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中国首张3D地形图诞生记（图）

//m.auribault.com 2014-04-15 来源：天津日报

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　　从古至今，感知战场环境，掌握地理地形，始终是兵家摆兵布阵的基础。特别是在现代战争中，地图更被视作对敌实施精确作战的“眼睛”。日前，兰州军区某测绘信息中心成功研发出3D地形图并投入使用，将战场环境完全“搬进”作战指挥室。那么，首张3D地形图是如何诞生的？

　　这支曾荣获“军队科技创新群体奖”的创新团队在执行保障任务过程中常常感觉到，传统的军事地形图有着难以克服的弊端：计算机地形显示虽然逼真，但范围受到影响，野战条件下更是受到诸多局限；而地形沙盘对局部战场环境的显示不够精细。中心技术人员设想，如果能制作一种全新的测绘产品，既能多角度地观察地形，又能在其提供的逼真的战场环境里与对手展开较量，一举解决战场环境的精确微缩显示等难题该多好。

　　3D打印机带来的机遇与难题

　　就在科研人员苦苦思索之际，3D打印机的出现带来了希望。这项被喻为将“推动第三次工业革命”的技术，能直接根据计算机图形数据，生成各种形状，进而在很短的时间里制造出更复杂的产品，而且能大大提高材料的利用率，该中心当机立断，引进了一台3D打印机进行试验。

　　然而，3D打印的问题随之也很快出现了：目前，3D打印机所用的原材料仅限于石膏、树脂、塑料以及金属粉末等寥寥数种，每种原材料的价格都在几百到上万元一公斤不等，即使能够用来打印地图，但高昂的成本使规模化生产几乎不可能，此外，3D打印机所用数字建模程序非常复杂，而且打印出的模具耐久性也非常差。

　　用什么材料既能节约成本，实现大规模化生产，同时又具有耐久性，从而能实现既经济又快捷地打印立体地形图呢？这成为科技人员需要克服的难题。

　　废旧地图解决

　　打印材料成本高难题

　　某天，地图供应队的一张销毁废旧地图的请示送到中心主任王明孝的案头时，他的脑中突然有了想法。

　　地图都用高级印刷纸印刷，具有良好的抗水性、耐折性和可书写性。而眼下库房里有数以千吨的地图纸需要销毁，是一项耗时又费力的大工程，何不尝试着用地图纸作材料，打印立体地形图，既能实现精确保障，又节约成本，还能给废旧地图销毁找到一条新的出路，可谓一举三得的好事！

　　经过论证后，研究小组马上动手尝试！

　　中心从有限的家底中“挤”出一百多万元，购回六台不同类型的3D打印设备进行科研攻关，同时，开始了对旧地图进行改造。

　　技术人员对废旧地图纸的背面进行去静电、除尘、用射线照射破坏表面分子结构，处理后的地图纸能充分渗透打印油墨，且符合打印原材料的要求。

　　由于地图纸纤维素含量高，普通胶水或者强力胶的黏合效果都不好，而且影响层叠效果。技术人员通过反复试验，终于研制出一种黏合度高、抗冻性强、成本低廉的专用树脂环保胶水，解决了地图纸黏合难题。

　　设计新程序提高打印效率

　　原材料问题解决后，研究人员根据需求，重新开发相关软件。

　　他们先利用数字地形信息系统，对地图数据进行修测更新；结合高分辨率影像，编辑地形图上的地物和地貌要素，生成地形模型的表面纹理图片。接着，技术人员从电子地图数据中提取出所需要的数字高程模型（DEM）数据，通过综合处理，生成三维的数据地形模型。再利用自主研发的六套软件，将纹理底图贴合到三维地形模型，给地形模型盖上一张与实地一致的“被子”，并转换成3D打印机可以识别的数据格式，让3D打印机可以直接打印。

　　这套新的打印软件大大提高了3D打印机的效率，使打印时间从原来的24小时提高到了8小时，从而大大提高了地图打印的效率。

　　一切准备就绪，开始打印。

　　技术人员将裁切好的废旧地图纸一张一张送入打印机后，打印机按分层数据，对要打印的模型边缘进行上色并确认识别，随后，打印好的纸被传往造型平台，识别探头对每张纸的识别码进行确认后，旋转的刀具沿打印纸上预划的轮廓线进行浅度切割，随后，胶水滚轮在模型区域均匀涂抹上胶水，区域外则简单涂上，完毕后，下一张纸被机械臂传送上来，黏合在前一张纸上，就这样逐层递加，整个过程由全自动控制，最后打印成一个四四方方的“纸盒”。

　　打印完毕后，技术人员沿着切割线轻轻剥离轮廓线外的小纸块后，一块立体地形图就栩栩如生地呈现在眼前了，立体的地形图上，山川河流的每一条纹理都清晰可见。

　　“如临其境，沟壑山川尽在方寸之间”

　　据该中心主任王明孝介绍：打印出的彩色3D地形图要素完整、形象逼真，与传统沙盘相比，具有精度高、重量轻、便于携带的特点，特别是地形显示更加精细明确，实现了对战场环境的真实再现，被称为“立体地形图”，它为军事地形分析、首长指挥决策、部队遂行任务提供了准确可靠的依据，而成本几乎是其他材料的千分之一。一位兰州军区领导看过打印出来的地图后禁不住赞叹：“如临其境，沟壑山川尽在方寸之间”。

　　近日，在兰州军区信息工程科技创新工作站刚刚举行的科研鉴定会上，该中心制定的《兰州市区3D地形图》取得了6项国家发明专利。全国制图学与地理信息系统专业委员会主任、中国工程院院士王家耀评价说：“这项成果的研制，是地图学的一个重大突破，在地图印刷史上具有划时代的意义，结束了没有纸质立体地形图的历史。”

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　　什么是3D地形图？

　　3D地形图是依据一定的数学法则，使用制图语言，通过制图综合，以纸张为载体，3D打印技术为支撑，三维立体模型为依托，使用规范的符号，以3D模型的形式表达地球表面各种地形地物的空间分布、联系以及某一时刻的状态。它以平面地形图为表面纹理，利用DEM数据生成三维地形模型，采用3D加法层叠打印技术制作而成的立体实物地图。

　　来源：《中国国防报》

编辑：尹盼秋