，应该具有大局观，不能只盯着一个构件，而是应该考虑整体的层次性，在经过详细科学的分解以后，分层有计划的建模。

模型不仅要处理设计系统的输入信息，还应能处理设计工程中的中间信息和结果信息，因此模型的信息应随着设计过程的推进而逐步丰富和完善。

4 装配仿真与干涉检查船舶装配仿真与干涉检查是在虚拟的环境下确定船舶的作业逻辑顺序，提供生产工艺数据资料，检验工艺与设计的可行性。它是船舶虚拟制造和生产作业计划的至关重要的一环，是进行生产规划的基础。装配仿真包括了零件装配、部件装配和分段装配三个制造级的任务包。在进行装配仿真的过程中，应该按照工艺顺序依次进行虚拟，其作用如下：(1) 拟定装配方案，优化装配结构。从设计和制造工艺出发，在各种约束中寻求装配的合理性与最优性；(2) 改进装配性能，降低装配成本。船舶装配所涉及的零件种类繁多，数量巨大，装配仿真的任务首先要确保产品的装配到位，然后要求装配能够比较容易实现，尽量降低成本；(3) 产品可制造性的基础。由于目前详细设计一般还是二维的，必须在虚拟三维环境下检查产品的可行性；(4) 为计划提供必要的信息数据。

4.1 装配仿真

装配仿真的覆盖范围很广泛，这里具体来说包括装配顺序、装配路径和装配工艺三个方面的内容，其中装配顺序与装配路径是最为核心内容。

4.2 干涉检查

船体分段有很多组件构成，肉眼很难发现可能的干涉情况，利用CATIA 所提供的干涉检查函数，可以自动的检查所有的干涉情况。下面通过实例来说明。

在构件中有一工字梁与角钢交叉，要进行干涉检查，看两者是否有接触而不能装配，应用Compute Clash 命令，将两个零件同时选中，即可分析这两个零件的干涉情况。当对话框Result 出现Clash 表示两个组件发生了干涉，出现Contact 则表示选定的两个组件相接触，如果No interference 则表示没有干涉。

5 结语本文以编制生产计划为目的，研究了基于虚拟制造下的三维数字化建模的方法。在CATIA 环境下，研究了怎样通过对工艺合理性分析结合装配分析，虚拟干涉检查、产品装配、生产工艺仿真，最后得到适合生产计划编制的数字化模型。

篇(2)

关键词:虚拟现实 矿冶文化 保护

我国拥有三千五百多年的冶炼史,是最早进行矿石冶炼的国家之一,矿冶文化十分丰富,矿冶遗址遍布各地。进入21世纪,数字化时代的到来使得信息传播的方式发生了巨大的变化,互联网技术,多媒体技术和虚拟现实技术已成为数字时代最具代表的三种关键技术。黄石市(地区)要将矿冶文化作为发展特色文化的重点来抓,使之成为全省乃至全国矿冶文化研究和保护的前沿,就必须学会利用新技术,善于开拓新思路。

一、古代遗址的数字化三维复原与虚拟场景漫游

近年来,随着硬件及网络技术的发展和计算机高效的3D运算能力的提升,虚拟现实技术在三维虚拟场景方面的应用逐渐变为可能。由于虚拟现实展示技术能突破平面的限制,而不仅仅局限于二维空间的文字、图片及影像,从而很好地解决了一般图片和文字展示中缺乏真实感的局限性问题。可以重点选择黄石地区的一些具有代表性的青铜冶炼古迹进行数字化三维复原,包括古代遗址的数字化三维复原与虚拟场景漫游。如大冶铜绿山古铜矿遗址博物馆可以采用虚拟现实三维建模的方式,也可以采用全景图片建模的方式构建一个虚拟的三维仿真环境,用户通过多种传感器和多维信息环境的交互作用可以从任意角度,观看虚拟物体的三维效果,得到感性和理性的认识。对矿冶遗址进行数字化三维复原和虚拟场景漫游是一个全新的展示设计表现概念,它让观众从单纯观测计算结果中解脱出来,转变为沉浸到计算机创造的环境中,提供了其它传统展示方式所无法比拟的、崭新的信息交流界面。

二、古代青铜冶炼过程的数字化虚拟仿真

大冶铜绿山古代冶炼技术已达到相当高的水平,古铜矿遗址的发现和发掘,初步回答了我国青铜时代铜是怎样开采、冶炼这一重要历史课题,为研究我国矿冶技术发展史提供了一批珍贵的实物资料,它有力地说明,我国古代采冶技术有一套独立发展的体系。采用浅井探矿和利用淘砂盘进行重砂测量是古代开发铜绿山矿区的重要探矿方法,当地的古代矿冶遗址均分布于富矿带上的事实也说明了其科学性。采冶结合是铜绿山古铜矿的又一特点,在春秋早期即已采用鼓风炉炼铜,此外,在采矿方法、矿井提升、通风、排水以及工具的制作等方面也有不少创造。这些先进的技术都是我国矿冶文化的珍贵遗产,我们完全可以采用虚拟现实技术真实再现这些青铜冶炼的技术过程,如冶炼工序、冶炼方式等方面的虚拟再现。这也是将中国传统文化和现代数字信息技术相结合,是先进生产力的具体体现,是传播先进文化的有力工具,能够更有效地满足人民群众日益增长的文化生活需要,在文化建设领域体现广大人民群众的根本利益。

三、建立黄石虚拟数字化博物馆

虚拟数字化博物馆是指利用数字技术,对文物(包括可移动文物和不可移动文物)信息进行全方位和多形式采集、标准化存储和加工,并通过网络连接和一系列相关规定、协议,实现文物信息的资源共享、有效利用和科学管理,为不同用户提供数字化的辅助决策、科学研究、展览展示、文化交流、教育培训和游戏娱乐等服务的综合信息系统。黄石地区的矿冶遗址和文物十分丰富,从1981年以来,通过考古发掘、遗址采集、流散收集、废品拣选,已收集铜铁器文物二千余件。其中,战国时期的“青铜砝码”全套13件;战国时期的楚国货贝“良金一朱”、“良金四朱”;商代“提梁”;战国时期采矿工具“铜斧”等33件文物被国家文物鉴定组定为一级文物。另外,古矿井中发掘出土有大量的生产工具和生活用具,如铜斧、铜锛、本铲、船形木斗、木瓢、竹篓、绳索、陶器碎片、竹蓝等。所有这些文物,我们可以采用数字化三维扫描的方式进行文物的保存和陈列,建立黄石虚拟数字化陈列馆。也可以将现有的博物馆进行虚拟数字化,把馆藏文物用虚拟现实技术进行数字化复制。借助于互联网技术将其为网络虚拟博物馆,采取馆藏荟萃、虚拟陈设等方式,让更多的人更及时地了解和认识黄石地区的矿冶文化,从而进一步推动黄石地区的经济和文化的发展。

