明清古建筑信息模型设计平台研究

相对于我国古代先进的建筑技术成就,我国在古建信息化方面还比较落后, 急需利用现代信息技术对古建筑保护和开发进行探索和研究。BIM 技术的引入为古建筑的 保护研究提供了新的途径,在深入研究古建筑构件构造特点、建造规律、装饰彩绘以及历史 文化等的基础上,研发了古建筑信息模型设计平台。该平台不仅为古建筑构件信息模型库的 建立和管理提供了基础平台,而且还可以为古建筑的修缮和复原、古建筑的研究以及古建筑 虚拟现实系统等提供精确的信息。     

基于虚拟现实的中国古建筑虚拟重建

虚拟现实是数字图像处理、计算机图形学、计算机视觉、人机交互等多项技术的综合应用。本文针对中国古建筑的特点,应用虚拟现实技术,对毁于1860年战火的我国著名古典园林圆明园的部分典型建筑实现了虚拟重建。虚拟重建的过程主要包括数据获取、场景建模、漫游系统和实时渲染等。虚拟重建圆明园系统以圆明园中的单个景点为例,提供了含多种漫游方式的人机交互系统,对应用虚拟现实技术于中国古建筑保护进行了有益的尝试。     

基于三维激光扫描与无人机倾斜摄影技术的古建筑重建

针对古建筑三维重建中传统技术很难同时兼顾高精度三维信息快速获取和多角度真实地物纹理特征准确采集的难题,提出联合三维激光扫描与倾斜摄影测量技术的古建筑三维重建新方法。新方法充分结合了两种技术的优势,利用特征点匹配算法来实现多源数据精确融合,从而实现古建筑室内外完整三维模型的构建。以中国传统村落渐山村李氏家庙为例,通过该方法构建的三维模型与实际激光测距仪测量数据比较,其相对中误差为5 mm, 且建模效率相对于传统方法也有大幅提升;此外,将构建的模型以不同比例尺进行3D打印与室内外展示,进一步验证了建模数据的可用性;表明该方法将为古建筑文化遗产的修复与保护提供重要技术支持。     

基于三维激光扫描与无人机倾斜摄影技术的古建筑重建

针对古建筑三维重建中传统技术很难同时兼顾高精度三维信息快速获取和多角度真实地物纹理特征准确采集的难题,提出联合三维激光扫描与倾斜摄影测量技术的古建筑三维重建新方法。新方法充分结合了两种技术的优势，利用特征点匹配算法来实现多源数据精确融合，从而实现古建筑室内外完整三维模型的构建。以中国传统村落渐山村李氏家庙为例，通过该方法构建的三维模型与实际激光测距仪测量数据比较，其相对中误差为5 mm, 且建模效率相对于传统方法也有大幅提升;此外，将构建的模型以不同比例尺进行3D打印与室内外展示，进一步验证了建模数据的可用性;表明该方法将为古建筑文化遗产的修复与保护提供重要技术支持。     

面向规则的三维古城虚拟技术的研究

随着三维数字技术的发展,三维虚拟技术逐渐向古建筑领域迈进。但目前对于古建筑建模学术研究较少,研究的大多古建筑的虚拟技术,都以三维建模软件为主。由于三维建模软件的局限性、建设模型数据量大,在大区域的三维虚拟化的应用中,无法体现地形,模型精度不高,位置精度有一定偏差。采用基于CityEngine的面向规则的三维虚拟技术,以阆中古城为对象,对地形处理、地形整平、古建筑结构分析、几何形状分析、空间位置分析、平移和旋转算法设计、附属设施的空间动态布局算法设计、规则编码等进行研究,实现了阆中古城的三维虚拟平台。通过实验证明了该技术的优越性,对今后古建筑的三维虚拟化建设提供了一种技术方法。     

中国古建筑三维构件库设计研究

对中国古建筑构件的实际构造进行分析研究,阐述古建筑构件库的系统设计和技术实现,结合参数化设计方法和层模式设计架构,运用工厂方法设计模式进行系统实现,保证了系统的可扩展性和平台移植性。力图实现一款比较通用的三维数字化建模软件。     

