三维立体模型（精选十篇）
三维立体模型 篇1
针对非特定环境下的三维模型重建受到背景干扰而无法达到精度的问题,提出了采用基于Grabcut的图像分割方法,该方法基于图割理论能量最小化的原则,可以较好地分离前景背景,去除图像的冗余信息。且系统采用三视图进行空间点的重建,相对于传统的只用两幅图的重建算法精度更高,稳定性更好。
1 基本原理
三维重建需要对输入的二维图像进行一系列的如相机参数、成像原理等分析,最终获得图像中特征点所对应的实际物体的三维坐标。总体上,该系统采用的具体流程如图1所示。
1.1 图像预处理
图像的获取是三维模型重建的基础,在通过传感器(如CCD摄像机)获取图像后,考虑到光照条件、摄像机性能等影响,需要对获取的图像做进一步处理,提高清晰度,改善视觉效果,将图像转换成一种更适合于人或机器分析处理的形式[2]。该过程包括两个部分:(1)图像的平滑、滤波及增强;(2)背景与目标物体的分离。
针对图像质量退化的问题,采取基于简化PCNN模型进行噪声滤波及图像增强。对于重点讨论的去除图像中的冗余信息,采用基于Grabcut的图像分割方法。
1.2 相机标定
为了从图像中获取世界坐标系中三维物点与像点的对应关系,如图2,计算物体的位置形状等信息,必须建立摄像机成像的几何模型并获得其参数。在大多数条件下这些参数必须通过实验与计算才能得到,这个求解参数的过程就称之为摄像机标定[3]。
摄像机标定确定了摄像机内部几何和光学特性(内部参数),相对世界坐标系的摄像机坐标系的三维位置和方向(外部参数),标定的精度直接决定了模型重建的精度。
1.3 特征匹配
寻找两幅或多幅图像中的对应特征点,使图像间的均方误差最小化,就可以得到更精确的相对位置关系,从而对两帧图像进行匹配。现有的特征点提取方法可以分为基于模板的特征点检测,基于边缘特征检测和基于亮度变换的特征检测三类[4]。文中SIFT特征匹配算法是一种稳定的局部特征匹配算法[5]。该算法匹配能力较强,具有优良的尺度和旋转不变性以及对光照和视角变化的鲁棒性,广泛应用于机器人视觉、三维目标重建及医学图像配准等领域。
1.4 三维重建
在进行特征点匹配并且得到相机的内外参数后,就可以从像素坐标系中的某个像素点逆向映射成世界坐标系中的点。通过特征点在图像中的匹配关系,建立方程组,求解各个特征点在世界坐标系中的坐标值,再将各个特征点按对应关系连接成相应的三维立体图,完成物体的三维重建[6]。
2 系统设计
2.1 图像分割
Grabcut是一种交互式的图像分割方法,以简单的“硬分割”代替三分图的构建,减少了人工交互部分的工作量,是Rother等人对Graph cuts算法的改进[7]。该方法有以下三点改进:(1)采用高斯混合模型(Gaussian Mix-ture Model,GMM)来取代直方图,完成对彩色图像的目标提取。(2)多次迭代估计GMM参数取代一次最小化估计完成能量最小化的过程。(3)通过非完全标记的方法降低了对交互工作的要求。
Grabcut目标提取算法中每一个GMM都可以看做是一个K维协方差,在优化过程中引入向量k作为每个像素的独立GMM参数,相应的像素点上不透明度α=0或α=1,用θ表示目标/背景颜色分布的概率模型,所以图像分割分割问题可以转化为
Grabcut的主要步骤如下:
(1)初始化
(1)人工设置背景TB来初始化三分图。前景区域TF为空,未知区域TU取背景TB的补集。
(2)将背景区域像素的α值设为0,未知区域像素的α值设为1。
(3)分别用α=0和α=1两个集合来初始化前景与背景的高斯混合模型。
(2)迭代最小化
(1)求出未知区域中每个像素n所对应的GMM参数。
(2)由各个像素的数据切得高斯混合模型参数θ。
(3)利用最小能量得到初始分割,
(4)重复执行步骤(1),直到收敛。
(3)用户交互编辑
(1)人工交互制定图像中某些像素的α值,令其为0或1,更新三分图,执行迭代最小化中的第3步。
(2)优化:重新执行整个迭代最小化的步骤。
若用户给出的初始化信息没有得到满意的分割效果则进一步交互,利用更多的信息重新最小化能量,直到满意的分割结果。
2.2 Zhang相机标定
这里采用基于2D平面标靶的标定方法,又称张正友标定法。该方法[8]基本原理可用式(1)表示
平面模板和相机可以自由移动,且内部参数始终不变,这里假定模板平面在世界坐标系Z=0的平面上。通过现行模型分析可以计算出相机参数的优化解,然后通过最大似然法进行非线性求精。得出镜头畸变的目标函数后,就可以求出所需的相机内外部参数。
基本流程描述如下:(1)打印一张黑白棋盘格模板贴于平面上。(2)采用Harris角点检测法检测出图像的特征点。(3)从不同角度拍摄若干张模板照片。(4)根据公式求出相机的内外参数。(5)求出畸变系数。(6)优化求精。
2.3 SIFT特征点检测与立体匹配
宽基线条件下的特征匹配是要提取稳定的特征并进行描述,从而实现差异较大的两幅图像之间的特征匹配。
SIFT特征向量生成算法包含以下四步:(1)尺度空间极值检测,确定关键点位置和所在尺度。(2)通过拟合函数精确确定关键点位置和尺度,去除低对比度的点。(3)通过梯度方向分布特性为关键点指定方向参数。(4)生成SIFT特征向量,如图3所示。
图4所示为特征匹配一般流程,SIFT描述子生成后,采用欧式距离作为相似性度量
D越小,表明特征点对应距离越近,形似程度越高。匹配过程中对待匹配的点采用最近邻域法搜索图像2中的特征点,找到最近的2个特征点,如果最近距离和次近距离的比值小于某个阈值,则接受这一对匹配点。据此得到的初始匹配结果后,采用随机抽样一致性算法(RANSAC)剔除误匹配。
2.4 3D坐标确定及纹理恢复
采用一部数码相机从不同角度对同一物体拍3张照片,并确保同一特征点出现在3张照片中。然后通过三幅视图的图像对应计算可得到三焦点张量,与两视图几何的基本矩阵类似,只与相机参数有关,相机矩阵在相差一个三维空间的射影变换下可借由三焦点张量恢复,同时确定图像之间的基本矩阵。图5为直线L投射到三幅视图的几何关联。
具体流程如下:(1)从序列视图中估计二视图几何然后连接两视图的匹配集,计算跨三幅视图的一组对应特征点。(2)由至少7组非退化的对应关系计算三焦点张量。(3)由三焦点张量恢复基本矩阵。(4)确定两个相机的矩阵后,在相差一个射影矩阵下恢复第三个相机矩阵。(5)可行性误差处理。中对于非特定环境下的三维模型重建提出了一套切实可行的方案并进行了系统的设计,该系统不仅稳定,且操作简单、更加实用,大大提高了自动化的程度。可以通过三幅图像恢复物体的三维形状,该系统在虚拟现实、植物建模等领域具有重要的理论意义和实际应用价值。
在得到三维坐标后,还要进行物体表面的可视化,文中采用Delaunay三角剖分法重建出物体的三维表面。最后通过Open GL完成纹理映射[9]。
3 结束语
三维重建技术是计算机视觉、人工智能、虚拟现实、医学图像等前沿领域的热点和难点,也是在基础研究和应用研究中面临的重大挑战之一。文
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摘要：以计算机视觉理论为基础,研究了基于立体视觉的三维重建技术。早期的三维重建技术受到理论研究水平的限制,建模过程需要专用设备如视觉坐标测量机来实现,且摄像机的运动受到严格的限制。在非特定环境下,对不特定模型采用普通的数码相机进行三维重建。该系统切实可行,操作简单,可以精确地恢复出二维图像检测方法所不能提供的物体的位置、几何形状等三维信息。
关键词：三维重建,Grabcut,张正友标定,SIFT匹配
参考文献
[1]Linda G Shapiro,George C Stockman.计算机视觉[M].赵清杰,钱芳,蔡利栋,译.北京:机械工业出版社,2005.
[2]冯宇.基于计算机立体视觉的三维重建系统研究[D].青岛:青岛科技大学,2009.
[3]马颂德,张正友.计算机视觉——理论与算法基础[M].北京:科学出版社,1998.
[4]陈兵,吕文阁,丁少华.焦点检测技术研究进展[J].自动化技术与应用,2005,24(5):1-4.
[5]David G Lowe.Distinctive Image Features from Scale-Invariant Keypoints[J].International Journal of ComputerVision(S0920-5691),2004,60(2):20.
[6]魏冲.基于数码相机图像的三维重建技术研究[D].太原:中北大学,2009.
[7]ROTHER C,KOLMOGOROV V,BLAKE A."GrabCut"-interac-tive foreground extraction using iteratedGraph Cuts[EB/OL].(2004-05-20)[2008-01-03].
[8]Zhang Z.A Flexible New Technique for Camera Calibra-tion[J].IEEE Transactions on Pattern Analysis and Ma-chine In-telligence,2000,22(11):1330-1334.
