仿真系统中三维建模技术的研究

唐宇鸿 高丽娜 刘韫超 渤海大学信息学院 辽宁锦州 121000

【文章摘要】

随着电子计算机技术快速发展， 三维建模技术的发展向人们展示出一个崭新的世界，为依托电子计算机系统的仿真项目带来了更为广阔的发展空间。从计算机专业的角度来看，仿真系统则是一套相对完整的数学模型。在仿真系统的运作过程中，最基础的技术即是三维建模技术， 该技术与仿真系统之间有着千丝万缕的密切关联，基于三维建模技术的仿真系统将抽象的概念转化为可视化模型来呈现，冲击着人们的视觉感观。本文就仿真系统中的三维建模相关技术进行研究，以期为仿真系统的研究以及相关实践领域的推进带来有益的借鉴。

【关键词】

仿真系统；三维建模技术；研究

在日新月异的信息时代，计算机技术的应用范围不断扩展，渐渐涉及到各行各业中。而三维仿真系统是当今计算机技术应用最重要的一个领域，在实体项目建设以前或现实中很难完成的实验项目中，需要利用仿真系统来模拟出真实的应用环境，或从不一样的视角为人们呈现出不一样的视觉空间，可以规避一些危险的场景，或给人们带来不同以往的视觉体验。

1 仿真系统及其核心架构分析

在当前的社会环境中，诸多实体领域都需要构建仿真系统，借助计算机软件、硬件来构建仿真系统模型，在计算机中呈现出真实效果，规避真实实验所带来的危险，或从中可以获得对实体项目运作的启示。

1.1 仿真系统概述

仿真系统及其相关技术的发展，是虚拟现实技术升级的主流发展方向，它采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境。凭借仿真系统模型的搭建，可以让人们从宏观上掌握某一领域的状况，以及它的变动趋势等，与此同时，仿真系统环境中的用户需要借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用，从而产生“沉浸”于等同真实环境的感受和体验。从实践的角度来看，仿真系统及其相关技术已被广泛应用于城市仿真、军事仿真、名胜古迹虚拟旅游、模拟培训等各个领域之中，为各领域建设提供技术支持。从现实的情况来看，仿真系统实际上是一系列技术手段融合运作的结果。

1.2 仿真系统的核心架构分析

从以往研究仿真系统的资料中可以发现，为了维系仿真系统的有序运作，则需要多种较为先进的计算机技术来支撑，而三维建模技术、可视化技术等等内容， 是构建一整套仿真系统的基础。由于人类最初在接受信息的时候，八成以上的信息或经验是来自于自身的视觉体验，这就是构建仿真系统的驱动力。从具体情况来看，仿真系统中的三维建模技术是通过表格、曲线、图例等方式来表现抽象化的统计数据或概念等内容。

从总体来看，仿真系统可以分为前台模拟呈现与后台技术处理两个主要部分，其中后台技术处理是仿真系统的核心内容，在计算机硬件、软件的支撑下，完成仿真系统模型的架设。实际上，仿真系统本身是一系列技术的集成，通过仿真系统平台的有序运作，令每一个模块发挥出最大效用，从而实现某一具体情境的仿真模拟。

2 浅析三维建模技术的相关内容

2.1 常用的三维建模技术的种类及其048

软件开发

Software Development

电子制作

功用

简单而言，三维建模技术大致可以从两个角度来解析，其一，为科学计算的三维建模体系；其二，为空间信息的三维建模体系。二者的应用领域不同，因此，在技术的研究方向上有所差异。前者注重的是科学化与工程类型的精准计算，而后者则把三维建模技术的应用偏向于以数学模型为技术核心的仿真系统的构建。实际上，将多种类型的三维建模技术应用到仿真系统之中需要相关技术之间满足一定的兼容性。通常情况下，所谓的三维建模技术指的是借助计算机硬件等设备将视频图像呈现出来，让人们凭借视觉的误差，来体验三维模型所表达的情境。从具体情况来看，三维CAD 技术已经被广泛应用到建筑工程设计或模拟操作平台等诸多领域当中，该技术的优势较为突显， 在计算机软件的作用下，能够在极短的时间内，构建出三维仿真模型的主体框架，这就大大缩减了实体领域中工程设计的周期，并能够在一定程度上降低工程设计的成本，从而避免了人为的设计误差，提高项目资源的利用效率。

在一段时期以来，GPS 测量技术、摄影测量技术以及遥感技术与仿真系统的整合应用，有效提升了仿真系统的运作效率与质量。

（1）GPS 测量技术

GPS 测量技术，顾名思义，是在卫星定位系统支撑下的坐标测量技术，在用该技术进行数据测算的过程中，需要借助GPS 的定位原理来突出技术的优势，即通过卫星信号的传输来准确定位仿真系统内部平台的坐标数值，进而达到准确测量仿真项目中各项数据的目的。

（2）摄影测量技术

摄影测量技术在仿真系统中的实际应用还需追溯到航空影像数据研究领域， 在计算机技术快速发展的影响下，摄影测量技术对于仿真系统模型的构建越来越重要，因其可以完成仿真系统模型构建过程中的数字立体测图的目标，从而令仿真系统所呈现出来的图形更具真实性，在该技术的支撑下，能够支撑模拟城市仿真等实体项目的运作。

（3）遥感技术

从技术的门类划分来看，遥感技术与摄影测量技术一样，同属于地球空间信息科学的研究领域。遥感技术是以多光谱、多分辨率和多时相卫星影像为数据源，主要研究地表变迁及地质调查的遥感新方法。从现实的角度来看，将遥感技术应用于仿真系统模型的构建过程中，是借助该技术的非接触成像的机理，从而能够使仿真模型具备非接触数据记录、分析与表达的功能。基于遥感技术的模拟仿真系统通常会应用于环境监测项目以及航空模拟仿真的模型系统之中。

