CN108053472A

CN108053472A - 一种基于三维模型组景的假山设计方法

Info

Publication number: CN108053472A
Application number: CN201711324213.XA
Authority: CN
Inventors: 李畅
Original assignee: Suzhou University of Science and Technology
Current assignee: Suzhou University of Science and Technology
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2018-05-18

Abstract

本发明揭示了一种基于三维模型组景的假山设计方法，包括如下步骤：A：三维数据采集，包括如下步骤：A1：场地环境三维数据采集；A2：分块假山石料全方位三维数据采集；B：三维数字化建模，包括如下步骤：B1：逆向三维建模；B2：正向三维建模；C：三维等比实物模型打印；D：假山等比实物模型组景，包括如下步骤：D1：假山主题构思；D2：假山模型组景；E：假山组景施工图纸制作，包括如下步骤：E1：精准设计模型构建；E2：施工图设计制作。本发明优化了传统园林营造因石造型的假山组景方法，提升了假山模型制作的准确性，实现了假山组景设计和施工图纸的精确化，便于业主进行方案比选、成本控制、施工招标，并在相关管理部门备案。

Description

一种基于三维模型组景的假山设计方法

技术领域

本发明涉及传统园林中的假山营造方法，尤其涉及一种基于三维模型组景的假山设计方法。

背景技术

假山营造是复杂的传统造园工艺，涉及勘地、制图、识图、制模、估重、选石、购石、运石、相石、放线、挖基槽、筑基础、拉底、置基石、分层堆叠、填充、结顶、镶石、勾缝、养护、去支撑、调试、覆土、植绿、清场等多个步骤。由于传统园林的假山叠石组景所用石料的形态、大小、轻重、质地、角度各不相同，并且组景所成奇峰、峭壁、山洞、山麓、溪涧、石矶、飞梁、曲蹬、危岩等形态万千，因而不能象传统建筑一样以模数化的开间和进深规范化地表达其建筑结构。传统造园师在设计阶段仅能通过绘画和手工模型表现出假山组景的大致效果，在施工阶段则根据自己的艺术素养和经验积累现场控制山石的位置和结构。现代园林设计师尽管能通过电脑制作出效果图和尺寸详细的施工图，但是这种工业设计方法难以用在非参数化设计的假山组景之上，同时，与水泥、钢材等标准化的工业材料采购不同，假山石料的造型各异，所需材料的采购极为困难。因此，急需一种结合传统假山营造经验与现代设计标准的设计方法，在设计阶段精准地表达出假山营造的相关设计构思并出具详细的设计方案和施工图纸，以便业主进行方案比选、成本控制、施工招标，并在相关管理部门备案。

专利申请号为CN105599520A的“一种制造假山等工艺品的方法”和专利申请号为CN106985595A的“一种工业装配式钢结构假山结构及其设计方法”分别对假山山石制造、结构设计进行了优化，但是没有涉及自然石假山的营造；专利申请号为CN105835606A的“一种片石假山的组景方法及施工工艺”采用了当代的设计和施工方法对自然石假山进行营造，但其营造对象仅局限于片石假山，没有涉及块石、圆石、峰石、柱石等类型。此外，还有一些专利涉及了人造假山、生态假山的制作方法和工艺，尽管它们也采用了电脑软件进行设计和制图，但都未解决自然石假山叠石组景方案表现和图纸绘制中的不精准问题，同时也无法精确地与假山施工的外部地形和水景环境进行衔接。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用三维模型组景的假山设计方式，优化了传统园林营造因石造型的假山组景方法，通过3D激光扫描和3D打印提升了假山模型制作的准确性，从而实现了假山组景设计和施工图纸的精确化，避免了当前园林工程设计中假山组景设计方案难以参数化、模块化而无法有效指导现场施工的问题，同时亦便于业主进行方案比选、成本控制、施工招标，并在相关管理部门备案的基于三维模型组景的假山设计方法。

本发明的技术方案是，一种基于三维模型组景的假山设计方法，包括如下步骤：

A：三维数据采集，包括如下步骤：

A1：场地环境三维数据采集，踏勘现场，选取若干个基准点及视角，通过相位差3D激光扫描仪或脉冲式3D激光扫描仪对假山施工的场地空间特征进行三维数据采集，生成点云数据；

A2：分块假山石料全方位三维数据采集，分块选取即将进行假山组景的假山石料，通过相位差3D激光扫描仪或脉冲式3D激光扫描仪对其空间特征进行全方位三维数据采集，生成点云数据；

