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美国Autodesk公司出品的世界顶级的三维动画软件,应用对象是专业的影视广告,角色动画,电影特技等。Maya功能完善,工作灵活,易学易用,制作效率极高,渲染真实感极强,是电影级别的高端制作软件。
2、UG:
Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案,它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求,提供了经过实践验证的解决方案。
3、PROE:
0 引言
能够用来表示地质现象及构造特征的专题地图即为地质图。地质图主要用来研究和分析必层层序和厚度、地质构造及地质历史等地质特征,还能够作为地下矿藏位置和储量以及开凿条件的预测依据。地质图除了有平面图之外,柱状和坡面图也是常见的两种形式,能够将地层程序、岩性的水平或垂直变化以及彼此之间的接触关系表现出来,从而更好的对地质现象的空间展布有一个反映。通常,地质图可以分为地面地质图和地下地质图两种类别。随着计算机信息技术的飞速发展,计算机制图技术也得到越来越成熟的应用。
地下三维地质制图是通过对传统地图学在数据基础理论、视觉变量与符号学理论、地图标示方法理论以及地图综合理论的扩展,并引入计算机表达图形学的理论和技术,建立数字环境下地质实体和现象三维属性科学可视化的表达图形学理论与技术。目前有关地下三维地质制图的研究有很多,并取得了很多成果,是一项具有广泛的应用前景的地质制图方式。本文就地下三维地质制图过程中存在的基本问题进行了探讨,希望对地下三维地质制图的进一步发展起到积极的推动作用。
1 地下三维地质制图面临的问题
1.1 如何促进人机交流
地下三维地质制图主要是通过计算机等机器进行制图,因此人机交流成为非常关键的环节。地球空间多维信息表达的人机界面理论就是研究多维信息表达的最终软件平台及其同用户之间的交互机制。一般,在二维地质图中,工作人员会借助一些参考工具,如比例尺、指北针、图例等,作为了解信息的辅助措施。对于三维这种更需要人机交流的制图方式,如何设计良好的人机界面,实现信息畅通无误的交互,已经成为高质量可视化技术的关键环节。通常,一个良好的人机界面设计应该包括用户操作机制的设计、系统信息反馈设计、导引图设计、超媒体链接设计以及颜色、声音等辅助信道的使用等等。
1.2 地下三维地质制图中三维信息表达的符号、图标以及表示方法体系
地下三维地质制图中的表达符号、图表以及表示方法等是是地下三维地质制图的表达图形学方法体系,是地下三维地质制图工作的核心内容之一。地下地质体三维信息的表达方法体系在第三维和时间维的引入下得到了很大的提升。计算机表达图形学的三维图形和动画技术设计的符号体系,能够更加直观、清晰、系统的对变化的点、线、面、体进行表达,设计的图表能更好的用于地质现象多维属性的表述,设计的表示方法体系,能够更清楚的通过各种符号和图标的组合表达地质现象以及一些变化、分布等信息。可见,合理的表达图形学方法体系是三维地质图表达清楚的关键。
1.3 地下三维地质制图视觉变量理论
地下三维地质制图的视觉变量理论是解决表达图形学的视觉变量基础。众所周知,人们对图形的认知有大小、纹理、值、方位、颜色、层次以及形状等七个视觉变量。通过这些变量的随机组合就构成了千变万化的表现出来的图形。地下三维地质制图是数字环境下的图形表达,一些图形表达效果都是通过视觉变量进行表达的。并且,由于引入了时间维,这些图形还会有动态的视觉效果,也就是动态视觉变量。但是要想为这些多维信息表达的图形学方法提供认知和感受理论保证明,还需要更加系统的对这些扩展视觉变量进行研究。
1.4 地下三维地质制图信息表达的数学基础
