CAD下三维建模研究
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计算机系统应用 .htlp:llwww.e-s-a.org.ca 2012年第21卷第2期 CAD下三维建模研究 张凯选 ,闰野 ,魏来 (辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院,阜新123000) (辽宁铁道职业技术学院铁道工程与机车车辆系,锦,Y41 121000) 摘要:以辽宁工程技术大学校园为例首先应用Auto CAD 2007对校园内建筑物、场地、草坪及附属设施进行 三维建模,通过操作和研究使Auto CAD 2007三维建模技术和方法更加成熟和灵活,之后研究AUTO CAD 2007 三维模型的应用,将建好的三维模型分类添加好图层以后加载到Arc GIS 9.2软件中,在Arc GIS 9.2软件中实现 三维数字校园。最后通过三维建模的操作和研究及在Arc GIS 9.2 坎件三维数字校园的实现把Auto CAD 2007三 维建模与3DS MAX建模做详细对比找出Auto CAD 2007三维建模比其他3D软件更加适合应用于GIS的优势。 关键词:Auto CAD 2007;虚拟现实;三维建模;数字校园 Three-Dimensional Modeling with CAD ZHANG Kai-Xuan ,YAN Y.e2,WEI Lai |1 . (Institute ofGeomatics and Geography,Liaoning Technical University,Vum 123000,ChiIt (Department ofRailway Engineering and Locomotive,Liaoning Railway Vocational nad Technical college,Jinzhou 121000,China) Abstract:In this paper,the first example of Liaoning Engineering Applications Auto CAD 2007 campus on campus buildings,grounds,lawn and ancillary facilities in three-dimensional modeling,and research through hte operation to three-dimensional Auto CAD 2007 modeling techniques and methods more sophisticated and flexible,after the three-dimensional model of Auto CAD 2007 application,built a good model classiifcation aRer adding a good layer in hte Arc GIS 9.2 software loaded into the Arc GIS 9.2 to achieve three-dimensional digital campus.Finally, three-dimensional modeling of operations and research and in the Arc GIS 9.2 software,3D Digiatl Campus to three-dimensional modeling and Auto CAD 2007modeling of a detailed comparison 3DS~ (three-dimensional modeling identify than other 3D software is more suitable for the advantages of GIS. Key words:auto CAD 2007;virtual reMity;3D modeling;digital campus 二维的CAD制图应用已经非常广泛,也已经比较 泛应用,CAD与GIS集成已是必然趋势。通过研究使 成熟,三维的CAD设计较多的应用到机械制图和建筑 CAD三维建模技术和方法更加成熟和灵活 并将CAD 制图领域,应用到测绘领域很少,本文通过对CAD三 的三维技术与GIS集成,找出CAD三维建模比其他 维建模的研究并使之与GIS软件相结合使其能更好的 3D软件更加适合应用于GIS的优势,从而使CAD三 应用到测绘领域中,CAD主要用于对现实世界还不存 维技术得到更快的发展和更广阔的应用(2)。 在的物体进行设计,而GIS用于对已经存在的物体建 模,以理解、分析与管理资源和实施。尽管如此,CAD 1 CAD--维建模 与GIS在许多功能方面又是相辅相成的,尤其在一些 1,1 Auto CAD 2007三维建模概述 专题信息系统,如城市规划与国土部门的管理信息系 Auto CAD 2007具有三维建模准确、快速的优点, 统(1 。这些系统对CAD与GIS的互操作性与集成应 但是它的纹理贴图和光照以及实时漫游的功能相对于 用产生越来越强烈的需求。随着GIS的快速发展与广 主要制作效果图的3DSMAX还逊色些。但是Auto ①收稿时间:2011-05・20;收到修改稿时间:2011-06-17 192经验交流Experiences Exchange 2012年第21卷第2期 http://www.c-s-a.org.cn 计算机系统应用 CAD 2007工具创建的精确工程数据模型,包含大量用 于工程和绘图的有用信息。Auto CAD 2007包含工程 标准、精确材质赋予以及大量的属性数据及用于工程 规划和静态图形生成的、基于复杂规则的数据(3)。 