導(dǎo)語：如何才能寫好一篇三維技術(shù)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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    關(guān)鍵詞:三維動畫技術(shù);三維虛擬技術(shù);探析

    中圖分類號:J218.7文獻標識碼:A文章編號:1005-5312(2012)15-0056-01

    隨著近幾年計算機三維圖形技術(shù)的發(fā)展,各個行業(yè)的三維圖形技術(shù)都在快速發(fā)展中嘗試各種方法。讓三維圖形表現(xiàn)的更加的真實,貼切主題。在目前,三維動畫運用的范圍廣泛,例如:動畫片、電影、廣告設(shè)計的演示。三維虛擬適用于:模擬駕駛考試,飛行員飛行模擬,場景模擬,城市設(shè)計規(guī)劃等等。在發(fā)展的領(lǐng)域,三維虛擬技術(shù)是個新型的、發(fā)展的、具有優(yōu)勢的動畫應(yīng)用技術(shù)。

    一、三維動畫技術(shù)原理

    三維動畫制作過程分為四個操作步驟:造型、動畫、制圖和著色輸出,這四個步驟是一個完整的體系,缺一不可。

    造型:在電腦軟件上制作三維物體,設(shè)計完整三維形狀。具體步驟:繪制基本圖形,根據(jù)需要,完善復(fù)雜物體設(shè)計。在制作好三維圖形后組成完整的情景模式。

    動畫:動畫的設(shè)計是讓情景模擬圖形能更形象的表現(xiàn)在電腦上,讓人們在觀看的時候更加形象化。

    制圖:制圖是保證制作的圖片效果更加的逼真,形象。

    著色輸出:現(xiàn)代的三維動畫技術(shù)是直接生成動畫的過程。對繪圖、造型、動畫連接起來,形成我們觀看的電影的模式。這個就稱之為動畫視頻。我們需要用的時候直接打開播放就行,和我們用電腦一樣。

    二、三維虛擬技術(shù)運用原理

    含義:三維虛擬技術(shù)又稱為虛擬仿真。主要是應(yīng)用于計算機為核心的虛擬環(huán)境,用戶借助必要設(shè)備與虛擬環(huán)境中的對象進行相互作用,相互影響,從而獲得類似于真實環(huán)境感受和體驗,這種感受和體驗主要是由系統(tǒng)的實用性和交互性來保證運用的。

    三維虛擬技術(shù)幾大原理:

    1.基于三維圖形的實時顯示的技術(shù):

    實時顯示是三維技術(shù)的前提基本。虛偽仿真是計算機技術(shù)的核心領(lǐng)域的發(fā)展,很多種技術(shù)科降低場景的復(fù)雜性。

    2.虛擬仿真空的交互技術(shù):

    復(fù)雜的交互技術(shù)是一系列的程序的操作。交互任務(wù)可以采取不同的技術(shù)的措施來各方面執(zhí)行。不同的作用,不同交互技術(shù)是可以交互執(zhí)行的。

    3.三維虛擬仿真系統(tǒng)的建立:

    三維虛擬系統(tǒng)的建立是一個浩大而系統(tǒng)的工程?；镜牟襟E分為:三維圖片數(shù)據(jù)庫的建立,它的作用主要是體現(xiàn)三維能動性和交互性的關(guān)系。能更加快的構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)。第二部分三維虛擬仿真的建立,是對各種資源的合理的分配利用。讓三維試圖數(shù)據(jù)有更明顯的可操作性。

    三、三維動畫技術(shù)與三維虛擬技術(shù)的區(qū)別

    1.三維動畫技術(shù)播放過程是完全固定的,在過程中不會改變播放的順序,三維虛擬播放不是固定的,它具有其可操作性,不受時間的限制,在系統(tǒng)中,用戶可以根據(jù)自己的想法實施的改變。

    2.三維虛擬技術(shù)強調(diào)對場景和環(huán)境的變化,它可以模擬考試訓(xùn)練,駕車訓(xùn)練,事故現(xiàn)場,三維動畫技術(shù)主要體現(xiàn)的是視覺的效果,讓人們看到整體的作用性,所以,兩者的是靜態(tài)和動態(tài)的分別。

    3.三維虛擬是實時的,三維動畫是做好的固定的模式。三維虛擬給人三維立體的感覺,讓我們可以再虛擬的世界里感受身臨其境,具有其雙向性。

篇2

1三維打印技術(shù)引導(dǎo)紡織服裝業(yè)發(fā)展革新

每次新技術(shù)的更新都會使紡織行業(yè)受益。第一次工業(yè)革命，因蒸汽機的發(fā)明，紡織業(yè)由機器制作代替手工生產(chǎn)。第二次工業(yè)革命，紡織行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)得到改善，紡織服裝生產(chǎn)力得到大幅提高。在第三次工業(yè)革命中，紡織服裝業(yè)將難以拒絕三維打印技術(shù)帶來的革新。

與傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)相比，三維打印技術(shù)有著自己獨特的魅力：通過減少對工人的技術(shù)性需求，放棄多余的生產(chǎn)線，減少生產(chǎn)材料的浪費和增加工廠的生產(chǎn)能力等特點改變企業(yè)的經(jīng)濟面貌，使企業(yè)的生產(chǎn)過程得到簡化，得以快速有效并廉價地生產(chǎn)出商品。對于紡織服裝業(yè)來說，三維打印技術(shù)還能夠使企業(yè)制造出傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)無法造出的外形。

快速生產(chǎn)――快速推入市場――快速消費――快速回收成本的模式，能夠滿足企業(yè)的迫切需求，以最快的速度生產(chǎn)商品，以便盡快投入市場，保證資金的流動性。

目前Burton Snowboards公司（美國的防雨防雪用具品牌）、耐克和New Balance（新百倫公司，美國頂級跑鞋生產(chǎn)廠商）都已成為三維打印機的高端客戶。根據(jù)統(tǒng)計，全球企業(yè)在2008年共花費約1.6億美金在三維打印技術(shù)上，預(yù)計在2015年的花費將翻番。在紡織服裝業(yè)上，F(xiàn)reedom of Creation設(shè)計公司已經(jīng)采用三維打印技術(shù)來生產(chǎn)面料。該公司設(shè)計師說：“使用軟件轉(zhuǎn)換3D數(shù)據(jù)形成材料組織結(jié)構(gòu)并且通過智能裁剪和縫紉形成最終成品，整個過程就像打印一樣輕松便捷?！痹跉W美國家，三維打印技術(shù)以其不浪費、不需勞力和比傳統(tǒng)方法更快速等優(yōu)勢，逐漸被服裝設(shè)計師青睞。

2基于三維打印技術(shù)的紡織服裝業(yè)前景

在三維打印技術(shù)高度成熟的未來，紡織服裝業(yè)將不再提供成品商品，因為消費者可以足不出戶就能打印自己喜歡、需要的紡織服裝產(chǎn)品。紡織服裝制造商將提供給消費者三維打印機所需的專業(yè)材料，使消費者保證自己的三維打印機正常工作。未來，紡織服裝制造商將與三維打印機制造商進行合作開發(fā)，形成捆綁式銷售，這種原材料式銷售，將為紡織服裝制造企業(yè)帶來源源不斷的生意。

紡織服裝制造商不僅要提供打印機原料，還要通過網(wǎng)絡(luò)，向客戶出售設(shè)計好的服裝，讓客戶通過網(wǎng)絡(luò)下載打印出來。因為三維打印技術(shù)的數(shù)字性，使得紡織服裝制造商的成功將不再取決于生產(chǎn)規(guī)模，而取決于創(chuàng)意。但是單靠創(chuàng)意也不夠，山寨者和創(chuàng)新者都能輕而易舉地在市場上迅速推出新產(chǎn)品。因此，競爭情況可能出現(xiàn)前所未有的激烈，發(fā)展速度與以前相比將更快！作為數(shù)字化的服裝設(shè)計打印圖，也將面臨加密與反編譯的戰(zhàn)爭。復(fù)制與傳播變得容易的同時，盜版也將十分猖獗，就像音樂工業(yè)面臨的MP3傳播一樣。當一份新服裝的設(shè)計圖開始提供下載時，設(shè)計圖擁有者的知識產(chǎn)權(quán)將面臨許多侵犯。因此，在知識產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域的法律爭斗將更加劇烈。紡織服裝制造商們將把更多的精力投入到知識產(chǎn)權(quán)法中，以面對開源軟件、非商業(yè)模式的出現(xiàn)。