四、结 语

随着数字时代的来临,利用数字技术整合民族文化资源,发展“信息内容产业”,攫取政治、经济、文化各方面的利益,成为世界各国在21世纪的重要战略之一。黄石市大冶地区具有丰富的矿冶文化资源,由于文物保护和展示条件的局限性,这些矿冶文化资源并没有得到充分利用,有的正在逐步走向没落或消亡。长期以来,由于展陈条件的限制,黄石地区的许多文物保护单位难于充分发挥社会教育和文化服务的功能。虚拟现实技术在黄石地区矿冶文化保护中的运用,将极大地促进传统文化资源的全社会共享,对于弘扬先进文化,建立学习型社会,全面提高国民素质,提供黄石所能提供的精神动力和智力支持。同时也将使黄石市在进一步提高文化知名度,创建青铜文化、山水园林城市的生态和文化旅游中起到重要作用。

[本论文是黄石理工学院青年基金项目“黄石矿冶遗址三维虚拟仿真”的阶段性成果。项目编号:09yjr61Q.]

参考文献:

[1]康凤举:《现代仿真技术与应用》,国防工业出版社, 2001.9。

[2]胡小强:《虚拟现实技术》,北京邮电大学出版社, 2005.7。

篇(3)

[关键词]数字化矿山 实施 应用

中图分类号：TD2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0015-01

引言：所谓数字化矿山是采用现代信息技术、数据库技术、传感器网络技术和过程智能化控制技术，在矿山企业生产活动的三维尺度范围内，对矿山生产、经营与管理的各个环节与生产要素实现网络化、数字化、模型化、可视化、集成化和科学化管理，使矿山企业生产呈现安全、高效、低耗的局面

一、矿山数字化技术主要研究内容

矿山数字化技术是采用计算机网络、数据库技术、计算机图形学、组件技术及GIS技术等，建设矿统一的空间数据采集、存储、输出、查询与分析平台，构建服务于生产技术人员的地测、通风、安全、生产技术、高度、机电、运输、设备租赁及办公自动化等专业应用系统平台，在神华神东煤炭集团公司网络环境的基础上搭建面向公司管理决策层的Wed服务决策平台，实现多部门、多层次井上下数据共享，专业图件提高矿安全生产管理能力，进一步提升矿山技术管理水平，为安全生产决策提供技术保障，最终实现基于数字化、信息化和管理现代化的本质安全型矿井，为“数字煤矿”建设奠定坚实的基础。

主要研究内容与关键技术包括：本质安全型信息共享与管理模型及其应用研究；基于信息流的地质、测量、通风、安全、生间、机电与测度等专业工作流模型研究及其应用；基于C/S+B/S的煤矿地质、测量、通风、安全、生间、机电与测度专业数据一体化管理应用研究；基于CcmGIS+WebGIS矿井专题图形上报、游览、导航与专题应用研究，基于CcmGIS+WebGIS矿井自然灾害隐患识别与预警模型研究及其应用；基于三维可视化技术的矿井井下三维展示，漫游、三维信息查询与分析应用研究；面向煤矿安全事故求援的应急指挥辅助决策应用研究；基于全文搜索引擎的技术资料数字研究。

二、矿山数字化技术应用主要目的

主要对矿井的地测、一通三防、监测监控、调度、危险源预警、采矿设计、机电设计、生产管理等核心信息的科学集成与充分共享，进而大大提高煤矿生产效率和煤矿安全生产的信息化管理力度；建立对包括地质、测量、通风、生产设计与机电管理等数据库为核心，以分布式的网络应用为基础环境，支持专业设计、资料管理、综合业务调度、信息查询及多级远程网络实时监测监管的安全生产统一信息化平台；实现煤矿地测、采煤、通风、安全、机电、调度等相关专业数据与图形的一体化管理，基于网络平台实现多层（生产技术层、矿井管理层、公司管理层、决策层）用户的管理、查询与分析的功能；系统整体架构上，数据库统一集中采用SQLServ2000或ORACLE管理，远程管理系统基于NET开发且整体集成，C/S模式的专业基础应用系统用VC++等开发；实现地测、一通三防、监测监控、调度、危险源预警等的三维可视化表达和快策分析；制定安全生产信息化管理规范和模式，实现安全生产的完全信息信息化管理，提高安全生产管理水平，降低安全生产事故。

三、数字矿山整体规划与实施

矿山企业井田开拓、开采中休掘条件杂志，不可遇见因素频发，企业平衡生产、安全控制的管理难度大，同时井下作业范围广，移动设备多、控制系统繁杂，因而矿山数字化必须是一个长期、循序渐进的过程，数字化进程坚持“整体规划、分布实施、重点突破”的原则。

具体来说，首先应从企业发展目标出发，全面 分析企业内外部环境，制定矿山数字化发展战略、规划矿山数字化建设蓝图、统一企业各阶层对矿山数字化建设目的和意义的认识，实施中，要以“数字矿山”整体规划为基础，坚持由易到难、由浅入深、由上到下、逐步推进思想，首先根据矿山数字化总体规则搭建整体系统架构，并针对生产经营中存在的主要矛盾和问题，找到切入点，利用自动化、信息化手段加以解决，为矿山数字化奠定基础。

数字化矿山应采用一体化的管理，我们认为数字矿山应按照一体化的构架设计实现，从业务视角看该技术既覆盖矿山主业的从原煤开采与运输、洗选加工装车外运全过程，同时覆盖生产辅助业务，如机电设备运行管理、地质测量管理、本质安全管理、煤质管理能及财务、人力资源、办公事务处等辅助后勤业务。

数字矿山一体化构架即包括了自动化技术水平较高的全矿生产过程综合自动化控制系统，建立现代化的、覆盖矿井各生产系统的实时调度监控网络，实现煤矿生产“采、掘、运、风、水、电”的综合调度和和产过程自动化；还包括企业管理信息系统，实现包括经营管理、事务管理、技术管理和能源管理等内容。