2.2 三维建模技术的发展动态研究

（1）三维建模技术层面上的网格重建技术的沿革

从具体的三维建模技术层面来看， 无论是GPS 测量技术、摄影测量技术还是遥感技术等等，都需要满足一定的前提条件，才能将技术的应用能效更好地发挥出来。在应用三维建模技术的过程中，往往会碰到网格重建的情形，因此，当传统意义上的三维建模技术不适用于当前的环境时，则需要采取网格重建技术来推进三维建模技术的升级。在具体的应用过程中，相对于平面模型建设而言，曲面网格重建较为困难，需要从仿真系统的后台进行操作。按照具体的仿真环境调整后的网络可以为人们带来一种最契合物件或环境的视觉化体验。

（2）三维建模技术领域中的网格简化技术的转变

从概念上讲，“三维仿真”亦可以被成为“视景仿真”，因其在三维建模系统中的作用便是借助各类型的计算机软件、硬件等内容，来为用户创造出一个逼真的三维可视化影象模型。在人们的生活中，物质世界本质上就是三维的，在立体化的空间中，人们感知事物时的潜意识便是从三维的角度来进行摸索。在既往的研究过程中发现，三维建模技术的应用存在一定的局限性，数据测算的误差始终存在，因此，提出一种新型网络简化算法来改进这一状况。该算法以顶点对折叠为技术核心，对网格进行简化技术处理，从而达到提升数据计算效率的目的，以此来提升仿真系统的运作效能。

2.3 三维仿真实体模型的构建

随着三维仿真建模技术的发展，大型三维仿真实体模型的构建屡见不鲜。从技术的层面来看，仿真系统中的三维建模技术是一系列技术的整合，并在多种技术的协调配合之下，完善仿真系统的总体性能，以此来实现对真实环境的模拟仿真构想。通过研究可知，一个典型的三维仿真实体模型的构建需要三个部分内容来支撑，其一，仿真应用程序，它是三维仿真实体模型构建的基础内容，同时也是整个模型系统的内在驱动力，程序要能够处理好模型系统的动态化随机事件，并能够根据用户的指令来完成具体的任务；其二，图像生成器，它是一个较为专业化的仿真硬件装置，主要的功用便是根据仿真场景的需求来进行技术调整，最终将三维仿真图像或影响视频呈现出来；其三，三维可视化数据库，它是进行仿真系统三维建模技术应用过程中的数据库，绝大部分用以表述仿真模型或场景的信息来源都是在此环节中进行的，三维可视化数据库的数据支撑对于构建仿真模型及相关技术的应用至关重要。

3 仿真系统中三维建模技术及其实际效用研究

三维仿真模型处理过程中的配准、曲面重建以及模型修复等环节都需要各项计算机技术来支撑，从而实现最佳的仿真场景布局。最初，在实体工程设计项目中，三维建模技术的应用策略十分科学化， 并遵循整体规划以及分块实现的原则来构建仿真系统模型。随着技术的改换与升级，三维建模技术之中逐步融合了参数化的建模方法来提升该技术的实践效能。与此同时，为了避免仿真系统内部出现误操作或重复建模，则将三维建模技术从职能上进行划分，这样一来，便将三维建模技术体系细化处理。所以，在后期的仿真系统运行过程中，就很少出现三维建模技术在应用过程中不兼容的情况，以此来确保仿真系统及实体项目工程运作的安全性与可靠性。

从实践的角度来看，仿真系统中三维建模技术的应用具备一定的可操作性与经济性。其中，基于MultiGen Creator 的三维建模关键技术，在系统仿真模型的构建过程中，主要利用其在复杂实体建模、虚拟场景设计、实时性优化等方面的优势来改进仿真系统模型的总体性能。此外，在应用仿真系统中三维建模技术的过程中，要注意几个细节的处理，包括模型数据的结构要简化、系统应用程序在运行时要保证其稳定性，以及基于三维建模技术的仿真系统在实际操作的过程中要能够快速读取各终端传递过来的信息数据等等。从实践过程来看，这些细节的完善都起到了提高仿真系统中三维建模技术应用实效的作用。

4 结束语

从仿真系统中的多种类型的三维建模技术的实际应用情况来看，GPS 测量技术、摄影测量技术等内容的融入，令仿真系统模型的架构更加立体化、科学化， 因此，在仿真系统支撑之下的各实体领域建设更为周密。总而言之，随着计算机技术的快速发展与普及应用，仿真系统中三维建模技术也在不断地改进与升级，为虚拟城市仿真、大屏幕融合显示等诸多相关领域建设提供强有力的技术支持。

【参考文献】

[1] 郑海春，董秀成，古世甫， 等.MultiGen Creator 虚拟现实三维建模优化技术的研究与实践[J]. 西华大学学报（自然科学版），2011，06 （06）：28-29.

[2] 方军，黄长青，娄书荣，等. 面向安全监测的机场三维建模方法[J]. 武汉理工大学学报（信息与管理工程版），2014，01（01）：6-8.

[3] 李伯虎，柴旭东，侯宝存，等. 复杂系统高效能仿真技术研究[J]. 中国电子科学研究院学报，2012，03 （03）：226-228+245.

【作者简介】

唐宇鸿，出生日期：1992 年3 月7 日， 性别：男，籍贯：辽宁省东港市，学历：大学本科，专业：计算机科学与技术（软件开发方向）。

高丽娜，出生日期：1981 年3 月29 日， 性别：女，籍贯：吉林省舒兰市，学历：硕士，专业：计算机应用技术。

刘韫超，出生日期：1994 年8 月25 日， 性别：女，籍贯：辽宁省本溪市，学历：大学本科，专业：经济学。049

软件开发

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