1.2 Auto CAD 2007三维建模步骤 (1)分类提取,明确分类:建筑物、草坪、活动场 时如果需要绘制台阶就将事先绘制好的台阶模型打开 之后选定台阶,带基点复制,之后在目标模型中找准 基点粘贴,这时由于台阶除了高和宽的尺寸按实际定 义以外,其他数据是随意定义的因此不会符合要求, 通过过一些操作可以达到要求。如图1。 建模中遇到有三角形的屋顶,由于Auto CAD中 地、道路、砖路、路灯、井盖、树木、围墙(栏)。 类分好以后需要依次提取,过程是:在已有的辽 不能直接绘制三角形的模型,但Auto CAD达到目的 的实现方法很多,用如下方法就可以绘制三角体: 宁工程技术大学二维平面图上新建图层,图层以上面 的分类名字命名,之后依次进行描图,每完成一类的 描图要将其提取出来单独保存一个Auto CAD文件。 如果没有Auto CAD二维平面图有点数据那就要重新 绘图再分类。 (2)建模,建模之前需要注意的就是模型的尺寸, 还要注意单位要统一,如果单位没统一也可以通过SC 命令来做比例缩放。同时CAD中还可以设置精度。另 外为了避免文件太大影响Auto CAD文件打开和Auto CAD运行的速度,在建模的时候要尽量减少构成模型 的体的数量。 下面从复杂的建筑物开始建模,每个建筑物都要 用一个Auto CAD文件保存并且最好用英文命名,因 为三维模型文件相对较大,如果将多个模型保存在一 个文件里打开和复制粘贴的时候会很慢,用英文命名 是为了导入到其他GIS软件的方便。绘制建筑物模型 时较多的是长方体,用长方体将建筑物的外型组建起 来,用长方体建出窗户和门的大小之后用差集差出窗 户和门的效果。门窗的绘制可以用三维阵列,只要在 准确的位置绘制一个窗户就可以将所有的窗户阵列出 来,非常方便省时。对规则对称的建筑物Auto CAD 的这种功能非常的实用。 图1事先绘制好的台阶模型 对于频繁用到的模型,如台阶可以事先绘制台阶 模型并保存,之后在需要的时候进行下简单的修改就 可以直接用了,例如先做好一个台阶并保存,在建模 按照尺寸要求绘制宽相同、长尽量长的矩形,之 后选择角度拉伸,这个时候注意拉伸的角度和高度一 定要计算好否则拉出来的是梯形不是三角形,拉伸出 来的模型是四面都有倾角的,而我们要的是两面倾角 的,用剖切工具将多余的两面剖切并删除掉就得到了 需要的模型。 图2剖切前 图3剖切后 有些建筑物是有弧形的,这种情况可以直接用圆 柱体绘制之后剖切得到想要的效果,也可以用多段线 绘制平面图之后拉伸得到,有的也可以用圆角工具对 长方体进行圆角来实现。由于CAD的建模灵活,不同 的方式虽然可以达到相同的效果但是却各自有不同的 优缺点,建模的时候可以根据不同的情况选择不同的 方法来实现。图4是综合各种建模手段和技巧绘制的 国际会议中心模型效果: 接下来把绘制好模型复制粘贴到提取出来的建筑 物类中,建筑物模型就放置到了它图上的坐标位置上, 之后保存文件。 Experiences Exchange经验交流1 93 计算机系统应用 http://www.c.s.a.org.cn 2012年第2l卷第2期 图4国会中心模型图 绘制草坪,打开提取出来的草坪类的Auto CAD 文件,用多段线绘制之后给定拉伸高度,这样草坪类 就绘制成功了。 场地的绘制跟草坪的绘制是完全相同的。 道路和砖质地面的绘制也跟草坪的绘制大致相 同,砖质地面绘制的时候为了让视觉效果更明显,在 第一感觉上更容易分辨可以给定图案填充。 树木的建模:Auto CAD 2007中自身提供了几种 三维树木的模型,这里只需要简单的复制粘贴到指定 位置就可以了,这里需要注意Auto CAD 2007自身提 供的三维树木模型尺寸肯定不会跟要绘制的图的尺寸 相称的,所以需要用SC命令来修改比例,修改合适 后将树木复制粘贴到图上。 路灯的建模:在Auto CAD 2007中没有自带的路 灯模型,需要新建Auto CAD文件绘制路灯,在绘制 的时候采取的是对称绘制,这样在将路灯复制粘贴的 过程中就不用考虑不同方向的路灯要进行旋转操作 了,绘制好路灯直接复制粘贴到路灯位置。 井盖的建模:直接用圆柱体绘制,绘制完复制粘 贴到图中的相应位置。 围墙(栏)的建模:用绘图工具栏中的多段体绘 制围墙是很方便快捷的,设置好多段体的宽度和高度 之后描图就可以实现围墙的绘制,围栏用圆柱体进行 绘制,较长的围栏可以用多段体设置较小的宽度绘制。 各种模型建好以后合成到一个Auto CAD图中, 合成后的效果图如图5所示: 图5合成后的效果图 1 94经验交流Experierices Exchange 2 Auto CAD三维模型应用于Arc GIS 将建好的Auto CAD三维模型导入到Arc GIS9.2 中来实现地理元素的三维显示,为后期的地理查询等 功能做铺垫,这也是数字校园的基本要求和功能(4)。 2.1 Auto CAD三维模型应用于Are GIS中实现数字校 园 这里首先要注意在Auto CAD中画的图,如果再 和Arc MAP中画的图很难匹配(不容易找到共同的坐 标点)。如果要在Auto CAD里画图,建议让整张图左 上角点移到CAD中的默认系统坐标,这样如果把这 张图的数据导到Arc GIS软件里面去就可以很容易的 使图片和CAD中数据匹配,特别是对坐三维地图的很 有帮助。 2.2三维数字校园实现的注意事项 首先如果将各种地理数据都以三维的形式显示在 rAc Scene中,那就需要注意以下几点: ①所有建筑物都以点数据形式表示,对于形状结 构不一样或建筑物结构一样但是建筑物朝向不一样的 建筑物分别建立不同的图层,这里几乎每一个建筑物 都需要建一个图层。 ②对于树、路灯、大门、站牌等以点数据形式表 示,对于朝向不同的也要建不同的图层。 ③对于场地、草坪、路面以面数据形式表示。 ④对于广告牌、栏杆、围墙等以线数据形式表示。 