Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Вычислительная техника и компьютерная графика»

К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬ

Заведующий кафедрой

____Ю.В. Пономарчук

«____»________20___г.

ТРЕХМЕРНАЯ МОДЕЛЬ ПЕРВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ ГОРОДА ХАБАРОВСКА И ЕЁ РАЗВЕРТКА ДЛЯ СОЗДАНИЯ СТЕНДОВОЙ МОДЕЛИ

Выпускная квалификационная работа

ВКР 09.03.01.ИВТ.09.00.943 – ПЗ

Студент 943 гр.­­­_______________________________________В.С. Лукашевич

Руководитель

к. ф-м. н., доцент _______________________________________ Е.В. Данилова

Нормоконтроль

к.т.н., доцент ____________________________________________Е.В. Буняева

Хабаровск 2016

Введение

Восстановление 3D-модели объектов архитектуры прошлого достаточно актуально. В дальнейшем чертежи и модели используются для создания стендовых моделей, которые выставляются в музеях и на выставках и становятся достоянием наших потомков. Такие модели отражают действительность изображаемого времени, уровень которой зависит от детализации объектов, что является одной из основных проблем автоматизированного восстановления объектов по фотографиям с помощью CAD-программ. Поэтому более точный результат дает ручная работа, оценка фотографий профессиональным глазом даст гораздо больше результата, чем, например, панорамная склейка снимков, загруженных в программу, и самым большим и ярким недостатком является время работы. Для ускорения построения используется метод наложения модели на план здания.

Целью фотограмметрии является не только восстановление 3D-модели и чертежа архитектурного объекта прошлого времени, но и получение чертежа или модели уже существующего здания, если на него отсутствуют материалы, позволяющие обойтись, без данной науки, а формы и сложность здания делают реальный обмер всех частей здания если не невозможным, то чрезвычайно трудоемким. В этом случае получение чертежей или 3D модели по фотографиям может оказаться самым простым решением. Отличие от восстановления памятников архитектуры прошлого, данный случай прост тем, что есть возможность сделать снимки с нужных ракурсов и лучшего качества.

Целью работы является восстановление 3D-модели первой городской электростанции Хабаровска с помощью программного продукта Autodesk 3DSMax и подготовка развертки для стендовой модели. Конечный комплект материалов необходим для сборки стендовой модели.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) изучение существующей информации о электростанции;

2) оценка состояния здания и окружающего ландшафта 1911 года;

3) подбор программного обеспечения для 3D-моделирования;

4) создание уменьшенного прототипа модели;

5) получение развертки и раскладки рельефа для создания стендовой модели.

С практической точки зрения создание стендовых моделей помогает передать атмосферу эпохи, к которой относится памятник культурного наследия.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 2

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТРЕХМЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ 5

1.1 Фотограмметрия 6

1.1.1 Параллаксный метод регистрации 3D-объектов; 7

1.1.2 Активный параллаксный метод регистрации 3D-объектов; 9

1.1.3 Алгоритмы обработки зарегистрированных изображений 10

1.2 Лазерное сканирование 18

1.3 Аэросъемка 20

2 ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ ТРЕХМЕРНОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ 24

2.1 Обзор программного обеспечения для 3D-моделирования 24

2.2 Физическая реализация реконструированных объектов 31

3 Проектирование модели и развертки первой городской электростанции
Хабаровска 43

3.1 Проектирование окружающего рельефа 43

3.2 Проектирование электростанции города Хабаровска 51

3.3. Объединение готовых моделей. Рендеринг для презентации работы 54

3.4 Описание производства стендовой модели 56

3.5 Технико-экономическое обоснование 58

Заключение 59

Список использованных источников 60

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТРЕХМЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Трехмерное моделирование – процесс создания трехмерной модели. Задача трехмерного моделирования – разработать визуальный образ желаемого объекта, причем объект может не совпадать с объектом реального мира, а быть полностью абстрактной. Существует несколько классификаций трехмерного моделирования, к примеру, по способу построения объекта существует следующие виды:

– полигональное – вид моделирования, где для определения местоположения точки необходимо вручную вводить координаты. Если точки соединить ребрами, получится многоугольник, называемый полигоном;

– сплайновое - вид 3Д моделирования, где построение объекта осуществляется при помощи сплайнов. Линии задаются трехмерным набором точек в пространстве, которые о определят гладкость.

– NURBS – то технология неоднородных рациональных В-сплайнов, создание плавных форм и моделей, у которых нет острых краев, как у полигональных моделей.

Вторая распространённая классификация по виду конечного объекта:

– твердотельное;

– поверхностное;

– каркасное;

Построение трехмерной твердотельной модели, как правило, происходит по определенному алгоритму. Прежде всего строится эскиз модели – двухмерное изображение основания модели. Следующий этап – придание толщины, выполняется обширным набором инструментов, таких как: выдавливание (экструдирование), вращение, выдавливание по сечению и траектории и т.п. Над полученным объектом, проводятся преобразования, по аналогичному алгоритму. В каркасном же моделировании, обычно существуют примитивы, такие как: куб, тор, сфера, геосфера и т.д. Для построения трехмерной модели используется комбинирование примитивов и изменение формы в режиме работы с ребрами, точками или полигонами.

Существуют множество методов получения данных для трехмерного моделирования

1.1 Фотограмметрия

«Фотограмметрия – это научно-техническая область, ориентированная на разработку методов определения форм, размеров, пространственного положения и степени изменения во времени различных пространственных объектов по результатам измерений фотографических изображений. Термин «фотограмметрия» имеет греческие корни: photos – свет, gramma – запись, metreo – измерение.

