時間：2023-03-16 17:14:11
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（一）利于全面預(yù)計和考察教學(xué)結(jié)果
從本質(zhì)上來講，音樂教學(xué)三維目標的設(shè)置，完全是為了讓學(xué)生更好的學(xué)習(xí)音樂而設(shè)定的，并非是教師個人意見的體現(xiàn)。在目前的實踐過程中，音樂教學(xué)三維目標，主要是從音樂教學(xué)目標方面，實現(xiàn)形態(tài)角度構(gòu)成的整體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變的最大益處在于，利于全面預(yù)計和考察教學(xué)效果。以往的音樂教學(xué)，并沒有刻意的實現(xiàn)上述的轉(zhuǎn)變，因此教師往往在最終的考試當中，才能了解到教學(xué)上的缺失或者是學(xué)生學(xué)習(xí)當中的阻力。但由于已經(jīng)臨近學(xué)習(xí)階段的終點，因此即便發(fā)現(xiàn)問題也沒有辦法較好的解決。通過體驗?zāi)繕?、?nèi)容目標、過程目標的實踐，能夠在不同階段，實現(xiàn)對學(xué)生的學(xué)習(xí)成果預(yù)測，并且在各個階段完成后，實施針對性的考察，這對教師和學(xué)生而言，都留有一定的改善空間，能夠在后續(xù)的教學(xué)工作中，及時改正錯誤，實現(xiàn)學(xué)生成績的穩(wěn)步提升。
（二）利于教學(xué)設(shè)計和評價從教學(xué)雙方入手
現(xiàn)代教育理論認為，灌輸式教學(xué)和單純的講解，已經(jīng)不再適應(yīng)我國的學(xué)生，且會對學(xué)生的發(fā)展造成較為嚴重的影響。在音樂教學(xué)中，灌輸式教學(xué)是絕對不能應(yīng)用的，因為音樂注重雙方的溝通和理解，而不是生拉硬套的教學(xué)。從音樂三維目標的實踐來分析，不僅體現(xiàn)了音樂教學(xué)的雙重性，同時在長久的實施后，有利于教學(xué)設(shè)計和評價從教學(xué)雙方入手。第一，音樂教學(xué)是教育和學(xué)習(xí)的結(jié)合，師生必須在教學(xué)過程中，加強理解和溝通，及時的消除矛盾，以的態(tài)度，實現(xiàn)音樂教學(xué)的共同進步。第二，從雙方入手，意味著每一節(jié)音樂課程，都要從學(xué)生的角度出發(fā)，教師應(yīng)充分發(fā)揮多年的教學(xué)經(jīng)驗和一些有效的教學(xué)手段，以此來達到高效的教學(xué)成果。值得注意的是，不同階段的不同音樂課程，教師必須把握好教育和學(xué)習(xí)所占的比例，否則很容易造成音樂教學(xué)三維目標的不和諧。
在數(shù)學(xué)教學(xué)中確定合理的三維目標，目標過高過低都不利于學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)．設(shè)置合理的三維目標，要結(jié)合高中數(shù)學(xué)的新課程標準、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的實際能力．例如，在講“集合的含義及其表示”時，我按照新課標要求，設(shè)置了本節(jié)課的三維目標:知識與技能目標———通過分析實例，領(lǐng)會集合的概念并掌握集合元素的性質(zhì)，識記常見數(shù)集的符號;過程與方法目標———學(xué)會用列舉法和描述法來表示集合;情感態(tài)度與價值觀目標———通過對集合語言的學(xué)習(xí)，體會形式化表達數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的重要性，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣，樹立學(xué)好數(shù)學(xué)的信心．
2．實現(xiàn)三維目標的整合
數(shù)學(xué)教學(xué)的三維目標一個整體，在教學(xué)中我們要注重整合數(shù)學(xué)教學(xué)的三維目標，促進學(xué)生學(xué)會數(shù)學(xué)知識與技能，使學(xué)生會運用的步驟和方法解答數(shù)學(xué)題目，樂意積極主動地進行數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)．例如，在講“一元二次不等式”時，綜合知識與技能目標、過程與方法目標和情感態(tài)度與價值觀目標，我設(shè)置了本節(jié)課的教學(xué)目標:了解一元二次不等式、一元二次方程、二次函數(shù)之間的關(guān)系;學(xué)會將分式不等式、一元高次不等式轉(zhuǎn)化為二次不等式的方法;注重含參不等式的求解方法，注意二次項的系數(shù)是否會為0，掌握二次不等式在求函數(shù)定義域、值域和最值中的應(yīng)用，掌握不等式恒成立問題，方程有解和不等式有解等問題的解決;通過先對對具體的一元二次進行討論，然后推廣到一般情形，使學(xué)生形成從特殊到一般的思想．
二、在教學(xué)環(huán)節(jié)踐行三維目標
1．備課
備課的好壞關(guān)系到教學(xué)的質(zhì)量．在講課前，教師一定要從“課標、教材、學(xué)生、教法、教具”五個方面做好準備工作，自備課開始就踐行好數(shù)學(xué)教學(xué)的三維目標．例如，在講“抽樣方法”時，我這樣備課:(1)針對知識與技能目標:備課標———新課標要求，理解并運用簡單隨機抽樣、系統(tǒng)抽樣、分層抽樣;備教材———本節(jié)的重點是三種抽樣方法的概念、選擇和運用;難點是系統(tǒng)與分層抽樣的區(qū)別和運用;疑點是三種抽樣的實質(zhì)與差別．(2)針對過程與方法、情感態(tài)度與價值觀:備學(xué)生和教法———基于學(xué)生初中時對抽樣的學(xué)習(xí)，以學(xué)生進行分組探究、共同解決課內(nèi)范例和課后習(xí)題為主，自己的教學(xué)為輔，以合作形式充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的積極性;備教具———可利用多媒體為學(xué)生展示例題、習(xí)題的解題步驟，運用多媒體激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣．
2．授課
在教學(xué)活動中，按照備課的內(nèi)容和實際的教學(xué)情況，實施、調(diào)整數(shù)學(xué)教學(xué)的三維目標，以提高高中數(shù)學(xué)教學(xué)的質(zhì)量，促進學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)．例如，在講“抽樣方法”時，按照備課時的準備，讓學(xué)生以合作探究的形式進行本節(jié)課的學(xué)習(xí)．但是，在讓學(xué)生解決課后習(xí)題時，我放棄了原定計劃的小組解決．我讓幾個不同水平的學(xué)生到黑板上來展示，到黑板上來展示解題過程，從而讓我及時了解學(xué)生存在的問題，及時彌補他們在知識與技能上的不足，同時也能增強學(xué)生的心理素質(zhì)，讓他們不再因站在人前緊張．這樣做，在過程與方法上，讓學(xué)生在看其他同學(xué)解題的過程中，了解最合適的解題步驟和方法，從彼此身上取長補短，共同進步．
【關(guān)鍵詞】數(shù)字攝影測量技術(shù)；三維建模；數(shù)字城市
【Keywords】digital photogrammetry； 3D modeling； digital city
【中圖分類號】P232 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）04-0185-02
1 引言
城市化進程的加快促進了數(shù)字城市的建設(shè)與發(fā)展，人們逐漸加強對三維建模精確性與實效性的重視。三維建模為數(shù)字城市建設(shè)提供科學(xué)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，具有很強的直觀性。
2 三維建模的構(gòu)建方式
作為建設(shè)數(shù)字城市三維地理信息系統(tǒng)的關(guān)鍵，保證三維模型具有良好的精度，并且提高建模效率對于三維地理信息系統(tǒng)作用的發(fā)揮、保證建設(shè)周期具有重要意義。通常使用的建模方式包括如下幾種。
2.1 航空攝影測量
使用該技術(shù)，能夠創(chuàng)建立體環(huán)境，實現(xiàn)三維模型數(shù)據(jù)的位置、高度、形狀信息的快速與準確獲取。然后結(jié)合外業(yè)紋理采集與正射影響屋頂信息能夠進行精細三維模型的構(gòu)建。完善的DEM與DOM數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術(shù)路線能夠進行三維場景中地形數(shù)據(jù)的快速與準確重建，將城市風(fēng)貌展現(xiàn)出來。
2.2 機載激光雷達掃描
使用該方式能夠?qū)崿F(xiàn)城市建筑與地表模型的快速獲取，但是獲取到的數(shù)據(jù)量具有一定的規(guī)模性，提升了數(shù)據(jù)的處理難度，需要采取相對麻煩的人工措施才能將其中有益的信息提取出來。另外，該種方式的三維建模中不能將建筑物色彩與紋理呈現(xiàn)出來。[1]