第一步数据的编辑输入工作完成后就要导入三维 模型: 导入三维实体模型的时候需要注意以下几点: 1)要将Auto CAD三维实体模型导入到Arc GIS 里面去,首先在3DSMAX中将AutoCAD模型导入, 然后以3ds/lft/wrl格式导出,再以3D点符号的形式加 载进Arc Sence,然后改点数据的样式成3D模型。 2)对于AutoCAD面数据导入到ArcGIS中需要 知道,CAD中的面数据导出并不是面数据格式。 3)最值得注意也是很多人容易忽视的:一定要将 CAD文件放在英文目录下面,否则在Arc Catalog中 无法显示,Auto CAD文件名尽量用英文(5)。 3 Auto CAD 2007. ̄-维建模与3DS MAX建 模比较 Auto CAD 2007建模更加精确、容易,建模手段 更加灵活,Auto CAD 2007的多中视觉样式较3DS 2012年第2l卷第2期 http://www.c-s—a.org.cn 计算机系统应用 MAX更方便应用于各种工程图的识别和分析,包含了 二维和三维的图,同时Auto CAD 2007可以根据不同 参考文献 1康红霞.基于ArcGIS的三维景观建模技术研究『硕士学位 论文】.西安:西安科技大学,2006. 2单岩,吴立军.CAD实用技术.北京:清华大学出版社。2004. 3顾朝林,段学军,于涛方.论“数字城市”及其三维再现关键技 术.地理研究,2002,21(1):14—24. 效果和不同的精度绘制出用户需要的模型,Auto CAD 2007的旋转、移动等的操作要比3DS MAX方便很多 (6)。但3DS MAX和其它相关软件配合流畅,做出来 的效果非常的逼真。Auto CAD 2007拥有优秀的图层 管理系统,同时它比之前版本增添的对象特性、快色 4陈祝林.产品设计与三维CAD系统.上海:同济大学出版社, 计算器等新特性更是方便了其在GIS领域的应用。 1997. 5徐青.地形三维可视化技术.北京:测绘出版社,2000. 4结论 6唐泽圣.三维数据场可视化.北京:清华大学出版社,1999. 随着现在三维技术应用的不断发展及Auto CAD 7申胜利,李华.基于ArcEngine的ArcGIS与AutoCAD数据 软件和Arc GIS软件功能的不断提升和完善,将Auto 转换研究.钡4绘通报,2007(2):412-43. CAD软件与Arc GIS软件相结合,利用Auto CAD“万 8朱庆.三维地理信息系统技术综述.地理信息世界,2004,2 能”的优势与Arc GIS软件的兼容性快速的得到高质量 (3):8-12 的GIS产品为GIS行业服务是可行的。现在Auto CAD 9朱振华,赵刚,冯强.ARCGIS三维数字校园系统的设计与开 2009版本已经将CAD功能和GIS功能融合在一起, 发.软件导刊,2007,(17):23—25. 这就是其功能的完善和人性化的实施,利用CAD进行 10 Meng KT,Wang DL,Henderson TJ.Three-Dimensional 三维建模并将其应用于GIS中为GIS服务仍需要不断 Modeling of Complex Fusion Devices Using CAD・MCNPX 的探索和研究,相信其前景是广泛的。 Interface Tautgcs,Laila El・Guebaly September 2004. (上接第187页) 能去噪,也能很好的保护细节,具有较高的峰值信噪 8 Meyer Y.Oscillating Patterns in Image Processing and in 比和较高的边缘保持度。 Some Nonlinear Evolution Equations.The Fifteenth Dean Jacquelines B Lewis Memorila Lectures.Boston:American 参考文献 Mathematical Society,2001. l肖秀春,王章野。张雨浓,姜孝华。彭群生.连续子邻域内的鲁 9姚伟,孙即祥.图像去噪中的纹理保护方法研究冲国图象图 棒双边滤波.计算机科学,201 1,38(3):275—278. 形学报。2010,15(5):723-728. 2候涛,汪源源,郭翌.基于期望最大化框架的医学超声图像去 10 Gilboa G,Sochen N。Zeevi YY.Variational denoising of 斑.声学学报,201 1。36(1):73—80 partly-textured images by spatially varying constraints. 3 Ibrahim S,Sadhar A。Rajapalna N.Restoration of scanned IEEE Trails.on Image rPocessing,2006,15(8):2281—2289. photographic images.Signal Processing。2006(86):1035-1048. 1 1 Lysaker M,Lundervold A,Tal XC.Noise removal using 4张玲.医学图像处理中的小波变换应用.中国医学影像技术, fourth-order partial differentila equation with applications to 2010,26(2):372-374. medical magnetic resonance images in space and time. 5王绍波,郭业才,王卿.基于自适应低通滤波的超声医学图像 增强算法-中国医学影像技术,2009。25(3):492-495. 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