三维立体扫描技术 篇2
曾经看过一部好莱坞科幻大片《异形》中，有这样的场景：在外星球上，勘探人员在进入未知洞穴之前，先释放一个可控制飞行状态的球状飞行器，飞入洞穴中，球状飞行器机体上有一圈的激光发射器，发射激光照射到洞穴内壁上，然后计算得知洞穴内壁的轮廓数据，无线传送至终端形成全息影像，供勘探队员了解分析其中的轮廓，用来避免其中的未知的危险。这其中就运用到了三维立体扫描技术。
三维立体扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，通过测量空间物体表面点的三维坐标值，得到物体表面的点云信息，并转化为计算机可以直接处理的三维模型，又称为“实景复制技术”。该项技术是集光，机，电和计算机于一体的一项高新技术。此技术作为获取空间数据的有效手段能够快速的获取反映客观事物实时动态变化，真实形态特性的信息。三维立体扫描仪就是针对三维信息领域的发展而研制开发的计算机输入信息的前端设备，只需对任意实际物体进行扫描就能在电脑上得到实物的三维图像和物体的真实色彩。三维扫描仪分为两大类：接触式与非接触式。接触式有三坐标测量机，铣削测量机；非接触式有激光扫描仪，照相式扫描仪，CT断层扫描仪。
三维立体扫描技术的发展历程：
第一代：
接触式测量又成为机械测量，这是目前应用为广泛的自由曲面三维模型数字化的方法之一。三坐标测量机是接触式测量仪中的典型代表，它是以精密机械为基础，综合运用了电子技术，计算机技术，光学技术和数控技术等先进技术。根据测量传感器的运动方式和触发信号的产生方式不同，一般将接触式测量方法分为单点触发式和连续扫描式两种。三坐标测量机的测量传感器的主要形式为各种不同直径和形状的探针，当探针沿着被测物体表面运动时，被测表面的反作用力使得探针发生形变，这种形变触发测量传感器将测出的信号反馈给测量控制系统，经过计算机进行相关的处理得到所测量点的三维坐标。其特点是：适用性强，精度高，不受物体光照和颜色的限制;适用于没有复杂型腔，外形尺寸较为简单的实体测量；由于采用接触式测量，可能会损伤探头和被测物表面，也不能对软质物体进行测量，应用范围受限制，切测量前需要规划测量路径，测量速度慢，效率低；目前还需要人工干预，不可实现全自动测量；接触式测量的扫描路径不可能遍及被测曲面的所有点，获取的只是关键特征点，因而测量结果往往不能反映整个零件的形状。三坐标测量机就是第一代三维立体扫描技术的典型代表，特点是逐点扫描，速度慢。
第二代：
第二代三维立体扫描技术的代表是三维激光扫描仪。二代技术的普遍特点逐线扫描，速度仍然比较慢。三维激光扫描仪是现代计算机技术和光电技术的发展使得基于光学原理，以计算机图像处理为主要手段的三维自由曲面非接触式测量技术得到了快速的发展，各种各样的新型测量方法不断产生，它们具有非接触，无损伤，高精度，高速度以及易于在计算机控制下实现自动化测量等一系列的特点，已经成为现代三维面形测量的重要途径和发展方向，而三维激光扫描仪在非接触式扫描中占据着非常重要的角色。三维激光扫描仪按照扫描成像方式的不同，激光扫描仪可分为单点扫描仪，线列扫描仪和三维扫描仪。而按照工作不同原理来分类，可分为脉冲测距法和三角测量法。脉冲测距法：激光扫描仪是由激光发射体向物体在时间t1发送一束激光，由于物体表面可以反射激光，所以扫描仪的接收器在时间t2接收到反射激光，有光速C，时间t1,t2计算出扫描仪与物体之间的距离d=(t1-t2)c/2。用该方式测量近距离物体的时候，就会产生很大的误差，所以相位法比较适合测量远距离物体，如地形扫描，但是不适合近景扫描。三角测量法：三角测量法的原理是，用一束激光以某一角度聚焦在被测物体表面，然后从另一角度对物体表面上的激光光斑进行成像，物体表面激光照射点的位置高度不同，所接受散射或者反射光线的角度也不同，用CCD光电探测器测出光斑像的位置，就可以计算出主光线的角度。然后结合已知激光光源与CCD之间的基线长度d，经过三角形几何关系推求出扫描仪与物体之间的距离L。三角测量法的特点：结构简单，测量距离大，抗干扰，测量点小，测量准确度高。但是会受到光学元件本身的精度，环境温度，激光束的光强和直径大小以及被测物体的表面的特征因素的影响。
三维激光扫描仪的特点： 1，非接触式测量
即对扫描目标物体无需进行任何的表面处理，直接采集物体表面的三维数据，可以用于解决危险目标，环境及人员难以企及的情况，具有传统测量方式难以完成的技术优势。
2，数据采样率高
目前，采用脉冲激光或者时间激光的三维激光扫描仪采样点速率可以达到数千点每秒，而采用相位激光方法测量的三维激光扫描仪甚至可以达到数十万点每秒。
3，主动发射扫描光源
即激光，通过探测本身发射的激光回波信号来获取目标物体的数据信息，因此在扫描过程中不受扫描环境的时空约束进行测量。
4，高分辨率，高精度
三维激光扫描技术可以快速，高精度的获取海量点云数据，可以对扫描目标进行高密度的三维数据采集，从而达到高分辨率的目的。
5，数字化采集，兼容性好
三维激光扫描技术所采集的数据是直接获取的数字信号，具有全数字特征，易于后期处理和输出。能够与其它常用软件进行数据交换及共享。
6，可以与外置数码相机，GPS系统配合使用
这些功能大大扩展了三维激光扫描技术的使用范围，使对信息的获取更加全面，准确。外置数码相机，可增强彩色信息的采集；结合GPS定位系统，可进一步提高测量数据的准确性。
第三代：
第三代扫描技术的典型代表是三维照相式扫描仪，具有面扫描和速度快的特点。三维光学扫描仪按照其原理分为两类，一种是“照相式”，一种是“激光式”，两者都是非接触式，也就是说，在扫描的时候，这两种设备均不需要与被测物体接触。“激光式”扫描仪属于较早的产品，由扫描仪发出一束激光光带，光带照射到被测物体上并在被测物体上移动时，就可以采集出物体的实际形状。“激光式”扫描仪一般要配备关节臂.“照相式”扫描仪是针对工业产品涉及领域的新一代扫描仪，与传统的激光扫描仪和三座标测量系统比较，其测量速度提高了数十倍。由于有效的控制了整合误差，整体测量精度也大大提高。其采用可见光将特定的光栅条纹投影到测量工作表面，借助两个高分辨率CCD数码相机对光栅干涉条纹进行拍照，利用光学拍照定位技术和光栅测量原理，可在极短时间内获得复杂工作表面的完整点云。其独特的流动式设计和不同视角点云的自动拼合技术使扫描不需要借助于机床的驱动，扫描范围可达12M，而扫描大型工件则变得高效、轻松和容易。其高质量的完美扫描点云可用于汽车制造业中的产品开发、逆向工程、快速成型、质量控制，甚至可实现直接加工。三维照相式扫描仪的工作原理：采用结构光技术，相位测量技术，计算机视觉技术的三维非接触式测量方式，测量时光栅装置投射数幅特定编码的结构光线到待测物体上，成一定夹角的两个或者多个摄像头同步采得相应图像，然后对图像进行相位和解码计算，并利用匹配技术，三角形测量原理，解算出两个或者多个工业相机公共视场内物体表面像素点的三维坐标。其特点是一次测量一个面，扫描速度极快，数秒内可得到100多万点 便携，可搬到现场进行测量，工件或测量头可随意调节成便于测量的姿势，大景深（可达300~500mm)，测量范围大，精度高，测量点分布非常规则，大型物体分块测量、自动拼合。
三维扫描技术国内外发展现状：
国外发展现状：
三维扫描技术国外起步较早，技术已经比较成熟。
1.1994年，M.levoy和他的小组利用三角原理的激光扫描仪和高分辨率的色彩图像获取并重建了Michelangelo的主要雕塑作品，并提出了一系列的相关技术。
2.1997年，加拿大NRC（National Research Council）的El-Hakim构建了自己的硬件平台，他们将激光扫描仪和CCD照相机固定在小车上，得到了一个数据采集和配准系统DCR，并与1998年在原有系统的基础上实现了一个室内场景的三维建模系统； 3.2001年，Y.YU等人在对室内场景建模的同时，将场景的一些实物提取出来，并对物体的三维模型提供了编辑和一定功能；
4.2002年，I.Stamos和P.K.Allen实现了一个完整的系统，该系统能同时获得室外大型建筑的深度图像和彩色图像，并最终会付出建筑物具有照片真实感的三维模型； 5.除此之外，Fruh等人使用2D激光扫描仪、数码照相机并同时借助航空图像和航空激光扫描数据恢复了建筑物屋顶带有色彩的集合模型，得到了更为完整的街区三维模型。
国内发展现状：
国内对于三维激光扫描重建技术的研究齐步比较晚，但是也在部分领域取得一定的成果。自2000年起至今，北京大学的三维视觉与机器人实验室使用具有不同扫描特性的激光扫描仪、全方位摄像系统与高分辨率照相机完成了建模对象几何与纹理的采集并通过这些数据的配准与无缝拼接完成了三维物体模型的建立；2005年，首都师范大学三维空间信息获取与地学应用教育部重点实验室给出了一种基于激光扫描数据的室外场景表面重建方法，该方法可以完成建筑物单一表面的重建。目前国内外对于三维激光扫描技术的研究均受到复杂场景的几何结构、未知物体表面反射特性、变化的光照条件、复杂的地形以及不规则的未知遮挡物等限制，因此如何快速而又精确的扫描出复杂的三维物体仍是研究该技术的关键。
三维激光扫描技术的应用：
三维激光扫描技术的应用面非常宽广。在诸多领域如：逆向工程、数据可视化、计算机辅助设计、虚拟现实环境、数字文物、数字博物馆、数字考古、地形勘测、犯罪现场检测、数字城市、城市规划、数字娱乐(游戏、动画、电影)等，均有广泛的应用。
（一）逆向工程
一、产生的背景
逆向工程思想是二战之后提出来的，进入九十年代，该技术引起了各国工业界的高度重视。作为一门比较新的技术，凭借其有效的缩短产品开发周期的特性和强大的成本优势，已逐渐被个领域所接受和推广。由于它和传统设计方式相比所具有的多方面优势，在汽车、冲压模具、注塑模具、航空等领域逐渐成为了产品开发的主流方法。
二、逆向工程的定义