2.3 使用二維資料
立足于建筑規(guī)劃的圖紙，提取其中的二維資料，使用合適的軟件如AutoCAD等進行三維模型數(shù)據(jù)的建立。該種方式進行數(shù)據(jù)收集時需要進行大量工作，并且不能保證數(shù)據(jù)具有時效性。另外，針對建筑物頂部存在的紋理盲區(qū)，也需要進行大量工作才能獲取高程數(shù)據(jù)。與機載激光雷達掃描方式一樣，不能將建筑物色彩與紋理呈現(xiàn)出來。
3 基于數(shù)字攝影測量技術(shù)的三維建模
3.1 基于數(shù)字攝影測量技術(shù)的三維建模優(yōu)勢
獲取、處理與分發(fā)數(shù)據(jù)均為數(shù)字形式，并且能夠通過計算機實現(xiàn)攝影測量中全部流程；數(shù)字攝影測量技術(shù)能夠幫助設(shè)計人員進行目標建筑物的幾何空間與高程數(shù)據(jù)的快速構(gòu)建，并且精度高、快速成像；地面建筑能夠?qū)崿F(xiàn)達到cm級別的空間幾何精度，降低數(shù)據(jù)更新的難度，能夠在規(guī)模較大的工程項目中應(yīng)用，能夠為建設(shè)數(shù)字城市與地球建立基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)框架；相較于使用計算機制作動畫與景觀模擬，基于數(shù)字攝影測量技術(shù)的三維建模能夠在目標建筑物具有的實際地理坐標下進行真實三維景觀模型的構(gòu)建[2]。在該種模型中，建筑物中各元素之間的空間相對位置與實際情況是一一對應(yīng)的，并且能夠?qū)ζ渲械娜我恻c測量三維坐標，能夠達到測繪要求的精度級別。
3.2 基于數(shù)字攝影測量技術(shù)的三維建模方式
論文將某數(shù)字城市的三維建模方式作為實際進行分析，該城市基于數(shù)字攝影測量技術(shù)的三維建模技術(shù)線路如圖1所示。
3.2.1 航空攝影測量
論文所舉的項目實例中使用DMC進行航空攝影，能夠取得相關(guān)影像資料，與實地比例為1∶5000，地面的分辨率為0.06m。使用航天遠景技術(shù)中的軟件對獲取的影像資料、外業(yè)像控資料進行空三加密處理，從而獲取三維建模中需要的外方位元素c加密點的具體坐標。
3.2.2 DEM的建立
DEM即為數(shù)字高程模型，是進行數(shù)字城市建設(shè)中不可或缺的信息之一。在該項目中使用航天遠景技術(shù)中的相關(guān)軟件在經(jīng)過空三加密的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行立體模型的自動生成，并對相對與絕對定向精度進行檢查，生成5m格網(wǎng)的數(shù)字高程模型文件。按照作業(yè)指導(dǎo)手冊上相關(guān)規(guī)定在匹配窗口中編輯等視差曲線或者等高線，保證其中全部曲線與地面相貼緊，最后能夠生成數(shù)字高程模型，并檢查、處理其接邊。
3.2.3 DOM的生成
DOM即為數(shù)字正射影像圖。數(shù)字攝影測量技術(shù)能夠糾正、鑲嵌與裁切正射影像。將數(shù)字高程模型與數(shù)字正射影像圖進行疊加，能夠得出數(shù)字三維景觀。在該項目中，先對數(shù)字高程模型進行接邊處理，然后對其進行糾正，再使用航天遠景技術(shù)進行進一步的處理，再進行裁切。
3.2.4 TDOM的生產(chǎn)
TDOM即為真正射影像圖，屬于DOM中的一種。相較于普通的數(shù)字正射影像產(chǎn)品，在三維建模中使用的全部背景圖糾正了所有建筑物的中心投影，避免出現(xiàn)投影差。使用數(shù)字攝影測量技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)立體環(huán)境下幾何特征的收集。在進行三維建模背景圖的制作中將攝影測量系統(tǒng)采集的關(guān)于建筑物的矢量數(shù)據(jù)作為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，通過該數(shù)據(jù)再次對正射影像的數(shù)據(jù)進行糾正，能夠?qū)⒔ㄖ锿队安钕齕3]。
3.2.5城市真實三維景觀模型的構(gòu)建
制作基礎(chǔ)模型。將建筑物的分類標準作為標準，采集平面幾何與高程數(shù)據(jù)，精度要求為平面幾何位置小于50cm，高程精度小于80cm。然后使用合適的軟件進行三維模型的生成；提取屋頂紋理。按照相關(guān)要求處理原始影像后，在功能合適的軟件幫助下匹配影像與基礎(chǔ)模型，保證精度的合格，然后軟件能夠?qū)ξ蓓數(shù)募y理進行自動提??；采集外業(yè)紋理。按照相關(guān)規(guī)范要求，對一定范圍中全部的外業(yè)紋理進行采集。使用相機對所有建筑物的外部輪廓進行記錄；制作三維模型。在該項目的信息系統(tǒng)中，將三維模型分為地形、建筑、道路、植被、市政基礎(chǔ)設(shè)施等模型類型，從精度上分為精細與標準兩種級別的模型。在該項目中三維建模規(guī)模很大，要求建模具有較高的效率與質(zhì)量較好的數(shù)據(jù)；整合城市的三維場景。使用相關(guān)工具軟件，優(yōu)化與DOM、DEM與精細場景，能夠進行城市三維場景的整合[4]。
4 結(jié)語
論文通過使用項目實例對基于數(shù)字攝影測量技術(shù)的三維建模進行研究，證明該種建模方式具有很強的優(yōu)勢。在使用該種技術(shù)的過程中，仍然存在很多亟待解決的問題，需要行業(yè)中人員進行持續(xù)探索。
【參考文獻】
【1】趙麗梅.基于數(shù)字攝影測量技術(shù)的三維建模方法探討――以數(shù)字沈陽三維建模為例[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2015（2）：19-20.
在以前的地面地形測繪工作當中，主要是采用gps設(shè)備、人工攜帶全站儀等相關(guān)設(shè)備，對野外現(xiàn)有的測點信息進行采集，通過專業(yè)軟件處理之后生成地形圖，與新興的地形測繪技術(shù)相比，固有的測繪方法即使較為穩(wěn)定，可是，測繪工作人員需面對一些比較危險的狀況、不容易達到邊坡的標準高度，在采集數(shù)據(jù)信息的時候所需時間也比較長，測繪工作人員工作強度大、特別容易有意外事故的發(fā)生。然而，三維激光掃描技術(shù)完全更改了以往的測繪工作方式，縮短了外業(yè)工作時間，有效的縮減測繪強度，使得測繪困難獲得顯著的降低，使得總體測繪質(zhì)量得到有效的保障。
1 三維激光掃描技術(shù)概述
1.1三維激光掃描技術(shù)
地面地形測繪工作中，相繼GPS技術(shù)之后便迎來了三維激光掃描技術(shù)這場具有劃時代意義的技術(shù)性革新，該技術(shù)完全突破傳統(tǒng)的單一式測量，與以往傳統(tǒng)的GPS測量技術(shù)對比來看具有較高的測繪效果，并且能保證測繪數(shù)據(jù)的準確無誤，同時還能夠提供在物體外表之外的三維點云數(shù)據(jù)信息。所以，在日常的地面地形測繪工作當中可運用三維激光掃描技術(shù)來實現(xiàn)高精確度及高分辨率的準確測繪成果。按照基本測量原則將其劃分為：基于三角測距原理、基于脈沖式和基于相位差。遵循用途的不同將其劃分為室內(nèi)外兩種，是從不同的長短距離原理入手進行的劃分。
1.2特征
進行三維快速掃描是三維激光掃描技術(shù)的獨特之處，而以往傳統(tǒng)的測量概念中得知，地形測繪所輸出的數(shù)據(jù)屬于二維數(shù)據(jù)。
隨掃描儀之后形成了快速掃描，通過快速掃描之后測量速度能夠高達1000點每秒，然而，通過一般的測繪技術(shù)會有2-5秒的浪費情況存在，而三維激光掃描技術(shù)的出現(xiàn)完全更克服上述的問題，促使測量工作效率及工作質(zhì)量得到顯著的提升。
1.3工作原理
地面三維激光掃描技術(shù)在地形測繪中的運用，促使光得到有效的利用，實現(xiàn)目標外表點的三維坐標，以此可以較好的達到三維場景重建、提取地面詳細信息數(shù)據(jù)的目的。一般情況下，完整的三維激光掃描系統(tǒng)包含以下三方面內(nèi)容：激光測距系統(tǒng)、高精度動態(tài)GPS差分定位系統(tǒng)（DGPS）和高精度動態(tài)載體姿態(tài)測量系統(tǒng)（INS）。首先是激光脈沖二極管把激光脈沖信號發(fā)射出去，在通過旋轉(zhuǎn)棱鏡射至目標物，可使用探測器把反射形成的激光脈沖信號進行信息數(shù)據(jù)的接收，而記錄器將全部的發(fā)展變化過程中的所有信號進行全部的記錄，將其轉(zhuǎn)換為有用的數(shù)據(jù)信息，作為測繪工作者則需學(xué)會對數(shù)據(jù)信息的認真識別，將信息軟件進行科學(xué)處理，從而進行實體模型的建立。
1.4數(shù)據(jù)信息的采集與處理
其中，在進行點云數(shù)據(jù)處理的過程當中，需要將點云數(shù)據(jù)反射強度與地面物體對激光的作用信息當做以后運用點云數(shù)據(jù)來創(chuàng)建三維模型的重要參考因素，其中，對于三維模型的創(chuàng)建質(zhì)量也會遭受較大程度的作用及影響。