3結(jié)語

篇3

在介紹算法之前，需要作如下的定義和假設(shè)。定義1一個n-維歐幾里得空間［E，(*，*)］由n-維實向量空間Rn和內(nèi)積(*，*):E×ER組成，簡記為E。歐幾里得空間是一個賦范空間，范數(shù)為＊=(*，*槡)。歐幾里得空間也是一個度量空間，距離函數(shù)定義為d(x，y)=x－y。定義2將無線傳感網(wǎng)中的節(jié)點定義成八元組［O(x，y，z)，Rs，RC，kmin，α，β，gridt］。式中O(x，y，z)為節(jié)點的中心在三維空間中的三維坐標，坐標采用直角坐標系(x，y，z)來表示。RS為節(jié)點的感知半徑，即節(jié)點上搭載的傳感器設(shè)備的感知距離，由傳感器設(shè)備的硬件參數(shù)所決定。RC為節(jié)點的通信半徑，即節(jié)點上搭載的通信設(shè)備的通信距離，由通信設(shè)備的硬件參數(shù)所決定。kmin為防止節(jié)點碰撞設(shè)置的最小安全距離，根據(jù)搭載節(jié)點移動的裝置體積和移動速度的不同，在程序中設(shè)置不同的值。kb為節(jié)點平衡距離，根據(jù)不同的探測任務(wù)在程序中設(shè)置不同的值。α和β為虛擬力調(diào)節(jié)參數(shù)和虛擬力增長指數(shù)，它們共同作用用于調(diào)整虛擬力變化曲線。gridt用于保存節(jié)點的斥力網(wǎng)數(shù)組，它是由斥力原點TO(x，y，z)和斥力網(wǎng)Ti(x，y，z)，i=1，2，3，…，n兩部分組成。本文中的算法存在以下假設(shè):假設(shè)1搭載節(jié)點的設(shè)備相互碰撞會導(dǎo)致?lián)p毀，因此節(jié)點間必須保持一定安全距離;假設(shè)2探測目標存在實體，節(jié)點與探測目標也必須保持安全距離;假設(shè)3節(jié)點能夠感知探測目標的方向和距離。

基于虛擬力的三維部署算法

將VFA由二維空間擴展至三維空間VFA是最經(jīng)典的虛擬力算法之一，因此擬試圖在VFA上進行改進。由于VFA是分布在二維平面上的，但在某些情況下高度參數(shù)至關(guān)重要，所以首先需要把VFA定義在三維空間中，實現(xiàn)三維空間中的VFA(VFA3D)。在VFA3D中，首先需要先將節(jié)點位置由二維數(shù)組O(x，y)轉(zhuǎn)換為三維數(shù)組O(x，y，z)，增加高度z這一維。由此在這個三維空間中的虛擬力也由二維向量F(x，y)轉(zhuǎn)換為三維向量F(x，y，z)。通過這些變換，可成功地把傳統(tǒng)的二維平面中的圓覆蓋問題，轉(zhuǎn)變成了三維空間中的球覆蓋問題。因此在下文中將VFA中的幾種虛擬力在VFA3D中做重新定義。節(jié)點間作用力在VFA3D算法中沒必要完全按照現(xiàn)實世界中的范德華力來計算。為更好地適應(yīng)需求，可以范德華力進行一定程度的簡化。為了便于分析和觀察，把節(jié)點間虛擬力分別用二維圖和三維圖來體現(xiàn)，節(jié)點A對周圍的鄰居節(jié)點產(chǎn)生虛擬力，最小號的球(圓)一共有四個，它們分別是節(jié)點A、B、C、D，它們的半徑為每個節(jié)點的感知半徑RS，中號的球(圓)半徑為節(jié)點的A的節(jié)點平衡距離kb，最大號的球(圓)半徑為節(jié)點A的通信半徑RC。節(jié)點D在節(jié)點A的通信距離之外，因此它們之間無虛擬力;節(jié)點B在節(jié)點A的通信半徑之內(nèi)且與節(jié)點A距離大于節(jié)點平衡聚距離，因此受到由節(jié)點B指向節(jié)點A的引力;節(jié)點C在節(jié)點A的通信半徑之內(nèi)且與節(jié)點A的距離小于節(jié)點平衡距離，因此節(jié)點C受到由節(jié)點A指向節(jié)點C的斥力，當節(jié)點C與節(jié)點A的距離更小時，他們之間的斥力會更大，直至當距離小于最小安全距離時，它們之間的斥力變?yōu)闊o窮大。中心引力在VFA3D中，節(jié)點除了受到節(jié)點間的虛擬力，在初始狀態(tài)下，還應(yīng)受到來自于目標區(qū)域中心的引力作用。這樣即使節(jié)點初始位置未布撒在目標區(qū)域內(nèi)，或者由于個別節(jié)點初始位置脫離了節(jié)點群，無法進行正常的相互通信，也能通過中心引力的作用將脫離群體的一個或者多個節(jié)點拉回到目標區(qū)域，從而使全部節(jié)點都能連接起來，對目標區(qū)域進行全面的覆蓋。由于固定的中心引力有著難以克服的弊端，因此提出了自適應(yīng)中心引力算法。障礙物斥力節(jié)點在目標區(qū)域動態(tài)部署中，很可能會遇到障礙物，節(jié)點與障礙物進行碰撞會造成嚴重的損失。因此在VFA3D算法中，加入了障礙物斥力，能夠有效地避免節(jié)點與障礙物之間的碰撞。針對復(fù)雜目標的精確覆蓋部署算法在VFA3D中成功地把VFA由二維空間拓展至三維空間，但是僅僅這樣的話是遠遠不夠的，因為增加了一維并不僅僅是增加了一個高度參量，它所帶來的各種問題也應(yīng)運而生。首先最明顯的就是計算壓力大幅度提升，三維球覆蓋問題中的計算復(fù)雜度與二維覆蓋問題根本不在一個數(shù)量級上。其次在二維空間中探測目標一般都為一個點或者一個平面區(qū)域，而在三維空間中探測目標可能是一個點，一個空間曲線，空間曲面，甚至是一個不規(guī)則的空間多面體。所以任務(wù)目標更為復(fù)雜多變，一成不變的算法很難應(yīng)對各種情況。因此提出了VFA3D的改進算法ECA3D(ExactCoveringAlgorithmin3—Dspace)，并在ECA3D中提出了目標斥力網(wǎng)以及自適應(yīng)中心引力的概念。目標斥力網(wǎng)由于在實際探測任務(wù)中，對區(qū)域進行探測時，探測目標往往都不是一個規(guī)則的形態(tài)，使用傳統(tǒng)的虛擬力動態(tài)部署算法需要大量的節(jié)點對目標進行全覆蓋以期望能夠收集到想要的全部數(shù)據(jù)。但是當探測目標不為凸多面體，甚至僅僅是一條不規(guī)則曲線或者曲面時，大量的節(jié)點都被浪費掉了，因為使用VFA3D最終部署的形態(tài)總會是一個不規(guī)則的類球體。因此為了能達到自適應(yīng)的調(diào)整部署形態(tài)，使節(jié)點群能夠根據(jù)探測目標形態(tài)的不同均勻的覆蓋到目標表面，ECA3D提出了加入一個探測目標斥力場，在中心引力和目標斥力的共同作用下期望能夠使節(jié)點群平衡分布在探測目標表面，實現(xiàn)目標的均勻覆蓋。