逆向工程(Reverse Engineering，简称RE),也称反求工程，反向工程。起源于精密测量和质量检验，它是设计下游向设计上游反馈信息的回路。在一般工程技术人员的概念中，产品设计过程是一个“从无到有”的过程，即设计人员首先根据用户给定的性能要求确定方案，构思产品的整体外形和结构，然后确定大致的技术参数，再通过各种软件绘制产品的二维或三维CAD模型，最终将这个模型转入到制造流程中，从而完成整个产品的设计制造周期。我们称这样的产品设计过程为“正向设计”过程，它是由未知到已知，由想象到现实的过程。逆向工程的产品设计过程刚好与此相反，是一个“从有到无”的过程。首先从己有的实物或产品样件出发，通过先进的数字测量手段反向获取产品的外形数据，然后利用各种造型软件由点云数据重构出该产品的CAD模型，经过不断的修改后，形成图纸或可快速成形制造的CAD模型，最后转入加工制造或快速成形过程。逆向工程是对己有产品进行分析、改进和再创造的过程，是对已有设计的再设计。逆向工程的实施过程是多领域、多学科的协同过程，是从数据采集、数据处理到常规CAD/CAM系统应用的多系统的融合过程。
三、逆向工程的应用
① 飞机、汽车、摩托车、家用电器等产品开发，在产品的空气动力学性能和美学设计显得特别重要的领域。
② 由于工艺、美观、使用效果等方面的原因，经常要对已有的构件做局部修改的领域。
③ 在缺乏二维设计图样或原始设计参数情况下，需要将实物零件转化为计算机表达的产品数字化模型，以便充分利用现有的计算机辅助分析（CAE）、计算机辅助制造（CAM）等先进技术，进行产品创新设计。
④ 某些大型设备，如航空发动机、气轮机组等，经常因为某一零件的损坏而导致整机停止运行。通过逆向工程技术，可以快速生产这些零部件的替代零件，从而提高设备的利用率并延长使用受命。
⑤ 一些特殊领域，如艺术品、考古文物的复制、医学领域中人体骨骼及关节等的复制、假肢制造等。
四、国内外研究现状 在国内的科研领域里，上海交通大学、西安交通大学、华中理工大学、广东省机械研究所、天津大学等科研机构都对逆向工程技术进行了深入地研究。国内的一些专家学者对于逆向工程及形位误差检测的理论与实际应用进行了深入细致地探讨，研究了测量过程中测点的自适应分布、测量路径的优化；提出了基于点的ICP算法，解决了逆向工程中任意多视点云的拼合问题；提出了基于最小二乘法、牛顿迭代法和遗传算法等来解决检测问题中的采样测量点与设计模型的匹配问题；针对有序离散点，提出了二次的曲面重构方法；结合测量数据结构的异同，介绍了各种计算机建模技术，并且指出它们在工程中各自的适用范围。
逆向工程测量规划与重建技术领域内的研究，在国外已形成一定规模，并具有相当的深度。一些重要的国际与国内的学术会议都将逆向工程及相关技术讨论作为一个重要的会议专题。
1998年全球反求工程技术系统加工中心达到331个，拥有快速成型机660台套，同时有27个快速成型设备制造公司，12个大的材料供应商，15个专业软件公司，再加上从事该项目的51个教育和科研机构以及227个提供赞助的基金会以及大量的激光设备应用者和真空铸造机制造者，形成了一个强大的集成体。在经过了初期50%的高速增长后，世界快速制造业正步入稳定增长期，年增长率保持在17%左右
目前与逆向工程相关的主流软件有：
美国Imageware公司的Surfacer；
美国Raindrop Geomagic公司的Geomagic Studio；
DELCAM公司的 CopyCAD；
韩国INUS Technology公司的 Rapidform；
PTC公司的ICEMSurf。
五、逆向工程的发展趋势 1)发展面向逆向工程的专用测量系统，使之能高速、高精度地实现实物数字化，并能根据样件几何形状和后续应用选择测量方式及路径，能进行路径规划和自动测量。
2)研究适应不同的测量方法和后续用途的离散数据预处理技术。3)拟合曲面应能控制曲面的光顺性和进行光滑拼接
4)有效的特征识别和考虑约束的模型重建以及复杂组合曲面的识别和重建方法。5)发展基于集成的逆向工程技术，包括测量技术、基于特征和集成的模型重建技术，基于网络的协同设计和数字化制造技术等。
逆向工程与一般的设计制造过程相反，是先有实物后有模型。比如，现在需要快速而精确的复制一个机械零件。首先通过三维激光扫描，获取其表面点云的三维数据信息，并由此信息在计算机中建立该物体的三维几何模型，并对该模型进行修正改进，进而开发出同类产品。当需要对零件设计进行修改的时候，只需对计算机中已经建立的三维模型进行修改，就可以获得同样的效果，大大提高了工作效率，缩短了工期。
应用范围：量化实景对象、三维信息采集、逆向三维重构、逆向三维建模、空间数据反求、对象逆程设计、预研仿研仿制、虚拟现实应用、正向工程反证、逆向工程实施、概念设计仿真、逆向制图还原、结构特性分析、试验工程仿真、后数据测量、目标形变监测、电脑模拟实战、环境适应仿真、工程力学分析、对抗模拟推演、企业无纸操作、虚拟设计制造、科目效果测试、整合三维资源、创建三维流程、工装工艺规划、改进改造工程、历史资源修复、任务方案优化、对象加载仿真、设施维护维修等。
（二）测绘，检测技术 20 世纪 90 年代，随着三维激光扫描测量装置在精度、速度、易操作性、轻便、抗干扰能力等性能方面的提升及价格的逐步下降，它在测绘、检测领域成为研究的热点，应用领域不断扩展，逐步成为快速获取空间实体三维模型的主要方式之一。
（三）VRML
VRML 是虚拟现实造型语言（Virtual Reality Modeling Language）的简称，本质上是一种面向 web，面向对象的三维造型语言，而且它是一种解释性语言。VRML 的对象称为结点，子结点的集合可以构成复杂的景物。结点可以通过实例得到复用，对它们赋以名字，进行定义后，即可建立动态的 VR（虚拟世界）。现在流行于 Internet 的 VRML 技术如果没有足够的三维彩色模型，也只能是无米之炊，而三维扫描技术可提供这些系统所需要的大量的、与现实世界完全一致的三维模型数据。销售商可以利用三维扫描仪和 VRML 技术，将商品的三维彩色模型放在网页上，使顾客通过网络对商品进行直观的、交互式的浏览。想象一下，随着技术的发展，未来的在网络上挑选衣服的时候，用户可以下载商品的三维模型，并“试穿”到自己的三维模型上，这样就可以足不出户的挑选最适合自己的衣服，商家也可以通过这种方式为客户提供个性化的服务。当然这一切的前提是，客户和商家都用三维激光扫描仪扫描了自身和货品，并通过 VRML 建立了三维模型。
（四）文物保护
对于文物保护，三维扫描技术能以不损伤物体的手段，获得文物的外形尺寸和表面色彩、纹理，得到三维彩色拷贝。所记录的信息完整全面，而不是像照片那样仅仅是几个侧面的图像，且利用这些信息构建的模型便于长期保存、复制、再现、传输、查阅和交流，使研究者能够在不直接接触文物的情况下，甚至在千里之外，对其进行直观的研究，这些都是传统的照相等手段所无法比拟的。有了这些三维模型，也给文物复制带来很大的便利。
目前，许多国家己将三维激光扫描技术用于文物保护工作。美国斯坦福大学利用三维扫描技术实施“数字化米开朗基罗”项目，计划将文艺复兴时期的这位意大利著名雕塑家的作品数字化。
欧洲的四家公司、三所大学、两座博物馆联合实施 Archatour项目，其主要目标是以三维数字技术改进考古、旅游领域中的多媒体系统，而三维扫描重建是其中的关键一环。英国自然历史博物馆利用三维扫描仪对文物进行扫描，将其立体色彩数字模型送到虚拟现实系统中，建立了虚拟博物馆，令参观者犹如进入了远古时代。2001年10月，加拿大保护中国文物基金会也向我国文物局捐赠了一套Innovision公司生产的三维激光数字扫描仪，用于对正在建设的三峡水利工程的三峡库区的古建筑、遗址和出土文物进行立体扫描重建，大量记录文物和考古现场
三维立体扫描技术的发展趋势：
随着光、机、电及计算机等技术的进步，三维激光扫描仪必将向着扫描速度更快、精度更高、更轻便携带的方向发展。加之对所扫描对象没有限制的特性，三维扫描仪必将被应用于更广泛的领域。
测控技术与仪器1101班
1503110110 陈浩
三维扫描 立体解读 篇3
一、图示曲线型,考查思维的敏锐性
新课标要求教学中要重视学科间的联系,增加跨学科内容。人类社会在文明化的进程中,面临着人口、环境、能源、资源、健康等问题的挑战。这些问题仅靠某一学科是很难解决的,需要多学科的协同努力。命题者加强化学与物理学、生物学和地理学的联系。例如2010年浙江中考科学试题如下:下图是菜豆种子萌发成幼苗的各阶段示意图,下列哪一项能正确表示菜豆种子在萌发成幼苗过程中体内有机物含量的变化情况。
《新课标》要求学生初步学会运用观察、实验等方法获取信息,能用文字、图表和化学语言表述有关的信息,初步学会运用比较、分类、归纳、概括等方法对获取的信息进行加工。
二、文字曲线型,考查思维的深刻性
《新课标》要求教师在教学中使学生形成能用变化与联系的观点分析化学现象,解决一些简单的化学问题。因此,把中和反应作为坐标曲线的命题题材,也是近年来中考的亮点。如2010年临沂中考试题:酸与碱作用生成盐和水的反应,叫中和反应。在用盐酸和氢氧化钠溶液进行中和反应的实验时,反应过程溶液的pH的变化曲线如图所示:
要得到此变化曲线,所进行的操作是______(填序号)。
①将稀盐酸滴加到氢氧化钠溶液中
②将氢氧化钠溶液滴加到稀盐酸中
该题考查的核心知识是中和反应,重点是把握酸性溶液的pH小于7,碱性溶液的pH大于7,操作中只有将将氢氧化钠溶液滴加到稀盐酸中才有此效果。
三、实验探究型,考查思维的整体性
科学探究是一种重要的学习方式,也是义务教育阶段化学课程的重要内容,对发展学生的科学素养具有不可替代的作用。《新课标》要求学生能对事实与证据进行简单的加工与整理,初步判断事实证据与假设之间的关系。同时能在教师的指导下或与他人讨论对所获得的事实与证据进行归纳,得出正确的结论。如:2010年兰州中考试题:下面是对四个实验绘制的图形,其中实验结果与图形对应准确的是()
