三维建模在各个领域的应用（武汉纺织大学工程造价11403王博）摘要：自上世纪五十年代马特龙把地质统计学引用地质研究以来三维建模已经在多个领域得到应用，本文通过对前人的文献进行分析整理得出三维建模在各个领域中的应用及其发展始末。

关键词：三维设计；三维建模；技术应用Application of three dimensional modeling in variousFieldsAbstract:since the1950s matalon applied geological statistics to the geology,the study of geological3D modeling has got application in many areas.In this paper,we give a sight on the application of3D modeling in various fields and the development of the whole story through the previous literature collation and analysisKeywords:3D design;3D modeling;application technology1引言随着社会经济的迅速发展，人民生活水平的不断提高和三维建模技术的不断完善，人们对三维建模产品的需求急剧增加。

而三维建模技术在对交通、能源、动画、影视、通讯等各个项目中的利用也急剧增加。

本文从三维建模的发展历史及其应用和意义三个方面对三维建模进行綜述。

根据百度百科的定义，三维模型是物体的多边形表示，通常用计算机或者其它视频设备进行显示。

显示的物体是可以是现实世界的实体，也可以是虚构的物体。

任何物理自然界存在的东西都可以用三维模型表示。

回顾一下地质建模在油田开发中的作用，可以发现目前的三维建模主要有两个作用：一个是为数值模拟提供基础模型，第二是用于油藏的整体评价，例如油藏勘探开发的风险评价。

但三维建模一直没能深入到油田的生产中。

油田开发地质研究工作中，目前还没有十分有效、先进的技术。

油藏地质研究还主要依靠手工编制的厚度图、油藏剖面图、连通图等。

十分需要新的技术的补充与提高。

在整个开发阶段地质研究工作中，唯一可以称为新技术的就是三维建模。

因此三维建模完全可以在开发阶段地质研究中起到更为突出的作用。

实际上，三维建模应该，也完全可以成为油藏开发阶段油藏精细描述和生产措施部署的核心技术。

现在，三维模型已经用于各种不同的领域。

在医疗行业使用它们制作器官的精确模型；电影行业将它们用于活动的人物、物体以及现实电影；视频游戏产业将它们作为计算机与视频游戏中的资源；在科学领域将它们作为化合物的精确模型；建筑业将它们用来展示提议的建筑物或者风景表现；工程界将它们用于设计新设备、交通工具、结构以及其它应用领域；在最近几十年，地球科学领域开始构建三维地质模型。

2．三维建模的发展历史自上世纪五十年代马特龙把地质统计学引用地质研究以来，地质统计学就成了地质建模的核心。

[1]但是几十年的实际应用也表明，单纯依靠地质统计学是不能把三维建模更深入的引入到油田的开发生产中的。

如何更多的发挥三维建模技术的作用，真正使其成为油藏开发阶段油藏精细描述和生产措施部署的核心技术是每一个从事三维建模工作的人必须经常琢磨的问题。

严格的讲，三维建模已经不能算是很新的技术，在国外，地质建模已经发展了几十年，中国自上世纪80年代末开始引入EsrthVision以来，也已经发展了快二十年。

目前，在市场上可以看到许多优秀建模软件，比较知名有3D max，而三维建模技术也从单纯的地质学领域向多个领域的应用转变。

3.三维建模的应用3.1动画与游戏领域的软件角色建模今游戏设计里，专业建模、制作动画的软件中，三维中首选就是3ds max软件。

它不仅提供了实时三维建模、渲染和动画设计等功能，还被广泛应用于虚拟现实、平面广告、影视动漫、工业设计、游戏产业、建筑漫游、多媒体制作以及工程可视化领域中。

对于三维建模设计者来说，运用三维技术来完成模型是重中之重。

正确的模型是任何三维造型的前提条件。

[2]3.1.1建模方法物体的结构和动势的分析放在首位，利用适合的创建方法，各部分拓扑结构的确定应该放在最后，根据这种建模思想。

角色建模思路如图1所示。

我们使用3ds Max软件制作两种类型的动画模型对前面提出的两种建模技术进行验证。

3.1.2角色建模的具体过程3.1.2.1角色设计动画师通常根据设计草案在头脑中塑造动画形象，然后使这些形象生动的落在立体图纸之上。

即三视图：前视图、后视图、侧视图。

3.1.2.2分析结构特征物体的分类有两种：不规则物体和规则物体。

物体在3D软件中的形态用形态规则解释，规则物体是有明显的特征和规律的事物，他们的特征是有明确的尺寸规格，可以批量生产，例如室内装饰品、使用的工具等。

不规则物体的特征是没有固定的指标，比较随意，绝不可能复制，批量生产，如天空海洋，花鸟鱼虫以及气候的变化。

由于规则的物体有固定的标准，因此任何人都可以做出一样的模型。

而不规则的物体本身比较随意，没有统一的标准，所以要要根据制作者的经验和感觉，这是最能考验制作者能力的模型。

基本人体是生物建模中最基本的，要想做好模型，就应该具备解剖学的知识，这是最基本的要求，不能在骨骼和肌肉的结构中出现基本错误，还要了解运动规律，美学基础知识必不可少。