實驗仿真

為了驗證本文提出的算法是否能夠達到預(yù)期效果，現(xiàn)設(shè)計了以下兩組實驗來進行驗證分析。錐面覆蓋實驗在第一組試驗中，首先分別采用三種算法對一空間錐面的上表面進行覆蓋部署。三種算法分別是VFA3D算法，只添加目標斥力網(wǎng)的VFA3D算法和同時有目標斥力網(wǎng)以及自適應(yīng)中心引力的ECA3D算法。然后通過對實驗結(jié)果的部署圖進行對比分析。最后就可以得出結(jié)論，在對復(fù)雜三維目標精確覆蓋時，哪種算法可以取得更好的效果。若探測目標為錐面，現(xiàn)在需要探測錐面的外測的相關(guān)數(shù)據(jù)，圖9是使用VFA算法簡單的擴展到三維空間對目標進行覆蓋部署，節(jié)點數(shù)為60。是只添加目標斥力網(wǎng)的VFA3D算法對目標進行覆蓋部署，節(jié)點數(shù)為60。采用ECA3D算法對相同目標進行覆蓋部署，節(jié)點數(shù)也是60。從三圖中對比，很容易看出VFA3D算法在針對復(fù)雜目標時，效果遠遠不如ECA3D算法所達到的效果，因為VFA3D算法是從VFA算法改進而來，僅僅將VFA擴展至三維空間，它無法根據(jù)目標的不同自適應(yīng)的調(diào)整節(jié)點群散開的形態(tài)。使用同一種形態(tài)應(yīng)對復(fù)雜多變的情況，對探測目標的針對性較小，不能夠根據(jù)探測目標的形態(tài)的不同而隨之變化。從中加入透視效果以后，可以明顯看出將VFA算法簡單的擴展到三維空間中，節(jié)點群依然以一個類球的多面體的形態(tài)完成最終部署，大量的節(jié)點運動至錐面的下方。若是將中心引力點設(shè)置到高一些的位置上，錐面上方的節(jié)點也不會按照錐面的形態(tài)均勻展開，而是在錐面上多層覆蓋。這樣無論如何都會導(dǎo)致了大量的節(jié)點部署到了無用的位置，節(jié)點的利用率偏低。而圖11中，本文提出的新型ECA3D算法能夠根據(jù)探測目標的不同自適應(yīng)的調(diào)整部署形態(tài)?，F(xiàn)在探測目標為一個錐面，那么節(jié)點群在自適應(yīng)中心引力和目標斥力網(wǎng)的作用下，能讓節(jié)點群均勻的分散在被探測目標的表面，從而使每一個節(jié)點都發(fā)揮出最高的效率，節(jié)點的利用率遠遠高出VFA3D算法。中心引力未采用本文中的自適應(yīng)中心引力算法，而是采用了傳統(tǒng)的固定中心引力算法。對邊兩圖明顯可以看出采用固定中心引力點很容易由于選取中心引力點的不當造成覆蓋上的漏洞，在凸多面體上表現(xiàn)得就是空洞，而在凹多面體上表現(xiàn)為堆積。由于自適應(yīng)中心引力和斥力網(wǎng)合力的共同作用，節(jié)點群均勻且無漏洞的覆蓋在錐面的表面上，和算法中受力分析預(yù)期的效果一致。

結(jié)束語

篇4

關(guān)鍵詞：二維動畫技術(shù)；三維動畫技術(shù)；結(jié)合；藝術(shù)創(chuàng)作

一、三維動畫和二維動畫的格式

隨著世界科技水平的不斷提升，對動畫產(chǎn)業(yè)的影響也變得越來越大，尤其是當三維動畫進入動畫市場之后，對傳統(tǒng)的二維動畫造成了很大的沖擊。全新的三維動畫產(chǎn)業(yè)對畫面的要求更高，在進行畫面制作的時候，主要是利用動漫制作軟件將物體以及場景進行結(jié)合，從而建立起更加立體真實的畫面，使其最終所呈現(xiàn)出的圖像更加立體。三維動畫的實際主要是利用計算機來完成，有效的實現(xiàn)了藝術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展，動畫制作者利用計算機軟件展開動畫制作的時候可以充分發(fā)揮自己的想象力，在進行三維動畫技術(shù)操作的時候十分便利，從制作動畫的觀點出發(fā)，在展開三維動畫制作的時候應(yīng)該要充分利用起二維動畫的人力資源，相關(guān)技術(shù)人員僅僅通過計算機上的操作就可以實現(xiàn)，同時，也在很大程度上降低了動畫制作的難度，縮短了動畫制作的周期。

二、二維動畫與三維動畫的不同表現(xiàn)形式

（一）空間表現(xiàn)形式上的不同

一提起二維動畫與三維動畫的不同之處，首先想到的一定是在空間表現(xiàn)形式上?，F(xiàn)階段的二維動畫技術(shù)主要是通過計算機輸入以及編輯關(guān)鍵幀和中間幀來完成的，對其運動軌跡進行精準的定義，但是不管二維動畫技術(shù)的畫面是否夠美，但是在空間表現(xiàn)能力上遠遠不及三維動畫，三維動畫具有很強的立體感，但無論三維動畫有多強的立體感以及代入感，也都是在二維動畫的基礎(chǔ)上來模擬的三維動畫效果[2]。三維動畫基本上都是由相關(guān)的三維動畫模擬軟件在計算機上建立起虛擬的立體世界，然后經(jīng)過設(shè)計者的設(shè)計，按照虛擬世界的構(gòu)造以及需求進行人物以及景象的編排，最終將其串聯(lián)為一長串動態(tài)畫面的工作。并且，三維動畫一定要具有正反兩面，這樣最終所體現(xiàn)出的三維效果才足夠真實。

（二）在藝術(shù)效果表現(xiàn)形式上的不同

傳統(tǒng)的二維動畫大多是采用手繪的方式來完成的，這種動畫制作方式需要消耗很長的時間，但是最終呈現(xiàn)出的動畫效果更加具有藝術(shù)性，其主要是運用將現(xiàn)實世界人物夸張化的形式來表現(xiàn)動畫世界當中的思想。動畫造型師會根據(jù)動畫當中的劇情以及劇中角色的需要來進行感官效果上的設(shè)計，使動畫當中的場景盡量符合動畫世界當中對于真實的定義，也盡量保證動畫角色人物的豐滿，在進行動畫設(shè)計的時候，會充分運用到夸張以及透視的方法，這會使動畫變得更加有表現(xiàn)力[3]。而對于三維動畫來說，在設(shè)計制作方面主要是依靠計算機軟件當中的模型來完成，在一定程度上脫離了事物本身的框架約束，通過科技手段盡量將畫面變得真實，這樣一來，便很容易達到設(shè)計者想要的立體效果，但是想要用夸張手法對其進行完美表現(xiàn)還是存在一定難度的。通常情況下，光線的陰影可以改變光線表現(xiàn)方式，同時還可以有效的起到調(diào)節(jié)場景氛圍的作用，在三維動畫的制作過程中，可以達到虛擬照明的效果，利用光線的陰影可以提高動畫場景的動態(tài)空間藝術(shù)性。在以往的二維動畫設(shè)計過程中，想要獲得較為理想的藝術(shù)表現(xiàn)，其創(chuàng)作過程會非常復(fù)雜，要在角色以及場景的動態(tài)表現(xiàn)上下很大功夫，但也不見得可以達到理想效果。而三維動畫的藝術(shù)表現(xiàn)更加新穎，在進行三維動畫制作的時候，要先對畫面當中的各個人物以及場景版塊進行處理，在將其合成之后，還要進行統(tǒng)一的處理，尤其體現(xiàn)在細節(jié)處理上，其制作效率要遠遠高于傳統(tǒng)的二維動畫。而二維動畫的制作時間相對較長，涉及到分鏡頭的編寫，還要實現(xiàn)聲音與動作的同步配合，因此，在錄完聲音之后，還要根據(jù)腳本放映的實際情況對其進行分割。需要原畫師描繪設(shè)計原稿，并且對動作進行精準細致的分割，后期還要對已經(jīng)完成的動畫進行照片掃描，當完成掃描之后，再根據(jù)情景制作特殊效果以及聲音。經(jīng)過上述的分析可以看出，雖然三維動畫與二維動畫僅僅相差了一個字，但是其藝術(shù)效果表現(xiàn)形式上還是有很大區(qū)別的，三維動畫的制作是盡量還原事物生活當中的原貌，而二維動畫在表現(xiàn)形式上會更加重視意境的描述，是一種對現(xiàn)實生活事物本真狀態(tài)的闡述，因此，二維動畫想要做得惟妙惟肖其實并不容易。從二者藝術(shù)表現(xiàn)形式上來看，各有特色，雖然三維動漫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展越來越紅火，最近幾年，二維動漫的產(chǎn)量在逐年下降，但是這并不能夠否定二維動漫的藝術(shù)魅力，二者都是推動動漫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要力量。

三、二維動畫技術(shù)與三維動畫技術(shù)的有效結(jié)合分析

（一）在特效方面的有效結(jié)合分析

二維技術(shù)與三維技術(shù)在創(chuàng)作特效當中的結(jié)合起到了非常理想的效果，例如在粒子特效方面，想要創(chuàng)作出一部兼具真實性與藝術(shù)性的動畫作品，應(yīng)該對創(chuàng)作技巧進行精準把握。例如，想要創(chuàng)作一群在深海當中游動的魚兒，如果從采用二維動畫技術(shù)對其進行創(chuàng)作，就需要對海底的環(huán)境以及魚兒游水的狀態(tài)進行模擬，先采用手繪的方式進行創(chuàng)作，然后將其進行疊加，這樣創(chuàng)作出來的作品會顯得有些模糊，與三維技術(shù)模型的效果相差很多[4]。所以，可以先采用三維動畫技術(shù)對其展開制作，從而保證人物狀態(tài)的真實性，然后再將其改為二維動畫的原畫，這種制作方式不僅僅保證了最終動畫的質(zhì)量，同時也在很大程度上節(jié)省了動畫制作的時間。在整個動畫創(chuàng)作的過程中，利用了三維動畫技術(shù)的特點，同時也利用了二維動畫技術(shù)的特點，將其進行了有機的結(jié)合。對于夸張創(chuàng)作手法的運用也可以恰到好處，采用三維技術(shù)創(chuàng)作出來的夸張動作以及景象不見得會符合大眾審美的觀念，這就需要動畫創(chuàng)作人員在對其進行使用的時候要注意分寸，這樣才能夠起到點睛的效果。