在传统的地质表达中,严格的地图投影和地理坐标是作图基础。传统地质图的特点就是固定比例尺、固定分幅、静态、平面等。而地下三维地质制图则是数字环境下的制图,因此传统地质图的特点已经不再是地下三维地质制图的限制因素。在地下三维地质制图中,数学基础尤为重要,包括多尺度、基于球面地理坐标、精确的空间坐标以及时态坐标等等。
1.5 时空漫游中的地球空间多维信息集成表达的图形学理论
对于地下三维地质制图而言,其最终发展目标之一就是能够实现时空漫游,即达到能够让时空信息探索者无论在哪,在什么时间都能够观察到与其相适应的可视化的表达结果。地球空间多维信息集成在时空漫游中表达的图形学理论主要以时空漫游过程中由视点变化引起的信息表达的图形学问题为研究内容。在时空漫游图形学理论中,关键的问题有很多,包括实时交互操纵、视点变化过程中的对象自身时态变化显示、视点远近变化时信息的无缝切换等等。
2地下三维地质制图发展过程中的注意事项
首先,在当前不宜单纯的开发地下三维地质制图,应该以开发二维为主,三维为辅的混合型地下地质图。当前的二维地下地质制图技术在应用上已经比较成熟,能够使大部分的要求得到满足,而当前对于三维的需求并不多。另外由于技术现状,三维制图过程中需要的大量数据的获取和处理工作都非常困难,因此无法满足商业应用需求。并且三维耗资较高,如果在二维就能够满足需求的情况下,没有必要浪费资源。其次,在数据结构方面需要将边界表达法作为主要的表达方法,在需要三维空间分析时,进行专门研究并将快速分析的数据结构和空间分析算法进行明确指出。最后,还需要加强地下三维地质制图在应用性地质图中的使用,从提高其社会效益和经济效益。
[关键词]三维制图 煤田地质 地层 煤层
[中图分类号] P641.4+61 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2015)-3-192-1
煤田大多都是盆地形态,在同一个煤田中,有连续的煤系,也有在形变之后经过一定时间的剥蚀而形成的不连续煤系。一般根据煤系不同的出露情况将煤田分为暴露式煤田、半暴露式煤田和隐伏煤田。我国大青山石拐子煤田的煤系出露良好,属于暴露式煤田;开滦煤田仅出露下伏岩系,能圈出其部分边界的煤田,属于半暴露式煤田;而位于苏北地区的部分煤田大部分煤系都被掩盖了,无法确定煤田边界,被称为隐伏煤田。经过地壳的长期运动,许多煤层都发生了较大变化,极其复杂,各地区之间地质煤层的情况差别都较大。传统的二维地质图件已经不能充分利用现有资料,准确的反映地层及煤层的真实情况,而三维制图却能够通过对整个地区进行面、线、点细致入微的观察和分析解决这些问题,保证了地层和煤层情况的准确反映。本文将结合某地区煤田地质工作中应用三维制图的情况,对三维制图在煤田地质工作中的实践进行分析。
1煤田地质工作
1.1地层划分
某地区地域面积十分辽阔,属于多山地区,早在侏罗纪时期开始就是其成煤时期,成煤之后经历过较多的造山运动,造成煤层变化十分复杂,也因此地层发育非常齐全,出露较多。根据国家出台的《全国岩石地层划分》,该地区已经被划分出5个Ⅰ级区,8个Ⅱ级区,12个Ⅲ地区,并且在此基础上又进行了详细划分,共有47个Ⅳ级区。
1.2主要内容
煤田地质工作可以分为两大部分的主要内容,一是采集野外的原始资料;二是整理和分析室内资料,并做出文字报告。其中野外原始资料的采集主要包括填图、槽探、钻孔、剖面、巷道等。填图的单元是面,要对地层进行细致划分,寻找出露,在一定条件下还能进行产状量取,最终将其表现为一个平面;槽探的单元是线,挖槽探的地点应该在煤层及地层的露头点或其附近,一般情况下槽探在垂直于地层的线上,最终将其表现为一条线,并根据槽探情况绘制素描图;钻孔的单元是点,可以利用钻孔资料推断在一定深度条件下地层的变化情况,最终将其表现为一个点;剖面是垂直于地层的一条线,许多特点都与槽探相似,但不同点在于剖面没有纵深,仅出现在地表;巷道是根据煤层变化和开采需要而形成的具有纵深的立体的一条线。