A.图①是pH=13的NaOH溶液中加水稀释
B.图②是用适量的KClO3和MnO2混合物加热制O2
C.图③是向一定量的稀盐酸和氯化钙的混合溶液中不断滴入碳酸钠溶液至过量
D.图④向一定质量的稀盐酸中加入铁粉至过量
学会通过比较、分类、归纳、概括等方法认识知识之间的联系,形成合理的认知结构。解此类习题重点是抓住三点即:始点、交点和拐点,即可顺利解答。
四、信息给予型,考查思维的创造性
溶解度曲线是新课标要求利用溶解性表或溶解度曲线,查阅有关物质的溶解性或溶解度,依据给定的数据绘制溶解度曲线,这些内容是中考的传统题型,而近年来命题者也进行了翻新和改进,现列举2010年山东省中考化学试题如下:
NaNO2(亚硝酸钠)、NaCl和物质M(不含结晶水)的溶解度曲线如图1所示,请根据图像和有关信息回答下列问题:
(1)t2℃时,NaNO2、NaCl和物质M的溶解度由大到小的顺序是____
________________。
(2)如图2所示,当往试管中加入5mL稀盐酸时,试管内立刻产生大量气泡,同时放热使烧杯中饱和溶液变浑浊(不考虑水分蒸发)。请判断该饱和溶液中溶质是NaNO2、NaCl和物质M中的_____________。
(3)分别将t2℃时NaNO2、NaCl和物质M的饱和溶液降温到t1℃,所得三种溶液中溶质的质量分数由大到小的顺序是________________。
此题信息量大,给学生解答带来困难,但只要理解溶解度曲线的意义,点点对应,进行比较,不难解答。在t2℃时,NaNO2在最高点,NaCl次之,M最小。镁条加入稀盐酸,放热,此时只有M的溶解度随温度升高而减小,是饱和溶液。当温度降到t1℃时,虽然M的溶解度(与NaCl等值)增大了,但没有继续溶解M,它的质量分数仍保持在t2℃状态时的数值。
三维立体模型 篇4
关键词：实时,三维超声,膀胱癌,立体模型,体积,测量
1 资料与方法
1.1 一般资料
本组患者为我院2009年12月至2010年11月门诊及住院患者29例，男24例，女5例，年龄43～77岁，平均60岁。常规超声检查，后经膀胱镜活检病理证实。
1.2 仪器与方法
采用GE公司Voluson-Expert 730型实时三维彩色超声诊断仪，三维容积探头，频率2～5 MHz，仪器条件:肾脏条件，组织谐波，单点聚焦。患者膀胱适度充盈，取仰卧位，对膀胱区扫查，确定病变部位后激活三维扫查键，调整取样角度为40°，在获得最佳图像后进行图像存储，选择A、B、C面中最佳图像应用VOCAL技术，图像在180°旋转切面中每间隔6°，为一个切面对癌体进行一次手动包络，经过校对后即可获得癌体虚拟立体模型和体积测量值。
2 结果
经过对本组患者的研究，应用实时三维超声VOCAL技术，癌体虚拟模型(图1)在立体形态明显优于实时三维，重建表面模式图像及实时三维透明模式图像。癌体积测量较以往方法准确(图1)。
3 讨论
目前，实时三维超声VOCAL技术未在临床广泛应用，国内报道极少。实时三维超声VOCAL技术是在实时三维图像基础上，应用虚拟技术把三维图像虚拟为立体模型，并可在手动条件下动态观察立体模型，此技术能够客观，形象的显示癌体的空间形态，比二维及三维图像更加接近实际癌体。
以往应用容积(V)=0.523高(H)宽(w)长(l)，简称HWL法计算[1]或仪器的容积测量来测量癌体的体积，因:(1)癌体非规则圆球体应用球体体积计算公式计算不准确;(2)癌体的直径受切面影响较大，不同切面测量计算的体积相差较大。所以不能实际客观测量癌体体积。而VOCAL技术是在180°旋转切面中每间隔6°，为一个切面对癌体进行一次手动包络，经过校对后获得体积值，因对180°切面中实施30次包络，并经对A、B、C面包络线多次校对，所以VOCAL体积测量值十分准确。尽管常规三维超声容积测量具有上述优点，但是缺点也不容忽视，主要存在费时费力，步骤繁琐等问题[1]。
实时三维超声VOCAL技术，在给临床医生一个完整空间形态的同时又提供癌体的体积，为临床的治疗提供客观依据。随着，VOCAL技术不断完善及临床广泛应用，对临床在手术及介入治疗膀胱癌及其他肿瘤中必将起到重要作用。
参考文献
高考诗歌鉴赏的三维立体解读教案 篇5
高考诗歌赏析，首先是懂诗，其次是懂题，最后是懂答。懂诗，就是得懂诗的构成，懂诗的内容，知道写了什么，怎么写的；懂题，就是要弄明白对一首诗考查什么，从哪些角度考查，要求我们做到哪一步；懂答，就是要根据题的要求，充分满足，不需多，不能偏，更不能漏。
所有的诗歌都得是一个三维的立体组成，它们都以语言为基本组织材料，以实物、情感、技法三维做支撑，从而构成立体的内涵丰富、言简意赅、感情丰满的诗歌艺术。
也就是说，要想读懂诗歌，首先，就是要把握诗歌的这三维：
实物维——写了什么实物，即内容，（广义上的内容指人事物景情理，狭义上只表实物）
情感维——写了什么情感，即感情主旨，（从某种角度上来说，这也是诗的内容）
技法维——用了什么技法，即艺术手法。
其次，要把握这三维所形成的三面：
实物维和情感维形成实物情感面，即常说的：意境，在此称之为“意境面”；
实物维和技法维形成实物技法面，即诗人是用什么手法来写景叙事状物的；
情感维和技法维形成情感技法面，即诗人是用什么手法来表达感情主旨的。
诗中的实物，为诗的骨格，是整个诗的支撑，把握了它，就把握了内容；
诗中的情感，为诗的血肉，是整个诗的中心，把握了它，就把握了主旨；
诗中的技法，为诗的筋脉，是整个诗的纽带，把握了它，就把握了妙处。
把握了诗的三维和三面，才算是读懂了诗，理解了诗,读透了诗。技法维
实物技法面 情感技法面
实物维 意境面 情感维
（诗歌鉴赏的三维立体解读图示）
总之，懂诗，就必须整体把握，细抠字词，结合注解，整合句意，形成对诗歌的初步感知
整体把握，就是要看到一首诗，了解作者，明确背景，把握基调（悲喜忧闲壮婉怨讽赞等等），依据标题，知晓对像，细抠字词，明确特点，整合句意，明确所感。
请阅读下面几首诗，看是否能读懂其意： 贫 女 [唐]秦韬玉
蓬门未识绮罗香，拟托良媒益自伤。谁爱风流高格调，共怜时世俭梳妆。敢将十指夸针巧，不把双眉斗画长。苦恨年年压金线，为他人作嫁衣裳。
【评析】：这虽然是一首咏叹贫女的身世，但也寄托了贫士怀才不遇之感伤。因为语意双关，含蕴丰富，历来为人们所传诵。形象鲜明，诗情哀怨。主人公虽然“十指”“针巧”，可是“拟托良媒”，也无人赏识，只得“年年”“苦恨”。“为他人作嫁衣裳”，高度概括了终年劳心劳形的寒士，却不为世用，久屈下僚的愤懑不平的心情。酬张少府 王维
晚年惟好静，万事不关心。自顾无长策，空知返旧林。松风吹解带，山月照弹琴。君问穷通理，渔歌入浦深。
前人在评论这首诗时曾说，“渔歌人浦深”含意最为深刻，其含意是什么?这首诗表达了诗人怎样的思想感情? [解析] 答案：第一问：山林生活之乐是不可言传的．只有亲自尝试才能懂得困窘和通达的道理，领悟人生的真谛。第二问：朝政令人失望，但自己没有回天之力，由于不愿与之同流合污．只能归隐山林。(第一问注意张少府所问“穷其理。的含意。渔歌一直唱到河浦深处，可见山林生活之乐。第二问注意“返归林”喻指归隐，这里化用陶渊明的诗句“羁鸟恋旧林”)
而高考诗歌赏析题也往往正是从这“三维”和“三面”来设题的。下面我们先明确高考诗歌鉴赏都有哪些题型： 高考题型总体解读： 注意题干中用到的词语： 请简要分析 请简要表述 谈谈你的理解 结合全诗 是什么
诗中写的人/事/物/景有哪些特征 诗中写人/写事/写景有哪些特征 此句在诗中的作用是什么 此词妙在哪里
写人/写事/写景/抒情用了什么手法
下面我们分节逐一谈论诗歌赏析的三维和三面，以此来做到懂题和懂答。第一节 对“实物维”的解读 第二节 对“情感维”的解读 第三节 对“技法维”的解读 第四节 对“意境面”的解读
第五节 对“实物技法面”的解读 第六节 对“情感技法面”的解读
第七节 对诗歌基本组织材料——语言的解读 第八节 高考诗歌赏析试题解答格式 每一节又基本分为三个部分：
一、理论解读： 进行必要的道理解释，以知其义，明其理。
二、题型解读： 此项中分为：
1、题问方式
2、提问变式
3、解答思路
三、专项习题 各例十多个相关高考及模拟题
第一节 对“实物维”的解读
一、理论解读：
实物维——写了什么实物，即内容，具体指的是诗中写了什么景、人、事、物，也可称为是诗的形象，诗通过描绘形象创造意境，表现主题。诗歌的形象包括意象、人物形象。诗歌的形象倾注了诗人的思想感情，因此，只有真正了解了诗歌的形象，才能深入领会诗人思想感情。
二、题型解读：（1）提问方式：主要内容是什么/本诗描写了怎样的情景/描写了什么样的景物/本诗中景物有什么样的特征
（2）提问变式：展现了一幅怎样的画面/ 描写了怎样的情景（只答出是什么内容，对诗句内容进行直接表述）景物有什么特征（只答出景物的特点，对诗诗句内容进行评价性说明）
描写景物有怎么样的特征（这个要答出是怎么描写的，有什么特点，即技法加内容）此为实物技法类
描写的景物有哪些特征（只说内容的特点，对诗诗句内容进行评价性说明）（3）答题思路：这类题多是简答型试题，三、专项习题
（1）（06山东卷）晓上空泠峡① 王罔运②
猎猎南风拂驿亭，五更牵缆上空泠。惯行不解愁风水，瀑布滩雷只卧听。
［注］①空泠峡：在湖北宜昌市东南长江上。本诗前两句描写了怎样的情景？ 答：⑴拂晓时分，猎猎南风吹拂着江边驿亭。诗人乘坐小船在纤夫的牵引下向空泠峡溯流而上。
（2）（06天津卷）凉州词（其一）张籍
边城暮雨雁飞低，芦笋初生渐欲齐。无数铃声遥过碛，应驮白练到安西。
“无数铃声遥过碛”句表现了怎样的边塞景象？ 答：长长的驼队行进在广袤的沙漠上。
（3）（06全国卷1）题竹石牧牛 黄庭坚 子瞻画丛竹怪石，伯时①增前坡牧儿骑牛，甚有意态，戏咏。野次②小峥嵘，幽篁相倚绿。阿童三尺棰③，御此老觳觫。石吾甚爱之，勿遣牛砺角！年砺角犹可，牛斗残我竹。