从生产运营来看，数字矿山一体化构架将覆盖从计划制定、分解及下达到作业任务执行跟踪、工程项目管理到生产经营绩效评价与反馈的整个过程以实现闭环管理。从时间轴上看，将覆盖企业中长期、年度及每日朱同管理周期的需求。从涉及单位来看，可满足矿级、区队至班组最小生产单元的不同管理的要求。（见图1）

四、神东应用矿山数字化技术后的效益分析

随着企业管理水平、管理现代化水平的提高和信息化进程，利用先进的信息技术建立数字矿山安全生产技术综合管理信息系统已成为企业强化主业核心竞争力，提升管理效率和经营效益，实现科学、合理、精益组织生产的迫切需要。通过数字矿山安全生产技术综合管理信息系统的开发与应用，可以对煤矿各专业数据合理分类管理，对涉及的各种技术数据（地质、水文、测量、采掘、通风、机电、运输、生产、调度等）进行记录、处理、存楼、分析与管理、基于数据库与数据仓库，可以建立一个包括信息化管理平台，实现数据的数字化、管理的现代化，监测的自动化、事故的预警化、信息的可视化，为矿井规划、开拓设计、优化开采、调度指挥、安全生产、安全评价以及决策管理提供高可用性综合信息，为煤矿安全生产、强化管理、科学决策提供有力保障。具体的社会效益体现在以下几方面：

1）实现安全管理工作的信息化与网络化管理，基于工作流达到安全生产的远程管理与网上办公，这将在煤矿生产管理工作的模式上实现巨大转变，必将提高系统动行质量和可靠性，能实时获取系统各种运行参数，从而实现对设备的动态管理，即是以技术保安全的重要手段和具本体现，也是实现本质安全煤矿的不效途径，是煤矿安全生产、经营管理本质的变革。

2）基于地测基础信息实现煤矿多部门、多专业的安全生产专业信息化将超到带动作用，间接经济效益与社会效益不可估算。

结语：通过数字矿山建设为神东创造的价值不仅仅体现在经济效益上，还包括安全生产、提高员工满意度、科技创新、实现绿色开采等方面，建设“本质安全型、摄影师效益型、科技创新型、资源节约型、和谐发展开封”五型企业，并带动整个煤矿行业整体水平的提高。

篇(4)

关键词：文化遗址；虚拟现实；h里城；三维；文化保护

1 虚拟现实技术与文化遗址的保护

文化遗址是一个国家文化遗产中珍贵的组成部分，是国家和民族的珍贵财富，如敦煌莫高窟、洛阳龙纹石窟、安阳殷墟等。这些文化遗址作为不同时期文化信息的载体，为我国古代历史文化的研究以及艺术和科学新技术的发展提供了极其重要的实物资料。随着城市现代化、乡镇城市化建设进程的加快，现存文化遗址的保护与开发工作正在面临着诸多问题，由于风雨侵蚀等自然因素以及旅游开发等人为因素的影响，我国现存的文化遗址在不同程度上正在遭遇着破坏或腐蚀；另一方面，文化遗址如何能在更大更广的范围内向世界展示其蕴含的独特历史文化、艺术价值和科学参考价值，使其得以保护和展示、传承和发扬，并保证文化旅游价值，是文化遗产保护领域需要探索和解决的重要难题。

随着社会经济的发展和科技的进步与网络和计算机的普及，数字技术时代已经到来，虚拟现实技术迅速得以应用。虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真，使用户沉浸到该环境中。利用三维技术和虚拟展示等可以对文化遗址的原始风貌进行虚拟复原和模拟，探索更生动的信息表达方式；将文化遗址进行高精度的数字化保存，获取珍贵的基础数据，有助于文化遗址的修缮和复原工作；利用互联网的游客可以不受时间、地域、空间的限制，随心所欲地对虚拟展馆进行自由游览与交互，避免和减少游客对文化遗址实物的直接触摸引起的文物损坏等现象的发生；通过打造一个为游客提供在线漫游、参观、教育、娱乐等多功能体验的平台，不仅能够较好的解决古遗址保护的条件和场地的制约，也更有效的拓展了遗址的保护、展示与研究的新领域。所以利用虚拟现实进行遗址文化的保护和传播是历史发展的必然，也是时展的要求。

2 文化遗址虚拟化保护研究现状

一些经济较为发达的国家较早地开展了对遗址文化的保护工作，虚拟现实技术作为数字化手段的一种，将文化遗址的复原、展示和保护工作推进到了一个全新的阶段。欧美一些国家利用网络对已经保存的文化遗产进行传播和展示，如美国的虚拟庞贝城等；新加坡Visual Factory公司与新加坡国家遗产文物局合作，为亚洲文明博物馆、新加坡国家博物馆、新加坡美术馆等6家文博机构创建了整套的3D虚拟在线展厅，世界各地的用户可以通过这一平台参观新加坡的知名博物馆。

与欧美等发达国家相比，我国对文化遗址的虚拟保护建设还处于初级阶段，大多数停留在文化遗址宣传的网站阶段，表现形式多为图片、文字内容、FLASH动画和遗址的展讯动向等二维网页形式，受众被动接受信息缺乏沉浸感和趣味性。其次，虚拟展示系统不够完善，很大程度上它只是作为文化遗址的一个信息平台，没有将文化遗址在互联网上的功能进行挖掘和延伸。随着计算机技术的发展和网络技术的成熟，国家加大了对遗址文化的保护与文化软实力的投入以及政策上的扶持力度。20世纪90年代后期，故宫博物院、首都博物馆等率先将部分内容进行数字化制作并上传至互联网，开辟了国内网络虚拟博物馆的先河。2013年我国第一个360°全景虚拟博物馆开放的中华艺术宫艺术数字博物馆开放，为珍贵藏品的数字档案管理和网络应用奠定了良好的基础。故宫博物院与IBM合作开发的紫禁城虚拟世界“超越时空的紫禁城”是我国第一个通过互联网展示文化古遗址的3D虚拟世界，网民们通过网络可浏览三维的故宫建筑、古文物以及古代人物，通过对页面的点击交互可查阅遗址详情等。

目前文化遗址虚拟化实现方法类型主要分为如360°全景或者720°全景的基于照片的虚拟现实技术实现方法和基于三维造型的虚拟现实技术的实现方法，而我国利用三维现实场景对文化遗址进行展示的系统较少，但是360°全景甚至720°全景漫游是无法达到基于三维造型的虚拟现实系统所营造的“沉浸感”的。