1.3二维制图已不能满足煤田地质工作的需要
二维图件不能将所有的资料都集中在图纸上,内容较为单一。如果地质图仅显示一个平面,就只能将地表资料显示出来,而且柱状图也只能显示一个纵深点,剖面线仅能反映出一个横切面,都无法将煤田地质资料进行全面的展示。例如剖面线的二维图件只能显示一条剖面线上的钻孔(如图1),无法利用相邻钻孔的资料进行参考,不能表现出地层相关联性。并且利用图1计算储量时,计算方法的偏差也较大,不能保证结果的准确性。
2三维制图在煤田地质工作中的实践
2.1三维制图的特点
三维制图软件可以对一个物体进行全方位编辑。在制作煤田地质剖面图时,可以充分利用周边剖面及钻孔资料,甚至考虑到周边环境对煤田地质工作的影响,用三维制图制作一张完整的图件,然后在三维图中切下一个剖面,更加真实的反映出地层和煤层的情况。并且,也可以在进行储量计算时考虑到周边钻孔对其造成的影响,在充分了解地层构造的条件下利用煤层的平均厚度及相应的地质模型,根据平面图计算储量。三维制图的最大特点是可以将所有的地质数据都集中到一张整图上,对地层及煤层变化情况做整体研究分析工作并直接排除干扰因子。例如,可以将填图、槽探、钻孔、剖面、巷道等数据都集中到三维图件上,限定干扰因素的影响范围,然后进行储量计算。
2.2三维制图软件
目前被广泛应用于煤田地质工作中的三维制图软件是Petrel TM软件,该软件是基于Windows平台上的三维可视化建模软件,具有高精度、确定性、随机性、先进性、科学性等特点,在国际上占据主导地位。Petrel TM软件拥有多种先进技术,例如三维网格化技术、构造建模技术、沉积相模型建立技术、三维计算机可视化技术、三维计算机虚拟现实技术、岩石物理建模技术等。另外,同样被媒体地质工作广泛应用的还有GeoSec 3D地质解释软件,是一个集三维地质可视化、模型、平衡和恢复于一体的完整系统,能利用地表地质、钻井、地震等资料形成三维地质解释成果,并利用其恢复技术对各项资料进行分析和检验。其主要功能有:可以根据三维制图建立出可视化模型,根据模型快速输出地质剖面图、平切面图、钻孔柱状图等二维地质图;具有全功能地质数据库系统,可涵盖地质、勘探、试验等资料;能快速实现任意二维工作面并形成独立工作界面,随时进行切换、定位、复制、粘贴,在对图形进行修改时,结果能自动反映在三维图件中;精准计算地质面积、体积,分析统计地质体之间的空间位置关系等。
三维制图是一项非常实用简便的技术,只要对野外地质资料进行采集之后,根据各地区不同的情况利用建模软件建立相对应的数学模型,然后计算机就能按照数学曲线进行绘图工作,通过渲染技术形成立体图形。
3结束语
综上所述,二维制图在煤田地质工作中存在一些问题,如展现内容较为单一、储量计算不够准确等,这些问题严重制约着煤田地质工作的顺利开展,必须要利用更加先进的技术手段,才能提高煤田地质工作的质量。三维制图在煤田地质工作中的实践表明,我国现有技术也能将复杂地区的煤炭资源赋存情况做到较为全面的了解,统计出我国煤田资源量的变化情况,具有直观、宏观、精准、快速等特点。因此,三维制图在煤田地质工作中具有较好的应用前景。
关键词:SolidWorks三维制图软件 技巧应用 设计意图 文档属性 尺寸标注
中图分类号:TB237 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2012)12-0210-01
随着计算机技术迅猛发展,三维制图软件以其直观性、可进行有限元分析等优点,在各行各业逐渐推广。我公司也开始培训及推广SolidWorks软件。在应用SolidWorks软件建立三维标准件库时,获得了一些小技巧和经验,现在与大家一起分享一下。