3.1.2.3确定建模方法堆砌法和细分法是三维建模方法中最主要的两种，这两种方法有不同的建模方式。

从零散到整体的创建物体的方式，一部分一部分堆砌而成的是堆砌法。

而先创建一个物体的整体，再细分，进行细节的雕琢的方法是细分法。

建造非曲面物体通常用堆砌法，如家具模型、工业零件等，它是把复杂的物体拆分为一些基础的零部件，先制作出来每部分，最后将它们堆砌在一起。

它的命令包括：弯曲、倒角，挤出、FFD变形工具等。

细分法也就是编辑网格或编辑多边形方式建模，首先创建物体的基本大型，然后对模型各个部分细节进行分段调整，一般我们使用细分法来完成三维人物或曲面物体主体的建模。

它的命令包括：编辑网格、编辑多边形、镜像、对称、塌陷、涡轮平滑等。

3.1.2.4模型的建造模型制作的重要前提是根据模型结构，选择最佳的建模方法。

在这个过程中，不同类型的模型应该选择不同的模型来实现3.2地质探测领域的数据化建模3.2.1三维地质模型建立一般选用广义三棱柱体元模型作为三维地层建模的基本模型，从横向可以把每一个地层看成无数小三棱柱的集合，解决了计算机描述连续体的问题；从纵向可以把处于同一垂直方向的各个地层的三棱柱看成一个大的棱柱，有利于进行纵向的地质构造观察。

3.2.2预处理钻孔数据建模数据具有离散、有限、稀疏、不规则等特点，建模前首先要进行预处理，即进行钻孔内地层的划分、排序和统一编号等。

3.2.3生成含虚拟地层的标准化层序钻孔模型对经过预处理的所有钻孔进行插值操作，生成含虚拟地层的标准化层序钻孔模型．在插值过程引入虚拟地层，它是指在构建三维地层模型的过程中，由于建模工作的需要而在特定位置添加一个或多个具有假想性质的地层，为了方便建立模型和显示分析而做出的拟设，在实际操作中，赋予虚拟地层很小的厚度，使层厚度大于0即可。

首先读取钻孔表中的第一个钻孔数据，将该钻孔与其他所有钻孔层序数据作比较，若读取到其他钻孔中存在该钻孔缺欠的地层数据，则在该钻孔中插入该地层数据，并添加虚拟层标记。

，若该插入层为钻孔最底部数据，则插入同厚度数据；若非最底部数据，则插入微量厚度数据。

如图1.2图1.2标准化层序钻孔模型对第一个钻孔的处理结束后，将其设为标准化层序的钻孔模型。

从第二个钻孔至最后一个钻孔数据，依次与第一个钻孔数据进行比较，按同样的插入原则插入地层数据，直至完成所有钻孔的标准化层序操作。

3.2.4建立钻孔点链钻孔点链是基于钻孔的离散点的双向链表，它描述了钻孔点在垂直方向上形成钻孔时点与点相互连接的顺序关系，其作用是为垂直连体竖向点的检索上提供方便。

为了提高运行效率，采用钻孔点双向链表的数据结构，双向链表对提高建模效率非常有利，一方面借助它可以方便检索钻孔逻辑上下点，便于沿钻孔点的扩展；另一方面可以保证在OpenGl驱动下绘图时，同一钻孔的上下点相连，从而自动解决实际钻孔的偏斜问题，如图2所示。

图1.3钻孔点链及双向链表3.2.5构建地表面不规则三角网(TIN)地表面FIN的构建是指以钻孔孔口坐标为数据点，按Delaunay法则生成地表面FIN，确立钻孔之间的基本拓扑关系，这是利用GIP体元建模的基础。

3.2.6将三角面片进行垂直连体，形成地质构造中的各个地层垂直连体就足在已经生成的不规则三角面的基础上逐个将三角面垂直蔓延连接成三棱柱的方法由于经过了插入虚拟地层的预处理，地表TIN中三角形中的每点分别唯一对应一个钻孔，并且各钻孔具有相同的地层数，因而可将TIN中的各个三角形从上到下依次连接成多个广义三棱柱。

图1.5垂直连体建立三棱柱体元为了便于图形生成显示和后续的各种空间分析，系统对于三棱柱三条棱都为虚拟地层的体元将不予构建和显示，对于有一条或两条棱为虚拟地层的体元，将赋以很小的高度参与各种显示和分析。

3三维建模的意义随着计算机软、硬件技术的发展，3D max技术及其绘图软件日趋成熟和善及应用[3]。

例如，MDT、AutoCAD、UG、CATIA、Solid Works等许多三维软件已得到广泛应用。

三维设计时代已经到来。

三维的3D max正逐步取代传统的二维设计方法。

利用三维3D max软件进行设计与建模，能够体现出“设计从三维开始”的设汁理念，符合当前形势发展的需要，跟上时代的步伐。

而3D max是国内用户使用最多的一种软件，它提供了大量的绘图及编辑功能，能满足用户的不『司需求。

“计算机辅助设计几乎推动着一切领域的设计革命”：近年来，3dax技术的应用已经辐射到了各行各业。

3D max技术的应用已涉及机械、建筑、船舶、航空、航天、汽车、轻工、纺织等行业的设计工作。

虽然目前二维图形在工程设计、生产制造和技术交流中起着很重要的作用，但有很多场合，需要再通过实体造型来分析产品的动态特性，直观地表达设计效果，构造动画模型等。

因此，三维造型是现代设计中的重要手段之一。

传统的没汁方法是工程师在大脑里构思三维的产品，再通过大脑的几何投影，把产品表现在二维图样上，工程师有一大半的工作消耗在三维实体和二维的工程图的相互转换和烦琐的查表、计算、绘图中，而制造工人又要把二维的图样在大脑中反映成三维的实体然后进行加工制造。

采用3D max技术(尤其是三维3D max技术)后，工程师就可以直接在计算机上进行零件设计和产品的装配；产品的制作过程几乎与真实的产品制造没有差别，计算机屏幕上的产品就是未来产品的三维图像工程师还可以在设计过程中，利用三维3D max技术完成手工难以完成的和低效率的工作。