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      少數民族建筑認知系統軟件工程設計與實現——以土家族建筑和苗族建筑為例

      來源: www.xgymz.com 發布時間:2020-05-17 論文字數:39255字
      論文編號: sb2020051221004431016 論文語言:中文 論文類型:碩士畢業論文
      本文是一篇建筑論文研究,本文將少數民族建筑建造技術和計算機系統開發技術相結合,以更直接、更全面的展示少數民族建筑為重點,以土家族建筑楓香溪會議會址和苗族建筑大灣苗寨民居。
      本文是一篇軟件工程論文研究,本文將少數民族建筑建造技術和計算機系統開發技術相結合,以更直接、更全面的展示少數民族建筑為重點,以土家族建筑楓香溪會議會址和苗族建筑大灣苗寨民居為例,設計實現少數民族建筑認知系統,注重提高人機交互,增強用戶的視覺效果和游覽體驗,建立較為完善的少數民族建筑數字化資料體系,普及建筑相關知識,具有一定的實用性和可行性,所做主要工作如下:(1)通過實地調研和資料搜集等方式系統歸納整理土家族和苗族建筑特點及建造技術,并進行分析和總結。(2)獲取楓香溪會議會址三維點云數據、大灣苗寨無人機航拍空間數據及村寨中部分建筑單體點云數據,并對數據進行處理得到完善的模型,根據所獲得的數據進行逆向設計,對楓香溪會議會址單體和村寨民居幾處單體進行模型復原和重建,繪制生成建筑施工圖,完成數字化存檔工作。

      第一章 緒論

      1.1 研究背景及意義
      1.1.1 研究背景
      少數民族建筑是少數民族勞動人民智慧的結晶,不同民族的建筑在文化傳統、結構形式和建筑風格等方面各有特色,具有很高的研究價值,但由于建筑年久失修,繼承施工技藝的人越來越少等因素,少數民族建筑文化逐漸淡出人們視野,沒有得到很好的傳承。
      近年來,隨著國家的進步和發展,少數民族建筑保護備受關注和重視,針對少數民族建筑進行保護和研究的意義更加重大。數字化相關技術具有方便、快捷、容量大等優點,使少數民族建筑文化信息的傳播和存儲成為可能,也讓少數民族文化可以更方便的進行數據資料的整理、分析和更新。因此,在現代測量與信息技術的支持下,數字化相關技術逐漸應用于少數民族建筑文化保護領域,成為民族建筑文化保護的主流趨勢[1]。
      數字化保護技術手段豐富多樣,在國內外文化遺產保護中,多借助于數字化建模、虛擬修復、數字化管理、數字化展示、數字化復制存儲、數字化仿真、虛擬現實、數字動畫與數字合成影像等技術框架、關鍵技術和典型系統應用,對文化遺產實體進行復制、模擬或數字虛擬形式的架構,以數字化手段對其加以保存或再現[2]。應用數字化保護技術,總結歸納少數民族建筑相關知識,增強對建造知識的普及,能有效保護少數民族建筑,有利于實現中華民族的文化自信。
      ......................

      1.2 國內外研究現狀
      本文主要研究我國少數民族建筑的數字化保護、虛擬仿真和認知系統的設計開發等內容。通過文獻資料查閱進行國內外現狀及最新動態總結:
      (1)少數民族建筑保護得到了越來越多的重視,運用數字化技術手段對民族建筑進行研究也逐漸增加。如楚雄師范學院鄒治豪等人做了基于虛擬現實技術的云南少數民族建筑數字化保護研究,對比傳統數字化保護手段,說明了虛擬現實技術在體驗感、宣傳效果、發展前景等方面的優勢,也表達了本項技術在規范性和技術要求等方面的難點[5]。云南民族博物館的代幼谷等人做了對云南少數民族傳統民居特色與保護方面的研究,介紹了云南少數民族傳統民居建筑的特色及保護的具體措施,提出了充分應用綠色生態技術和加大對當地居民宣傳教育的力度等方式,使保護和傳承民族建筑文化的現狀從根本上得到改善的觀點[6]。
      (2)虛擬仿真技術是一項新型科學技術,國外虛擬仿真技術的發展己經形成了一個體系,滲透到了經濟發展的各個領域中,在國家經濟建設中發揮著重要的作用。以美國為首的一些發達國家制造商已經擁有成熟的虛擬仿真技術,在世界計算機仿真的主要市場上處于領先地位。在軍事領域,計算機仿真技術貫穿于武器裝備的設計、研制、生產和維護的全過程;在工業設計領域,利用仿真技術找出工業生產項目中的規律和機制,可以為提高工業產品的性能提供可參考的理論依據。目前,我國對虛擬技術的研究進入中期階段,近年來,我國的工程技術人員已經具備了智能軟件研究和開發的能力,一些智能軟件在工程企業中得到了廣泛的開發和使用[7]。廣西藝術學院的黃麗達等人提出了針對廣西少數民族建筑文物保護的人機交互系統設計的方案和關鍵技術研究[8],桂林電子科技大學楊菁等人對侗族木結構住宅的三維虛擬展示進行了設計研究,利用現代信息技術手段,將侗族村寨進行三維虛擬再現,并將侗族住宅清晰的木架結構、民族風俗與建筑文化理念融入其中,進行有效的宣傳和保護[9]。計算機虛擬仿真技術經過不斷的完善和發展,已廣泛應用于社會的各個領域。計算機軟硬件技術的飛速發展也帶動了仿真技術。
      圖 1-1 技術路線
      .......................