[注] ①伯时：宋著名画家李公麟的字。②野次：郊野。③棰：鞭子 这首诗可分为几个层次？它们分别写了什么内容？
答：分几个层次其实就是分段，既为一首题画诗，当然就是首两联描写画作的内容，后两联抒发自己的感受。但是诗歌鉴赏题答题要注意一个原则：那就是回答任何问题都要联系诗文内容，譬如回答诗句表达了作者怎样的思想感情，除了将这种思想感情的名称答出之外，还要根据上下文回答作者为什么有这种感情；回答诗句所用修辞手法时，要尽量分析各个意象在这种修辞中所扮演的角色和这种修辞的好处。联系诗文作答是鉴赏分析的必然步骤。
因此，回答此题时，画作内容一定要答出具体内容就是石、竹、牧童、老牛。（4）（江苏卷）阅读下面一首唐代的边塞诗，然后回答问题。(6分)征人怨 柳中庸
岁岁金河复玉关，朝朝马策与刀环。三春白雪归青冢，万里黄河绕黑山。为什么说这是一首边塞诗?结合诗句具体说明。
答：诗中有金河、玉关、青冢、黄河、黑山等边塞地名，写了征人的戌边生活。（5）05年上海 [越调]小桃红·江岸水灯 元·盍西村
万家灯火闹春桥，十里光相照。舞凤翔鸾势绝妙，可怜宵，波间涌出蓬莱岛。香烟乱飘，笙歌喧闹，飞上玉楼腰。
就作品中的画线句展开想像，作一段场景描写。(80字左右)答：突出重点词语（灯火、闹、桥）（2分）想像合理（符合特定气氛1分）
（6）画眉鸟 欧阳修
百转千声随意移，山花红紫树高低。始知锁向金笼听，不及林间自在啼。前两句写了什么内容？
答：前两句描绘了林间画眉自由自在的美好形象：鸟声宛转，鸟影翩翩，山花绚丽，树阴浓密，可以自由的飞翔。
（7）阅读宋诗一首。村 行 王禹偁
马穿山径菊初黄，信马悠悠野兴长。万壑有声含晚籁，数峰无语立斜阳。棠梨叶落胭脂色，荞麦花开白雪香。何事吟余忽惆怅，村桥原树似吾乡。[注]本诗是王禹偁淳化二年被贬为商州团练副使时所作。概述本诗所描写景物的特点。
答：初秋晚景，盎然生机中透着凄凉，斑斓色彩中蕴含着哀伤。（8）送友人 李白
青山横北郭，白水绕东城。此地一为别，孤蓬万里征。
浮云游子意，落日故人情。挥手自兹去，萧萧班马鸣。注：“萧萧班马”出自《诗经》。班马：离群之马。
首联用什么词语勾勒出怎样的送别环境？
答：用“青山”、“白水”青白相间，色彩明丽；“横”字勾勒出青山的静态，“绕”描画出白水的动态，描摹出一幅青山秀丽的送别图景。（9）绝句 杜甫
迟日江山丽，春风花草香。泥融飞燕子，沙暖睡鸳鸯。这首诗歌表现出春天怎样的特征？
答：写出初春时节自然界一派生机、欣欣向荣的景象（10）兰溪棹歌 戴叔伦
凉月如眉挂柳湾，越中山色镜中看。兰溪三日桃花雨，半夜鲤鱼来上滩。诗的第一句从什么角度写仰视，第二句从什么角度写低头，这两句诗勾勒出一个怎样的境界？
答：勾勒出月色秀朗、溪水清澈的兰溪山色，朦胧飘渺，使人如同坠如仙境。（11）题义公禅房 孟浩然 义公习禅寂，结宇依空林。户外一峰秀，阶前众壑深。夕阳连雨足，空翠落庭阴。看取莲花净，方知不染心。这首诗所描写的景物具有怎样的特征？
答：山谷秀美、山峦清净、空气清新、和润阴凉、自然幽雅。（12）阅读元代王冕的一首诗，回答问题
冰雪林中著此身，不同桃李混芳尘。忽然一夜清风起，散作乾坤万里春。
在这首诗中，作者塑造的主要形象是什么？突出了它的哪些特征？
答：作者塑造的主要形象是梅花；突出了它耐寒（冰雪林中著此身）、清高（不同桃李混芳尘）、报春（散作乾坤万里春）的特征。
（13）03年安徽卷/阅读下面一首元小令，然后回答问题。小桃红 秋江 倪瓒
一江秋水澹寒烟，水影明如练，眼底离愁数行雁。雪晴天，绿蘋红蓼参差见。吴歌荡桨，一声哀怨，惊起白鸥眠。
这首小令描绘了意境幽远的秋水景色，读来如同欣赏一幅引人入胜的画卷。请从动静和色彩两方面对这首小令进行赏析。
答：
（14）（04河南）
秋思 张籍
洛阳城里见秋风，欲作家书意万重。复恐匆匆说不尽，行人临发又开封。
王安石评论张籍诗歌的风格是：“看似寻常最奇崛，成如容易却艰辛。”试析张籍此诗写了生活中哪个“寻常”的细节? 答：诗中作者写了这样一个细节：家书将要发出时，又疑惑和担心漏写了什么，故“又开封”。（游于客居洛阳，见到秋风秋景，从而引起对家乡亲人无限的深切思念，所以又打开信封，验证自己的疑惑和担心。）（15）(四川卷)
夜 归 周密
夜深归客依筇行, 冷磷依萤聚土塍。村店月昏泥径滑，竹窗斜漏补衣灯。[注]筇：此代指竹杖。
（1）本诗是怎样以“夜归”统摄全篇的？结合全诗简要赏析。[解析] 本诗用“夜归”统摄全篇，应把握时令是“夜”和事件是“归”，因此要找出“夜”中的意象，和“归”中意境。既然已“夜深”了，还要归家，那么思家怀乡之切自不必说；“竹窗斜漏补衣灯”，这是游子（夜行人）快至家门时所见，夜已深了，家里还亮着“补衣灯”，家中亲人对游子的关切和思念之情，扑面而来。
【答】：（1）本诗写景扣住“夜”字，写情扣住“归”字。首句直接点明“夜深”，刻画出“归客”拄杖而行的疲惫之态。随后，诗人以“冷磷”、“萤”、“月”等意象渲染夜色的凄凉，以夜深仍在田塍、泥径中孤身前行的艰难表现出归家的心切。而最末一句以深夜犹见“补衣灯”的感人画面收束全诗，与先前的艰难和凄清形成反差，更烘托出游子深夜归家的复杂心情，意味深长。杨巨源的一首唐诗，然后回答问题。
诗家清景在新春，缘柳才黄半未匀。若待上林花似锦，出门俱是看花人。诗题《城东早春》，在诗中作者是如何扣题 答：作者用“才”、“半”暗点“早”字，“半未匀”的柳冲寒而出，最富生机，最能显示早春的特征。
（16）
送魏万之京 李颀
朝闻游子唱离歌，昨夜微霜初渡河。鸿雁不堪愁里听，云山况是客中过。关城树色催寒近，御衣砧声向晚多。莫见长安行乐处，空令岁月易蹉跎。注： 离歌：离别之歌。关城：潼关、函谷关。御苑：皇家的宫苑。砧声：捣制寒衣的声音。
首联、颔联哪几个词表达了季节的怎样的特征（离别的环境）？ 答：“微霜”“鸿雁”点出了送别时深秋时节萧瑟的气氛，（从中表达出诗人送别的悲愁难抑，黯然神伤的情绪。）
（17）
春游湖 徐 虎
双飞燕子几时回，夹岸桃花燕蘸开。春雨断桥人不渡，小舟撑出柳荫来。问：全诗通过描写诗人春天游湖所见的四种具体可视的美景，构成了一幅完整的、生动优美的画面，体现了中国古代写景诗歌的特点。请概括四种具体景物，并写出其特点。
答：这首诗歌描写了诗人游湖时所见的双飞燕子，夹岸桃花，春雨断桥、柳荫小船四种具体美景，体现了中国古代写景诗歌诗中有画的特点。（18）白云泉 白居易
天平山上白云泉，云自无心水自闲。何必奔冲山下去，更添波浪向人间。⑴简要分析诗中抒情主人公的形象特点。
诗歌鉴赏的三维立体解读之“技法维”篇
一、理论解读：
技法维：指的是诗歌的艺术手法。具体指：
1、表达方式：
①诗词中主要运用叙述、描述、议论、抒情四种表达方式。其中，描写、抒情是考查的重点。
②描写方式有动静结合、虚实结合、白描勾勒、浓墨重彩等； 描写角度：包括动、静，点、面，正面描写、侧面描写，远、近、高、低等。
③抒情方式有直抒胸臆、借景抒情、寓情于景、情景交融、情景相生、情因景生、以景衬情、融情入景、一切景语皆情语等。
2、结构形式：
常见的有首尾照应、开门见山、层层深入、先总后分、先景后情、卒章显志、过渡、铺垫、伏笔等。
3、修辞手法：
包括对偶、比喻、拟人、借代、夸张、排比、反复等。
4、表现手法
包括赋比兴、衬托、用典、对比、虚实、渲染、卒章显志、画龙点睛、以小见大、欲扬先抑、联想想象、语序倒置等。此外，常用的表现手法还有象征，寓褒于贬、明褒实贬，欲擒故纵，言此意彼、意在言外，画龙点睛、曲笔逆笔，反衬、乐景哀情等。
5、虚实结合：
具体说来，诗歌中的“虚”包括以下三类：
（1）神仙鬼怪世界和梦境。诗人往往借助这类虚无的境界来反衬现实。这就叫以虚象显实境。例如《梦游天姥吟留别》仙境就是一个虚象。诗云：“日月照耀金银台”、“霓为衣兮风为马”、“虎鼓瑟兮鸾回车”、“仙之人兮列如麻”。李白描绘了一幅美好的图景，图景的美好反衬出现实的黑暗。
（2）已逝之景之境。这类虚景是作者曾经经历过或历史上曾经发生过的景象，但是现时却不在眼前。例如李煜《虞美人》中“雕栏玉砌应犹在，只是朱颜改”，句中“故国”的“雕栏玉砌”存在，但此时并不在眼前，也是虚象。作者将“雕栏玉砌”与“朱颜”对照着写，颇有故国凄凉，物是人非之感。再如苏轼的《念奴娇·赤壁怀古》中云：“谈笑间，樯橹灰飞烟灭。”再现了火烧赤壁这一史实。显然不是发生在眼前，故也是虚景。
（3）设想的未来之境。这类虚境是还没有发生的，它表现的情将一直延伸到未来而不断绝。故写愁，将倍增其愁；写乐将倍增其乐。例如柳永《雨霖铃》中云：“今霄酒醒何处，杨柳岸晓风残月”这是设想的别后的景物：一舟离岸，词人酒醒梦回，只见习习晓风吹拂萧萧疏柳，一弯残月高挂柳梢。在《西厢记·长亭送别》中崔莺莺送别张生唱词很多是设想的未来之境。（4）诗歌中的“实”。
在中国画中，实是指图画中笔画细致丰富的地方。而在诗歌中，“实”是指客观世界中存在的实象、实事、实境。例如《梦游天姥吟留别》中的黑暗现实；《虞美人》中的“春花秋月何时了”；《念奴娇·赤壁怀古》中上阙的“乱石穿空，惊涛拍岸，卷起千堆雪”，写赤壁险峻的形势；《雨霖铃》中上阙所写的两人分别的情形，如“寒蝉凄切，对长亭晚”“执手相看泪眼，竟无语凝噎。”等。（5）虚实相生”是指虚与实二者之间互相联系，互相渗透与互相转化，以达到虚中有实，实中有虚的境界，从而大大丰富诗中的意象，开拓诗中的意境，为读者提供广阔的审美空间，充实人们的审美趣味。
（6）虚景和实景的关系，有时是相反相成形成强烈的对比，从而突出中心的。例如姜夔《扬州慢》中的虚景是指“春风十里”，写往日扬州城十里长街的繁荣景象；实景是“尽荠麦青青”，写词人今日所见的凄凉情形。由这一虚一实两幅对比鲜明的图景，寄寓着词人昔盛今衰的感慨。