數(shù)據(jù)采集具體流程：現(xiàn)場勘查――相掃――精掃反射體――對目標區(qū)域的精掃――拍攝場景照片。
數(shù)據(jù)處理具體流程：（1）校準。對掃描儀坐標系與相機坐標系進行統(tǒng)一，因唯有將坐標系進行統(tǒng)一之后，才能夠使得地貼紋理的精準度得到保證；（2）噪點清除。在受到一系列不可抵抗要素或者來自測量設(shè)備等方面因素的影響，必然會有一些噪點的出現(xiàn)，這對于數(shù)據(jù)質(zhì)量將會產(chǎn)生非常大的影響，為此，進行云數(shù)據(jù)操作之前，需完全清理掉不干凈的噪點；（3）點云拼接。針對坐標系實施統(tǒng)一的點云拼接基礎(chǔ)設(shè)施，可為工程精準性測量提供充分的技術(shù)支持，得出高準確度的數(shù)據(jù)信息。
2 通過地面三維激光掃描技術(shù)實現(xiàn)精細地形測繪
2.1野外數(shù)據(jù)的采集
對測繪周邊區(qū)域的環(huán)境進行全面的考察，做出測站數(shù)量、標靶及掃描儀的實際方位，最大限度上挑選比較少的測站，這樣才能夠使得原始數(shù)據(jù)量得到相應(yīng)的縮減，促使測量范圍之內(nèi)所使用的掃描得出完整的數(shù)據(jù)信息，與此同時，獲取紋理數(shù)據(jù)與點云數(shù)據(jù)，這對于今后數(shù)據(jù)的匹配處理有著很大的輔助作用，同時根據(jù)采樣進展情況來選擇不同的比例尺寸要求，采取逐站掃描的方式。
2.2相關(guān)數(shù)據(jù)的預(yù)處理
一般情況下，掃描點云數(shù)據(jù)是非常復(fù)雜的，通常是由不同的站點來最終獲得的數(shù)據(jù)信息，如果將相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)一在同一個坐標系上，那么就需要在將點云數(shù)據(jù)進行掃描之后進行科學(xué)的匹配，這對于今后定量化的淺析及模型的建立是非常有幫助的，并且在進行匹配方法的選用上也存在一定的差異性。在精準度較高的地理坐標前提下，能夠利用GPS供應(yīng)各個掃描站點，這樣便能夠達到在固定的地理坐標體系下包含全部的點云數(shù)據(jù)信息，此種辦法可以得到非常精準的地理方位，便于今后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計。
2.3地物的繪制與提取
可以運用三維激光掃描技術(shù)來對點云數(shù)據(jù)進行提取以及后期的相關(guān)處理，其中，在地物提取的時候可以從地物的具體特點入手，利用Gyclone軟件從點云視圖當中進行相關(guān)數(shù)據(jù)的提取，從而在文本文件當中進行對應(yīng)格式的傳輸，同時也可以直接導(dǎo)入測繪圖軟件來進行地物的具體繪制。
3結(jié)語
總而言之，在具體的地形測繪過程當中，三維激光掃描技術(shù)的有效運用能夠促使一些存在一定困難的數(shù)據(jù)采集工作可以在短時間內(nèi)順利完成。針對三維激光掃描技術(shù)的探究對我國社會經(jīng)濟的未來可持續(xù)發(fā)展來講有著非常重要的價值，可是，運用三維激光掃描技術(shù)的過程會受到外界環(huán)境、目標物體反射面等因素的影響，為此，三維激光掃描技術(shù)運用過程當中最大限度上彌補客觀方面存在的不足，這樣才能夠獲得準確的測繪成果。 本文由wWw.DyLw.NeT提供，第一論 文 網(wǎng)專業(yè)教育教學(xué)論文和以及服務(wù)，歡迎光臨dYlw.nET
參考文獻：
中圖分類號：P258 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）01-0085-02
1 概述
三維激光掃描技術(shù)又稱作高清晰測量（High Definition Surveying，簡稱HDS），它是利用激光測距的原理，通過記錄被測物體表面點的三維坐標信息、反射率、紋理等信息，將被測實體和場景的三維數(shù)據(jù)完整地采集到電腦中，進而快速復(fù)建出被測目標三維模型及線、面、體等圖件數(shù)據(jù)。
項目位于內(nèi)蒙古敖侖花銅鉬礦露天采場，面積約1平方公里，掃描區(qū)域如圖1。作業(yè)要求：全野外三維點云數(shù)據(jù)采集、填挖方量計算、1：2000地形圖、建立三維模型、生成三維視頻。
2 三維激光掃描系統(tǒng)的原理
脈沖式三維激光掃描儀工作原理是激光器發(fā)射出單點的激光，通過記錄激光的回波信號，計算激光的飛行時間，來計算目標點與掃描儀之間的距離。這樣連續(xù)地對空間以一定的取樣密度進行掃描測量，就能得到被測物體的密集的三維彩色散點數(shù)據(jù)，稱作點云。三維激光掃描儀通過脈沖測距法獲得測距觀測值S，精密時鐘編碼器同步測量每個激光脈沖橫向掃描角度觀測值α和縱向掃描角度觀測值θ。三維激光掃描一般使用儀器內(nèi)部坐標系統(tǒng)，X軸在橫向掃描面內(nèi)，Y軸在橫向掃描面內(nèi)與X軸垂直，Z軸與橫向掃描面垂直，由此可得點云坐標（XS，YS，ZS）的計算公式，如圖2、3所示。
3 儀器介紹
本項目點云采集三維激光掃描儀，圖4。
此儀器是當今最先進的三維激光掃描系統(tǒng)之一，它是一種高速脈沖式掃描儀，特點如下：
（1）完全的視場角：掃描視場角為水平360°，垂直270°，可獲取頂部，垂直方向、水平方向和水平方向以下區(qū)域的數(shù)據(jù)；（2）測量級精度的雙軸補償器：可架設(shè)在已知點上進行導(dǎo)線測量、可輸入點坐標來放樣、精度1”，補償范圍+/-5’；（3）基于標準反射率表面工作距離：300m-90%反射率；134m-18%反射率；（4）高速掃描：掃描速度可達50000點/秒；發(fā)射的光斑大小為50m處恒定3mm，大大提高了掃描的速度和精度。（5）測量級精度如表1。
4 Scanstation2外業(yè)三維數(shù)據(jù)掃描
三維點云數(shù)據(jù)采集，關(guān)鍵步驟如下：
4.1 外業(yè)踏勘
首先，要進行現(xiàn)場踏勘、制作掃描規(guī)劃草圖，規(guī)劃的內(nèi)容包括：外業(yè)操作人員、掃描區(qū)域和時間、站點設(shè)置、標靶位置等。其次，科學(xué)設(shè)站，在保證儀器發(fā)揮最大功效的同時，應(yīng)避免重復(fù)掃描，另外，后期如進行標靶拼接，一定要設(shè)計好下一站標靶的位置以確保兩站標靶通視，如進行點云拼接，設(shè)站要盡量采集到較多的特征點。最后，標靶設(shè)置要規(guī)范，標靶擺設(shè)要穩(wěn)固，盡量不要共線，同時標靶的位置最好設(shè)置在兩站公共空間的最大距離處，以保證拼接精度。
4.2 外業(yè)掃描
外業(yè)點云數(shù)據(jù)掃描，主要步驟如下：（1）連接掃描儀和電腦，設(shè)置IP地址；（2）添加數(shù)據(jù)庫，確定數(shù)據(jù)存儲位置；（3）添加掃描儀，設(shè)置掃描儀參數(shù)，主要包括：照片曝光率、掃描范圍、點云間隔密度等；（4）選擇掃描數(shù)據(jù)存儲的位置并連接掃描儀；（5）三維點云數(shù)據(jù)及標靶掃描。
5 點云數(shù)據(jù)處理
在Cyclone系統(tǒng)軟件內(nèi)進行，步驟如下：
5.1 剔除噪音點
在掃描過程中，由于受掃描系統(tǒng)本身的系統(tǒng)誤差，如數(shù)據(jù)采集時激光雷達旋轉(zhuǎn)引起的抖動、在掃描過程中雜散光和被測物體表面粗糙程度、波紋、表面材質(zhì)等因素及外界環(huán)境影響，會產(chǎn)生不屬于掃描實體本身的冗余數(shù)據(jù)，稱為噪音點，如圖5，6，為了保證數(shù)據(jù)計算及模型的精度，在數(shù)據(jù)拼接之前需進行噪音點剔除。
5.2 點云拼接
每站掃描的數(shù)據(jù)都是獨立的自由坐標系統(tǒng)，坐標系原點為掃描儀鏡頭，其X方向為掃描儀開機時的鏡頭朝向。因此為了統(tǒng)一坐標系，需將各站數(shù)據(jù)進行拼接處理。拼接的思路是先將每天各測站的數(shù)據(jù)拼接成一個整體，然后將各天的數(shù)據(jù)進行拼接。
（1）點云拼接原理：外業(yè)掃描時用全站儀測得標靶的真實三維坐標，各測站掃描時均兩兩包含三個以上不共線同名標靶，利用各測站間的同名點將各測站數(shù)據(jù)拼接在一起。
（2）點云拼接方法：共有四種方法：在已知點上設(shè)測站掃描（即坐標拼接）、使用標靶將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一坐標系中（即標靶拼接）、用點云匹配的方法將點云轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一坐標系中（即特征點云拼接）、綜合使用上述三種方法。
第一種方法屬于直接法地理坐標轉(zhuǎn)換。與傳統(tǒng)的測量方法一樣，首先進行控制測量，獲得控制點坐標，掃描時在已知點上設(shè)站，掃描相當于碎部測量。第二和第三種方法屬于間接法的地理坐標轉(zhuǎn)換。首先用至少三個公共點來將相鄰測站的點云進行拼接，公共點可以是專用標靶或特征點（如窗戶的邊角、房角等）。
5.3 點云建模
建模的過程是在Cyclone軟件下利用海量點云進行精確計算、擬合幾何物體的形狀，精確表現(xiàn)掃描物體。礦區(qū)掃描點云數(shù)據(jù)如圖7。