      第二章 數據采集及處理

      2.1 三維點云數據采集及處理
      2.1.1 技術簡介
      (1)三維激光掃描技術是目前比較先進的高精度立體掃描技術,又稱實景復制技術[10]。通過獲取物體的三維坐標數據和數碼照片,然后快速得到實體的坐標、形狀等三維信息,最后對采集的數據進行快速處理、分析,并儲存進數據庫。這種技術的出現,使得之前傳統的單點式測量轉變為面式和體式測量,實現了由二維平面設計到三維可視化設計的轉變,具有如下優勢:
      ①速度快,精度高,掃描范圍測量死角少,得到的三維點云數據模型可作為測量對象的真實副本保存。
      ②利用激光進行非接觸式掃描,有效避免光學變形誤差,數據采集時間短,不與物體接觸,可以避免對物體的二次損壞。
      ③掃描直接獲得物體三維坐標信息,減少人工測量誤差,利用點云數據作為重新建模的依據,更加真實準確。
      本文使用的儀器是美國 FARO 公司的 Focus3D X330 全站式三維激光掃描儀,其主要應用于地形測量、文物修復和事故現場調查等方面。采用該儀器進行三維激光掃描,可以準確有效的采集形狀不規則、結構復雜的實體或場景的三維坐標數據,結合數據處理軟件得到被測量對象的三維立體點云模型,使物體被更加快速的描繪出來[11]。
      (2)利用 FARO X330 三維激光掃描儀可以完成對少數民族建筑單體和村寨地形地貌等自然環境的精細化掃描,設備如圖 2-1 所示。
      圖 2-1 FARO X330 三維激光掃描儀
      .......................

      2.2 無人機數據采集及處理
      介紹無人機空間數據采集、影像處理、制作三維實景模型圖的關鍵技術,利用無人機自帶軟件完成影像數據的預處理、空三加密和圖像拼接,最終形成三維實景模型。
      2.2.1 無人機航拍技術簡介
      (1)無人機航拍技術是利用飛行器駕駛技術、遙感技術、GPS 差分定位技術等,實現快速獲取國土資源、自然環境等空間數據信息,最后得到空間數據模型。
      無人機系統具有機動、快速、經濟等優勢,在很大程度上促進了工程測量測繪工作的進一步發展,提高了測繪工作的精確度與效率,對后續工程的建設和整體的質量提高具有重要影響。應用無人機航拍技術符合當前測量測繪工作發展的實際需求[16]。
      (2)設備簡介:本文使用的無人機是大疆精靈 4RTK,設備如圖 2-14 所示。
      圖 2-14 大疆精靈 4RTK 無人機
      .....................

      第三章 數字化模型構建.................................. 18
      3.1 少數民族建筑特點及建造技術概述..................................18
      3.2 建筑模型構建..................................21
      第四章 少數民族建筑認知系統設計......................................29
      4.1 需求分析.............................................29
      4.2 系統設計............................................31
      4.3 數據庫設計.....................................32
      第五章 系統實現....................................... 37
      5.1 系統開發工具..............................................37
      5.2 系統主要功能實現.......................................38
      5.3 系統發布........................................50

      第五章 系統實現

      5.1 系統開發工具
      5.1.1 系統開發引擎
      本系統使用 Unity3D 作為系統開發引擎,Unity3D 是目前適用范圍最廣的引擎,由丹麥著名公司 Unity Technologies 開發,具有強大的跨平臺特性,可發布至至 Windows、Mac OSX、Wii 游戲機、WEB 瀏覽器和 Android 等平臺[32],用戶操作界面簡單,支持多種腳本語言,可以滿足游戲開發、建筑可視化等多方面需求。Unity3D 內置的分析器能夠充分的統計場景的問題,不管是繪圖的需要、聲音還是腳本的性能。Unity3D 的編輯器之中將顯示有游戲腳本中的公用變數[33]。具有以下優勢特點:
      (1)跨平臺發布,支持手游、PC 機、游戲機、網頁等多主流平臺。(2)操作簡單直觀,支持 C#、Boo、Java Scrip 多種開發語言。(3)精美畫質、燈光、音效渲染引擎及高效開發工具。(4)內置強大的次時代物理引擎 NVIDIA PhysX。(5)Asset Store 包含開發過程中所有擴展功能資源[34]。(6)開發系統發布過程簡單方便。
      ...........................

      第六章 總結與展望

      6.1 總結
      本文將少數民族建筑建造技術和計算機系統開發技術相結合,以更直接、更全面的展示少數民族建筑為重點,以土家族建筑楓香溪會議會址和苗族建筑大灣苗寨民居為例,設計實現少數民族建筑認知系統,注重提高人機交互,增強用戶的視覺效果和游覽體驗,建立較為完善的少數民族建筑數字化資料體系,普及建筑相關知識,具有一定的實用性和可行性,所做主要工作如下:
      (1)通過實地調研和資料搜集等方式系統歸納整理土家族和苗族建筑特點及建造技術,并進行分析和總結。
      (2)獲取楓香溪會議會址三維點云數據、大灣苗寨無人機航拍空間數據及村寨中部分建筑單體點云數據,并對數據進行處理得到完善的模型,根據所獲得的數據進行逆向設計,對楓香溪會議會址單體和村寨民居幾處單體進行模型復原和重建,繪制生成建筑施工圖,完成數字化存檔工作。
      (3)選取 4 個典型少數民族建筑單體,按幾何性質和非幾何性質總結建筑構件詳情,并建立數據庫,實現建筑構件信息的查詢下載功能。
      (4)設計開發少數民族建筑認知系統,實現楓香溪會議會址整體認知、虛擬漫游、動態拆分、模型剖切、建筑圖紙展示、動態施工模擬等一系列功能;實現大灣苗寨無人機三維實景模型展示、單體模型剖切和拆分展示等功能。
      參考文獻(略)


      原文地址:http://www.xgymz.com/dxjzlw/31016.html,如有轉載請標明出處,謝謝。

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