1、设计意图的体现
因为三维标准件建模时,与普通的三维造型不同,每个标准件都是包含有一系列的尺寸和参数的变化,建模前必须考虑好用何种方法建模能更好地体现出设计的意图及更好地表现可以变化的参数。
以“Q55-1平顶法兰盘”为例,见图1。
图中法兰盘的整个高度为H。如果建模时,先拉伸一个直径为74mm(D)、高度为9mm(H-L)的圆柱体,在其基础上再拉伸一个直径为47mm(d)、高度为5mm(L)的圆柱体。这样形成的模型自动尺寸标注时高度方向只有H-L和L两个尺寸,这样在系列参数列表时无法选上H,按图一中表格对其进行参数化,还得通过换算来实现。如建模时换一种思路,先拉伸一个直径为74mm(D)、高度为15mm(H)的圆柱体,再采用拉伸切除法,将[反侧切除]选项选上,就会获得一个直径为47mm(d)、高度为5mm(L)的圆柱体。
又如“Q1Q57-5方盖”通常建模用一个L×B的矩形拉伸成一个H高的长方体,在其一面拉抻切除一个厚度为H-S的矩形。但这样建模的结果函数S在图中就自动标注不出来,不能进行下一步系列化列表。这时就需要换一种建模思路,拉伸完L×B×H长方体 后,在距前视基准面S位置建一个基准面,在此基准面上画一矩形,再向外拉伸切除,这样S建模尺寸就可以在模型上体现出来了,下一步就可以选取这个函数进行系列化列表了。
2、文件属性的灵活运用
在制作“Q1Q91-1数字和字母代号标牌”三维模型时,此标牌是大小尺寸相同的一个牌体,不同规格上标注不同的字母和数字。我的想法是做成一个零件,通过不同的配置来改变标牌上的字母。但在SolidWorks软件中没有文字函数,不能对其赋予不同的值。在一个配置中绘制了一个文字,它就会在其它配置中体现出来,除非压缩掉。如果每个配置都绘制一种字母,再在其它配置中都压缩掉,几十个配置下来,会非常繁琐,还容易出错。这时巧妙运用[文件属性]就可以很好地解决这个问题。点开[文件属性]对话框,在配置特定中建立一个“备注”的属性名称,在数值/文字表达中赋予字母名称。点击“确定”关闭对话框。在[插入]菜单中选择[表格]/[设计表],在弹出的对话框中选择“空白”,生成系列零件列表,将属性中的“备注”用“$属性@备注”表达式填加到系列零件列表中,并按不同的配置赋予不同的字母及数字。退出系列零件列表,点击不同的配置,这时可以看见随着配置名称的不同,标牌上的文字也不同。
3、尺寸标注的技巧
当零件包含不同配置并具有压 缩特征时,尺寸的标注也是有一定技巧的,需要正确处理好父子关系。以Q1Q91-8B皮带基本尺寸标牌为例。当标牌材质是铝合金时,标牌上的边框及图案是凹进去的,并涂黑漆;当标牌材质是铜时,标牌上的边框及图案是凸出来的,标牌背景涂黑漆。我最开始的做法是,首先通过拉伸长方形、倒圆角、切除把合孔,制作成一个标牌的基体。然后绘制边 框切除,绘制皮带及三角形草图再切除。赋予材质1060合金。此时,铝合金标牌已完成。再新建一个配置,选定材质为黄铜。将切除-边框、切除-皮带、切除-三角特征压缩掉。选择边框草图拉伸,再选择皮带草图拉伸。此时就发生问题了,皮带草图已被压缩,不允许选取。为什么边框的草图可以选择,皮带的却被压缩掉了?仔细寻找原因,原来皮带草图绘制时,标注距牌体边上13mm时,因是先绘制的边框,系统默认为此尺寸是距离边框的尺寸,将皮带草图变成了切除-边框的子特征。当父特征切除-边框被压缩后,子特征也被一同压缩了。所以就选不到皮带的草图了。解决办法是解除父子关系。皮带草图在标注尺寸前,先把特征切除-边框压缩掉,这样标注出的尺寸,是以标牌基体为基准的,不与边框发生关系,当切除-边框压缩后皮带草图也不会受影响。
关键词:三维建模技术;机械制图;组合体;剖视图