點云經(jīng)過剔除噪音點、拼接、構(gòu)建TIN三角網(wǎng)，生成Mesh三維模型。如圖8所示。
5.4 成果輸出
（1）地形圖制作：在Cyclone下利用Mesh三維模型自動生成等高線如圖9，將點云與等高線導(dǎo)出，在CAD中制作1：2000地形圖。
（2）填挖方量計算：項目采用了兩種計算方法，一是利用點云數(shù)據(jù)構(gòu)建三角網(wǎng)，用方格網(wǎng)法計算；二是在Mesh模型中選定參考面，設(shè)置取樣間隔，計算土方量，如圖10所示。
在Cyclone系統(tǒng)里，應(yīng)用Mesh三維模型計算時，取樣間隔的數(shù)值可以設(shè)置成0.01至1米之間，均可保證土方量計算又快又準，但如采用傳統(tǒng)的方格網(wǎng)法計算，取樣間隔即使設(shè)置到1米，也是相當費時費力的。
6 結(jié)語
本項目采用世界先進的三維激光掃描系統(tǒng)采集三維點云數(shù)據(jù)，在Cyclone系統(tǒng)里進行數(shù)據(jù)處理、模型制作，采用兩種方法計算土方量，通過與傳統(tǒng)測量方法相比，得出以下結(jié)論：
（1）數(shù)據(jù)采集速度快，ScanStation2的掃描速度是50000點/秒，短時間就可完成大區(qū)域面積內(nèi)三維點云數(shù)據(jù)的采集，既節(jié)約成本又提高了工作效率；（2）激光三維掃描，不需要接觸被測物體，且是根據(jù)物體的反射率和材質(zhì)來采集數(shù)據(jù)信息，可進行全天候掃描；（3）點云數(shù)據(jù)完整精確，在軟件下可進行多視角、三維可視化漫游瀏覽，方便、直觀；（4）三維激光掃描儀獲取的點云數(shù)據(jù)信息量豐富，既包含被測物體X，Y，Z坐標信息，還包括RGB顏色及反射率信息，后期對矢量數(shù)據(jù)可進行深挖掘及研究應(yīng)用，一舉多得；（5）應(yīng)用三維點云數(shù)據(jù)可以提取任何線性特征，可以出任意比例的二維圖，也可以在圖上量取任何想要得到的信息，在保證高精度的同時還大大提高了生產(chǎn)效率，這是目前現(xiàn)有的方法中所不能比擬的。
參考文獻
[1]李濱.徠卡三維激光掃描系統(tǒng)在文物保護領(lǐng)域的應(yīng)用[J].測繪通報，2008年第6期.
[2]李清泉.三維空間數(shù)據(jù)的實時獲取、建模與可視化[M].武漢大學(xué)出版社，2003年.
前言：
三維電子地圖研究的核心問題包括地圖數(shù)據(jù)獲取、地圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、地圖三維可視化及三維地圖空間分析。其中，三維電子地圖數(shù)據(jù)的獲取方式是地圖研究的前提，主要有人工采集、機載或航拍等獲取方式，并利用三維建模軟件對采集的數(shù)據(jù)進行人工建模，將各個孤立的三維模型集成到一個三維地圖系統(tǒng)中。此類方法花費人工量大、制作周期長且地圖信息不易更新，不同獲取方式得到的數(shù)據(jù)格式多種多樣，使三維地圖的數(shù)據(jù)融合、存儲、表達及對三維對象間宏大的拓撲關(guān)系的描寫困難重重。
1.三維電子地圖的發(fā)展歷史
傳統(tǒng)紙質(zhì)地圖包含的信息量有限，購買新地圖是數(shù)據(jù)唯一的更新方式。電子地圖是利用計算機技術(shù)，以數(shù)字方式存儲和查閱地理信息的媒介。利用電子地圖，不但可以對普通地圖的內(nèi)容要素進行任意形式的組合、拼接，形成新的地圖，還可以按照任意比例尺和范圍輸出電子地圖信息。電子地圖不但明顯縮短了成圖時間，還可以很方便地與衛(wèi)星影像、航空照片等其他信息源結(jié)合，生成新的圖種。三維地形建模是計算機圖形學(xué)領(lǐng)域三維可視化技術(shù)的重要研究內(nèi)容。已經(jīng)歷了線劃三維地形圖、實體型三維地形圖和高度真實感地形圖三個發(fā)展階段。三維地形數(shù)據(jù)的五種獲取方式分別為：由地形圖等高線及高程數(shù)據(jù)生成、直接使用地圖數(shù)據(jù)庫中的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)生成、通過處理航拍攝影像生成、由機載激光掃描儀直接掃描并經(jīng)后續(xù)處理得到、用干涉合成孔徑雷達獲取等?；趫D像的建模方法主要是地形圖像的疊加，通過對多幅圖像進行處理，以消除重復(fù)的部分產(chǎn)生三維的特征。這種建模技術(shù)出現(xiàn)的較晚，由于是基于真實的圖像，所以具有極強的真實感。但同時，這種技術(shù)具有離散及計算和存貯量大的特性，對硬件的性能要求極高，生成的三維環(huán)境不便于實時動態(tài)的漫游，立體感也不夠強，所以目前地形的實時繪制主要采用基于圖形的建模方法。
2.建筑物數(shù)據(jù)獲取方法
按建筑物樓層數(shù)目粗略求算建筑物高度。這種方式主要用在使用二維地圖數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)來生成三維地圖信息方面，這種方法可以利用已有的 2D GIS 數(shù)據(jù)，是對已有數(shù)據(jù)的二次利用，避免繁瑣的人工信息采集，但是依賴建筑物樓層數(shù)據(jù)估計高度，精度極低，不適于三維地圖的長遠發(fā)展。從遙感影像中直接提取建筑物高度。這種方法主要有兩個研究方向：利用立體像對進行立體量測、通過單幅影像獲取高度信息。立體像對量測方法，可以使用成熟的商品化數(shù)字攝影測量系統(tǒng)，這些數(shù)字測量系統(tǒng)已具備自動空中三角測量、DEM 的自動采集及正射影像的快速制作等功能。通過單幅影像獲取方法，以算法推導(dǎo)為主，研究地物陰影和高度的關(guān)系，或者研究單幅影像成像姿態(tài)與地面高程信息的幾何關(guān)系。
3.基于遙感圖像的建筑物提取方法
從遙感影像中提取建筑物信息并對這些信息進行三維重建，不僅是遙感領(lǐng)域所關(guān)心的課題，也是計算機視覺領(lǐng)域的一個重要研究方向。建筑物提取主要有自動提取和半自動提取兩類方法。近年來，研究者提出了一些新方法用于建筑物的自動三維重建。前期，陰影分析主要從單張相片檢測建筑物，后來逐漸被基于多張具有重疊度的影像獲取方法所取代?；诙嘀丿B度影像的建筑物獲取方法，是從多張具有重疊度的影像上提取三維線索，以及包括顏色、現(xiàn)有的 GIS 數(shù)據(jù)、數(shù)字表面模型等多種線索，屋頂三維重建出來后直接投影到 DTM 上，并加上垂直的墻面，得到建筑物的三維模型。此外，有人嘗試從雷達數(shù)據(jù)和高分辨率的遙感影像自動提取和重建建筑物。
4.基于高分辨率遙感圖像的建筑物提取
遙感圖像是三維城市地圖中建筑物的重要數(shù)據(jù)來源，基于遙感圖像的建筑物輪廓提取是近年來三維城市地圖研究的熱點。有效的圖像分割是建筑物輪廓提取的重要前提，遙感圖像具有多灰度級、信息量大、目標結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特征，至今沒有一種算法能夠有效分割獲取途徑不同的遙感圖像。分水嶺算法能夠?qū)D像進行完整分割，尤其在目標區(qū)域分辨率低且具有弱邊緣時仍能夠提供閉合的輪廓線，但在存在大量噪聲時會產(chǎn)生嚴重過分割。
5.三維地形景觀
5.1地形數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換
DEM 是數(shù)字高程模型的簡稱，它是用一組有序數(shù)值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型，是數(shù)字地形模型的一個分支。數(shù)字地形模型是描述包括高程在內(nèi)的各種地貌因子如坡度、坡向、坡度變化率等在內(nèi)的線性和非線性組合的空間分布，其中 DEM 是零階單純的單項數(shù)字地貌模型，其他如坡度、坡向、坡度變化率等地貌特征可在 DEM 基礎(chǔ)上派生。
5.2地形場景實現(xiàn)
Ogre 的場景管理器提供了兩種不同（卻類似）的場景讀取方式直接從磁盤文件載入數(shù)據(jù)以及從任意的數(shù)據(jù)流載入數(shù)據(jù)。其中使用數(shù)據(jù)流的方式允許你在程序中把網(wǎng)格模型包裝構(gòu)造成通用或者私有的地圖格式，并直接發(fā)送到場景管理器中。但是大多數(shù)情況還是使用從磁盤中讀取地圖的方法，在這種方法里世界地圖文件通常是能直接打開和載入的磁盤上的獨立文件。
結(jié)語：
在圖像處理技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合遙感技術(shù)，進行圖像分割，邊緣提取，三維重建，目前是一個很有潛力的研究方向。當前已有的遙感數(shù)據(jù)獲取技術(shù)往往受自然和人為等各種因素的限制，存在著不足和缺陷，還有很多值得研究的課題等待人們?nèi)ソ鉀Q?？梢灶A(yù)見的是，未來的三維地圖，將會朝著多元信息化、數(shù)據(jù)獲取自動化、數(shù)據(jù)更新及地圖漫游實時化的方向發(fā)展，而對于遙感數(shù)據(jù)的處理將是這一趨勢不可或缺的重要環(huán)節(jié)。
參考文獻：
[1]高翔，趙冬玲，張蔚.利用高分辨率遙感影像獲取建筑物高度信息方法的分析.測繪通報.2008.（03），43.