（二）在不同場景當中的結(jié)合分析

從現(xiàn)階段我國三維技術(shù)發(fā)展的實際情況來看，三維技術(shù)的渲染能力要遠遠超過二維技術(shù)，但同時，三維技術(shù)還有一些需要進一步改善的地方，才展開動畫創(chuàng)作的過程中，所使用的描線效果還沒有達到手繪的要求，因此，在進行遠景三維動畫模型制作的時候應(yīng)用三維動畫技術(shù)還很難達到理想的效果。而對于二維技術(shù)來說，其中長距離的表現(xiàn)效果較為理想，但是在進行近距離場景動畫表現(xiàn)的時候就會顯得較為淡薄，很難滿足現(xiàn)階段人們的審美需求。綜合以上二維動畫技術(shù)以及三維動畫技術(shù)的優(yōu)勢和不足，可以在場景轉(zhuǎn)化的方面對其進行互相補足應(yīng)用，這樣會使動畫最終呈現(xiàn)出的藝術(shù)效果有很大的提升，經(jīng)過材質(zhì)處理以及材質(zhì)合成之后，可以有效的彌補二維動畫當中的人物角色問題以及三維場景當中配合一致的問題[5]。

四、結(jié)束語

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摘要：三維動畫技術(shù)應(yīng)用廣泛。在課件中引入三維動畫，可進一步提高學(xué)生興趣，降低知識點難度，增強教學(xué)效果。

多媒體教學(xué)技術(shù)在中學(xué)教學(xué)中越來越普及，教育工作者制作出了各種類型的豐富多彩的課件。其中就動畫內(nèi)容而言，平面動畫較多，三維動畫還比較少見。筆者對三維動畫方面的問題很感興趣，就其在中學(xué)化學(xué)中的引入及初步應(yīng)用談?wù)勛约旱捏w會。

我使用的是3DStudioMAX(簡稱3DSMAX)三維動畫制作軟件。它集建模、材質(zhì)編輯、修改、渲染、動畫制作等功能于統(tǒng)一的Windows界面中，是一種大型、復(fù)雜的三維制作軟件。

3DSMAX對硬件環(huán)境的要求：使用相當于Pentium300MH或以上主頻的CPUl28M內(nèi)存，板載4M顯存的3D加速顯卡以及支持1024x768分辨率的17英寸顯示器。這種硬件要求今天已比較普遍。操作系統(tǒng)最好采用WindowsNT。對于Windows98的用戶，也可使用3DSMAX，但是會遇到一些問題。首先是數(shù)值輸入問題，安裝完成后，建立造型時，不能輸入造型的幾何參數(shù)，這時將S12sys．ron字體文件拷入操作系統(tǒng)的字體文件夾中，即可解決。其次，可能遇到內(nèi)存不足的問題，解決辦法是購買內(nèi)存或安裝一些第三方內(nèi)存管理軟件。

3DSMAX的窗口界面根據(jù)實際的功能大致可分為8個區(qū)域，分別是：視圖顯示區(qū)，下拉菜單區(qū)、工具欄、命令面板，信息狀態(tài)欄、動畫控制區(qū)、視圖控制區(qū)、對象捕捉區(qū)。各種工具、命令名目繁多，并且都是英文專業(yè)詞匯，熟悉、掌握需要較長的時間。

作為一名基層化學(xué)教師，我曾經(jīng)建立了一些化學(xué)三維動畫模型。

例：建立數(shù)個在空間以各種角度旋轉(zhuǎn)的乙烯分子球棍模型，其中一個漸至滿屏，其余隱至最遠處。

1、制作碳原子模型。打開“Create”命令面板，單擊“Sphere”球體按紐；在透視圖“Perspective”中拉出球體，3DSMAX自動命名球體為“Sphere01”，作為C原子；打開“Modify”命令面板，在“Parameters”參數(shù)欄輸入數(shù)據(jù)，修改球體半徑為所需。

2、制作兩個氫原子模型。同上，建立另一個球體“Sphere02”，作為H原子，兩球半徑比為r(C)/r(H)=30／23：選中Sphere02,按下空格鍵鎖定選擇，單擊工具欄上的“Pan”按紐，按下鍵盤的Shift鍵同時用鼠標拖動球體，在彈出的“CloneOptions”對話框中選擇“COPY”復(fù)選框單擊“OK”確認，復(fù)制出一個與“Sphere02”完全一樣的的球體。

3、制作兩個連杠。按下“Geometry”命令面板上的“Cylinder''''’按鈕，在透視圖中制作一個圓柱體；設(shè)高、半徑為所需。

同上，復(fù)制一個連杠。

4、將各部分組成一個整體。前面建立的各部分均為獨立的整體，必須將它們組合為一個整體。

首先單擊“SelectcandLink”按鈕，在大球上按下左鍵，將該球拖到一個連杠上，放開鼠標鍵；對其余各球、連杠同樣操作；

其次，按住Ctrl鍵用鼠標占取各物體，將五個物體全部選中，單擊“Croup”菜單上的“Group”命令，在彈出的對話框中輸入“乙烯片段”，單擊“OK''''’，關(guān)閉對話框，這樣五個物體組合為一個整體。完成乙烯分子球棍模型的一半。在場景中移動任何一個物體，組中物體都隨著移動。最后使用“Attach”命令將各部分真正結(jié)合成一個實體。

5、復(fù)制乙烯分子球棍模型另一半。

6、制作一根較長連杠，將兩部分連接起來。

7、將三部分連接為一個整體，即得到一個完整的乙烯分子球棍模型。

8、復(fù)制6至7個乙烯分子模型。

9、制作動畫。按下動畫控制區(qū)“Anim”動畫記錄按鈕(變?yōu)榧t色)，移動時間滑塊到50幀，將處于同等位置的數(shù)個乙烯分子邊從XY平面、XZ平面、YZ平面旋轉(zhuǎn)，邊移至漸遠，同時將一個乙烯分子各角度旋轉(zhuǎn)至漸近；移動時間滑塊到100幀，同樣將漸近的一個乙烯分子移至滿屏，并以正面呈現(xiàn)，其余分子移至屏幕最遠；關(guān)閉動畫記錄。

10、單擊動畫控制區(qū)“Play”按鈕，即可看到制作好單一個乙烯分子球模從一群分子中以各個角度飛出至滿屏，其余退至最遠。

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關(guān)鍵詞：三維CAD 機械設(shè)計 參數(shù)化

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）09（a）-0010-01

機械設(shè)計作為工科類學(xué)生的必修課程，在工科類學(xué)生的學(xué)習(xí)體系中占有舉足輕重的作用。機械設(shè)計的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容就是基本理論、基本知識以及基本方法，將這些書本知識運用于實踐中，在實踐過程中，更多側(cè)重于設(shè)計技能與設(shè)計構(gòu)思能力的培養(yǎng)。在機械學(xué)習(xí)教學(xué)中，將所學(xué)理論知識與實踐進行緊密結(jié)合，讓學(xué)生在實踐中加強對專業(yè)課程與專業(yè)技能的鞏固與運用成為了最主要的目的。因此加強機械設(shè)計課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段與教學(xué)方式的改革是勢在必行的。目前機械行業(yè)已基本實現(xiàn)了從手工繪圖向二維CAD技術(shù)過渡。二維CAD技術(shù)已經(jīng)成為了目前我國機械行業(yè)最為普遍的技術(shù)。但是隨著時間的推進，二維CAD技術(shù)的弊端也日益突出，如其只能起到一個電子圖板的功能，容易出現(xiàn)尺寸漏標、投影線生成過程復(fù)雜等問題。因此二維CAD并沒有真正起到一個計算機的輔助設(shè)計作用。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的提高，信息處理方式的不斷智能化，機械設(shè)計也逐漸開始向三維CAD邁進，并且在實踐中獲得了巨大的經(jīng)濟效益，經(jīng)受住了實踐的考驗。三維CAD技術(shù)開始成為機械設(shè)計技術(shù)的一個發(fā)展方向。

