CN103761769A - 一种雕刻三维地形的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于三维地形雕刻技术领域，提供了一种雕刻三维地形的方法，首先将目标区域的数字高程模型数据在三维建模软件中进行三维重建，并根据设计需要对垂直和水平比例尺做放大或缩小的操作；然后将设计好的三维模型数据转换为三维雕刻机可识别的道具雕刻路径，将待刻材料一次雕刻成立体形状，具有精度高且可调、速度快的特点，同时雕刻过程实现了无人值守，实用性强，具有较强的推广与应用价值。

Description

一种雕刻三维地形的方法

技术领域

本发明属于三维地形雕刻技术领域，尤其涉及一种雕刻三维地形的方法。 

背景技术

现有的地形沙盘制作中的地形塑造多是由手工制作完成，手工雕刻的依据往往是目标区域的卫星或航空影像，先进一些或是资料许可的情况下是将目标区域的地形一层层叠起来，方法是通过依据目标区域的等高线，按设计的等高距沿着等高线将不同材料刻出来在由低到高，由下至上一层层再粘合在一起。以上两种方法不但精度差而且制作周期长，耗时耗力。 

发明内容

本发明提供了一种雕刻三维地形的方法，旨在解决现有的地形沙盘制作中的地形塑造多是由手工制作完成，手工雕刻的依据往往是目标区域的卫星或航空影像，先进一些或是资料许可的情况下是将目标区域的地形一层层叠起来，方法是通过依据目标区域的等高线，按设计的等高距沿着等高线将不同材料刻出来再由低到高，由下至上一层 层再粘合在一起。以上两种方法不但精度差而且制作周期长，耗时耗力的问题。 

本发明的目的在于提供一种雕刻三维地形的方法，该方法包括以下步骤： 

步骤一，将目标区域的数字高程模型数据在三维建模软件中进行三维重建，并根据设计需要对垂直和水平比例尺做放大或缩小的操作； 

步骤二，将设计好的三维模型数据转换为三维雕刻机可识别的道具雕刻路径，将待刻材料一次雕刻成立体形状。 

进一步，该方法具体步骤为： 

数据准备：原始数据可以是系列比例尺的等高线数据，因为数据结构的原因必须将等高线的高程属性值即等高线的高程值赋到辅助颜色属性里，下一步计算才能识别，所以数据准备工作是应用数据转换软件将系列比例尺的等高线数据转换为地貌自动晕渲软件可载入的数据； 

DEM数据生成：该步骤将等高线数据进行离散化处理，即将线文件离散为点文件，再利用该点文件通过差值计算生成DEM数据； 

三维数据仿真重建：先通过自行开发的转换软件将DEM数据转换为3dMAX可以载入的xxx.3ds格式，转换后载入3dMAX软件，根据实际雕刻需要设置坐标参数后导出雕刻软件可识别的stl文件； 

生产雕刻数据：在控制三维雕刻机的雕刻软件中载入stl文件，并设置雕刻参数后生成刀头的雕刻路径。 

进一步，三维雕刻机刀头可在X轴、Y轴、Z轴三个方向精确移动。 

进一步，该方法可一次完成长*宽*高为300cm*150cm*40cm的地形雕刻。 

进一步，该方法立体雕刻的精度由钻头直径，泡沫板密度，和雕刻重叠率决定。 

本发明提供的雕刻三维地形的方法，首先将目标区域的数字高程模型数据在三维建模软件中进行三维重建，并根据设计需要对垂直和水平比例尺做放大或缩小的操作；然后将设计好的三维模型数据转换为三维雕刻机可识别的道具雕刻路径，将待刻材料一次雕刻成立体形状，具有精度高且可调、速度快的特点，同时雕刻过程实现了无人值守，实用性强，具有较强的推广与应用价值。综上所述，通过研究立体雕刻机的结构和工作原理，结合地形沙盘的制作经验，经过同传统方法的对比，可以得出，将立体雕刻机应用于地形沙盘基础地形雕刻的方法可以节约六成以上制作时间，地形精度高且可由程序控制，节约大量人力和时间成本，有较强的实际意义。 

附图说明

图1是本发明实施例提供的雕刻三维地形的方法的实现流程图。 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。 