B：三维数字化建模，包括如下步骤：

B1：逆向三维建模，在电脑中导入三维数据采集阶段的点云数据，通过逆向建模软件将场地环境的点云数据进行拼接、去噪、分类、滤波，得到实际的点云数据，然后导入专业软件进行封装处理建模，修补点数据不足形成的孔洞、去除点数据过密形成的冗余，处理棱角过大、边界不规范等形体变异问题，得到场地环境和假山石的三维数字化模型，导出导出STL数据格式；

B2：正向三维建模，采用正向建模软件对假山组景的配景进行建模，得到三维数字化模型，导出STL数据格式；

C：三维等比实物模型打印：

连接电脑与3D打印机，输入STL数据格式，加入3D打印耗材，按照同一比例分别将场地环境、分块假山石料、假山组景配景的三维计算机模型进行3D打印，制得三维等比的实物模型，并分类放置；

D：假山等比实物模型组景，包括如下步骤：

D1：假山主题构思，沿用传统假山组景设计构思方式，结合造园主题、假山所处的位置、观赏假山方式进行方案初步构思，人工绘制出假山组景的概念性草图；

D2：假山模型组景，模拟传统造园施工阶段造园师“合地宜，因石性”的假山组景施工方式，在已打印的场地环境模型上，根据概念性草图，按照传统园林营造中假山组景原则和手法堆叠已打印出的分块假山石料模型，并用粘合剂固定，形成假山组景造型，并粘上相应的假山组景配景模型，形成精确化的假山组景模型，并将假山石料按组景顺序进行编号；

E：假山组景施工图纸制作，包括如下步骤：

E1：精准设计模型构建，采用相位差3D激光扫描仪对等比缩放的假山组景实物模型进行全方位三维数据采集，生成点云数据，扫描点间距设置为0.2cm，通过逆向建模软件将场地环境的点云数据进行拼接、去噪、分类、滤波，得到实际的点云数据，然后导入专业软件进行封装处理建模，修补点数据不足形成的孔洞、去除点数据过密形成的冗余，处理棱角过大、边界不规范等形体变异问题，得到精确化的三维数字化模型；

E2：施工图设计制作，根据精确化的三维数字化模型进行施工图设计，形成初步思路后将精确化的三维数字化模型导入AutoCAD软件中进行施工图制作，获得精确的、可进行施工组织的施工图。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤A的A1步骤中所述场地空间特征包括与假山组景相交、串联、并置的地形、水体、建筑、景墙中的一种或几种场地环境要素组合的三维数据，扫描点间距设置为1cm；A2步骤中所述假山石料包括片石、块石、圆石、峰石、柱石中的一种或几种类型，扫描点间距设置为1cm。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤B的B1步骤中所述逆向建模软件包括VisualSFM、CMVS、PointSense、Meshlab、Autodesk123DCatch、Autodesk3dsMax、ArtecStudio、PolyWorks、Geomagicstudio、SolidWorks、Recam中的一种或几种；优选地，将点云数据进行稀释处理，得到间距2cm的点云数据，以加快运行处理的速度；B2步骤中所述假山组景配景包括塔、桥、亭、树中的一种或多种；所述正向建模软件包括Solidworks、Pro-E、Catia、Sketchup、Openscad、Rhino、maya、Zbrush、Tinkercad、Culptris、Autocad、3Dmax中的一种或多种。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤C中优选地，在1:10-100的尺度范围内控制三维模型的打印比例，即根据经济、便携、易操作和宜观赏的原则，场地环境打印后的实体模型尺寸宽、高在0.5-2m范围内，单块假山石打印后的实体模型长、宽、高尺寸在0.05-0.5m范围内，单个假山组景配景打印后的实体模型长、宽、高尺寸在0.05-0.8m范围内。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤C中所述3D打印耗材包括聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚苯砜、聚醚醚酮、环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、芳杂环树脂、光敏树脂、聚乳酸、石膏中的一种或几种；所述3D打印方式包括熔融沉积成型、选择性热烧结成型技术、选择性激光烧结工艺、三维印刷工艺、立体光固化成型工艺、聚合物喷射技术、数字光处理技术一种或多种。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤D的D1步骤中所述造园主题包括春山、夏山、秋山、冬山中的一种或多种；所述假山位置包括楼山、阁山、书房山、园山、厅山、池山、内室山、峭壁山中的一种或多种；所述观赏假山方式包括平视、仰视、远观、俯观、近观、内观、外观中的一种或多种；D2步骤中所述假山组景原则包括宾主、高低、层次、曲折、凹凸、顾盼、疏密、轻重、虚实中的一种或多种；所述假山组景组景手法包括安、连、接、斗、挎、拼、悬、卡、垂、挑、托中的一种或多种；所述假山组景造型包括奇峰、峭壁、山洞、山麓、溪涧、石矶、飞梁、曲蹬、危岩中的一种或多种；所述粘合剂包括环氧树脂胶、白乳胶、502胶水、万能强力胶中的一种或多种。