1 三維CAD技術(shù)概念

三維CAD技術(shù)也稱之為建模技術(shù)。作為CAD技術(shù)的核心，三維CAD技術(shù)經(jīng)過了多個發(fā)展階段才逐漸發(fā)展成型，它是以三維模型為基礎(chǔ)的，只要建造好了三維結(jié)構(gòu)，那么二維模型也是信手捏來的。三維CAD技術(shù)主要包括三維轉(zhuǎn)二維、三維造型與三維設(shè)計、機構(gòu)運動分析與仿真、圖樣檔案管理等。完備的三維CAD技術(shù)不僅能夠滿足幾何圖形的形狀與性能要求，而且能夠使其各方面的指標都達到一個完美的狀態(tài)。三維CAD技術(shù)符合創(chuàng)造者的設(shè)計思維，能夠使設(shè)計者充分發(fā)揮其想象力與創(chuàng)造力。三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的運用不僅解決了工程繪圖質(zhì)量與產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量等問題，而且能夠使產(chǎn)品的運功仿真、虛擬設(shè)計等達到最佳狀態(tài)。在目前的時代，掌握好三維CAD技術(shù)成為了現(xiàn)代機械設(shè)計人員的一種基本技能。

2 三維CAD技術(shù)在機械技術(shù)中運用優(yōu)勢

2.1 變量化與參數(shù)化設(shè)計的實現(xiàn)

進行變量化與參數(shù)化設(shè)計是進行三維設(shè)計的主要思想。傳統(tǒng)性CAD技術(shù)知識用固定尺寸進行幾何元素的定義，如果要進行圖畫修改的話就要進行重畫，而設(shè)計作品往往都是在進行多次修改后才能生成，因此這就給設(shè)計工作帶來很大的麻煩與浪費，二維CAD雖然能夠具有一定程度的參數(shù)化功能，但是對于實現(xiàn)建立于裝配環(huán)境的參數(shù)化設(shè)計還是有一定的難度。三維CAD設(shè)計中的變量化與參數(shù)化板塊就能夠?qū)α慵O(shè)計因某些尺寸變化而產(chǎn)生的變化進行自動修改，也可以對基于裝配環(huán)境的參數(shù)化設(shè)計進行裝配，及時是其中的某個零件尺寸出現(xiàn)變化，它也會使得其他的零件尺寸進行相應(yīng)調(diào)整。這就很大程度上減少了修改的工作量與工作時間，減輕了設(shè)計人員的修改工作量，大大節(jié)省了時間，提高了設(shè)計速度，也避免了信息的過于繁冗。

2.2 設(shè)計作品更形象與直觀

作品設(shè)計時，最原始的設(shè)想是一種立體的實體。可是因為設(shè)計手段的有限，所以設(shè)計人員很難在平面圖紙上將其作品繪畫出立體效果，通常是用正投影所形成的二維法來繪畫三維構(gòu)想。但是現(xiàn)在隨著CAD技術(shù)的發(fā)展，在軟件的輔助下，將構(gòu)想中的三維作品繪畫出來變得可能了。其中能使作品更形象更直觀的就是三維CAD技術(shù)了。利用該技術(shù)創(chuàng)作出的作品能讓人一目了然，并且有利于設(shè)計者進行更直觀的檢查工作，利用該技術(shù)還可以在設(shè)計階段進行模擬運轉(zhuǎn)與模擬裝配，使作品更適合實際運用。

2.3 可以對零部件進行優(yōu)化設(shè)計與有限元分析

傳統(tǒng)的設(shè)計方法不能保證設(shè)計計算時的數(shù)據(jù)與實際工作數(shù)據(jù)的高度接近，容易導(dǎo)致零部件的可靠性降低，加大了危險系數(shù)，尤其是對一些形狀收禮復(fù)雜的重要零件的數(shù)據(jù)。三維CAD技術(shù)能夠?qū)α悴考M行有限元分析，能夠?qū)χ匾牧悴考臄?shù)據(jù)經(jīng)參數(shù)化后輸入到有限元網(wǎng)絡(luò)進行受力變形分析、形狀優(yōu)化分析以及振動分析。一旦結(jié)果不符合實際要求就要進行重新計算與設(shè)計，一直到符合為止。這樣也就大大提高了設(shè)計效率與安全系數(shù)，降低了材料的浪費，提高產(chǎn)品的可靠性。

3 三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計的運用趨勢

隨著三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的不斷發(fā)展，它也正朝著集成化、規(guī)范化與智能化的方向發(fā)展。

3.1 集成化

三維CAD技術(shù)不是一種孤立的技術(shù)，它集成了設(shè)備、計算機軟硬件、網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)庫等。與此同時，它又與CAM（計算機輔助制造）、MIS（管理信息系統(tǒng)）、MRP（制造資源管理）等相關(guān)系統(tǒng)的集成。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，三維CAD技術(shù)也開始逐漸實現(xiàn)CAD＼CAM的集成，這也是今后人們發(fā)展的一個重要熱點。

3.2 規(guī)范化

規(guī)范化趨勢主要表現(xiàn)在：數(shù)據(jù)交換格式標準化、數(shù)據(jù)模型規(guī)范化以及CAD資源規(guī)范化。三維CAD技術(shù)講工程數(shù)據(jù)模型與幾何數(shù)據(jù)作為自身系統(tǒng)開發(fā)的依據(jù)。

3.3 智能化

參數(shù)設(shè)計與特征造型是三維CAD智能化的重要進步與表現(xiàn)。系統(tǒng)軟件不僅為人們提供一種繪畫工具進行設(shè)計，而且也不再把占有線面數(shù)據(jù)存儲到一起而忽略他們的內(nèi)在聯(lián)系。參數(shù)設(shè)計與特征造型的引進已經(jīng)成為了軟件作為人們好幫手的重要依據(jù)。

參考文獻

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[3] 張鋒，龐應(yīng)周.三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的應(yīng)用[J].科技向?qū)В?010（23）.

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2011年9月27日至30日，在上海舉辦的中國國際縫制設(shè)備展覽會上，力克展示了如何將最新技術(shù)與時尚專業(yè)知識相結(jié)合，如何簡化并提高服裝開發(fā)過程的效率。

“Modaris®是目前世界上使用最廣泛的服裝打版及放碼軟件。它是法國及意大利主要奢侈品品牌所使用的標準軟件，同時也被全球不同類型的時尚及服裝企業(yè)所廣泛使用。”力克首席執(zhí)行官 Daniel Harari 說道，“作為40年來時尚行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，力克在創(chuàng)建適用于全球時尚行業(yè)的三維虛擬原型解決方案上進行了大量的研發(fā)。Modaris®V7 將三維技術(shù)作為時尚開發(fā)的核心，幫助時尚企業(yè)優(yōu)化產(chǎn)品系列概念的開發(fā)階段，以確保企業(yè)收益及提升企業(yè)競爭力?！?/p>

始終如一的適身度是各大品牌提高客戶忠誠度的關(guān)鍵差異化因素。使用3D作為通用語言是手動原型制作的理想替代方案，可以加快產(chǎn)品開發(fā)過程并提高適身度。使用Modaris®V7，在繪制好樣版草圖后可以立即瀏覽特定面料的三維圖樣。在屏幕上所作的任何調(diào)整可直接修改到平面樣版。平面和三維模式的修改都是實時可見的。這一互動過程極大地降低了原型制作成本、縮短了開發(fā)時間，同時為公司提供了盡快做出決策以及保持市場領(lǐng)先地位所需的控制權(quán)和靈活性。這對于必須嚴格控制進度和成本，同時滿足不同體型消費者需求的公司具有尤其重要的意義。

Modaris®及其三維技術(shù)的效率非常之高，首批采用者表示采用Modaris能夠減少一半甚至更多實物樣品。在某些情況下，這意味著針對每件服裝只需制作一個原型。在公司決定是否投產(chǎn)某種產(chǎn)品時，Modaris®也發(fā)揮著非常重要的作用。

深受意大利主要品牌歡迎的意大利打版開發(fā)公司Prontomodel稱Modaris®幫助其公司大約減少了50%甚至更多實物樣品。該公司負責(zé)人Massimiliano Trambaioli說：“非常高效，現(xiàn)在我們就每件衣服只需創(chuàng)建一個實物原型，因為虛擬樣版的效果非常好?！?/p>

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【關(guān)鍵詞】 三維打印 應(yīng)用前景 發(fā)展趨勢

三維打印（Three Dimension Printing，簡稱3DP）屬于一種快速成型（Rapid Prototyping，簡稱RP）技術(shù)，是一種由CAD（計算機輔助設(shè)計）數(shù)據(jù)通過成型設(shè)備以材料堆積的方式制成實物的技術(shù)。三維打印技術(shù)不需要使用傳統(tǒng)的加工器械即可快速、精確地制造零件或模具，從而有效地縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮減生產(chǎn)成本。三維打印技術(shù)改變了傳統(tǒng)的零件生產(chǎn)模式，減少了制造企業(yè)對生產(chǎn)空間的要求與廉價勞動力的需求，其推廣應(yīng)用將對傳統(tǒng)的零件生產(chǎn)模式帶來顛覆性的影響。