[2]譚仁春，三維城市模型的研究現(xiàn)狀綜述，城市勘測，2007，（03），42-46.
眾所周知，高職院校是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的高等院校，注重實際操作能力的培養(yǎng)，力求學(xué)生畢業(yè)后很快地適應(yīng)工廠的實際工作。學(xué)生在校期間的最后一項任務(wù)是畢業(yè)設(shè)計，檢驗在校期間知識、技能的綜合應(yīng)用能力。
畢業(yè)設(shè)計是一項綜合性很強的工作，對知識的要求很高，由于現(xiàn)在的高職院校的特點，學(xué)生在校的學(xué)習(xí)時間一般為2～2.5年，以我們機電一體化專業(yè)為例，本專業(yè)的核心是數(shù)控機床故障診斷與維修，學(xué)生要應(yīng)用這短短的2～2.5年時間學(xué)習(xí)到的知識獨立完成畢業(yè)設(shè)計課題，其難度可想而知。那么，如何讓學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計這一環(huán)節(jié)中應(yīng)用學(xué)到的知識順利地完成畢業(yè)設(shè)計，并且有質(zhì)的提高？本人運用高職教育項目化的“六步法”作了如下嘗試：
提供圖紙作為參考
提供給學(xué)生工廠實際應(yīng)用的數(shù)控機床或其他機床的二維工程圖作為參考，要求學(xué)生讀懂圖紙，并把各零部件部件原理及其在機床中的作用理解透徹。
本專業(yè)畢業(yè)生要求非常熟練地讀工程二維圖紙，這一環(huán)節(jié)再一次加強了學(xué)生識讀CAD工程圖的訓(xùn)練。
實際上，本環(huán)節(jié)是項目化教學(xué)“六步法”的“咨詢”階段，學(xué)生在這一階段獲取必要是信息，即二維圖紙信息，還有到圖書館或者網(wǎng)絡(luò)等渠道獲得的與課題有關(guān)的資料等，為后面的設(shè)計工作做好充分的準備。
將二維工程圖轉(zhuǎn)換成三維圖
這一環(huán)節(jié)要求學(xué)生根據(jù)提供的工程二維圖，用學(xué)過的三維軟件（如：SolidWorks、UG或Pro-E等）把二維圖轉(zhuǎn)換成三維圖，并進行裝配以及用軟件進行結(jié)構(gòu)受力分析等。
本環(huán)節(jié)主要訓(xùn)練了學(xué)生三維軟件的應(yīng)用，進一步提高了學(xué)生的技能?，F(xiàn)在有不少用人單位在招聘時就要求學(xué)生能熟練應(yīng)用一種三維工程軟件，甚至指定軟件的種類（目前，機械制造業(yè)常用SolidWorks和Pro-E，模具制造業(yè)常用UG和CATIA），因此，在畢業(yè)設(shè)計中加入這一環(huán)節(jié)很有必要。
這一環(huán)節(jié)，就是項目化教學(xué)“六步法”的“計劃―決策―實施”階段。學(xué)生根據(jù)二維圖和查詢的相關(guān)資料進行分析，列出設(shè)計的具體方案，同一組是學(xué)生進行討論、分析，選擇設(shè)計方案，并按方案實施具體的三維設(shè)計，在這過程中會有可能出現(xiàn)對設(shè)計方案進行修改的反復(fù)過程，在這過程中，老師進行引導(dǎo)和協(xié)助，幫助學(xué)生、有學(xué)生自行解決設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題，一個問題的解決也許會經(jīng)過多次修改，直至滿意為止。
實施階段除了要用到已有的知識、技能和學(xué)習(xí)與項目相關(guān)的新知識、新技能外，更重要的是通過“工作過程”學(xué)習(xí)“過程性”知識，同時檢驗決策的正確性。學(xué)生根據(jù)課題承擔不同的內(nèi)容，學(xué)生在實施方案時記錄所遇到的問題、問題的解決方法和最終的結(jié)果等，遇到不可解決的問題時，向教師或向同組成員或其他組成員討論，根據(jù)實施過程對方案中不合理、不完善的地方進行修訂、補充，最終達成項目目標。
實施階段的主體是學(xué)生，教師作為陪伴者，不直接參與解決問題。
撰寫論文
這一環(huán)節(jié)是畢業(yè)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
撰寫論文的要求是：闡述機床（或某個部件）的設(shè)計過程。包括零件設(shè)計材料的選擇、熱處理的應(yīng)用、工藝方法的選擇等等，要求說明選擇的理由，是否有替代方案，為什么等等。在完成設(shè)計過程的闡述后，另外還要求學(xué)生選擇一個或兩個典型零件進行全面的具體分析。
本環(huán)節(jié)可以說用到了大學(xué)期間所學(xué)的所有專業(yè)理論知識，另外還用到了許多在校期間沒有碰到的理論或?qū)嵺`知識，這就要求指導(dǎo)老師進行進一步的輔導(dǎo)。
本環(huán)節(jié)是項目化教學(xué)“六步法”的“檢查―評價”階段。學(xué)生通過前一階段的設(shè)計過程的訓(xùn)練，不同程度地對“機械設(shè)計”設(shè)計有了了解，通過論文的撰寫，老師可以階段性地進行檢查、提問、抽檢等等，從而對每一個學(xué)生有效地進行評價。這階段的檢查分為三種形式，即自查、互查和老師檢查，自查和互查以簡單的報告形式遞交，集中交流，相互間打分，結(jié)合老師的評分，最終得到綜合評分。
本畢業(yè)設(shè)計的主要目標跟本專業(yè)的核心目標一致，通過畢業(yè)設(shè)計可以使學(xué)生更進一步地了解和理解數(shù)控機床或其他一些機械內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理，以方便在機床出現(xiàn)故障時進行分析判斷，從而快速有效地排除故障。
關(guān)鍵詞：鼓式制動器；ANSYS workbench；制動鼓；有限元分析；摩擦接觸
Key words： the rear drum brake；ANSYS workbench；drum brake；finite element analysis；frictional contact
中圖分類號：U463.51 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）08-0091-03
0 引言
目前，大多數(shù)重型載貨汽車采用的制動系統(tǒng)為鼓式制動器，其中制動鼓是制動系統(tǒng)中的重要部件之一[1]。目前，制動器的失效大多數(shù)是由于制動鼓的失效引起的，其主要失效形式有：非正常的磨損、掉底、龜裂、開裂、磨損過大[2]，對制動器中的制動鼓進行結(jié)構(gòu)的受力接觸和有限元分析，是提高制動系統(tǒng)制動性能和穩(wěn)定性的重要舉措。論文是以東風(fēng)德納TD485后單邊驅(qū)動橋為研究對象，它是東風(fēng)德納車橋有限公司全新開發(fā)的重型驅(qū)動橋，其制動器總成為漸開線S凸輪式與氣動式相結(jié)合的干摩擦I從蹄式鼓式制動器。利用ANSYS workbench有限元技術(shù)的接觸分析對制動鼓較為深入的研究摩擦接觸副壓力分布和摩擦變形，為制動器往后的結(jié)構(gòu)參數(shù)的改進與優(yōu)化提供了可靠依據(jù)。
1 鼓式制動器的力學(xué)計算模型
1.1 制動器整體受力分析
為了能更為真實地模擬制動鼓的受力分析，本論文首先建立整體的鼓式制動器模型。論文是以東風(fēng)德納TD485后單驅(qū)動橋鼓式制動器為研究對象，該制動器的主要參數(shù)來源于東風(fēng)德納車橋有限公司提供的《東風(fēng)德納TD485單邊驅(qū)動橋使用與維修手冊》，其部分主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。
2.2 有限元模型的網(wǎng)格劃分
將在UG中裝配好的三維有限元模型以TXT的格式導(dǎo)入到ANSYS workbench中，并對模型進行幾何處理，為了能準確反映制動鼓的壓力分布以及幾何變形，采用solid226三維二十節(jié)點六面體耦合分析單元，采用切分的方法對其各部件進行網(wǎng)格的劃分。其各部件的有限元網(wǎng)格模型，如圖7所示。其中制動鼓的網(wǎng)格節(jié)點數(shù)為74456，單元數(shù)為14596；制動蹄的網(wǎng)格節(jié)點數(shù)為40555，單元數(shù)為8360；摩擦片的網(wǎng)格節(jié)點數(shù)為10976，單元數(shù)為2046。在網(wǎng)格劃分前定義好制動器各個部件的材料屬性、單元類型。
2.3 制動器接觸對的建立
