3D技术在电力和石化行业的应用项目可行性研究报告 - 图文

3D技术在电力和石化行业的应用项目

可行性研究报告

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1. 3D相关技术 1.1. 什么是3D？

3D是英文“Three Dimensions”的简称，中文是指三维、三个维度、三个坐标，即有长宽、高。今天的3D，主要特指是基于电脑/互联网的数字化的3D/三维/立体技术，也就是三维数字化。包括3D软件技术和硬件技术。 1.2. 3D建模方法

目前3D建模方式大体上有三种： （1） 利用三维软件建模：

目前，在市场上可以看到许多优秀建模软件，比较知名的有3DMAX, Softimage, Maya,

UG以及AutoCAD等等。它们的共同特点是利用一些基本的几何元素，如立方体、球体等，通过一系列几何操作，如平移、旋转、拉伸以及布尔运算等来构建复杂的几何场景。利用建模软件构建三维模型主要包括几何建模(Geometric Modeling)、行为建模(KinematicModeling)、物理建模(Physical Modeling)、对象特性建模(Object Behavior)以及模型切分(Model Segmentation)等。其中，几何建模的创建与描述，是虚拟场景造型的重点。

（2） 通过仪器设备测量建模：

三维扫描仪(3 Dimensional Scanner)又称为三维数字化仪(3 Dimensional Digitizer)。它是当前使用的对实际物体三维建模的重要工具之一。它能快速方便的将真实世界的立体彩色信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了有效的手段。它与传统的平面扫描仪、摄像机、图形采集卡相比有很大不同：首先，其扫描对象不是平面图案，而是立体的

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实物。其次，通过扫描，可以获得物体表面每个采样点的三维空间坐标，彩色扫描还可以获得每个采样点的色彩。某些扫描设备甚至可以获得物体内部的结构数据。而摄像机只能拍摄物体的某一个侧面，且会丢失大量的深度信息。最后，它输出的不是二维图像，而是包含物体表面每个采样点的三维空间坐标和色彩的数字模型文件。这可以直接用于CAD或三维动画。彩色扫描仪还可以输出物体表面色彩纹理贴图。早期用于三维测量的是坐标测量机(CMM)。它将一个探针装在三自由度(或更多自由度)的伺服装置上，驱动探针沿三个方向移动。当探针接触物体表面时，测量其在三个方向的移动，就可知道物体表面这一点的三维坐标。控制探针在物体表面移动和触碰，可以完成整个表面的三维测量。其优点是测量精度高；其缺点是价格昂贵，物体形状复杂时的控制复杂，速度慢，无色彩信息。人们借助雷达原理，发展了用激光或超声波等媒介代替探针进行深度测量。测距器向被测物体表面发出信号，依据信号的反射时间或相位变化，可以推算物体表面的空间位置，称为“飞点法”或“图像雷达”。 （3） 利用图像或者视频来建模：

基于图像的建模和绘制(Image-Based Modeling andRendering,IBMR)是当前计算机图形学界一个极其活跃的研究领域。同传统的基于几何的建模和绘制相比，IBMR技术具有许多独特的优点。基于图像的建模和绘制技术给我们提供了获得照片真实感的一种最自然的方式，采用IBMR技术，建模变得更快、更方便，可以获得很高的绘制速度和高度的真实感。IBMR的最新研究进展已经取得了许多丰硕的成果，并有可能从根本上改变我们对计算机图形学的认识和理念。由于图像本身包含着丰富的场景信息，自然容易从图像获得照片般逼真的场景模型。基于图像的建模的主要目的是由二维图像恢复景物的三维几何结构。由二维图像恢复景物的三维形体原先属于计算机图形学和计算机视觉方面的内容。由于它的广阔应用前景，如今计算机图形学和计算机视觉方面的研究人员都对这一领域充满兴趣。与传统的利用建模软件或者三维扫描仪得到立体模型的方法相比，基于图像建模的方法成本低廉，真实感强，自动化程度高，

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因而具有广泛的应用前景。 1.3. 3D引擎

（1） 渲染器的功能：

基本图元的渲染，纹理的渲染，模型和动画的渲染，灯光和阴影的处理等。 （2） 内存管理：

底层内存和上层内存管理

底层内存管理：如何分配和释放内存

上层内存管理：处理内存的回收 在内存有限的情况下能够正确的调度加载释放资源。 （3） 场景管理：

增加场景的复杂度，常用的场景管理的方法有：场景图，八叉树，四叉树，层次细节模型（LOD）。场景图用于动态场景的管理；八叉树用于静态室内场景的管理；四叉树用于静态室内场景的管理；而LOD则可以提高场景的复杂度。很多时候是合作使用场景编辑器和地形编辑器是好的引擎必不可少的部件。 （4） 三维动画：

主要有渐变动画（Morphing Animation）和蒙皮骨骼动画（Skinned Skeletal Animation） 渐变动画：包括运动渐变动画和开关渐变动画。

在运动渐变动画中，可以改变实例、群组和文本等的位置、大小和旋转角度等属性，也可以使对象沿着路径进行运动。

在开关渐变动画中，可以改变矢量图形的形状。无论是哪种渐变动画，只要定义动画开始和结束两个关键帧中的内容即可，动画中各个过渡帧中的内容由flash自动生成。

蒙皮骨骼动画：游戏应用中一般将这两种动画结合运用，对主角人物或是运动较为复杂或丰富的角色往往采用蒙皮骨骼动画，而对于大量的简单运动动画则采用渐变动画。

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（5） 特效：

粒子系统最为普遍 （6） 输入输出：

Windows可以应用DirectInput处理足够 （7） 物理系统：

最重要的应用是处理碰撞监测：包括刚体碰撞和非刚体碰撞，其实就是处理刚体和非钢体的运动模拟。有许多物理引擎可以实际应用。 （8） AI

音效的使用

2. 3D技术在电力和石化行业的应用 2.1. 电力3D GIS系统

电力三维系统平台集成GIS、RS和虚拟现实技术，集成了多源（包括影像数据、DEM、三维模型数据，业务数据）海量数据，客户端可实现三维数据快速浏览、空间分析、三维渲染、功能设计、拓展需求等操作。系统运用三维可视化技术和空间信息技术，构筑了一个“数字电网”，能够实时、直观地了解电网的各类信息，辅助工作人员进行业务管理和决策，从而实现对电网科学、有效的管理，提高电网管理质量和运行效率、降低运营成本。

? 电力三维基础信息平台数据快速浏览 ? 电力三维基础信息平台空间分析 ? 电力三维基础信息平台功能设计 ? 电力三维基础信息平台拓展需求 2.1.1 电网设备管理系统

该系统将电网设施设备进行高精度建模仿真，过程中采用细节层次模型技术，并且在客户

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