一、三維打印技術(shù)分類及優(yōu)勢

目前比較典型的三維打印快速成形技術(shù)主要分為三種：粉末粘結(jié)三維打印、光固化材料三維打印與熔融材料三維打印。

1、粉末粘接三維打印

粉末粘結(jié)三維打印是目前應(yīng)用最為廣泛的三維打印技術(shù)。其工藝過程如下：首先，在工作平臺上均勻鋪灑單位厚度的粉末材料；其次，依據(jù)實體模型離散層面的數(shù)字信息將粘結(jié)劑噴射到粉末材料上，使粉末材料粘結(jié)，形成單位實體截面層；再次，將工作臺下降一個單位層厚；最后，重復(fù)第一步至第三步，逐層堆砌，形成三維產(chǎn)品。粘接三維打印技術(shù)的優(yōu)點一是成型速度快，二是由于粉末本身可以作為支撐，因此不需要加入額外的支撐結(jié)構(gòu)。其存在的缺點是，通過粉末粘連成形的零件精度和強度偏低，一般需要后續(xù)工藝提高其強度，但后續(xù)處理工藝會導(dǎo)致零件體積收縮，變形嚴重。目前ZCorp公司的粉末粘結(jié)三維打印機占據(jù)市場主導(dǎo)地位。

2、光固化三維打印

光固化三維打印又稱光敏三維打印，該技術(shù)使用液態(tài)光敏樹脂作為原料制作零件模型，然后利用紫外光對其進行固化。其工藝過程如下：首先，根據(jù)離散的虛擬實體截面數(shù)據(jù)，噴射形成單位厚度的實體材料與支撐材料截面；其次，使用紫外光照射使截面固化；再次，不斷重復(fù)上述過程，直至完成零件實體與支撐實體；最后，通過后續(xù)處理清理支撐實體，得到零件。光固化三維打印結(jié)合了光固化成形與噴射成形的優(yōu)點，提高了零件的精度并降低了生產(chǎn)成本。目前，光敏三維打印機市場由美國的3Dsystem公司與以色列的Objet公司壟斷。

3、熔融材料三維打印

熔融材料三維打印成形原理和工藝過程與光固化三維打印成形的原理和工藝過程類似，但熔融材料三維打印技術(shù)是通過直接噴射熔融態(tài)的熱塑性塑料打印成形的，省略了紫外光照射固化工序。雖然簡化了工藝，但熔融材料三維打印對成形設(shè)備與噴頭性能的要求更為苛刻，而且目前可供其選擇的支撐材料極其有限，從而制約了這種工藝技術(shù)的市場擴張。

三維打印技術(shù)是快速成形技術(shù)中的一種，除三維打印外，目前技術(shù)成熟、應(yīng)用比較廣泛的商業(yè)化快速成形工藝還包括光固化/立體光刻成形（SLA）、選擇性激光燒結(jié)成形（SLS）、堆疊實體制造（LOM）、熔融堆積成形（FDM）等。SLA、SLS、LOM快速成形技術(shù)需要配備價格昂貴的激光系統(tǒng)，與之相比三維打印快速成形設(shè)備具有價格相對便宜、運行成本低、易于維護的優(yōu)勢。FDM技術(shù)成形材料單一，成形溫度區(qū)間短，與之相比三維快速成形技術(shù)具有成形材料種類多、成形溫度區(qū)間長的優(yōu)勢。此外，三維快速成形技術(shù)實現(xiàn)過程簡單，基本無生產(chǎn)污染，適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。因此，三維打印技術(shù)被認為是最具生命力的快速成形技術(shù)，發(fā)展?jié)摿薮螅瑧?yīng)用前景廣闊。

二、三維打印材料與設(shè)備

打印材料的適用范圍決定了三維打印技術(shù)的應(yīng)用廣度，成形設(shè)備的打印精度、打印速度等性能決定了三維打印技術(shù)的應(yīng)用深度，設(shè)備與材料的相容性則決定了三維打印技術(shù)的應(yīng)用邊界。不同的材料物理化學(xué)性質(zhì)不同，對應(yīng)的預(yù)處理過程、打印過程、工藝參數(shù)也有所差別。因此，不同屬性的材料必須配備相應(yīng)的打印機，即設(shè)備與打印材料是綁定的。

目前，3D打印機設(shè)備主要提供商有ZCorporation、Objet、Stratasys、3Dsystems等，Stratasys公司與3D Systems公司是3D打印設(shè)備兩大巨頭。Stratasys公司近期收購了以色列的Objet公司；3D Systems公司2012年初完成了對Z Corporation 的收購。為表述方便，仍采用未收購前的公司及產(chǎn)品名稱。ZCorporation公司自1995年開始研發(fā)粉末粘結(jié)成形三維打印快速成形設(shè)備，目前公司已成功開發(fā)出具有成形速度快、成形色彩范圍廣和成形尺寸大等特點的多個系列的三維打印快速成形機，成形材料包括容易獲取的石膏、橡膠、淀粉、石蠟和鑄造砂等。Objet公司成立于1998年，公司致力于開發(fā)光固化三維打印快速成形設(shè)備及相關(guān)的成形材料。2007年，Objet公司推出的Eden系列產(chǎn)品獲得市場廣泛認可。目前，Objet公司已經(jīng)成功開放出具有不同性能的多種光敏樹脂打印材料。Stratasys公司成立于1989年，公司致力于研發(fā)熔融材料三維打印設(shè)備與材料，在全球市場份額較大，公司近期推出了采用多種顏色的ABS成形材料和水溶性支撐材料的Dimension1200es系列高端打印機。3Dsystems公司1999年推出了首臺以石蠟為成型材料的熱噴式三維打印快速成形機，這種打印機的成本和材料均較為低廉。此后，3Dsystems公司又研發(fā)了成型精度高的以熱塑性塑料為成型料的熱噴式三維打印快速成形機和以光敏樹脂為成型料的三維打印快速成形機。除了生產(chǎn)銷售專業(yè)打印機外，ZCorpration、Objet、Statasys、3Dsystem等公司也積極研究開發(fā)低價位、小型桌面化的快速成形設(shè)備，促使桌面三維打印設(shè)備市場進入快速成長期。

三、三維打印的應(yīng)用

隨著三維打印快速成形設(shè)備功能的不斷改進與打印材料的不斷開發(fā)，三維打印的應(yīng)用范圍將逐漸拓展。尤其在機械加工、醫(yī)學(xué)工程、家庭消費等領(lǐng)域應(yīng)用空間巨大。

1、機械加工領(lǐng)域

三維打印快速成形技術(shù)可以用于快速制模與快速制造。ZCorporation公司生產(chǎn)的粉末粘結(jié)三維打印快速成形機能夠快速地制造出可直接澆鑄低熔點金屬的鑄造模。三維打印快速成形技術(shù)可以直接將陶瓷粉和金屬粉粘結(jié)成形，然后通過燒結(jié)固化、滲入低熔點金屬等工藝獲得陶瓷或金屬零件，也可以直接噴射熔融的陶瓷懸浮液或金屬液進行打印，再經(jīng)過簡單的輔助處理得到陶瓷或金屬制件。

由于受到打印材料、打印尺寸的約束以及設(shè)備精度低導(dǎo)致的成品性能降低，目前三維打印的金屬制件大多局限于部分低端制造業(yè)領(lǐng)域，但隨著打印機價格的下降及設(shè)備精度的提高，三維打印在機械加工領(lǐng)域的應(yīng)用范圍將不斷拓展。三維打印機的應(yīng)用將降低零部件生產(chǎn)的技術(shù)門檻，同時減少零部件生產(chǎn)對勞動力的依賴。未來，伴隨三維打印的普及，那些依靠廉價勞動力獲得生存空間的低端制造企業(yè)的比較優(yōu)勢將會逐漸消失，而無一技之長的勞動力也將面臨更加嚴峻的就業(yè)壓力。