制動器在制動的過程中，凸輪推動制動蹄，使用鉚釘固定在蹄上摩擦片壓向制動鼓，使鼓與片產(chǎn)生擠壓和摩擦。利用ANSYS workbench中的connections來定義制動器各部件的接觸關(guān)系，用以模擬這個復(fù)雜的運動過程。在接觸對的建立過程中，依據(jù)接觸分析中目標面和接觸面的選取原則[7]，定義接觸各部件的目標面和接觸面。制動鼓內(nèi)表面與摩擦片外表面相接觸，根據(jù)接觸原則，定義鼓的內(nèi)表面為目標面，片的外表面為接觸面，設(shè)置接觸類型為“摩擦”，摩擦系數(shù)選取0.38；同理可得，制動蹄與摩擦片的接觸，蹄的外表面為目標面，片的內(nèi)表面為接觸面，設(shè)置接觸類型為“綁定”。根據(jù)各部件選取的材料類型，定義制動器各部件接觸類型為柔-柔接觸類型。
中圖分類號O29 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2014）120-0164-03
0 引言
本文根據(jù)車輛情況、路面情況以及使用需求的不同，首先在對汽車輪胎花紋形式固定，忽略天氣等外界因素，對專業(yè)的參數(shù)信息進行檢索收集。其次以物理知識為基礎(chǔ)利用變量控制法和修正系數(shù)的思想求得各性能的近似表達公式，用模糊數(shù)學(xué)的思想建立各種性能指標的權(quán)值聯(lián)系，然后將各性能構(gòu)建為統(tǒng)一的性能指標，并以此作為規(guī)劃模型的目標函數(shù)。在求解時，為避免各相關(guān)性能量綱之間的誤差以及減少非花紋結(jié)構(gòu)對性能的影響，引進性能量綱系數(shù)并定義為1，性能參數(shù)的大小即為各性能的絕對大小。由于車輛、路面情況參數(shù)較為客觀，將其計入目標函數(shù)，而使用需求柔性較大，故把它歸入規(guī)劃模型的限制條件中。從而建立輪胎花紋的設(shè)計模型。然后我們用以普通轎車為例對模型進行求解驗證，利用蒙特卡羅算法對模型的最優(yōu)解進行計算，并用SOLIDWORKS軟件進行參數(shù)化三維建模，結(jié)果表明：
對于過程中設(shè)計的計算公式與算法的誤差研究，我們對模糊矩陣評價法得到的權(quán)重，我們將用模糊序列法得到相同的結(jié)論，在一定程度上來說，權(quán)重是可信的，對于性能參數(shù)的數(shù)值與相關(guān)論文研究中的定性描述做了對應(yīng)，基本契合，但是性能的絕對量是本文模型的最大問題，但是在某種程度上能反應(yīng)實際情況。
2 模型建立
本文主要研究普通輪胎花紋形式下的設(shè)計要素對汽車性能的影響，以花紋溝的深度、寬度、角度及密集度等要素為規(guī)劃模型的決策變量，花紋的總體性能參數(shù)為目標函數(shù)，以工藝設(shè)計限制以及使用需求為約束條件，從而建立數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，并用Solidworks軟件進行三維建模。
本模型的大體的架構(gòu)如同計算機程序般，設(shè)置模型的輸入端、主體程序、輸出端三部分，在輸入端，我們考慮到將車輛的情況和路面的情況參數(shù)化，其值剛度大主觀性小，我們將其建立在目標函數(shù)主體，而使用需求參數(shù)化，其值剛度小主觀性大，故將此建立在規(guī)劃模型的約束條件部分，為減少模型誤差對結(jié)果帶來的巨大影響，我們對設(shè)計要素進行工藝技術(shù)限制。我們將花紋的設(shè)計要素作為決策變量，并將規(guī)劃模型的最優(yōu)解作為模型的輸出端，而規(guī)劃模型即是主題的程序，程序化模型架構(gòu)讓花紋設(shè)計更加清晰方便，模型的輸出端后我們與建立了程序與應(yīng)用軟件Solidworks的連接，依據(jù)結(jié)果進行輪胎花紋的三維建模，從而建立花紋設(shè)計優(yōu)化的全過程。
3 模糊數(shù)學(xué)的權(quán)比模型構(gòu)建
3.1 模糊矩陣評價法計算花紋性能比重
現(xiàn)在用模糊矩陣評價法評估輪胎花紋對汽車輪胎各個性能的影響程度。
輪胎的花紋主要影響汽車牽引性能、防側(cè)滑性能、耐磨性能和排水性能?；y的影響汽車性能集為U={牽引性能、防側(cè)滑性能、耐磨性能、排水性能}，依次對應(yīng)可記為U=（u1，u2，u3，u4）。
現(xiàn)在來確定兩兩影響程度的比較fuj（ui）。由前面的評價方法可知輪胎花紋對汽車牽引性能、防側(cè)滑性能、耐磨性能、排水性能影響程度，我們記為：
由此可知，花紋對輪胎各個性能的影響程度可以近似計算得到，牽引性能a0=64.3%、防側(cè)滑性能a1=20.9%、耐磨性能a2=9.6%、排水性能a3=5.2%。所占比的餅狀圖如下。
4 約束條件確定
4.1 目標函數(shù)花紋總體性能的確定
Max f=Pj×a0+Rj×a1+Rj×a2+Wj×a3
4.2 使用需求
噪聲需求
噪聲的影響因素主要是與溝深有關(guān)，研究表明當溝深在一定的范圍內(nèi)噪音較小，并且其值大小能反應(yīng)噪聲減小的效果，故可用其值來近似描述用戶在噪聲方面的需求。
舒適需求
汽車的舒適度主要體現(xiàn)在汽車的防側(cè)滑性能，其值的大小能說明輪胎花紋對舒適性的需求。
4.3 技術(shù)限制
5.2最優(yōu)化求解
普通轎車輪胎花紋設(shè)計規(guī)劃模型：
決策變量：花紋溝深度a，花紋溝寬度b、橫花紋與水平夾角θ、橫向花紋塊面積占行駛面積的比c、縱向花紋花紋塊面積占形式面積的比d
6 模型評價
6.1 優(yōu)點
1）本文所用模型通過對輪胎的牽引力性能、防滑性能、耐磨性能、排水性能四個性能進行分析研究，較為全面和具有代表性；
2）采用修正系數(shù)的思想，將四個性能的標準定義為一個理想最大值的修正值，可以避免其值的多因素研究，為研究帶來便利，但是又不失其正確性；
3）本文將復(fù)雜的輪胎花紋進行抽象簡化，突出主要的影響要素，利用簡單的力學(xué)和幾何學(xué)數(shù)量關(guān)系，從而減少研究的無用功；
4）本文采用模糊數(shù)學(xué)分析的方法，將本來影響因素眾多的幾種性能指標，建立較為明確的比重關(guān)系，將原本獨立的量構(gòu)建成一個較為成熟的變量來描述輪胎整體的特性，并通過公路對性能的需求參數(shù)建立個種類輪胎和各類公路間的契合度，從而得出輪胎適用范圍的結(jié)論。
6.2 缺點
1）性能參數(shù)的計算不是太具體的絕對值，而僅僅是利用1的相對修正；
2）模糊數(shù)學(xué)方法得出的比重有一定的主觀性，不能較客觀的反應(yīng)真正地問題。
參考文獻
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1.三維激光掃描技術(shù)介紹
三維激光掃描技術(shù)被譽為既GPS技術(shù)后，空間信息獲取技術(shù)的又一項革命。它利用激光掃描這一強大的工具實現(xiàn)了人們“所見即所得”的空間理想，使得快速獲取空間信息并進行加工處理進而得到三維的顯示變?yōu)楝F(xiàn)實，使得人們擺脫了傳統(tǒng)平面顯示三維空間信息的束縛，是實現(xiàn)“大數(shù)據(jù)時代”的一個強而有力的工具。目前，市面上的三維激光掃描儀主要通過點云的方式把這些三維空間數(shù)據(jù)采集存儲到電腦里，再借以點云處理軟件，三維建模軟件快速重構(gòu)出計算機中的三維模型，再現(xiàn)客觀物體的數(shù)據(jù)顯示。如果借助三維打印技術(shù)，可以將客觀物體按不同比例不同材料打印成實體模型。這對于逆向工程，文物的保護與檢測維護有著重大的意義。
2.浮雕介紹
我們這次的研究對象是貴州民族大學(xué)青春廣場上的一座浮雕。浮雕主要展現(xiàn)了貴州省各少數(shù)民族一起和諧的生活畫面。浮雕上的人物均穿著民族服飾，手拿民族樂器，載歌載舞，惟妙惟肖，是一個創(chuàng)造性的藝術(shù)杰作，是貴州民族大學(xué)的標志建筑。浮雕高約兩米，長約十四米，浮雕上的民族服飾，人物樣貌非常生動，這就要求我們在通過激光掃描再現(xiàn)浮雕時要考慮細節(jié)要求。
3.研究內(nèi)容和方法
雖然我們所選擇的這個浮雕只供一面觀看，但是如果只采用一面掃描的話，浮雕細節(jié)的一些死角實際上是無法掃描到的，所以我們大致采用左中右三個不同角度對浮雕進行全景掃描，通過后期的標靶拼接將三個浮雕數(shù)拼到一起。為了保證點云拼接時的精度，我們這里采用了三個標靶作為拼接點云的目標依據(jù)，而且在布置標靶時盡量不要把三個標靶布置到一條直線，三點之間互成一定角度，這樣能較好的保持點云拼接的方向。