基于遗传算法的建筑构件位置分布建模仿真

建筑构件位置分布建模存在可用度较低,建模时间较长,总造价较高的问题,为提高建筑物的整体质量,节约建筑成本,增强建筑结构的适用性,提出基于遗传算法的建筑构件位置分布建模方法,单层建筑主体构件以建筑主体构件横截面的轮廓曲线为基础,由单层建筑主体经过复制生成多层建筑主体完成建筑主体构件建模.通过分析建筑构件的组成,将遗传算法应用在建筑构件位置分布建模中,在适应度函数构建方面增加了对称度、均匀度的度量,对建筑构件位置分布建模过程中控制的变量实施操作,求得全局最优解,优化建筑构件位置分布建模.实验结果表明:该方法可用度高,建筑构件位置分布效果高达90％,符合国家规定建筑构件的最大荷载的标准,建模时间最短,总建模时间仅用92秒,总造价较低.     

中国古建的三维设计方法研究

中国古建是我国的珍贵文化遗产,保护与研究古建是现时代的重要任务。利用三维设计再现古建筑的形态,是目前解读与研究古建的重要方法。中国古建绝大多数采用木结构,先制作构件,再进行组装;因此,利用三维设计来表现古建,是一个值得研究的课题。本文应用MAYA的建模技术对中国古建进行三维设计提出了较为可行的方法,从＂MAYA＂的三维技术手段对古建的设计研究的影响以及建构方法和实例建模（塔、殿、桥、坊）等方面进行了较好的研究。     

仿古建筑(南普陀寺)三维重建方法研究

本文以厦门南普陀寺内的大雄宝殿为虚拟建模对象,研究了结合3DS MAX和MuhiGen Creator对古建筑三维重建的新技术方法,解决了虚拟古建筑在三维建模中精细程度和数据量之间的矛盾,通过项目实践,证明了此方法建立的古建筑模型,在动态漫游的实现过程中取得了逼真的显示效果,同时满足了实时渲染的数据需求.     

一种基于多源数据融合的文物三维建模方法

针对基于单一数据源对建筑物进行三维模型时,建模质量、精度、完整性具有一定的局限性使得后期修模耗时、耗力、效率低下等问题,以昆明市某文物建筑为研究对象,基于多源数据融合技术,提出一种基于计算机视觉理论中的基本原理进行多源坐标系的统一、基于主成分分析进行初始点云配准的方法,进而提出一种融合多种数据源对文物建筑进行精密三维建模的方法,并比较该方法与单一数据源建模方法的优劣。实验结果证明基于多源数据融合进行三维建模的方法,使各种古建筑三维建模技术优缺互补,规避了使用单一激光点云而无法满足古建筑顶部及局部细节三维建模的问题,使建模数据采集的手段多样化。     

古塔变形的预测模型

针对某一古塔1986-2011年4次测量的数据,利用操作研究的预测和优化方法,对该古塔的变形进行了相对精确的计算,并研究其变形的趋势,了解古塔各个方面的变化,尽早做好维护措施,继而采取相关措施来对古塔建筑进行保护,使古塔的变形程度加以约束.     

一种新的基于易得图像建筑建模方法研究

为突破单纯运用立体视觉求解算法的诸多限制条件,实现建筑物三维造型的快速便利的建模,该文提出一种新的基于实体特征库的三维真实感建筑造型算法,在以易获得的单幅建筑场景图像作为输入的基础上,系统综合运用建筑场景中各组成实体的造型特征及参考库匹配技术,实现场景的三维造型以及真实感编辑与优化。该文建立实体特征造型库辅助识别二维图像中各个实体部件,并以该实体为造型的构造单元,通过匹配与编辑二维投影图,快速造型复杂和不规则的建筑场景。为解决常见的纹理贴图造型失真问题,优化三维造型的真实感属性,该文设计并实现了三维造型纹理与材质属性的编辑计算方法及实用工具。实验已证明该算法与系统综合体系设计的实用有效性,所研制的系统与优化工具可作为同类型的真实感造型与编辑软件的组件。这项研究成果对于建筑工程CAD与数字城市造型工作,具有重要的实用价值和广阔的应用前景。     