2、醫(yī)藥工程領(lǐng)域

運用三維打印技術(shù)可以快速精確地制造人體的器官模型。借助器官模型，醫(yī)生可以對患者進行病情診斷。同時人體器官模型可以幫助醫(yī)生充分進行術(shù)前討論，以尋求最佳的手術(shù)治療方案，從而能有效縮短手術(shù)時間，降低手術(shù)風(fēng)險。由于醫(yī)用模型的應(yīng)用易于推廣，該市場在發(fā)達國家正迅速擴張。除了醫(yī)用模型，利用三維打印還可以制造出高效藥品。由于藥品的尺寸形狀相似度高，且成形工藝過程易于移植，應(yīng)用前景廣闊。美國科學(xué)家已成功利用三維打印快速成型技術(shù)制造出可供口服的可控釋放藥片。三維打印也可制造出人工骨骼，將可降解的工程材料作為打印材料，利用三維打印設(shè)備制作成攜帶活性因子且疏松多孔的人工骨骼，當人工骨骼植入生命體后，經(jīng)過一段時間的降解、鈣化，可被生命體完全吸收并形成新骨，其有效性已經(jīng)在動物實驗中得到了驗證。

3、家庭消費領(lǐng)域

早期的三維打印機主要面向工程與醫(yī)藥領(lǐng)域，且價格昂貴、功能單一、體型碩大，嚴重制約了其在家庭消費領(lǐng)域的應(yīng)用。但隨著面向家庭與個人應(yīng)用的桌面三維打印機的問世，三維打印家庭消費市場逐漸升溫。隨著面向家庭應(yīng)用的三維打印機的的價格不斷降低，功能日益多樣化，三維打印機在家庭消費領(lǐng)域的應(yīng)用將迅速擴大。以食品領(lǐng)域為例，2011年，康奈爾大學(xué)的創(chuàng)新機器實驗室研發(fā)出一臺三維食物打印機，用它可以制作出巧克力、棉花糖甚至蛋糕。2012年，賓夕法尼亞大學(xué)的科學(xué)家使用三維打印機技術(shù)在實驗室打印出了人造肉，鮮肉組織可在糖類物質(zhì)構(gòu)成的框架上生長，口感與真肉十分相近。雖然三維打印食品仍處于實驗階段，但是近期研究成果顯示其在食品領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

四、三維打印的前景展望

1、材料多元化

制約三維打印快速成形技術(shù)應(yīng)用推廣的主要因素是成形材料的特殊性與成形設(shè)備的適用性。目前可用于商業(yè)化三維打印快速成形的材料主要包括高分子材料、無機非金屬和金屬材料。雖然高分子材料在商業(yè)化三維打印機已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但其他材料的應(yīng)用仍處于探索階段。有限的可選擇的打印材料限制了三維打印技術(shù)的推廣。而隨著技術(shù)的進步，可利用材料的種類越來越豐富，未來將出現(xiàn)更多具有良好綜合性能的成形材料，為三維打印技術(shù)的推廣提供了良好的支撐。

2、產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域擴大，性能提高

隨著可供選擇的打印材料的不斷擴充，三維打印機能夠打印出來的實體將不斷增加，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U大。更為重要的是，隨著新工藝的開發(fā)和設(shè)備的改進，產(chǎn)品的尺寸精度與性能將進一步提高，對低端制造業(yè)的沖擊將逐漸顯現(xiàn)。

3、專業(yè)打印機與個人打印機并行發(fā)展

在商業(yè)領(lǐng)域，拓展三維打印設(shè)備的體積以容納更多零部件是拓展市場的前提。而個人應(yīng)用領(lǐng)域，面對消費者個性化的需求，將會出現(xiàn)外形更為小巧，更加經(jīng)濟實用，適合辦公室工作環(huán)境的機型。

雖然目前三維打印技術(shù)制造的商品在整個全球制造業(yè)中所占的比重微不足道，三維打印技術(shù)的應(yīng)用受到各種制約，比如材料限于特定的塑料、樹脂和金屬，精度只能達到微米級，但是隨著研究的深入與技術(shù)的進步，打印材料將會更加多樣性，設(shè)備功能將會更加完善，三維打印的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U大，并對傳統(tǒng)生產(chǎn)方式產(chǎn)生深遠影響。

【參考文獻】

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[3] 伍詠暉、李愛平、：三維打印成形技術(shù)新進展[J].機械制造，2005（12）.

篇9

【關(guān)鍵詞】三維激光掃描；虛擬現(xiàn)實；技術(shù)；發(fā)展

虛擬現(xiàn)實有很多種定義，一種比較有概括性的定義是：虛擬現(xiàn)實是一種非常強大的高端人機接口，包括通過視覺、聽覺、嗅覺和味覺等多種感覺通道的實時模擬和實時交互。虛擬現(xiàn)實有三個關(guān)鍵特征，包括：實時的交互性（Interaction），實時指計算機能探測到用戶的輸入并同時修改虛擬世界；交互性有助于產(chǎn)生沉浸感（Immersion），即讓用戶感覺到置身于屏幕所顯示的情節(jié)中；要實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實的交互性和沉浸感，以及要在實際應(yīng)用中更好地解決問題，在很大程度上取決于研究者和設(shè)計者的想象力（Imagination）。因此，交互性、沉浸感和想象力夠成了虛擬現(xiàn)實的基本特征，也就是“3I”特性。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在發(fā)展的過程中，還有一些障礙，其中一大障礙來源于繁瑣的三維建模。

三維激光掃描技術(shù)又被稱為實景復(fù)制技術(shù)，是測繪領(lǐng)域繼GPS技術(shù)之后的一次技術(shù)革命。它突破了傳統(tǒng)的單點測量方法，具有高效率、高精度的獨特優(yōu)勢.三維激光掃描技術(shù)能夠提供掃描物體表面的三維點云數(shù)據(jù)，因此可以用于獲取高精度高分辨率的數(shù)字地形模型。由于其具有快速性，不接觸性，穿透性，實時、動態(tài)、主動性，高密度、高精度，數(shù)字化、自動化等特性，其應(yīng)用推廣很有可能會像GPS一樣引起測量技術(shù)的又一次革命。

1.應(yīng)用三維激光掃描技術(shù)的虛擬現(xiàn)實技術(shù)與傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不同

傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實技術(shù)中的視景生成辦法比較簡單，如圖1所示。

圖1流程僅解決了視景定性分析及模擬過程，但足以在可視化環(huán)境中實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實應(yīng)用的功能仿真，至于仿真結(jié)果的可逆行工作則受到局限，因為缺少對真實現(xiàn)實的精確測繪及全面的實測數(shù)據(jù)，因此很難解決視景仿真的精確定量分析、逆向還原及用于定量分析真實目標結(jié)構(gòu)特性，說的更確切點，三維激光掃描技術(shù)真正解決了面向目標的三維可視化重建及逆向工程的雙性職能，這必將為虛擬現(xiàn)實技術(shù)的更廣泛應(yīng)用開辟全新的應(yīng)用領(lǐng)域，同時，也是對傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實技術(shù)瓶頸的突破及擴展。具體流程如圖2所示。

2.三維激光掃描技術(shù)將拓展虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用內(nèi)涵

從應(yīng)用角度考慮，由于采用了三維激光掃描測繪技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的完美結(jié)合，進而使正向工程更加精確及數(shù)據(jù)可操作化，同時也在逆向工程及快速還原應(yīng)用中增加了革命性的跨越。

三維激光掃描測繪技術(shù)是通過激光脈沖發(fā)射到真實視景中，經(jīng)過激光發(fā)射及逐點測繪，將對象坐標系統(tǒng)及物體的結(jié)構(gòu)形態(tài)直接生成到電腦中，然后經(jīng)過點云處理及三維實體建模，最終重建出真實視景世界，它的技術(shù)特點是：所有采集的真實世界都是由精確數(shù)據(jù)做保證的，同時又可以結(jié)合圖形圖象技術(shù)再現(xiàn)實景。

圖3是采用三維激光掃描技術(shù)重建的模型及視景環(huán)境，他們都是從相應(yīng)的VR用例資料中截取的，從圖中我們看不出與傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實應(yīng)用的區(qū)別，因為他們都具有虛擬現(xiàn)實應(yīng)用的沉浸感、人機交互操作能力、過程仿真能力等，但由于采集實景的技術(shù)及三維重建的手段不同，進而應(yīng)用深度及廣度具有很大區(qū)別。

3.由三維激光掃描測繪技術(shù)重建的虛擬現(xiàn)實的優(yōu)勢

由三維激光掃描測繪技術(shù)重建的虛擬現(xiàn)實內(nèi)容都是基于精確數(shù)據(jù)做支撐的，它除了具備傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實內(nèi)容的所有功能及要素外，其本質(zhì)區(qū)別還在于：

——所有虛擬實體或?qū)嵕澳Ｐ投伎梢赃M行各種的測繪、分析、計量等，而傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實技術(shù)是很難做到的。

——所有視景內(nèi)容都是真實世界內(nèi)容的高精度復(fù)制，任何計量數(shù)據(jù)或測繪數(shù)據(jù)都可以達到從0.005mm到1.5mm的精度值。

——所有虛擬實體及實景都可以直接應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)分析、模擬、逆向工程、快速還原、立體編輯、二維制圖還原等。