3 h里城数字化保护的背景与意义

h里城遗址，位于河南省安阳市汤阴县城。作为第四批全国重点文物保护单位，它是新石器时代、商、周遗址，是世界遗存最早的国家监狱，是周易文化发祥地。它以博大精深的文化内涵而名扬海内外，是展示中国文化精神的一扇窗。

“八卦”是中国传统文化的重要部分，而位于h里城遗址的八卦阵便成了凸显八卦知识、传播天人合一思想的良好平台。h里城遗址与中国古代文化传统紧密相连，是中国文化传统发生的地方，是链接炎黄子孙的一个至关重要的节点。

虽然h里城景区内的实体设施基本具备，但是缺少对遗址的数字化虚拟化保护和管理。目前，h里城的宣传网站是依附于河南省汤阴县旅游局官网，并且是h里城唯一一个在线景区360。全景漫游系统，是作为h里城景区网页页面中的一个功能模块存在的。该漫游系统入口的摆放位置不是很醒目，界面风格较为单调缺少民族元素，可浏览的信息内容有限，交互方式单一，沉浸感较差。如果想要打破这种简单的浏览方式，使游客更加沉浸式地参与虚拟互动和交互，这就需要利用虚拟现实技术、多媒体技术等打造一个多维度的h里城遗址虚拟现实交互体验平台，增强页面信息的感染力和表现力，将遗址文化得以数字化保护的同时，潜移默化地激发游客对遗址文化的认同感。

4 h里城数字化虚拟保护与设计理念

4.1 遗址古物的再现和文化的复原

通过计算机技术、多媒体技术、虚拟现实技术以及网络等先进的智能技术，将h里城遗址建筑及文物展品等通过三维创作的数字化形式进行展示、宣传、研究与教育，搭建出一个完整的h里城虚拟遗址三维互动平台。打破文物在保存环境与技术上的局限，以及遗址在时间和空间的局限，通过多媒体技术和多数据通道方式开发多种展示和知识传播途径，加强遗址文化的展示和教育功能的深度与广度。

4.2 遗址历史文化的保护与宣传

通过数字三维虚拟现实技术，将h里城遗址的场地、建筑及展品等进行三维创作的复制，建立出一个完整的虚拟现实展示交互系统，游客可以对将h里城遗址的方位格局以及建筑的内部和外部的结构进行自由行走和三维漫游任意浏览，如果遇到感兴趣的文物展品，通过鼠标的点击触发查看该物品的三维展示详情；通过查询和定位的功能，使游客迅速查询遗址信息，了解当前所处位置，以及随意切换位置，“穿越”各个景点；同时，通过设立一些如“遗址概况”“精品文物”“文献资料”“八卦课堂”等专题和模块，体现了历史与文明的关系，使得游客在浏览过程中了解遗址文化的背景及内容，从而获得新的知识，遗址的历史文化通过游客的参观浏览与互动潜移默化的方式中影响着游客，并得到了更深层次的文化认可；“在线商铺”可以将线上与线下的资源进行整合，使得遗址文化得到全方位多层次的宣传与保护。

4.3 基于遗址文化的界面视觉设计

h里城数字化虚拟漫游系统作为一个信息传递、资源展示、文化宣传的大平台，遗址地域文化通过虚拟交互与该平台进行结合，可以使h里城遗址的周易文化和特色得以传播与推广，提高周易文化的知名度和影响力。首先，界面设计要符合人机交互的人性化设计，主页面与子页面间要实现良好的层级关系和阅读欣赏顺序，并且超级链接可以快速地使游客进入三维漫游系统进行浏览以及快速的显示游客所点击对象的媒体信息；各界面要使游客快速有效地接受遗址文化信息内容，避免花哨和杂乱，通过较为合适的视觉表达形式来满足游客的浏览需要，使游客对界面进行有效的阅读和浏览；在界面视觉设计中，注重遗址文化特色和代表性，例如通过加入具有周易文化特征的创新设计元素，挖掘周易八卦图在设计中应用的诸多可能性，在视觉上探索周易文化与界面设计的契合点；利用信息关联和音视频功能等多媒体技术的应用，可以增强该平台的表现力和娱乐性，在界面中通过设置音量、开关等按钮，方便游客对音视频的控制；由于h里城拥有着三千年的悠久历史，在界面的色彩定位上可选择较为深沉稳重的颜色从而使界面具有文化的厚重感和历史的神秘感。

5 结语

三维虚拟现实技术结合计算机技术、多媒体技术与网络技术等，将文化遗址进行虚拟复原，为游客打造一个线上浏览与体验的文化遗址三维互动平台，使文化遗址在数字空间得以再生和延续，弥补文化遗址受到空间与自然环境限制的不足。要注重遗址文化的特色和代表性，挖掘遗址特色民俗、文化的视觉符号，用合理有效的表达方式可以将遗址的文化信息更好更效率地使受众接收，为文化遗址的保护与对外交流提供了一种全新手段。

参考文献：

[1] 胡小强.虚拟现实[M].北京：北京邮电大学出版社，2005.

[2] 张板佳.数字博物馆的开发与教育应用研究――以浙江非物质文化遗产数字博物馆为例[D].浙江师范大学， 2007.

[3] 徐士进，陈红京，等.数字博物馆概论[M].上海：科学技术出版社，2007.

[4] 杜嵘.虚拟遗产研究初探[J].新建筑，2001.

[5] 方建国，姜小林.以增强观众体验为导向的三维虚拟博物馆交互设计思路[J].大众文艺，2014.

[6] 谢思思.新媒体视野下的虚拟博物馆研究[J].

篇(5)

【关键词】GPS定位技术工程测量加护分析数字化 摄影测量

中图分类号： P228.4 文献标识码： A 文章编号：

一．引言。

工程测量通常是指在工程建设的勘测设计、施工和管理阶段中运用的各种测量理论、方法和技术的总称。传统工程测量技术的服务领域包括建筑、水利、交通、矿山等部门，其基本内容有测图和放样两部分。现代工程测量己经远远突破了仅仅为工程建设服务的概念，它不仅涉及工程的静态、动态几何与物理量测定，而且包括对测量结果的分析，甚至对物体发展变化的趋势预报。

二．工程测量实施的阶段性分析。

1.规划设计阶段。

主要是提供大比例尺地形图。采用的方法主要有地面人工测图和摄影测量成图两类。

（1）. 地面人工测图。是根据由总体到局部的原则，先在测区内建立平面和高程控制网点(见工程控制测量)，然后根据控制点测绘地物、地貌。近年来，随着电子速测仪和机助制图系统的发展，可以应用多功能整体式或组合式的电子速测系统取得地物和地貌特征点的三维坐标数据，输入制图系统自动成图。