在本发明一个较佳实施例中，优选地，如需多套假山等比实物模型组景进行方案比较，重复步骤C和步骤D。

在本发明一个较佳实施例中，优选地，如需要仿真实景效果，在步骤D的基础上进行模型后期处理，在假山组景模型上喷涂真石漆模拟自然石，在模型内部镶嵌微型水泵营造自然瀑布和泉水效果。

在本发明一个较佳实施例中，所述步骤E的E2步骤中所述施工图设计内容包括假山施工图、结构施工图、给排水、采暖通风施工图及电气施工图中的一种或多种；所述施工图制作内容包括施工说明图、平面图、立面图、剖面图、大样图、材料清单和人工清单。

本发明所述为一种基于三维模型组景的假山设计方法，本发明采用三维模型组景的假山设计方式，优化了传统园林营造因石造型的假山组景方法，通过3D激光扫描和3D打印提升了假山模型制作的准确性，从而实现了假山组景设计和施工图纸的精确化，避免了当前园林工程设计中假山组景设计方案难以参数化、模块化而无法有效指导现场施工的问题，同时亦便于业主进行方案比选、成本控制、施工招标，并在相关管理部门备案。

具体实施方式

下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本发明所述为一种基于三维模型组景的假山设计方法，包括如下步骤：

A：三维数据采集，包括如下步骤：

所述场地空间特征包括与假山组景相交、串联、并置的地形、水体、建筑、景墙中的一种或几种场地环境要素组合的三维数据，扫描点间距设置为1cm；

所述假山石料包括片石、块石、圆石、峰石、柱石中的一种或几种类型，扫描点间距设置为1cm；

B：三维数字化建模，包括如下步骤：

所述逆向建模软件包括VisualSFM、CMVS、PointSense、Meshlab、Autodesk123DCatch、Autodesk3dsMax、ArtecStudio、PolyWorks、Geomagicstudio、SolidWorks、Recam中的一种或几种；

优选地，将点云数据进行稀释处理，得到间距2cm的点云数据，以加快运行处理的速度；

所述假山组景配景包括塔、桥、亭、树中的一种或多种；

所述正向建模软件包括Solidworks、Pro-E、Catia、Sketchup、Openscad、Rhino、maya、Zbrush、Tinkercad、Culptris、Autocad、3Dmax中的一种或多种；

C：三维等比实物模型打印：

优选地，在1:10-100的尺度范围内控制三维模型的打印比例，即根据经济、便携、易操作和宜观赏的原则，场地环境打印后的实体模型尺寸宽、高在0.5-2m范围内，单块假山石打印后的实体模型长、宽、高尺寸在0.05-0.5m范围内，单个假山组景配景打印后的实体模型长、宽、高尺寸在0.05-0.8m范围内。

所述3D打印耗材包括聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚苯砜、聚醚醚酮、环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、芳杂环树脂、光敏树脂、聚乳酸、石膏中的一种或几种；

所述3D打印方式包括熔融沉积成型、选择性热烧结成型技术、选择性激光烧结工艺、三维印刷工艺、立体光固化成型工艺、聚合物喷射技术、数字光处理技术一种或多种；

D：假山等比实物模型组景，包括如下步骤：

所述造园主题包括春山、夏山、秋山、冬山中的一种或多种；

所述假山位置包括楼山、阁山、书房山、园山、厅山、池山、内室山、峭壁山中的一种或多种；

所述观赏假山方式包括平视、仰视、远观、俯观、近观、内观、外观中的一种或多种；

所述假山组景原则包括宾主、高低、层次、曲折、凹凸、顾盼、疏密、轻重、虚实中的一种或多种；

所述假山组景组景手法包括安、连、接、斗、挎、拼、悬、卡、垂、挑、托中的一种或多种；

所述假山组景造型包括奇峰、峭壁、山洞、山麓、溪涧、石矶、飞梁、曲蹬、危岩中的一种或多种；

所述粘合剂包括环氧树脂胶、白乳胶、502胶水、万能强力胶中的一种或多种；

优选地，如需多套假山等比实物模型组景进行方案比较，重复步骤C和步骤D；

优选地，如需要仿真实景效果，在步骤D的基础上进行模型后期处理，在假山组景模型上喷涂真石漆模拟自然石，在模型内部镶嵌微型水泵营造自然瀑布和泉水效果；

E：假山组景施工图纸制作，包括如下步骤：

E2：施工图设计制作，根据精确化的三维数字化模型进行施工图设计，形成初步思路后将精确化的三维数字化模型导入AutoCAD软件中进行施工图制作，获得精确的、可进行施工组织的施工图；