三維激光掃描儀可以設(shè)置掃描方向和掃描區(qū)域或者做全景掃描，但是掃描儀無法智能判斷那些點有用，那些點無用。這就要求我們在后期點云處理的時候剔除噪聲點。對點云的處理我們在進行通過標靶拼接完成后，對整個掃描物體進行去噪處理。這一過程在軟件cyclone下進行。
在完成點云的去噪和拼接處理后，為了獲得浮雕的三維模型，我們就需要利用三維建模軟件在點云的基礎(chǔ)上，進行三維建模。三維建模軟件市面上有很多種，如3D MAX，ACAD，MAYA等，在這里我們用的是逆向工程建模軟件Geomagic。由cyclone輸出.PTX點云文件。將文件導(dǎo)入到Geomagic中，將點云由不同大大小小的多邊形連接起來，進而由孤立的點云，得到一個光滑曲面。多邊形選擇數(shù)目越多，浮雕表面顯示越精細。即便我們采用了多站掃描，對于浮雕的細節(jié)還是有些地方?jīng)]有獲取到，所以在這里的浮雕模型曲面上就會出現(xiàn)一些空洞，這就需要用Geomagic的單獨填孔命令對這些空洞進行處理。這里不建議用全部填孔命令，因為軟件會把某些未剔除的噪聲點也判定為空洞填掉，所以在這一步最好進行手動填孔并去噪。
4.主要設(shè)備
本研究采用的是Leica Scanstation 2 三維激光掃描儀。該儀器有效掃描距離最高可達300m?？?60度全視場掃描，幾乎沒有死角。高精度雙軸補償可達到5秒級。該儀器采用脈沖式激光，掃描速率每秒50000點，點位采樣密度最小1mm，點位精度可達到2mm。幾乎可以滿足所有的常規(guī)測量精度要求。
5.研究結(jié)果示例
在Geomagic中處理的浮雕是一個面，如果我們需要進行三維打印的話，還需要給浮雕加上一個厚度，可以用Geomagic中壓縮的命令，使它成為一個立體的浮雕。
圖2 拼接后的點云（未去噪）
圖3 對中間塊浮雕在Geomagic中處理
6.小結(jié)
三維激光掃描技術(shù)在浮雕保護中的研究，獲取了浮雕表面的實際三維信息，反應(yīng)了浮雕的細節(jié)，為浮雕的保護，設(shè)計改造提供了可靠的數(shù)據(jù)來源。三維激光技術(shù)在類似的保護工作中還有很大的研究空間，需進一步加以擴展和完善。
參考文獻
[1]李必軍，方志祥，任娟.從激光掃描數(shù)據(jù)中進行建筑特征提取研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報：信息科學(xué)版，2003，Vol.28 （1）：65-70.
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A
Analysis of University "Three-dimensional Modeling " Course Teaching Reform ZHANG Hu
(West Anhui University, Liu'an, Anhui 237012)
Abstract With the increasing development and universal access to the field of computer technology, three-dimensional animation design professionals (3ds MAX) received more and more attentions in colleges and universities, with its own powerful features and wide range of applications. From the "three-dimensional modeling" course goals to start, combined with the author's years of teaching experience,the author is exploring the "three-dimensional modeling" course content, teaching methods, assessment mode, ect.
Key words 3ds MAX; teaching content; teaching methods; assessment model; teaching reform
“三維建?！闭n程是高等院校藝術(shù)設(shè)計專業(yè)的必修課，它充分體現(xiàn)了設(shè)計專業(yè)的特色，同時它與設(shè)計行業(yè)緊密聯(lián)系，通過課程的學(xué)習(xí)能夠使學(xué)生自主創(chuàng)建三維模型，提高學(xué)生三維模型設(shè)計水平，為學(xué)生在將來設(shè)計領(lǐng)域的發(fā)展起著重要作用。
1 教學(xué)內(nèi)容的改革
1.1 教學(xué)的目標與要求
如今三維設(shè)計領(lǐng)域的市場需求非常大，對三維設(shè)計中的效果圖制作也提出了相應(yīng)的標準與要求。為滿足社會對三維設(shè)計專業(yè)人才的需求，體現(xiàn)高等藝術(shù)院校對三維基礎(chǔ)教學(xué)目標的特點，“三維建?！闭n程的教學(xué)主要以3ds MAX軟件的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，以室內(nèi)外建筑行業(yè)設(shè)計進行開展,對“三維基礎(chǔ)”課程的相關(guān)知識和學(xué)生掌握三維軟件能力的目標做出具體要求。
通過3ds MAX軟件的學(xué)習(xí)，學(xué)生們要逐步認識3ds MAX軟件的用途及特點，熟悉軟件的基本操作流程；清楚3ds MAX軟件的各種功能界面，能獨立創(chuàng)建二維物體并進行再次的修改，同時掌握二維物體轉(zhuǎn)化為三維物體的命令；熟練掌握三維模型的創(chuàng)建和修改，熟練運用材質(zhì)編輯器中的各種編輯命令，掌握材質(zhì)渲染的設(shè)置參數(shù)，能制作室內(nèi)外建筑框架模型，獨立創(chuàng)作各種家具模型，同時能很好的把家具模型組合到房屋結(jié)構(gòu)中，并給予模型指定的材質(zhì)和相關(guān)貼圖，完成三維模型的最終渲染。
配合專業(yè)能力培養(yǎng)的同時，本課程還突出強調(diào)職業(yè)通用能力的訓(xùn)練，具體分解如下：（1）仿制能力。通過臨摹優(yōu)秀的三維模型作品，不斷提高自己塑造三維模型的設(shè)計水平。（2）時間控制能力。制作模型的方法有很多種，選擇以最短的時間完成模型和渲染的方法。（3）信息技術(shù)運用能力。能搜集并運用相關(guān)技術(shù)、下載各種三維模型和材質(zhì)。（4）溝通能力。在三維模型的制作過程中能與老師、同學(xué)建立良好的協(xié)作能力。
除此之外，課程教學(xué)的內(nèi)容應(yīng)對效果圖的制作提出嚴格的規(guī)范和技術(shù)的標準，并使學(xué)生熟悉相關(guān)專業(yè)的理論知識。
高校藝術(shù)設(shè)計專業(yè)教育在完成教學(xué)任務(wù)和學(xué)習(xí)模式外，還要注重培養(yǎng)學(xué)生的獨立自學(xué)能力，并對學(xué)生進行專業(yè)技能適應(yīng)性和專業(yè)綜合素質(zhì)能力的訓(xùn)練。
1.2 教學(xué)內(nèi)容的表現(xiàn)
能獨立創(chuàng)建三維模型項目是完成教學(xué)內(nèi)容的主要表現(xiàn)。三維建模與市場有著緊密聯(lián)系，藝術(shù)設(shè)計專業(yè)的學(xué)生在制作模型時要與市場項目為目標，最為常見的項目為：室內(nèi)不同功能房間模型和室內(nèi)不同公共場所模型的制作，其中客臥廳模型的制作是最為常見，因此完成一項室內(nèi)模型是學(xué)生在未來學(xué)習(xí)的過程中必須完成的項目，在教學(xué)當中將一個項目分解成多個項目點，且每個項目點都包含教學(xué)內(nèi)容。
1.3 教學(xué)步驟
在教學(xué)過程中，教師要以項目為目標，將模型分成若干個項目點，通過項目點逐步掌握三維建模的全過程。完成項目點制作的具體步驟分為以下幾個階段：
（1）基礎(chǔ)階段。通過臨摹相關(guān)建模過程，掌握基本建模方法，根據(jù)每個項目點的操作逐步完成三維基礎(chǔ)模型。
（2）修改階段。對制作方案思路不夠?qū)?，表現(xiàn)手法不夠活，制圖速度不夠快，整體效果圖缺乏生動性和感染力的項目進行反復(fù)修改，制作出自己認為更好的模型。
（3）深入階段。作品在設(shè)計方面要具有獨特的個性，同時要具有很強的表現(xiàn)力，項目完成后可以對項目進行總結(jié)，并衍變成相近的模型。
2 教學(xué)方法的改革
2.1 教學(xué)方法的運用