虚景和实景的关系，有时则是相辅相成形成渲染烘托，从而突出的中心的。如欧阳修的《踏莎行》：“候馆梅残，溪桥柳细，草薰风暖摇征辔。离愁渐远渐无穷，迢迢不断如春水。寸寸柔肠，盈盈粉泪，楼高莫近危阑倚。平芜尽处是春山，行人更在春山外。”上阙写实，通过初春景象反衬“行人”的离愁别绪。下阙实虚。通过设“行人”想妻子凭栏远望，思念“行人”的愁苦之象，来写愁思。妻思夫，夫想妻。虚实相生，从而将离愁别绪抒发得淋漓尽致。
二、题型解读
（1）提问方式：这首诗歌采用了何种表现手法？这种手法的妙处、这种手法的作用？
（2）提问变体：这首诗歌运用了怎样的艺术手法（技巧）？有何作用？
（3）解答策略：这类提问，着重的是诗歌整体的艺术表现特色，主要应该从诗歌的整体构思、诗歌整体的艺术技巧方面来解答。
（注意：这首诗“主要运用了”和“运用了”什么艺术手法，答题时是不一样的，前者主要从整体上答，能用于抒发诗人情感的一般为主要的，只对于个别景物语言的修辞一般为次要的，后者答得更细更全面，前者只答“主要的”。）诗歌鉴赏的三维立体解读之“情感维”篇
一、理论解读
1、情感维——写了什么情感，即感情主旨，这是诗人写诗的目的，是诗歌的灵魂。
2、诗歌的情感： 古诗中常见的思想感情
忧国忧民 建功报国 怀古伤今蔑视权贵 愤世嫉俗 怀才不遇 寄情山水 归隐田园
登高览胜 惜春悲秋 思乡怀人 长亭送别 思乡念亲 相知相思 别恨离愁
3、情感例说： ●忧国伤时
①揭露统治者的昏庸腐朽 如：杜牧《过华清宫》长安回望绣成堆，山顶千门次第开。一骑红尘妃子笑，无人知是荔枝来。
②反映离乱的痛苦 如：杜甫《春望》国破山河在，城春草木深。感时花溅泪，恨别鸟惊心。烽火连三月，家书抵万金。白头搔更短，浑欲不胜簪。③同情人民的疾苦 如：《茅屋为秋风所破歌》、白居易《卖炭翁》
④对国家民族前途命运的担忧 如：杜甫《登楼》花近高楼伤客心，万方多难此登临。锦江春色来天地，玉垒浮云变古今。北极朝廷终不改，西山寇盗莫相侵。可怜后主还祠庙，日暮聊为梁父吟。这是一首感时抚事的诗。作者写登楼望见无边春色，想到万方多难，浮云变幻，不免伤心感喟。进而想到朝廷就象北极星座一样，不可动摇，即使吐蕃入侵，也难改变人们的正统观念。最后坦露了自己要效法诸葛亮辅佐朝廷的抱负，大有澄清天下的气概。全诗即景抒情 ● 建功报国
①建功立业的渴望。如：曹操《龟虽寿》、陆游《书愤》 ②保家卫国的决心 如：王昌龄《从军行》
③报国无门的悲伤 如：辛弃疾《京口北固亭怀古》《丑奴儿?少年不识愁滋味》 ④山河沦丧的痛苦 如：陆游《示儿》、文天祥《过零丁洋》 ⑤年华消逝，壮志难酬的悲叹 如：苏轼《水调歌头?赤壁怀古》 ⑥揭露统治者穷兵黩武 如：杜甫《兵车行》 ⑦理想不为人知的愁苦心情 如：屈原《涉江》 ● 思乡怀人
①羁旅愁思 如：孟浩然《宿建德江》移舟泊烟渚，日暮客愁新。野旷天低树，江清月近人。温庭筠《商山早行》
②思亲念友 如：王维《九月九日忆山东兄弟》、苏轼《江城子?十年生死两茫茫》
③边关思乡 如：范仲淹《渔家傲?塞下秋来风景异》
④闺中怀人 如：王昌龄《闺怨》、欧阳修《踏莎行?候馆梅残，溪桥柳细》、李白《乐府》(长安一片月，万户捣衣声)● 生活杂感
①寄情山水、田园的悠闲、隐居之乐、如：王维《山居秋暝》、孟浩然《过故人庄》
②昔胜今衰的感慨 如：姜夔《扬州慢》、刘禹锡《乌衣巷》 ③借古讽今的情怀 如：辛弃疾《京口北固亭怀古》
④青春易逝的伤感 如：李清照《如梦令?昨夜雨疏风骤》
⑤仕途失意的苦闷 如：白居易《琵琶行》、苏轼《水调歌头?明月几时有》 ⑥告慰平生的喜悦 如：杜甫《春夜喜雨》《闻官军收河南河北》、辛弃疾《西江月?明月别枝惊鹊》 ● 长亭送别
①依依不舍的留念 如：柳永《雨霖铃》、王维《渭城曲》、李白《金陵酒肆留别》
②情深意长的勉励 如：王勃《送杜少府之任蜀川》
③坦陈心志的告白 如：王昌龄《芙蓉楼送辛渐》寒雨连江夜入吴，平明送客楚山孤。洛阳亲友如相问，一片冰心在玉壶。
二、题型解读
三维立体拓扑监控可行性分析 篇6
关键词三维拓扑监控
1引言
随着通信业务的迅猛发展，移动通信网络规模不断扩大。同时，由于新技术的不断引入，整体网络结构日趋复杂。这些都给日常网络监控、网络故障原因定位、业务影响范围评估等工作带来了新的挑战。随着集中化和精细化管理的深入推进，“大监控”模式也需要往纵深发展。从传统的专业网管巡视监控，到如今的集中化综合监控平台；从单网元告警监控分析，到跨专业联动故障判断；从网元列表式呈现监控，到拓扑图形式呈现监控，监控的职能范围在持续扩大，监控的支撑手段也在不断更新、快速发展。
在各运营商现有的监控手段中，有些专业以“列表清单”式呈现为主，例如交换专业，有些以“二维平面拓扑”呈现为主，例如传输专业，现今较为流行的发展方向为“GIS地图”呈现方式，例如无线、WLAN等专业。这些呈现方式，在一定程度上满足了现有对各专业独立监控的需求，同时，在多专业统一、关联性呈现出现了瓶颈。如何在一个界面中实现所有专业的共有信息，并呈现出各专业的关联关系，简化跨专业壁垒，特此提出利用三维仿真等技术，实现“三维立体拓扑”监控方式。
相对于传统的二维平面拓扑，三维立体拓扑更加直观、更加注重交互体验，对全专业集中监控工作的开展具有非凡的意义：
1. 更加直观便捷的发现故障、定位故障、确定故障影响范围，支撑监控人员更好的履行发现响应和指挥调度职能，在一定程度上提高跨专业的故障监控效率。
2. 强大的视觉冲击力和交互体验，支撑监控人员更好的履行对外展示职能，体现先进的运营理念和服务支撑能力。
2能力目标分析
三维立体拓扑监控的难点在于三维立体拓扑图的绘制、呈现。初级阶段规划的三维拓扑中共包含交换、传输、承载、无线专业，涉及MSS、CE、传输、MGW、BSC/RNC六个网元类型。设计五个网络层面，所有的网元设备、逻辑连接、字体标识等拓扑元素全部都以三维立体方式呈现，参考视图如图1所示。
每一层内的网元设备之间、各层网元设备之间的逻辑连接依据实际通信网络中专业内、专业间的设备物理连接关系绘制而成，资源模型数据来源于综合性的资源管理系统。具体研究的支撑能力目标如下：
1. 三维拓扑图可以360度旋转、任意拉近缩远，每一网元设备图标上呈现具体网元名称。
2. 每一网元设备，包括网元设备间的连线，如果发生故障，则该设备实体呈现对应故障级别的颜色。如果同时有多个故障，则呈现最严重故障级别的颜色。同时支持点击查看具体的故障列表、故障详情等信息。
3. 该拓扑可根据最新的网络结构数据模型或资源管理系统中的基础信息库，进行同步、自动更新。
3可行性分析
三维空间对象间的拓扑关系反应了拓扑变换（评议、缩放、旋转）下的拓扑不变量，是最基本的空间关系，体现了空间实体在空间上的一种不依赖于几何形变的内在联系，在实际应用中有着非常重要的作用。
目前3D拓扑技术大规模应用军事、地质和空间探测、电脑游戏、影视制作等领域，在我国电信运营领域尚未有类似应用。因此，在可行性方面主要体现在技术因素、成本因素两个方面。
3.1技术因素
在技术领域，三维立体拓扑监控主要涉及三维数据模型驱动、三维仿真交互、呈现规则梳理三个技术难题。
3.1.1三维数据模型驱动实现难点
自驱动型三维拓扑需要对三维数据模型进行拓扑分析及推理，以此求得需要的空间对象间的拓扑关系。空间拓扑关系推理是利用空间理论和人工智能技术对空间对象进行建模、描述和表示，并据此对空间对象间的空间关系进行定性或定量的分析和处理的过程。
现阶段研究相对较多的仍然是定性空间推理技术，现有的空间数据模型本身（如八叉树模型、边界标识模型、3D FDS模型等等）并不能很好支持拓扑分析推理，导致拓扑分析能力不足，对非同维对象，如先于体、面与体基本无能为力。这种情况下我们只能通过手工调整来反应真实的网络拓扑。
3.1.2三维仿真交互实现难点
三维仿真交互需要3D引擎，目前市面上流转的3D引擎基本都用于电脑游戏开发，并且价格不菲。如果简单的用来三维立体拓扑上的告警或性能指标渲染，就会造成极大的资源浪费。同时，现有的3D引擎无法直接简单的满足通信专业的拓扑呈现，需要进行大量的二次开发。虽然也有一些开源的3D引擎，如lrrlicht、Panda3D、jME、ORGE等，但目前也都是限用于游戏开发，在通信拓扑领域并无相关应用，同样存在二次开发和改造的难题。
3.1.3呈现规则梳理难点
通信网络拓扑日趋复杂，在采用IP化之后，网络日益趋于扁平化。在同一平面呈现所有关联关系必将混乱无章。使用分层方式可将同专业关联关系在同一水平面呈现，而各专业间关联关系可体现在垂直面中。同时立体化可旋转的方式，减少相互遮挡、重叠的弊病。但仍无法将网元间所有连接线同时呈现出来，需要具有新的压缩合并规则。无论使用何种技术实现，这些规则的梳理将是立体拓扑呈现的关键和难点。
3.2成本因素
如果手工制作三维静态拓扑，目前技术相对成熟，只需付出工作量成本。
如果研究开发自驱动型三维拓扑模型和3D仿真引擎，则技术成本会大大增加，并且依据目前业界的技术水准，甚至无法评估研发周期和费用。
4结论
综合考虑技术和成本，结合实际生产需要，短时间内无法快速布置实现。未来发展建议通过三个阶段进行研究，遵循由易到难、由简入繁、边应用边研究的原则，三个阶段具体划分参考如下:
第一阶段：可先手工绘制MSCSERVER、CE、传输、MGW、BSC/RNC等重要层面网络拓扑，快速实现并投入应用。
第二阶段：重点尝试研究三维网络拓扑数据模型，逐步树立呈现规则，实现通过模型数据变化动态驱动三维拓扑呈现更新。
第三阶段：重点尝试研究三维仿真交互，通过告警、性能数据的驱动来立体渲染三维拓扑元素，真正投入监控，实现三维立体拓扑监控功能。
参考文献
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[3] X. Xiao and X. Ping, The Web3D Technology and its Next Generation Benchmark X3D[J], Computer and Modernization, 2003