机械制图是机电类各专业的一门专业基础课程,该课程的主要任务是培养学生绘制和识读机械图样的能力,培养学生的空间想象能力和空间思维能力。但由于机械制图课程具有抽象、难懂的特点,很多学生学习起来很困难,因此教师就应该探索较好的教学方法及教学手段,激发学生的学习兴趣,引导学生轻松学习。
一、传统机械制图教学中存在的问题
在传统教学中,为了逐步培养学生的空间想象能力和空间构思能力,提高教学效果,教师会利用一些木质的模型来增强学生的感性认识,以便提高学生对实物、图形相应面线关系的理解能力。但是由于购买的模型大都比较简单,而且也不够全面,因此有些老师就会自制教具,以弥补教学模型的不足。但复杂的模型,特别是一些具有复杂相贯线和截交线的模型难以制造,且费时费力,成本较高。为了解决制图教学中存在的种种问题,现在很多教材都配备了多媒体课件,但是这些多媒体课件在形式上都是平面的,即使是一些轴测图或者是立体图也不能实时从不同的方向观察几何体的形状、内部结构,仍然不能解决教学中向学生讲解清楚空间几何体的形体这一难题。因此,就要求教师在教学中不断开拓,大胆创新,探求新的教学手段,满足新形势下的教学需要。于是我想到了将三维建模技术应用在制图教学中,结合其他的教学方法使上述问题得以解决。
二、三维建模技术的特点
三维建模技术是采用参数化和特征造型技术由二维草图创建任意复杂的实体,灵活地生成工程图,快捷地组成装配体,并可以进行装配体干涉检查,生成爆炸图,而且还可以针对实体进行后续的数控加工仿真及编程等工作。随着三维建模技术的大力
发展和广泛应用,其相应的软件种类也增多,如UG、Pro/Engineer、
Solid Works等等,在机械、电子、建筑、汽车等各个领域均有应用。
三、三维建模技术在机械制图教学中的应用
1.建立三维立体模型
在组合体视图画法的教学中,题型多为补画第三视图和补缺线,要求学生由三视图想象出空间三维实体的形状,学生在学习过程中常常因想象困难而导致不愿想、想不清,不能完成视图补画及线条补画,而老师讲解起来也很困难,其结果就是学生很难画出正确的三视图。现在我们可以借助三维建模软件,方便快捷地建立物体的三维模型,逐步向学生演示组合体的形成过程,使他们建立起二维视图和实物模型之间的对应关系,逐步培养学生的空间思维能力。
在讲解截交线、相贯线时,可以直观地将立体表面的交线修改成其他的颜色,着重表示或者从立体上提取出来,加强学生对其形状的了解;也可利用三维建模软件的参数化功能,修改立体的尺寸或相对位置,观察截交线、相贯线的变化。
2.直观展示各种剖视图
剖视图是表达机件内部形状和结构的常用方法,学生在学习中往往不知道如何合理选择剖切方法及剖切平面的剖切位置,在作图时搞不清哪些部分被剖切平面剖切,哪些地方要画剖面线。于是我们可以先对几何体造型,然后在不同位置对几何体进行剖切,并生成工程图,引导学生分析剖切位置对剖视图画法的影响,由学生发现最合理的方法,教师进行归纳总结,从而加深对剖视图画法的理解。
3.直观展示装配图中零件间的装配关系
识读装配图是学生在学习中很难掌握的一部分内容,对此也可以借助三维建模软件分别建立各零件的模型,并可根据不同的位置和装配约束关系组装成部件。使学生深入了解各零件间的装配关系,还可以将装配好的部件进行爆炸式分解,进一步展示各零件的相对位置和装配关系。同时可利用三维建模软件的动画功能生成动画,使学生更好地了解部件的工作原理、装拆顺序,提高学生画图与读图的能力。
综上所述,利用三维模型的直观性、形象性、易修改等特点,将三维建模技术与机械制图的教学结合起来,可以使学生的空间想象能力、空间分析能力得到提高,可在使学生掌握知识的同时,实现教师与学生的良好互动,提高学生的学习效率和积极性,激发学生的创造力,有利于培养学生的创新能力,从而使学生的综合素质得到进一步提高,使他们能更好地适应社会需要。
参考文献:
[1]张海霞.利用CAD三维技术提高工程制图教学.中国水运,2004-04.