根據(jù)課程特點以及對應(yīng)的崗位能力要求，在教學(xué)過程中既要培養(yǎng)學(xué)生高水平的專業(yè)技能，也要培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)，創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)，因此教學(xué)中采用了項目驅(qū)動、方案討論、角色模擬等多種教學(xué)方法。①
（1）從“基礎(chǔ)練習(xí)”到“實踐創(chuàng)作”。通過大量基礎(chǔ)練習(xí)逐步了解作圖的基本流程，進而掌握制作技巧。根據(jù)市場實踐的要求，制定新的教學(xué)內(nèi)容，加強專業(yè)技能的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生具有高素質(zhì)的職業(yè)能力，通過實踐中對項目的不斷修改到完善的過程，提高學(xué)生對專業(yè)設(shè)計的創(chuàng)作熱情。（2）設(shè)定“項目”。設(shè)定某一工程項目，由學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完成教師提供的相關(guān)設(shè)計思路及專業(yè)技術(shù)，在學(xué)生“創(chuàng)作”項目后，由教師點評學(xué)生作品，并進行分組討論。這樣不僅鞏固了學(xué)生專業(yè)技能知識，同時又培養(yǎng)了學(xué)生的團隊組織能力。（3）經(jīng)典案例展示。選取一些優(yōu)秀大賽的作品或知名企業(yè)的部分成功案例，向?qū)W生展示其制作流程和后期效果，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)作能力，提高學(xué)生的思想認識，實現(xiàn)教學(xué)與實踐的對接。
2.2 現(xiàn)代多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)技術(shù)的應(yīng)用
高校藝術(shù)設(shè)計專業(yè)中“三維基礎(chǔ)”課一般采用電子演示文稿、區(qū)域聯(lián)網(wǎng)教學(xué)、多媒體演示等各種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段。現(xiàn)代多媒體教學(xué)手段具體表現(xiàn)在：（1）鑒于3ds MAX軟件的自身特性，應(yīng)通過多媒體教學(xué)系統(tǒng)中的 “廣播教學(xué)”為媒介，邊授課邊演示，能夠讓學(xué)生時時看到教師的操作效果。（2）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)信息資源是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的重要組成部分。②教師可以在局域網(wǎng)上向?qū)W生提供相關(guān)的參考圖片、案例分析資料、不同戶型的效果圖和優(yōu)秀的設(shè)計作品等供學(xué)生參考。③
2.3 課程的教學(xué)特色
越來越多的高校開設(shè)了計算機美術(shù)專業(yè)課程，它與傳統(tǒng)的設(shè)計專業(yè)教學(xué)相比有了質(zhì)的發(fā)展，教學(xué)效果更加生動活潑。但是，受傳統(tǒng)美術(shù)教學(xué)模式的影響，目前我國絕大多數(shù)開設(shè)藝術(shù)設(shè)計專業(yè)的高校中，仍然是采用分段式的教學(xué)模式，④理論知識教學(xué)占有的時間過長，造成計算機設(shè)計課程與基礎(chǔ)專業(yè)設(shè)計課程嚴重失衡，計算機設(shè)計課得不到充分發(fā)展，無法發(fā)揮計算機設(shè)計課程的優(yōu)勢。
為適應(yīng)現(xiàn)代計算機美術(shù)專業(yè)課程的需要，可以把教材作為某一項目，然后將專業(yè)理論知識與實踐相結(jié)合，在結(jié)束教材課程時完成其項目。
（1）教材應(yīng)吸納Auto CAD、photoshop軟件、美術(shù)基礎(chǔ)等多學(xué)科知識，訓(xùn)練學(xué)生的邏輯思維能力和實際操作能力，培養(yǎng)學(xué)生在制作效果圖設(shè)計方面的能力。
（2）使用項目教學(xué)，在教學(xué)過程中將抽象難解的設(shè)計理論變成某一項案例，通過項目案例逐步了解并掌握相關(guān)知識。課前可以讓學(xué)生欣賞一些具有針對性的案例效果圖，根據(jù)不同項目點以提問的方式作引導(dǎo)，既活躍了課堂氣氛，又提高了計算機三維教學(xué)效果。
（3）通過多媒體網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)方式，每個學(xué)生通過自己的電腦就可以清楚的看見教師的PPT課件和3ds MAX軟件的操作流程等，方便學(xué)生了解并掌握課程的重點與難點。在教學(xué)過程中注重理論與實踐相結(jié)合，依據(jù)相關(guān)素材和三維模型資料，將其分發(fā)給學(xué)生，要求他們完成相關(guān)的教學(xué)任務(wù)，這樣既豐富了三維基礎(chǔ)課程，又提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。
（4）在上課過程中，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容選定一些有問題的設(shè)計項目，讓學(xué)生提出自己的想法，敘述自己的觀點和改進方法，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考問題和解決問題的能力，同時培養(yǎng)熟練的語言表達能力和思維創(chuàng)新能力也是關(guān)鍵，只有以掌握知識為基礎(chǔ)，把重點放在創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上才能真正實現(xiàn)創(chuàng)新。⑤
3 教學(xué)考核方式的改革
在教學(xué)過程中考試也是其中重要的一個部分，它可以考查學(xué)生學(xué)習(xí)的情況，同時可以改正教師在教學(xué)過程中的問題，對提高教學(xué)質(zhì)量有著重要的促進作用。傳統(tǒng)的“閉卷”考試不能充分全面的反映學(xué)生對三維基礎(chǔ)課程的掌握和操作應(yīng)用能力的實際情況。學(xué)生考核的重點應(yīng)由三維基礎(chǔ)理論知識的掌握轉(zhuǎn)變?yōu)槟芎芎玫倪\用所學(xué)的知識完成實際設(shè)計項目的能力。在三維基礎(chǔ)課程中，學(xué)生考試成績分為“平時成績、案例制作、期末考試”三個部分，方法如下：（1）在完成3ds MAX不同階段功能命令時，通過制作相關(guān)的模型考核學(xué)生對所學(xué)的功能件命令掌握的程度。（2）在一定的時間內(nèi)完成一項案例，考查學(xué)生對三維基礎(chǔ)每個操作命令實際掌握程度，同時教師對學(xué)生完成的效果圖，給予相應(yīng)的評定。（3）期末理論考試是考查學(xué)生對教學(xué)知識點掌握的程度，并給予相應(yīng)的成績。
通過“平時成績、案例制作、期末考試”幾個方面來綜合給予評定，可以促進學(xué)生更好的學(xué)習(xí)，認真做好每一個案例模型，同時也提高了學(xué)生的制作能力，逐步掌握3ds MAX軟件的能力。
“三維基礎(chǔ)”課程是一門專業(yè)性很強的課程，學(xué)生掌握其知識后，可以在實踐工作中得以應(yīng)用，因此學(xué)生對學(xué)習(xí)3ds MAX軟件抱有強烈的學(xué)習(xí)欲望?！叭S基礎(chǔ)”是一門容易考核的課程，通過完成三維模型就可以了解學(xué)生對所學(xué)知識的掌握和軟件操作能力，同時也是檢驗教學(xué)效果成功與否的標志。但知識的融會貫通、熟練運用，創(chuàng)新等則是課堂教學(xué)中極為重要，卻又容易忽略的部分，況且目前三維基礎(chǔ)課程的專用教材還不全面，如何科學(xué)合理的提高三維基礎(chǔ)課程教學(xué)效果，還需要我們不斷地探索。
注釋
① 胡虹.室內(nèi)環(huán)境設(shè)計專業(yè)“表現(xiàn)圖技法”課程教學(xué)改革的體會[J].設(shè)計教育2006(157):120-121.
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