图1示出了本发明实施例提供的雕刻三维地形的方法的实现流程。 

该方法包括以下步骤： 

步骤S101，将目标区域的数字高程模型数据在三维建模软件中进行三维重建，并根据设计需要对垂直和水平比例尺做放大或缩小的操作； 

步骤S102，将设计好的三维模型数据转换为三维雕刻机可识别的道具雕刻路径，将待刻材料一次雕刻成立体形状。 

在本发明实施例中，在步骤S101中，可将目标区域的数字高程模型数据在三维建模软件3DMAX中进行三维重建。 

在本发明实施例中，三维雕刻机刀头可在X轴、Y轴、Z轴三个方向精确移动。 

在本发明实施例中，该方法可一次完成长*宽*高为300cm*150cm*40cm的地形雕刻。 

在本发明实施例中，三维地形的雕刻主要分为：数据准备，DEM数据生成，三维数据仿真重建，生产雕刻数据几大步骤，具体如下： 

1、数据准备 

原始数据可以是系列比例尺的等高线数据，因为数据结构的原因 必须将等高线的高程属性值即等高线的高程值赋到辅助颜色属性里，下一步计算才能识别，所以数据准备工作是应用自行开发的数据转换软件将系列比例尺的等高线数据转换为地貌自动晕渲软件可载入的数据。 

2、DEM数据生成 

该步骤将等高线数据进行离散化处理，即将线文件离散为点文件，再利用该点文件通过差值计算生成DEM数据。 

3、三维数据仿真重建 

先通过自行开发的转换软件将DEM数据转换为3dMAX可以载入的xxx.3ds格式，转换后载入3dMAX软件，根据实际雕刻需要设置坐标参数后导出雕刻软件可识别的stl文件。 

4、生产雕刻数据 

在控制三维雕刻机的雕刻软件中载入stl文件，并设置雕刻参数后生成刀头的雕刻路径。 

在以上描述的方案中除3dMAX和生成雕刻路径的两款软件为现有的商业软件外，用于数据准备和DEM数据生成的处理软件都为自行开发，其中涉及到等高线的离散，差值计算，DEM生成，数据格式转换等技术 

立体雕刻的精度由钻头直径，泡沫板密度，和雕刻重叠率决定。钻头的直径越小雕刻的精度越高；泡沫板的密度越大其质地越紧密可实现的雕刻精度越高；雕刻重叠率是钻头沿Y轴方向每次前进的距离，如重叠率是50%钻头的直径是10mm，那么钻头每次前进的距离为 5mm。则重叠率越大雕刻的精度越高。 

但在增加重叠率提高雕刻精度的同时会大大增加雕刻时间。为对比雕刻时间，特选取一定区域（保证地形的相似性）分0.21m²、0.5m²和0.7m²以传统方法和立体雕刻两种工艺进行制作。从统计结果不难看出，立体雕刻方法钻头直径越大，重叠率越高的雕刻时间越少；立体雕刻较传统方法减少六成以上工作时间，且随着制作面积的增加节省的时间越多。 

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。 

本发明是应用于地形沙盘制作中用于完成地形雕刻的技术手段，将目标区域的数字高程模型数据在3DMAX等三维建模软件中进行三维重建，并可根据设计需要对垂直和水平比例尺做放大或缩小的操作，再将设计好的三维模型数据转换为三维雕刻机可识别的道具雕刻路径（三维雕刻机刀头可以在X,Y,Z三个方向精确移动），将待刻材料一次雕刻成立体形状，省去了以往层层粘合的过程，具有精度高且可调，速度快的特点。 

本方法利用现有的三维雕刻机，将地形数据（数字高程模型数据）进行三维建模，再转换为三维雕刻机刀头的行进路径，可一次完成长*宽*高为300cm*150cm*40cm大小体积的地形雕刻，不但精度高而且速度快，雕刻过程实现无人值守。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (5)

1.一种雕刻三维地形的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一，将目标区域的数字高程模型数据在三维建模软件中进行三维重建，并根据设计需要对垂直和水平比例尺做放大或缩小的操作；

步骤二，将设计好的三维模型数据转换为三维雕刻机可识别的道具雕刻路径，将待刻材料一次雕刻成立体形状。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法具体步骤为：

数据准备：原始数据可以是系列比例尺的等高线数据，因为数据结构的原因必须将等高线的高程属性值即等高线的高程值赋到辅助颜色属性里，下一步计算才能识别，所以数据准备工作是应用数据转换软件将系列比例尺的等高线数据转换为地貌自动晕渲软件可载入的数据；

DEM数据生成：该步骤将等高线数据进行离散化处理，即将线文件离散为点文件，再利用该点文件通过差值计算生成DEM数据；

三维数据仿真重建：先通过自行开发的转换软件将DEM数据转换为3dMAX可以载入的xxx.3ds格式，转换后载入3dMAX软件，根据实际雕刻需要设置坐标参数后导出雕刻软件可识别的s t l文件；

生产雕刻数据：在控制三维雕刻机的雕刻软件中载入s t l文件，并设置雕刻参数后生成刀头的雕刻路径。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，三维雕刻机刀头可在X轴、Y轴、Z轴三个方向精确移动。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法可一次完成长*宽*高为300cm*150cm*40cm的地形雕刻。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法立体雕刻的精度由钻头直径，泡沫板密度，和雕刻重叠率决定。

Images