所述施工图设计内容包括假山施工图、结构施工图、给排水、采暖通风施工图及电气施工图中的一种或多种；

所述施工图制作内容包括施工说明图、平面图、立面图、剖面图、大样图、材料清单和人工清单。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims

1.一种基于三维模型组景的假山设计方法，其特征在于：包括如下步骤：

A：三维数据采集，包括如下步骤：

B：三维数字化建模，包括如下步骤：

C：三维等比实物模型打印：

D：假山等比实物模型组景，包括如下步骤：

E：假山组景施工图纸制作，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于三维模型组景的假山设计方法，其特征在于：所述步骤A的A1步骤中所述场地空间特征包括与假山组景相交、串联、并置的地形、水体、建筑、景墙中的一种或几种场地环境要素组合的三维数据，扫描点间距设置为1cm；A2步骤中所述假山石料包括片石、块石、圆石、峰石、柱石中的一种或几种类型，扫描点间距设置为1cm。

3.根据权利要求1所述的基于三维模型组景的假山设计方法，其特征在于：所述步骤B的B1步骤中所述逆向建模软件包括VisualSFM、CMVS、PointSense、Meshlab、Autodesk123DCatch、Autodesk3dsMax、ArtecStudio、PolyWorks、Geomagicstudio、SolidWorks、Recam中的一种或几种；优选地，将点云数据进行稀释处理，得到间距2cm的点云数据，以加快运行处理的速度；B2步骤中所述假山组景配景包括塔、桥、亭、树中的一种或多种；所述正向建模软件包括Solidworks、Pro-E、Catia、Sketchup、Openscad、Rhino、maya、Zbrush、Tinkercad、Culptris、Autocad、3Dmax中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的基于三维模型组景的假山设计方法，其特征在于：所述步骤C中优选地，在1:10-100的尺度范围内控制三维模型的打印比例，即根据经济、便携、易操作和宜观赏的原则，场地环境打印后的实体模型尺寸宽、高在0.5-2m范围内，单块假山石打印后的实体模型长、宽、高尺寸在0.05-0.5m范围内，单个假山组景配景打印后的实体模型长、宽、高尺寸在0.05-0.8m范围内。

5.根据权利要求1所述的基于三维模型组景的假山设计方法，其特征在于：所述步骤C中所述3D打印耗材包括聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚苯砜、聚醚醚酮、环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、氨基树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、芳杂环树脂、光敏树脂、聚乳酸、石膏中的一种或几种；所述3D打印方式包括熔融沉积成型、选择性热烧结成型技术、选择性激光烧结工艺、三维印刷工艺、立体光固化成型工艺、聚合物喷射技术、数字光处理技术一种或多种。

6.根据权利要求1所述的基于三维模型组景的假山设计方法，其特征在于：所述步骤D的D1步骤中所述造园主题包括春山、夏山、秋山、冬山中的一种或多种；所述假山位置包括楼山、阁山、书房山、园山、厅山、池山、内室山、峭壁山中的一种或多种；所述观赏假山方式包括平视、仰视、远观、俯观、近观、内观、外观中的一种或多种；D2步骤中所述假山组景原则包括宾主、高低、层次、曲折、凹凸、顾盼、疏密、轻重、虚实中的一种或多种；所述假山组景组景手法包括安、连、接、斗、挎、拼、悬、卡、垂、挑、托中的一种或多种；所述假山组景造型包括奇峰、峭壁、山洞、山麓、溪涧、石矶、飞梁、曲蹬、危岩中的一种或多种；所述粘合剂包括环氧树脂胶、白乳胶、502胶水、万能强力胶中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的基于三维模型组景的假山设计方法，其特征在于：优选地，如需多套假山等比实物模型组景进行方案比较，重复步骤C和步骤D。

8.根据权利要求1所述的基于三维模型组景的假山设计方法，其特征在于：优选地，如需要仿真实景效果，在步骤D的基础上进行模型后期处理，在假山组景模型上喷涂真石漆模拟自然石，在模型内部镶嵌微型水泵营造自然瀑布和泉水效果。

9.根据权利要求1所述的基于三维模型组景的假山设计方法，其特征在于：所述步骤E的E2步骤中所述施工图设计内容包括假山施工图、结构施工图、给排水、采暖通风施工图及电气施工图中的一种或多种；所述施工图制作内容包括施工说明图、平面图、立面图、剖面图、大样图、材料清单和人工清单。