（2）. 摄影测量成图。是对地面进行摄影，对像片加以判读、量测和处理，以获得所需资料。最先应用的是地面摄影测量，即在地面上用摄影经纬仪摄取测区的像片，据以成图。后来发展为航空摄影测量，它已成为目前测绘地形图的最主要、最有效方法。

近年来,随着摄影器材和测图仪器的改进,除了模拟测图方式以外，发展了解析测图方式，即利用立体坐标量测仪对像片量测进行解析处理，获得地形的数据资料。解析测图仪除了与一般模拟立体测图仪一样测图外,还可进行区域网点加密和数字化测图,获得数字地图。地面形态的数字表达称为“数字地面模型”，它可用来解决工程设计中绘制断面图、计算土石方量等问题。

2.施工阶段工程测量工作。

主要是按照设计和施工的要求，先建立施工控制网点,然后根据控制网点,在实地上以适当的精度放样出建筑物与生产设备各部分的位置，作为施工和安装的依据。放样工作包括平面位置放样和高程放样。平面位置放样通常采用极坐标法、直角坐标法以及交会法等。高程放样通常是根据高程控制网点用水准测量方法进行。近年来，已在施工测量中应用了激光测量仪器，例如：激光准直仪、激光垂线仪、激光平面仪、激光经纬仪、激光水准仪等（见工程测量仪器）。这不仅提高了测量的精度和速度，而且有助于实现自动化。

3. 经营管理阶段的工程测量工作。

主要是为了监视工程建筑物的现状，保证安全运营所进行的建（构）筑物变形观测。包括垂直位移（沉降）、水平位移、倾斜、挠曲，以及风振、日照等变形观测项目，其特点是要求建立较高精度的变形观测控制网和稳固的基准点。对于观测的精度要求与所采用的方法，因各项工程的要求不同，差异较大。野外观测工作完成以后，经过平差计算和初步整理，应用统计检验的方法来分析变形观测成果的可靠性，应用回归分析的方法探讨变形的规律性。垂直位移（沉降）观测，通常采用精密水准测量方法。使用液体静力水准测量法，可将液面的高程变化转换成电感输出，有利于实现观测自动化。建筑物的水平位移观测，由于它本身受力条件的不同，位移的方向不同，观测方法也就不同。对于任意方向的位移观测，常采用角度前方交会法，对于发生在某一特定方向的位移观测常采用基准线法。基准面的建立，可应用经纬仪的视线、拉紧的钢丝或者激光束。观测点相对于基准面的偏离值，可以用人工观测，也可以利用光电传感技术，实现自动化。建筑物的位移、倾斜、挠曲和瞬时变形观测，除了采用大地测量方法外，也可以应用近景摄影测量技术。

三．工程测量技术的现状。

1. 地面测量仪器。

20 世纪 80 年代以来出现许多先进的地面测量仪器，为工程测量提供了先进的技术工具和手段，如：光电测距仪、精密测距仪、电子经纬仪、全站仪、电子水准仪、数字水准仪、激光准直仪、激光扫平仪等，为工程测量向现代化、自动化、数字化方向发展创造了有利的条件，改变了传统的工程控制网布网、地形测量、道路测量和施工测量等的作业方法。三角网已被三边网、边角网、测距导线网所替代；光电测距三角高程测量代替三、四等水准测量；具有自动跟踪和连续显示功能的测距仪用于施工放样测量；无需棱镜的测距仪解决了难以攀登和无法到达的测量点的测距工作；电子速测仪为细部测量提供了理想的仪器；精密测距仪的应用代替了传统的基线丈量。

2.GPS定位技术。

GPS是美国从20世纪70年代开始研制,历时20年,耗资200亿美元,于1994年全面建成,具有海、陆、空进行全方位实施三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。随着GPS定位技术的不断改进,软、硬件的不断完善,长期使用的测角、测距、测水准为主体的常规地面定位技术,正在逐步被以一次性确定三维坐标的高速度、高精度、费用省、操作简单的GPS技术代替。

在我国 G P S 定位技术的应用已深入各个领域，国家大地网、城市控制网、工程控制网的建立与改造已普遍地应用 G P S 技术，在石油勘探、高速公路、通信线路、地下铁路、隧道贯通、建筑变形、大坝监测、山体滑坡、地震的形变监测、海岛或海域测量等也已广泛的使用 G P S 技术。随着D G P S 差分定位技术和 R T K 实时差分定位系统的发展和美国 A S 技术的解除，单点定位精度不断提高，G P S 技术在导航、运载工具实时监控、石油物探点定位、地质勘查剖面测量、碎部点的测绘与放样等领域将有广泛的应用前景。

3. 数字化测绘技术。

数字化测绘技术在测绘工程领域得以广泛应用，使大比例尺测图技术向数字化、信息化发展。大比例尺地形图和工程图的测绘,历来就是城市与工程测量的重要内容和任务。

常规的成图方法是一项脑力劳动和体力劳动结合的艰苦的野外工作,同时还有大量的室内数据处理和绘图工作,成图周期长,产品单一,难以适应飞速发展的城市建设和现代化工程建设的需要。随着电子经纬仪、全站仪的应用和 GEOMAP 系统的出现,把野外数据采集的先进设备与微机及数控绘图仪三者结合起来,形成一个从野外或室内数据采集、数据处理、图形编辑和绘图的自动测图系统。

4. 摄影测量技术。

摄影测量技术已越来越广泛的在城市和工程测绘领域中得以应用，由于高质量、高精度的摄影测量仪器的研制生产，结合计算机技术中的应用，使得摄影测量能够提供完全的、实时的三维空间信息。不仅不需要接触物体，而且减少了外业工作量，具有测量高效、高精度，成果品种繁多等特点。在城市和工程大比例尺地形测绘、地籍测绘、公路、铁路以及长距离通讯和电力选线、描述被测物体状态、建筑物变形监测、文物保护和医学上异物定位中都起到了一般测量难以起到的作用，具有广泛的应用前景。由于全数字摄影测量工作站的出现，为摄影测量技术应用提供了新的技术手段和方法，该技术已在一些大中城市和大型工程勘察单位得以引进和应用。