语义规则驱动的中国古代建筑造型

根据中国古代建筑具有完整的营造规则约束的特点,提出了一种语义规则驱动的快速建模方法．根据中国古代建筑的建造规范,从中提取出若干造型规则,并且参数化表示主要的建筑结构特征,利用它们来控制模型的生成．定义了模型的构造模块——组件,通过迭代解释造型规则来控制组件的变换和组合,从而构造出一系列的中国古代建筑模型．通过扩充纹理库,可以得到不同效果的建筑模型．     

“南华寺”古建筑数字化导览设计研究

China's ancient architecture has a long history of thousands of years, with its unique art and charm, very popular with the public. With the rapid development of the Internet, the concept of digitization is becoming more and more known. The use of digiti- zation to create an ancient architectural navigation system can play a better role in promoting the tourism landscape. For the digital guide of the ancient architecture of "Nanhua Temple", this paper firstly selects eight main buildings in Nanhua Temple to analyze and study, and completes the three-dimensional modeling, roaming and virtual navigation design, which gives the visitors good visu- al experience and cultural influence.     

面向真实构建的徽州建筑快速建模方法

快速建筑建模研究领域追求的目标包括模型的高精度、构建的高效率,以及对用户领域知识要求低、交互简单,而这往往互相矛盾.为解决这些问题,提出了一种基于组件的多层参数建模方法,使用概率网络描述建筑和组件的高层参数,作为友好的用户交互接口;使用规则库描述组件低层参数,指导高层参数生成低层参数;最后使用构建模板描述建筑构建过程.基于此,实现了徽派建筑自动营造系统,能较好的完成具有真实构建流程、高精度徽派建筑快速建模.实验结果证明了所提方法的实用性和有效性,且系统具有友好简单的交互方式,扩展性好,用户无论是否具备领域知识都能获得良好的用户体验.     

文化遗产活化关键技术研究进展

中华民族文化资源丰富、种类繁多且艺术形式多样,源于民族,植根民间,承载着历史记忆,延续着文化血脉,是中华民族的根与魂。文化遗产分布广、流传年代长,具有多样性、独特性和不可再生性等特点,是研究古代人类文明发展的珍贵资料。目前随着信息技术的迅猛发展以及全球化的冲击,其传承形式发生了根本性变化,特别是非物质文化遗产的人际传承方式,因此亟待在资源与媒介、内容与技术之间搭建技术的桥梁,支撑中华文化遗产的数字化传承。本文基于先进的智能计算、数字媒体和虚拟现实/增强现实技术,结合文化遗产的传播过程和艺术特点,对文化遗产收集理解、虚实结合智能展示交互和智慧化平台建设等活化关键技术的发展现状、前沿动态、热点问题和发展趋势进行分析和综述。在文化遗产收集理解方面,针对复杂文物数字化所存在的瓶颈问题,介绍数字化采集与重建关键技术;介绍文化遗产元素、主题和风格等特征提取算法,分析文化遗产的构图特征、分布特征、色彩特征和造型特征等数字化模拟过程中的关键技术,介绍基于语义特征分析、理解和识别的文化遗产理解及建设关键技术。对比和分析传统图形图像处理和深度学习方法在民族文化数字化仿真过程的优缺点,比较算法特点和算法效率...     

梁式桥参数化建模专家系统

在桥梁养护行业,传统桥梁病害检测方式向数字化检测转型已成为该行业发展趋势,而桥梁三维可视化是实现数字化检测的基础.一般的梁式桥参数化建模程序,具有"一经写定,不易修改"的弊端,为了避免这一问题,提高参数化建模的灵活性与可扩充性,采用了一种将专家系统与梁式桥参数化建模相结合的方法,该方法结合专家系统理论知识、梁式桥结构知识和梁式桥组件及全桥参数化建模过程,设计了梁式桥快速建模专家系统.主要内容包括知识库的分类设计、知识库的数据库表设计、知识表达方式的选取、组件建模推理机制及全桥建模推理机制,以及参数化建模时部件、组件、全桥建模算法.使用该方法进行梁式桥建模结果表明,该方法能够根据用户给出的少量主要参数准确完成桥梁组件及全桥的参数化建模,用户通过修改知识库,就能改动参数化建模所依赖的结构计算知识.该方法增加了参数化建模的灵活性及可扩充性.