——所有虛擬實體及實景都可以直接進行對真實物體的復(fù)制、校驗、修復(fù)、檢測、加工、測試、仿真工程，并且直接被目前國際流行的各種應(yīng)用軟件所調(diào)用，如：有限元分析、流體力學(xué)分析、CAD、三維設(shè)計、模具加工、工藝檢測、設(shè)備維護、產(chǎn)品翻新、仿制仿研、計量測繪、形變分析等等。

4.三維激光掃描技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用前景

充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)的成果來加速、高效、低成本、高質(zhì)量、更精準的實現(xiàn)不同應(yīng)用領(lǐng)域的相關(guān)任務(wù)，這是目前國際上虛擬現(xiàn)實應(yīng)用的重要特征。如果說傳統(tǒng)虛擬現(xiàn)實技術(shù)還僅僅是初期信息工具描述現(xiàn)實活動的新生事物，那么三維激光掃描技術(shù)的引入將使虛擬現(xiàn)實技術(shù)變得更精準，更貼近人們的具體期望。

現(xiàn)今人們更關(guān)注的是如何改進業(yè)務(wù)流程，并持續(xù)地構(gòu)建富有創(chuàng)新性的產(chǎn)品及概念，提高效益及數(shù)據(jù)整合手段，加快產(chǎn)品進步、提升質(zhì)量及改進改造的時間。要實現(xiàn)這些，必須最大限度地使用研發(fā)及制造領(lǐng)域的活力之源，即：數(shù)字化及獲取數(shù)據(jù)的手段。以便讓這些數(shù)據(jù)在企業(yè)中處于最佳的使用效率，以實現(xiàn)工作成效的最大化。

參考文獻

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篇10

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計；三維CAD技術(shù)；應(yīng)用

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)水平的逐步提高，信息技術(shù)正處于日益發(fā)展中，在電子技術(shù)與計算機技術(shù)基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了三維CAD技術(shù)，該技術(shù)對結(jié)構(gòu)設(shè)計具有現(xiàn)實意義。但值得注意的是，三維CAD技術(shù)更多的被運用在機械類結(jié)構(gòu)設(shè)計中，通過將三維CAD技術(shù)合理的運用在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，有利于結(jié)構(gòu)間相互配合，從而增強了產(chǎn)品的質(zhì)量與技術(shù)含量，為提高我國現(xiàn)代化工業(yè)水平奠定良好基礎(chǔ)?；诖耍诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計期間，應(yīng)該合理的利用三維CAD技術(shù)，通過充分發(fā)揮該技術(shù)的作用，從而促進提升結(jié)構(gòu)設(shè)計效果，為優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量創(chuàng)造有利的條件。

1三維CAD技術(shù)的優(yōu)勢分析

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，進而產(chǎn)生了三維CAD技術(shù)，對于該技術(shù)而言，主要包含了三維造型、機構(gòu)運動分析和三維設(shè)計等內(nèi)容，該技術(shù)在諸多領(lǐng)域的運用，通過發(fā)揮虛擬和仿真等的作用，可以滿足性能以及幾何形狀等的要求，能夠讓產(chǎn)品的各個指標更加符合規(guī)范。當前，在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，通過運用了三維CAD技術(shù)，有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量與科技含量，比如，在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計時，采取三維CAD技術(shù)對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)加以設(shè)計，由于三維CAD技術(shù)與二維技術(shù)相比功能更加強大，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量有所保障，因而在零件加工中也有助于提高機械產(chǎn)品的整體質(zhì)量。

同時，在結(jié)構(gòu)設(shè)計期間，設(shè)計人員不但要完成設(shè)計任務(wù)，而且要對部分零件予以改裝，確保結(jié)構(gòu)設(shè)計更加具有科學(xué)性與合理性，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計是個復(fù)雜的過程[1]。但是，將三維CAD技術(shù)利用在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，因為三維CAD技術(shù)更加完善，系統(tǒng)的功能更為健全，在具體設(shè)計時，設(shè)計速度更快，能夠提高到4倍以上，縮短了結(jié)構(gòu)設(shè)計的時間，并且設(shè)計質(zhì)量也有所保證。總之，三維CAD技術(shù)有很多的優(yōu)勢，將其運用在結(jié)構(gòu)設(shè)計中對提升設(shè)計質(zhì)量具有主要作用，也為推動行業(yè)發(fā)展提供了堅實的保障。

2三維CAD技術(shù)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的具體應(yīng)用

2.1制作裝配圖

當前，由于三維CAD技術(shù)有很多的優(yōu)勢，所以被廣泛應(yīng)用在諸多領(lǐng)域，以機械行業(yè)為例，在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，三維CAD技術(shù)作為比較核心的輔助工具，將其應(yīng)用在制作裝配圖中，對最大限度的提高設(shè)計質(zhì)量創(chuàng)造了有利條件。在實際運用CAD技術(shù)制作裝配圖時，設(shè)計人員認真地分析零部件結(jié)構(gòu)，合理的利用CAD軟件中的三維編輯功能，當鼠標運動到某一具置時，然后將零部件的裝配制定到該坐標處，從而以最快和最準確的方式完成裝配圖的制作，也達到了良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計效果。

2.2制作產(chǎn)品的零件和裝配圖建模

在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，為了保證設(shè)計質(zhì)量，需要充分發(fā)揮三維CAD技術(shù)的重要作用，在制作產(chǎn)品的零件和裝配圖建模階段，通過正確的運用三維CAD技術(shù)，將該技術(shù)運用在制作產(chǎn)品的零件和裝配圖建模中，從而為提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計整體效果具有現(xiàn)實意義。CAD技術(shù)將線框、表面和實體建模作為主要方式，然而，三維CAD技術(shù)與其相比有很大的差異性，該技術(shù)還兼具圓錐形、立方體和環(huán)狀體等六大建模體系，將三維CAD技術(shù)應(yīng)用在機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對不同類型的零件予以實體建模發(fā)揮了關(guān)鍵作用，尤其是在對零件進行分解過程中，采用了交、并和差等布爾運算，能夠更好的對機械零件的三維造型實施實體建模。當對產(chǎn)品的零件進行了實體建模之后，借助于CAD軟件對相關(guān)資料予以合理的整理與分許，進而整合出最為科學(xué)的機械裝配圖形，不但提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量與效率，而且保證了產(chǎn)品的整體質(zhì)量。

2.3檢查零部件設(shè)計情況

在將三維CAD軟件運用在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，設(shè)計人員借助于動畫播放或是建模的形式，可以快速、比較直觀的演示機械產(chǎn)品零部件實際裝配狀況，也有利于利用資源查找器修改機械產(chǎn)品中的某部分零件，對產(chǎn)品模型予以重新構(gòu)建，檢查零部件的設(shè)計情況，繼而有效的增強了機械零件間適配的性，也在一定程度上防止零件存在誤差，從而最大程度的降低了機械產(chǎn)品在裝配存在問題。其中設(shè)計人員利用三維CAD軟件系統(tǒng)可以對整體裝配予以合理的調(diào)整，所以能夠呈現(xiàn)出不同形狀結(jié)構(gòu)的實體建模，一旦發(fā)現(xiàn)問題，進而立即對機械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計與裝配加以調(diào)增，從而保證了結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體質(zhì)量。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計期間，通過加大三維CAD技術(shù)的利用力度，能夠?qū)崿F(xiàn)對零部件設(shè)計情況加以檢驗的效果，以自動化的方式對零部件予以檢查，并且直觀的觀察設(shè)計狀況，不但縮短了設(shè)計的周期，而且也最大程度的提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

3結(jié)語

我國作為工業(yè)大國，工業(yè)的發(fā)展為社會經(jīng)濟增長發(fā)揮了關(guān)鍵作用。在機械、汽車和電子領(lǐng)域，為了優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，進而創(chuàng)造出高品質(zhì)的產(chǎn)品，必須對結(jié)構(gòu)進行合理的設(shè)計，那么，在結(jié)構(gòu)設(shè)計期間，需要利用到計算機技術(shù)與電子技術(shù)等，實現(xiàn)對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。在行業(yè)發(fā)展過程中，企業(yè)需要對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，進而制造出質(zhì)量更高的產(chǎn)品，繼而滿足市場的需求，那么，在結(jié)構(gòu)設(shè)計期間，應(yīng)當采取合理的技術(shù)，為提高結(jié)構(gòu)設(shè)計效率奠定良好基礎(chǔ)。由于三維CAD技術(shù)具有很多的優(yōu)勢，所以需要將三維CAD技術(shù)合理的應(yīng)用在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，從而為提高結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量發(fā)揮主要作用。

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