六．结束语

在人类活动中，工程测量是无处不在、无时不用，只要有建设就必然存在工程测量，因而其发展和应用的前景是广阔的。

参考文献：

[1] 严召进 工程测量技术分析与探讨. [期刊论文] 《中国新技术新产品》 -2010年2期

[2] 王丽君 GPS RTK测量关键技术分析及在辽阳某工业区测量案例研究 [期刊论文] 《科技资讯》 -2011年6期

[3] 涂兴德. 土坝工程施工测量技术分析 [期刊论文] 《科技与生活》 -2010年16期

[4] 颜学华 张怀兴 王本奎 全站仪测量技术分析及应用 [期刊论文] 《科技与企业》 -2012年21期

[5] 张兆军工程测量技术的现状和发展方向 [期刊论文] 《黑龙江科技信息》 -2010年20期

篇(6)

关键词：车辆工程专业；应用型；实践创新能力；教学体系

Research on practical innovation ability cultivation for application-oriented undergraduates of vehicle engineering

Yang Bin, Wan Maosong, Wang Jiankang

Nanjing forestry university, Nanjing, 210037, China

Abstract: According to market demand for automobile professionals and vehicle engineering orientation. Cultivation system of practical innovation ability for application-oriented undergraduates of vehicle engineering is established. Theory course teaching system, teaching content, teaching methods, the experiment practice course system and students'' comprehensive quality training system are also innovated and practiced.

Key words: vehicle engineering; application-oriented; practical innovation ability; teaching sysem

汽车产业是国民经济支柱产业之一，近十年来，随着我国汽车行业的飞速发展，用人单位对汽车类人才的需求十分旺盛。同时，对车辆工程专业人才培养的质量和类型提出了新要求，迫切要求改革和创新车辆工程人才培养模式，着重加强学生的工程素质和实践创新能力的培养。

1 车辆工程专业定位

车辆工程专业培养学生具备扎实的基础理论知识和汽车设计、制造、试验方面的专业知识，能够在汽车设计研究院、汽车制造企业、汽车行业管理部门(维修行业协会、保监会)、保险公司、交通管理部门和高等院校等从事汽车产品开发、技术研究、交通安全、教学和管理工作。本专业主要要求学生系统地学习和掌握机械设计与制造基础理论、计算机应用技术等基础知识。

近年来，我校车辆工程专业根据我国汽车工业未来发展趋势和新的人才培养需求，对如何培养符合社会需求的实践创新能力的人才进行了深入研究和探索。围绕学校的“十二五”发展规划，重新确立了车辆工程专业建设指导思想，明确了办学指导思想和定位，着重培养学生在汽车产品的数字化设计和汽车测试等方面有较强的研究和应用能力，并对理论课程教学体系、教学内容、教学方法及实验实践课程体系、学生综合素质培养体系等多方面进行了创新与实践。

2 车辆工程专业应用型人才培养体系

2.1 理论课程教学体系的建设

2.1.1 “三模块”理论课程教学体系

根据车辆工程应用型本科人才的能力结构和要求，首先确定车辆工程应用型人才培养的课程体系和教学内容，构建了“三模块”理论课程教学体系，即与车辆工程专业相关模块，包括通识教育模块、汽车专业基础课教学模块和专业课教学模块，确立了各模块课程的知识要求和教学内容。具体做法是将本专业划分为汽车产品的数字化设计和汽车测试方向，依据不同方向开设了不同的主干课程，制订了新的课程教学大纲，组建了模块化教学团队，进一步优化了课程结构和不同课程之间的纵深关系，确立了各课程的教学目标和要求，修订了新的教学计划和教学大纲。

2.1.2 建设汽车数字化课程群

数字化设计与制造是现代汽车工业的发展趋势。为了满足现代汽车工业对既懂汽车结构又懂三维数字化设计技术复合型人才的需求，我校自2009年始开展了车辆工程本科专业数字化课群的建设，将数字化技术的应用能力培养作为专业人才培养主要目标之一。

通过对专业需求企业和相关院校广泛调研与论证，提出符合自身特点的课程建设方案，修订了各门课程的教学大纲，着手选择或编写教材，大胆尝试与改革数字化课程的教学方法与手段，陆续开设CAD，CAE以及汽车仿真和汽车电子类课程，如汽车CAD/CAE技术、汽车结构有限元分析、Matlab及其应用、汽车车身设计基础、汽车测试技术及设备、汽车电子控制技术等。同时，在教学内容和方法上也在不断改革和尝试，使学生不只局限于工具的使用，强调授课过程中训练学生思维的启发式教学方法，尽可能结合汽车零部件产品设计的案例式教学方法。

2.1.3 搭建汽车数字化应用平台

围绕着汽车数字化设计和汽车测试两个专业发展方向，以培养工程应用型人才为目标，开展实验仪器、设备和软件建设，在原有实验条件的基础上成立了汽车数字化设计与应用中心。已建成拥有DELL和HP高性能工作站、40台高性能计算机，80套汽车电子多功能实验系统，汽车制造业普遍使用的汽车CAD(辅助设计类)软件—CATIA v5r20，UG NX 6.0和PTC Cero 1.0，汽车CAE(结构性能分析类)软件—ANSYS10.0，汽车动力学与性能仿真软件—ADAMS，RECURDYN，虚拟仪器和检测开发软件—NI测控系统，LabView，Matlab等各种先进、正版软件的汽车数字应用实验室。

2.2 多途径提高大学生数字化应用能力

依托汽车数字化设计建设平台，将提高大学生的数字化技术实践创新能力培养贯穿于整个大学阶段课程学习、专业课课程设计、毕业设计、课外创新实践训练计划中。

(1)推行“以学生为主体、以教师为主导”的教学思想，坚持理论教学与实践教学并重，注重汽车新技术、新结构和新材料的介绍，正确处理各课程内容的纵深关系，周期性开展教学研讨，总结课程教学经验、不断改进教学方法。

(2)推行“优秀本科生导师制”，聘请学术造诣深、责任心强、治学严谨的教师担任优秀本科生导师，导师应在充分了解优秀本科生的学习基础、特长、志趣等因素的基础上，制订出切合实际的培养方案和较强针对性的培养计划及具体安排。安排优秀本科生参加科研工作和各类学科竞赛。优秀本科生在培养期间应积极参与指导教师安排的科研课题或项目，在指导教师的指点下积极申报校级以上创业计划、创新项目，并撰写科研论文或申报成果奖，使学生数字化技术综合应用能力得到提高。