The Analysis of the Feasibility of the Three Dimensional Topology Monitoring System
Yu Shaofei
（China Mobile Jilin branch network management center to monitor center，Changchun 130033，China）
AbstractThis article briefly analyzes the background, the value, and the feasibility of the three dimensional topology monitoring. It also discusses its future application and development. It provides an innovative idea to monitor the increasingly complex network operation
Key wordsthree dimension （3D），topology，monitoring
三维立体模型 篇7
该系统可应用于家庭影院, 三维游戏, 互动教学, 医疗显示, 地理空间显示, 等对立图像和复杂数据显示效果要求较高的领域。
项目负责人简介:王颖博士, 新加坡南洋理工大学电子与电机工程学院微电子专业在读博士, 现主要从事微型显示技术及其它相关显示技术的研究和开发。研究兴趣包括硅上液晶显示技术 (LCoS) , 有激发光器件显示技术 (OLED) 以及三维立体显示技术 (3D displa y) 等。
三维立体数码摄像设备 篇8
本项目的目的是成为全球首家能设计、生产和提供真实的三维立体摄影设备的知名企业。它的产品主要是高档三维立体数码相机和三维立体数码摄像设备。
本项目已经按照原创性的原理和概念开发出验证原型的软件系统。
本项目对各种融资方案持开放态度, 如风险投资和政府资助。
三维立体显示控制器研究 篇9
现实世界中的事物单从瞬时形态上来讲,就存在着三维的图像信息,而人类的视觉系统保证了人们可以准确地感知现实三维世界。在平面显示技术日趋成熟的今天,真实三维再现的需求日益强劲地突显出来。
随着三维显示技术的迅速发展,已经出现了多种三维显示模式,可分为下述四种类型:透视型三维显示、视差型三维显示、光学悬浮显示和真三维立体显示[1]。本文阐述的基于二维旋转屏的大型三维体扫描显示系统属于真三维立体显示的体显示分支,其实现方式是通过高密度彩色LED阵列面板连续显示三维图像切面图像序列的同时,配合机械扫描绕垂直轴旋转,利用视觉暂留效应呈现出三维原型图像。这种三维图像呈现方式与其他方式比较的优点在于:系统本身具有数据处理能力,独立性强;高亮度,可适应室外的展示需求;具有真实景深,方便观察者从各个角度观察重现的三维立体对象等。
由于应用场景的特殊性,目前市面上的LED显示屏以及控制器无法满足需求。因此,高技术指标的LED阵列显示屏以及相应控制器的设计成为研究三维体扫描显示系统的重要问题。本文阐述了一种基于Flash型FPGA的LED显示屏控制器,进而实现基于二维旋转屏的大型三维体扫描显示系统功能。
1 LED显示屏及控制器硬件设计
在基于二维旋转屏的三维立体显示系统中,LED显示屏上的LED颗粒的密度直接决定了旋转后可容纳体像素数量,即体分辨率。在现有条件下为了达到相对比较高的分辨率,采用高密度彩色LED设计阵列,做到间距最小化,目前采用宽度为1.6mm的RGB三色LED小颗粒制作成管芯间距为2.5mm的大型LED屏。
整体系统设计中,采用层次化,模块化设计,构建分布式的系统架构。单就LED阵列而言,以16×16LED阵列为最小模块,4个最小模块为1个单元,6个单元为1个面板,最小模块每一行LED灯的共阳极串联,每一列LED灯的R、G、B管脚分别串联,形成行列扫描连接模式,每个最小模块都具有用于独立显示驱动以及简单数据处理的FPGA控制芯片,每一块面板都具有用于平级互联以及面向上层的接口。如果说层次化使功能划分更明朗,那么模块化的分布式设计使得体三维显示系统的显示屏大小灵活多变,可以根据应用的场合将不同数量的LED面板拼接成不同尺寸的显示屏,在硬件上无需做较多的改动。
本系统选择100pin的ProASIC3A3P125作为LED阵列最小模块的驱动芯片,该芯片是由Actel公司推出的一款基于Flash架构的FPGA,与基于SRAM架构的FPGA相比,上电启动速度快,且不需要额外的EEPROM之类的配置芯片,这正好在一定程度上缓解了在追求高分辨率过程中遇到的布线空间有限等一系列PCB设计上的问题。同时,芯片的IO分为2个bank,每个bank有独立的电压控制引脚。通常情况下,红色LED的工作电压为1.8V～2.2V,蓝绿LED的工作电压为3V～3.6V,因此,将红色和蓝绿色控制管脚配置在不同的bank,每个bank设置相应的基准电压,可在最少的额外驱动电路下,方便地实现不同色LED亮暗控制。而FPGA内置的丰富的RAM存储单元也为控制器内部的数据处理提供了方便。
2 LED显示屏驱动方式
LED 阵列的每一个像素点由红(R)、绿(G)、蓝(B)三色LED组成,对应着二维平面中的一个像素点,旋转后所成三维图像的一个像素环。若使用灰度级来描述单色LED的亮度变化,则单色的灰度级越多,三色组合而成的图像色彩就越多,层次越丰富。LED的驱动方式一般有两种,一种是通过调节LED的正向电流,得到LED的亮度调制[2]。如把LED的正向导通电流值按步长调节,其发光亮度就可以分为若干个灰度级,但这种方式所需的驱动电路复杂,考虑到布线空间有限,本设计中采用另一种驱动方式:控制单位时间内LED的导通时间[2]。LED的发光强度与单位时间内点亮的时间成正比,LED具有快速时间响应特性,目前已有纳秒级产品,可以用脉冲方式驱动LED发光。在这里用模块化的行列扫描方式来控制三基色LED,由PWM脉宽调制方式控制周期T时间内的占空比实现灰度调节。体扫描实现真三维立体显示的特点对PWM调制频率即对LED响应时间有很高的要求。如果采用目前等离子显示设备使用的方法,即当图像灰度级为2n时,n位2进制an-1…a2,a1,每一位具有不同的权重,分别为2n-1。同时将显示周期T分成n个小的时间片段t,再由具有不同权重的每一位分别控制时间片段的占空比。若按照16×16显示模块,24体帧/秒,360电子帧/体帧,256×256×256级灰度计算,则F(min)=16×24×360×8×128=141MHz,这对LED的要求非常苛刻。因此,采取方案为:将周期T分为2n等分,每一时间片段的高低电平控制LED的亮暗,实现多路不同频率的PWM控制波形。于是同样的显示模块LED的响应时间所对应的频率需求为16×24×360×256=35MHz,一般LED就可满足要求。同时使用PWM的驱动方式,也为LED屏的色度校正提供了便利,具体操作方法在下一节中会提到。
3 LED屏幕色彩校正方法
LED由于其亮度高,色域广等优点成为显示领域的新宠,但是,目前,三维体扫描显示的数据多数来自PC端的建模或是多个摄像头数据采集后的复现,如果直接使用数据源数据控制LED屏显示,会发现图像过于艳丽,色彩过于饱满,复现效果较差,且不符合人眼对色彩的认知。造成这种结果主要有两方面原因:一是色域空间的差异;二是γ值的存在。
3.1 色域空间转换
图1为一般LED平板显示、PAL制式、NTSC制式、及sRGB在1931 CIE-XYZ系统的三基色坐标及其色域的对比图,从图中可以看出,LED的色域空间比各种标准制式的色域空间要大的多。因此需要进行色度校正。
由色域空间转换原理[3]可知,某色域空间的三基色RGB与1931CIE-XYZ标准色度系统的三刺激值XYZ的关系为:
undefined
即
undefined
还可以进一步表示为:
undefined
其中,mr、mg、mb分别为R、G、B三基色的分量系数,(xr,yr,zr),(xg,yg,zg),(xb,yb,zb)为R、G、B三基色的色坐标。
若定义原始色域空间的三基色为Rs、Gs、Bs,LED的色域空间为RL、GL、BL,则L色域空间中的一种颜色A要跟原始色域空间的颜色B等同,只需将这两种颜色都转换到由XYZ三刺激值表示,且使两者XYZ的配比相同即可。
可以求得:
undefined
上文提到,目前用来重现的三维立体数据主要来自于PC端的建模,或者摄影机多角度拍摄重构。而这些设备所使用的显示器或者输出设备基本都遵循sRGB 色彩空间标准。因此,若实现由sRGB色彩空间到LED显示屏本身的色彩空间的转换,即可在一定程度上,避免三维图像重现过程中出现的色彩过于饱和等问题。
根据sRGB标准,其在CIE-XYZ色坐标系中,R、G、B色坐标分别为[0.6400, 0.3300]、[0.3000, 0.6000]、[0.1500, 0.0600],白色为[0.3127,0.3290]的 D65。文中所采用的LED的R、G、B波长典型值为(624nm,525nm,470nm),根据CIE-XYZ色度图的波长和坐标的对应关系,可以求得R、G、B坐标对应为[0.7006,0.2993],[0.1142,0.8262],[0.1241,0.0578],同样以D65作为等能白色度坐标。
将各色坐标代入式(3),可以得出sRGB色度空间标准方程为:
undefined
所采用的LED屏色度空间标准方程为:
undefined
因此,利用式(4)可以求得:
undefined
这样,通过色空间转换,实现了LED三基色的颜色复现,使其与sRGB色度空间保持一致,提高了LED屏的色彩复现能力。
3.2 LED屏的校正