К предметам изучения фотограмметрии стоит отнести геометрические и физические свойства снимков, способы их получения и использования для определения количественных и качественных характеристик сфотографированных объектов, а также приборы и программные продукты, применяемые в процессе обработки. Характеристики объекта могут изучаться по его изображению на одиночном снимке или по паре перекрывающихся снимков, полученных из различных точек пространства.

С необходимостью анализа пространства посредством технологий фотограмметрии исследователь сталкивается при работе с изобразительными источниками, такими как фотографии или аэрофотоснимки. Нередко фотографии являются единственным историческим источником, характеризующим облик строения. Анализ перспективы фотографии, степени искажения пространства, выявление размеров строения невозможно без использования технологий фотограмметрии, осуществляемом в специализированном программном обеспечении, например, в пакете PhotoModeler Scanner и его аналогах.

В задачах построения виртуальной реконструкции технологии фотограмметрии играют не последнюю роль. Анализ материалов аэрофотоснимков и правка перспективы фотографии в большинстве случаев осуществляется не в графических редакторах, таких как Adobe Photoshop или GIMP, а в специализированном программном обеспечении; к нему можем отнести: PHOTOMOD 5, PHOTOMOD 5 GeoMosaic, MapEDIT PRO и др.

Среди программ, используемых в фотограмметрии для анализа фотографий и построений трёхмерных моделей на их основе, стоит отметить: PhotoSculpt Textures, 3DSOM, PhotoModeler и Autodesk 123D Catch (ранее Project Photofly).

Существует 3 метода регистрации трехмерных объектов:

1.1.1 Параллаксный метод регистрации 3D-объектов;

Системы регистрации трехмерных объектов могут быть построены на различных принципах, одним из которых является стереоскопический принцип. Стереоскопическая система состоит из двух камер, регистрирующих объект с разных, но не слишком сильно отличающихся ракурсов. На полученных изображениях определяются соответствующие точки  стерео-отождествление (рисунок 1). Затем, зная внутренние параметры камер стереопары, а также их взаимное расположение, можно определить трехмерные координаты точек объекта методом триангуляции [1]. Несмотря на успехи последних лет, в решении данной задачи остается ряд вопросов, связанных с принципиальными ограничениями данного метода, в частности, со стерео-отождествлением точек объектов, не обладающих ярко выраженной текстурой или имеющих большие нетекстурированные (однородные) области [2].

Рисунок 1 – Пример стереопары

Чтобы преодолеть недостатки стереоскопического метода, можно заменить одну из камер стереопары проектором и получить устройство регистрации трехмерных объектов, основанное на активном параллаксном принципе. Схема системы, построенной на данном принципе, показана на рисунке 2: на объект проецируется некоторая картина (структурированная подсветка), ее искажения, вызванные формой объекта, регистрируются камерой [3, 4].

Рисунок 2 – Схема работы системы, построенной на активном параллаксом методе

Важной и нерешенной, на данный момент времени, проблемой является тяжелая калибровка, то есть перед съемкой и в случае изменения местоположения объекта, необходимо вручную устанавливать и настраивать камеру и проектор, что занимает долгое время, возможно в дальнейшем проблема будет решена с помощью автоматизации.

1.1.2 Активный параллаксный метод регистрации 3D-объектов;

В настоящее время разработано множество различных вариантов картин для использования в системах структурированной подсветки, представляющих собой как серии изменяющихся картин (картины с временным мультиплексированием), так и неизменные картины с использованием различных вариантов цветовой кодировки [3, 4]. Временная кодировка использует последовательность черно-белых картин, как показано на рисунке 3, а. Идея этого метода состоит в том, чтобы кодировать положение пикселя на матрице проектора набором интенсивностей в последовательности проецируемых картин. Набор картин, показанный на Рисунке 3, а, использует «битовое» кодирование: набор двухцветных (черно-белых) картин представляет собой двоичный код, определяющий «номер» пикселя в строке. Помимо «битового» кодирования также используются другие методы двоичного кодирования (сдвиг бинарной картины, код Грея и другие [3, 4]). Такой способ не чувствителен к цвету поверхности, позволяет кодировать каждый пиксель на матрице проектора, однако требует статичности положения объекта из-за большого количества используемых картин.

Рисунок 3 – Картины, используемые для создания структурированной подсветки:

а – с временным кодированием, б – с цветовым кодированием

Цветовая кодировка, пример которой показан на рисунке 3, б, использует только одну картину. Положение каждого пикселя однозначно кодируется значением цвета данного пикселя и нескольких его «соседей». При создании картины с цветовой кодировкой обычно стремятся получить минимальный размер окрестности (количество «соседей») пикселя, требуемый для однозначного восстановления, и минимальное количество различных цветов (для повышения надежности определения каждого цвета). Такими свойствами обладают M-последовательности или последовательности де Брёйна (de Brujin) [3, 4]. Преимуществом такого метода является возможность восстановления формы объекта всего лишь по одной картине, и как следствие, возможность регистрирования движущихся объектов. К недостаткам следует отнести чувствительность метода декодирования цветной картины к структуре регистрируемой поверхности и ее цвету.

1.1.3 Алгоритмы обработки зарегистрированных изображений

Используемая картина подсветки, показанная на Рисунке 4, представляет собой 128 узких вертикальных полос шести цветов (трех основных – R, G, B, и трех дополнительных – C, M, Y), разделенных промежутками черного цвета. Последовательность цветов получена при помощи генератора М-последовательностей, сочетание из каждых 3 соседних полос встречается только один раз.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ВКР