(3)建立课外实践创新汽车数字化应用平台，鼓励车辆工程专业大学生参与机械创新设计等各种大赛，在全国三维数字化创新设计大赛、机械创新等竞赛中取得了较好成绩，以赛促教、以赛促训、以赛促用、以赛促新，培养了学生自我学习、自我开发的能力以及创新意识，同时也提升了专业能力和技术水平，促进了就业。

2.3 实验实践课程体系的建设

2.3.1 打破课程壁垒，实现实验内容模块化

从车辆工程专业人才培养需求的实际出发，实验教学体系首先应打破课程的界限，以强化学生的创新能力和实验技能培养为主线，对专业课实验教学体系进行总体设计，统筹规划所有专业课程实验教学，构建与理论课教学既有机结合又相对独立的技能培养实验教学体系，形成了“专业教师指导实验、实验教师参与课程教学”的教学模式。由专业课教师参与指导汽车发动机和底盘构造、汽车拆装与驾驶实习、汽车CAD/CAE技术等实验课程，将理论与实验教学课程紧密联系，使学生对所学内容有更深层次的理解。

2.3.2 开放实验室，充分利用教学资源

充分利用实验室现有资源，完善实验教学条件，积极开展实验室开放工作，为学生学习服务，培养和巩固学生的专业兴趣，激发学生的学习兴趣，培养学生的实践能力和创新精神。实验室开放包括认知实验开放、实验项目开放、计算机应用开放、科技活动开放等。同时，积极支持和组织大量的学生课外实践活动，极大提高了学生专业学习积极性。

2.3.3 引入虚拟仿真技术，降低设备运行使用费用

虚拟仿真技术已在车辆工程学生的课程设计和毕业论文综合设计环节开始广泛使用，利用计算机多媒体技术和仿真技术进行实验仪器设备操作与控制模拟，使学生全面了解和熟悉实验仪器设备的使用原理，操作过程和维护保养。学生参与实验教学仪器设备的自主开发及应用，要求学生利用3D(如UG，CATIA等)工程软件，建立对象的三维数字化模型，然后利用相关虚拟仿真软件制作成面向对象的交互系统。开发和利用虚拟仿真实验系统是改革实验教学的一个新的发展力向，可缩短熟悉仪器设备的时间，规范学生的实验操作，提高仪器设备的使用完好率，降低实验损耗和实验成本。

3 学生综合素质培养体系

(1)分析调查学生综合素质培养要求，将学生表达能力、团队合作能力和交流能力等素质培养要求落实到模块化和实践教学体系的环节中。在课程的教学方式方法、实验、课程设计、毕业综合设计等实践教学过程中，强化学生的团队合作意识，培养综合素质。

(2)强化学生科技竞赛、课外科技活动，提高学生的创业创新能力。在每年的机械设计竞赛、数学建模大赛、三维数字化建模竞赛等各类竞赛和科技活动中，组织专业学生积极参与，由专业教师进行指导。几年来，本校大学生广泛地参与科技创新活动，已有多名学生获得省级或国家级奖项，极大地锻炼了学生的动手能力，提高了学习兴趣，创造了良好的科技创新氛围，提高了科技创新意识。

(3)通过汽车维修等级工(国家劳动和社会保障部职业技能鉴定中心授权)和三维CAD应用工程师(国家制造业信息化培训中心授权)专业技能的认证，给本校学生提供了参加各项应用技能认证培训的机会，大大提高了学生的就业技能。

4 专业课教学模式和方法的改革

车辆技术发展日新月异，各种新理论、新技术、新方法不断涌现，教学内容和教学学时之间的矛盾日益突出。因此，改革教学模式和方法势在必行。

4.1 制定合理的教学计划

通过多年的教学实践经验和广泛调研，制定了合理的课程教学计划，将专业基础课教学计划提前，保证每个学期都有1～2门专业相关课程，使各门课程有一定的传承性和互补性。汽车的各门专业课之间有着密切的联系，特别是汽车构造、汽车理论、汽车设计这3门专业核心课程联系更紧密。多门课程各有特点，串联讲解的授课模式使学生将知识融会贯通，更深入理解汽车的结构、原理和设计。

构建了理论与实践一体化的教学模式。为保证理论和实践的紧密结合，主干课程的实验和课程安排在同一学期进行，或将实践内容和理论教学放在同一课程内，有助于加深学生对课程的理解，也有利于提高学生的动手能力和工程素养。

4.2 数字化设计方法和理论与实践教学相结合的模式

汽车产品的整个生命周期(PLM)都离不开各种数字化设计工具和软件的引入。具体表现为：在产品设计开发阶段，采用CATIA，UG NX等三维数字化造型设计软件；在产品性能测试分析阶段，采用ADAMS，ANSYS等工程软件；在实际产品的检测阶段，引入NI测控系统等。在理论和实践授课中引入这些工具，有利于促进学生对先进设计方法的学习，如在汽车构造授课中展示CATIA，UG NX等工具建立的三维汽车零部件构造模型；在汽车理论关于操纵稳定性、平顺性的分析研究中引入ADAMS动力学对比分析；在汽车设计课程设计和毕业设计中要求使用CATIA，ADAMS，ANSYS等实现汽车产品的CAD/CAE设计要求，使学生快速掌握这些先进数字化设计方法，提高实践创新能力。

5 结束语

汽车工业的快速发展既给车辆工程专业建设和人才培养带来了机遇，也带来了挑战。结合本校情况，对车辆工程应用型本科专业建设和专业课授课模式进行了改革，以国家汽车产业对高级工程技术人才需求和学生就业为导向，在车辆专业的人才培养模式、课程体系、理论与实践教学、学生综合素质培养体系等方面进一步探索与实践，大力加强专业学生的实践创新能力的培养。结合本专业实际情况，发挥优势和特色，培养出适应市场需求，具有实践创新能力的高素质车辆工程高级应用型人才。

参考文献

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[2] 王准林,慕义,贺敬良.构建车辆工程专业实验教学新体系[J].中国科技信息,2009,2:293-295.

[3] 龙志军.应用型车辆工程专业人才培养方案的研究[J].中国现代教育装备,2010,11:134-136.

[4] 程峰,梁晓娟,李强.车辆工程专业应用型人才培养体系的研究[J].浙江科技学院学报,2010.22(5):418-422.

[5] 徐立友,周志立,曹青梅,王军.车辆工程专业实践性教学体系研究与实践[J].中国电力教育,2011,26:145-146.