人的视知觉的明亮度与物理亮度的非线性关系,使得人的视觉对较暗处的较少亮度变化都能感到其明显亮度变化,而在明亮处对亮度的变化就不那么敏感。而在由数字信号驱动LED彩色大屏幕的设计中,亮度与LED点亮时间成正比,即与PWM占空比成正比,物理亮度与R、G、B控制分量表现为线性特性。为防止显示画面在低灰度级跳变很大,而高灰度级可分辨的层次不清楚,影响LED的灰度表现能力,在LED显示屏驱动部分需要加上将视觉明度与物理亮度转换叠加到PWM控制这一环节,即所谓的反γ校正[4]。
以孟赛尔明度值函数作为明度值V与物理亮度Y关系模型,V=1.2589Y0.45。反γ校正公式可表示为undefined,其中I为输入图像灰度级,G为输出图像灰度级,x为输入灰度值,y为输出灰度值。例如输入输出16灰度级的表为(取undefined。
经过校正,人的视觉效果观赏性显著提高。但是从表1中也可以看出,虽然看起来是16级灰度,但是实际灰度并没有16级,LED的1/16占空比对应于明度值为5/16,所以在实际使用过程中,为了达到预期的256灰度级,将灰度级提高到360。
考虑到γ校正为非线性变换,及FPGA资源的利用率,采用查表法实现γ校正,数据表由PC端通过简单的Matlab程序生成,存储在FPGA的内建ROM中。所以,在FPGA内部,输入的用于控制一个像素点的24bit颜色信息,经过3×3的矩阵线性变换,再完成查表变换,最后生成用于控制PWM占空比的点数据。
4 保证三维显示的稳定性
色度校正是LED显示屏在二维显示中也会遇到的问题,为保证三维图像的稳定性,就基于旋转LED屏的大型三维体扫描而言,还需要关注以下几个问题。
首先,为实现稳定的三维立体显示效果,必须保证电子扫描与机械扫描的高度一致性。因此,需在显示控制器与机械扫描控制器形成闭环结构,显示控制器能够根据机械扫描控制器传回的信号及时调整电子扫描速率。
其次,基于旋转LED屏的大型三维体扫描显示系统利用视觉暂留效应来呈现出三维原型图像,在采用模块化PWM点阵行列扫描控制显示的方式中,如果行列扫描的速率不够快就可能会造成图像倾斜等问题。因此,在同样是360×24fps的电子帧(即一个三维图像切面)扫描速率下,压缩每一电子帧的时间,即在原本一个电子帧的时间内,实现3次或以上(可根据行列扫描能达到的最高速率调整)重复的电子帧扫描,这样既可以保证不改变原来的三维图像所需的亮度,又避免了有可能出现的倾斜状况。
5 结束语
该基于Flash型FPGA的LED显示屏控制器支撑基于二维旋转屏的体显示系统实现了显示彩色三维图像及播放简单三维动画的功能,使人们可以多视角地观看具有真实景深的三维影像。接下来要进一步研究的问题为如何在控制器内部实现相对复杂的数据变换,如图像翻转等等。
摘要：描述了一种针对三维体扫描显示系统设计、基于Flash型FPGA的LED显示屏控制器,该控制器充分考虑三维体扫描成像原理及其应用场景,在硬件架构以及数据、信号处理上做出独特的设计。着重介绍了控制器硬件设计、LED显示屏驱动方式、LED屏色彩校正等一系列问题,最后明确了下一步研究方向。
关键词：三维体扫描,FPGA,LED显示屏,PWM
参考文献
[1]王琼华,王爱红.三维立体显示综述[J].计算机应用,2010(3):579-581.
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[3][美]David,F.Rogers.计算机图形学的算法基础[M].机械工业出版社,2002:462-484.
构造破碎带“三维”立体加固技术 篇10
关键词：断层,构造破碎带,“三维”立体加固技术
引言
长期以来,煤层底板突水一直是影响我国煤炭资源安全开采的一个主要因素,特别是构造区域的断层突水更为严重,占整个突水事故的80%[1]。注浆加固技术作为防治断层突水的一种行之有效的措施被普遍应用于煤矿掘进和开采期间断层破碎带的改造上[2]。然而以往改造断层的注浆加固技术多为平面加固,本文研究的矿井构造突水可能性大,危险大,水压高、含水层多,平面加固很难达到预定的加固效果,为此某矿采用“三维立体加固技术”对构造破碎带进行加固,并取得了较好的效果。
1 工程概况
该矿主采二1煤层,其顶、底板岩层裂隙非常发育,下伏L9灰岩、L8灰岩和L7灰岩富水性中等——强,且周围大断裂发育,补给水源充沛,采深750m左右,水压达6.82MPa-7.64MPa,二1煤层至L8灰岩间的隔水层平均厚度只有26.5m,突水系数达0.28MPa/m,在开采影响下有很高的突水危险,如遇断层其突水危险性更大。11050工作面下顺槽在通尺1080m-1090m之间揭露了F115断层,该断层走向125°,倾向215°,倾角65°,落差1.2m。因在煤巷中掘进,隔水层薄,水压高,为防止11050工作面下顺槽发生突水,在探清该断层富水情况的基础上需要对对该断层进行注浆加固,根据该矿实际情况选择在下内11号钻场内进行F115断层加固工程。
2 注浆加固方案及施工
2.1 方案选择
考虑到某矿构造突水可能性大,危险大,水压高、含水层多等特点,平面加固很难达到预定的加固效果,固采用“三维”立体加固技术对构造破碎带进行处理,从而保证巷道掘进面顺利通过断层,不影响工作面正常回采。构造破碎带“三维”立体加固技术的原理是以断层破碎带为中心在360度范围内不同深度(断层附近底板破碎带及L9、L8和L2灰岩)进行注浆。
为了在高突水危险、高水压条件下有效注浆,某矿采用浙江杭钻机械制造股份有限公司生产的矿用地面注浆系统。该注浆系统最大优点是系统内配置有高速制浆机。该系统制成的浆液密度控制在1.1-1.7g/cm3之间,适应范围大,注浆效率高,每小时能注8.8t水泥,而且自动化程度高,完全能满足回风斜巷断层破碎带注浆加固的需求[3]。注浆流程为:
散装水泥——一次搅拌——分散制浆——精浆池——高压注浆泵——输浆管道——注浆钻孔——受注体。
2.2 钻孔布置及参数选取
2.2.1 钻孔布置
在1105工作面下顺槽1100m处上帮11号钻场内进行施工,共布置6个孔,分别为F115断层1#、2#、3#、4#、5#、6#。钻孔终孔深度控制在L8灰岩底板下垂距55m,钻进过程中,如果有水就进行注浆改造,如果无水则封孔。钻孔布置平图如图1所示各钻孔具体情况见表1。
2.2.2 钻孔参数及要求
为保证固管效果,防止固管后周围出现渗漏现象,下二级套管前必须对孔壁进行预注浆,以封闭钻孔周围岩层裂隙,以保证固管质量。因L8灰岩水水压高,为防止L8灰岩水窜入钻孔周围岩层裂隙中,在钻孔揭露L8灰岩前,钻进施工过程中如有钻孔出水现象,必须执行见水即注方针,浆液先稀后稠,注浆终压为15MPa,彻底封闭钻孔围岩裂隙。注浆时须严格控制浆液配比和注浆压力、进浆量和注浆连续性,保证注浆效果。钻孔参数如表1所示。
2.2.3 钻孔结构及要求
注浆孔要下二级套管,一级套管直径为Φ146mm,管底口下至二1煤层底板垂距7m,二级套管直径为Φ108mm,下至L9灰岩底板垂距7m。一、二级套管要进行注浆固管和做耐压试验,一级套管的试验压力应不低于10MPa,二级套管的试验压力应不低于15MPa,终孔孔径为Φ75mm,孔深打至L2灰岩斜距10m。各级套管必须联合使用,防止注浆时脱管、爆管现象发生。各级套管固管均遵循单液水泥浆先稀后稠,扫孔后必须用清水进行耐压试验,试验压力达到要求为合格,否则重新固管、试压,直到达到要求。
2.3 注浆材料及浆液配比
由于构造的形成具多期性和多方向性。含水层中裂隙发育,注浆封堵裂隙是主要目的。为保证进浆量和扩散半径及封水效果,浆液采用单液水泥浆,水泥采用新鲜的P.042.5R普通硅酸水泥。根据注浆钻孔的出
水量和吸浆量及时调整浆液密度,实际注浆过程中,浆液水灰比控制在3:1-1.5:1之间,密度在1.20g/cm3-1.37g/cm3之间。
2.4 注浆加固工艺
(1)钻孔出水后,注浆压力达到15MPa。
(2)由于井下施工注浆钻孔水压大,要求先用稀水泥浆注,如长时间注浆压力不上,可逐渐增加浆液浓度,但要保证进浆量。
(3)注浆方式采用下行分段式连续性注浆,尽量充填实岩溶裂隙。
(4)当浆液已用到最大浓度的时,吸浆量仍很大且不见减少,总水泥量达到200吨以上,孔口压力又不上升时,应改为间歇性注浆。
(5)间歇性注浆仍无压力时,可考虑使用双液浆或注骨料等。
2.5 技术要求
为防止L8灰岩水窜入L8灰岩顶板钻孔周围砂岩裂隙中,钻孔揭露L8灰岩前,钻进施工过程中如有钻孔出水现象,必须见水即注,以封闭钻孔周围裂隙;坚决杜绝有水仍然钻进的施工方式。
根据本次钻探设计要求,各级套管都要加上高压阀门后再进行耐压试验;一级套管耐压试验不小于10MPa,二级套管耐压试验压力不小于15MPa,均要求达到设计压力并稳定30min,孔口周围不漏水、套管不活动为合格,否则需重新注浆固管,直至耐压试验合格。
2.6 钻孔注浆结束标准
设计注浆压力为15MPa,井下注浆压力达到设计要求,泵量改为58L/min,并稳压10min以上,可结束注浆。水泥凝固24h后,重新透孔至孔底,若孔内水量小于1m3/h,则视为该孔合格,注浆封孔。水泥凝固24h后,重新透孔至孔底,若孔内水量大于1m3/h,继续用地面注浆站进行注浆,若孔口压力超过15MPa,则采用井下注浆方式重新进行注浆,当注浆压力达到设计压力,并持续10min以上,即可结束注浆,进行封孔,如此反复,直至孔内水量小于1m3/h,方可视为该孔合格结束。
3 结束语
“三维”立体加固技术有效的改造了构造破坏带,使检查孔的单孔最大涌水量从加固前的45m3/h降低到2m3/h以下,最终巷道顺利通过F115断层,没有发生突水危险。
参考文献
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[2]邹光华,张凤岩,宋彦波.巷道过含水断层破碎带的注浆加固技术[J].煤炭科学技术,2010,38(6):50-53.