篇(7)

关键词：逆向工程；点云数据处理；CAD建模；汽车轮毂；实物模型数字化

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）36-0068-02

逆向工程是消化吸收并改进先进技术的一系列工作方法和技术的总和，它是以设计方法学为指导，以现代设计理论方法技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验，知识和创新思维，对已有新产品进行解剖、深化和再创造，是已有设计的设计。逆向工程设计技术的应用对提高我国工业产品设计水平，缩短设计周期，增强我国产品在国际市场上的竞争力有着重要的意义。

一、实物模型数字化

实物模型数字化是逆向工程中很关键的一步，数字化模型能否准确反映实物模型的结构特点，直接影响后续的建模质量。因此，本文引入了COMET测量系统，COMET测量扫描系统是利用光栅投影法，通过非接触方式获得物体表面数字化点云数据，是一个快速而高精度的测量和扫描设备，使用COMET测量系统测量零件表面，操作流程：表面着色处理D确定测量方法D启动软硬件D调整测量角度和距离，并设置参数D扫描零件，获取完整表面数据D数据输出。

二、点云数据预处理

数字化阶段获得的点云数据应当经过适当的处理后才能用于后续的曲面建模。由于测量设备或是测量对象的原因，往往不能一次完成整个测量过程，需要将多个测量结果进行拼接才可获得实物的整个数字化模型。

首先，在逆向扫描过程中，分块扫描得到的点云数据可看成一个具体本身固定坐标系的实体。所以，逆向工程的点云数据对齐问题可以看作是不同三维实体的坐标变换问题，即根据事先指定的最优匹配算法，通过坐标变换，将分块扫描得到的点云进行对齐。

其次，无论是使用接触式测量还是非接触式测量，在测量产品表面数据时，都会引入数据误差，尤其是有尖锐边的产品边界附近的测量数据。因此，在利用点云数据重构模型前必须对点云进行过滤。

数据精简也是逆向工程中的关键技术，伴随非接触式测量技术和测量设备的发展，我们可以很方便地获得复杂形状零件的表面数据。缺点是点云的数据量非常大，这就需要大量的存储空间，同时在数据处理过程中，运行速度很慢，降低工作效率。因此，有必要在保持一定精度的前提下对点云进行精简，去除大量多余的点，只保留能够反映曲面形状的点即可，这即是点云精简过程。

三、CAD模型

三维CAD模型的重构是逆向工程的另一个核心和主要目的，是后续产品加工制造、快速成形、工程分析和产品再设计的基础。三维CAD建模的理论，包括曲面建模方法、曲线和曲面的数学模型及拟合，应用CATIA软件是实现曲面重构一个重要手段。

四、工程实例

当前，我国汽车工业飞速发展，越来越多的新车型被引入国内。同时，国内的汽车公司也在国外车型的基础上大力自主研发设计新车型。因而，汽车的开发周期越来越短，汽车工业正逐渐由“大批量、单一车型”向“小批量，多种车型”制造模式转变，在这种情况下，发展先进的制造技术，获取或建立CAD模型具有重要的意义。

本文以研究汽车车轮毂盖为例，将对某汽车车轮毂盖进行数据扫描，并通过逆向工程手段实现的原有产品的逆向建模，以方便进一步的设计或模具制作，并可缩短其产品的开发周期。

（一）数据获取

测量之前，首先应检测轮毂盖表面是否光泽，由于我们所测量的轮毂盖表面的颜色是深灰色，表面颜色太深，反光能力差，应在其表面均匀地喷上白色反光喷剂，以便其有更好的反光效果。轮毂盖曲面类型多，需多次测量，所以我们还需在被测物体的表面贴上参考点，这样拼合点云的时候，多次测量得到的不同的点云就可以根据参考点实现自动拼合，将测量得到的数据以IGS格式输入到CATIA软件中。

（二）数据预处理

1．噪点删除。由于扫描仪的误差以及测量过程中人为误差的存在，使得扫描最终得到的点云包含了大量的噪点，其将会严重影响后续的反求建模，又因为系统无法精确识别误差的存在，所以需手动删除。在CATIA中，利用“remove”工具进行删除，如图1（a）所示。

2．点云精简。点云在消除了噪声点后，其中仍包含了大量的冗余点，这些冗余点的存在不但增加了计算机的负荷，还影响数据处理和模型重建的速度，需在精度允许的范围内采用一定的算法对其进行精简。所以为了计算机运算速度的提高，CATIA提供公差球和弦高差两种点云数据精简方式。在此因曲面曲率变化原因选用弦高差精简方式，其结果如图1（b）所示。精简后，点云的信息如下：

Number of Data Points： 59997

Units：mm

Min X=239.9893 Max X=505.7328

Min Y=-180.0058 Max Y=97.2953

Min Z=172.3559 Max Z=833.7889

3．网格化。在经过上述处理后便可以对其进行三角网格化，以便对其曲率进行分析，同时更好地观察各种曲面的特征。

4．网格面曲率分析。点云分割是构建曲线、曲面的基础，分块方式直接影响后续的曲面构造方式、曲面的拼接和缝合效果。数据分块分的好，将使曲面的重构变得简单，可以得到高质量的曲面。

（三）轮毂盖CAD模型重构

任何一个产品的模型建立之前，都必须有一定的基准，这样才能建立产品准确的拓扑关系，也才能准确地进行后续的加工。对于此轮毂盖同样为了反求建模的准确性以及方便性，必须先建立其基准，即建立坐标系，并使其一坐标轴通过轮毂盖的旋转中心。

特征线的构建是曲面重构的基础，也是最为关键的环节。由前面分析可知，此轮毂盖主要由两个旋转曲面以及若干相同的扫描曲面组成。对于旋转曲面，只要重构出它们的截面特征线即可。基本曲面重构完成之后，只需对其进行进一步的处理操作，如加厚、圆角等。最终进行表面质量的检查。最后完成整体模型，并对其进行斑马纹的检查，如图2所示，其质量足以满足操作者的要求。

五、结语

在产品开发的今天，建立产品的数字化模型是产品设计的中心内容。在产品数字模型建立中，作为实现创新的手段，逆向工程技术的应用越来越受到重视。本文的研究工作丰富了产品造型设计的理论和方法，将促进逆向工程在产品设计中的应用和推广。

参考文献

[1] 王霄．逆向工程技术及其应用[M]．北京：化学工业出版社，2004．

[2] 金涛，童水光．逆向工程技术[M]．北京：机械工业出版社，2003．

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[4] K H Lee H Woo，T Suk. Point Data Reduction Using 3D Grids[J]．International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2001，（18）．