無人機測繪、三維建模、3D列印……徐州這群高中生把一中「列印」出來了

3D列印大家都聽過

不過

你見過實物嗎

最近

徐州一中的一群高三學子

利用無人機測繪、計算機建模、3D列印等技術

將原徐州一中九裡分校校園內

標誌性景物進行3D列印

為母校、校友和老師留下了珍貴的回憶

即將搬遷，「列印一中」留下美好回憶

今年2月，徐州一中九裡分校將搬遷至新校區的消息傳開後，高二年級（現為高三）的張喬楚同學坐不住了。對於已經生活了一年多的九裡校區，學校裡的一草一木都寄予了他無限的情感，讓他戀戀不舍。

為給母校、校友留下寶貴資料，也給自己留下美好記憶，他和幾個同學決定成立「列印一中」項目組。想通過打造一中建築模型並進行銷售，旨在塑造一中形象、宣揚一中文化，在為同學及校友呈現母校紀念品的同時，也為公益事業提供資金支持。

很快，「列印一中」項目組聚集了9位志同道合的同學，其中有的同學擅長無人機操控與拍攝，有的擅長計算機建模及修整，還有的同學負責3D列印、拍照並制作宣傳視訊……終於，歷時3個多月，「列印一中」項目組終於完成了航測、計算機建模、選擇列印材料和適當的美化包裝並進行銷售等一系列工作。

航拍測繪：組裝無人機，數學計算完成數據采集

在拍攝過程中，為了提高航測的效率，採用了工業上所稱的「空中三角測量」方法，操控無人機對待測建築物繞圓飛行，並每間隔2秒拍攝一張傾斜俯視照片。終於，成功拍攝出上萬張圖片，全方位、多角度地為三維建模提供充足的航測數據。

三維建模困難重重

航拍測繪終於完成了。但是要從上萬張圖片中挑選出有用的照片也是一件繁鎖的工作。

負責建模的曾鈺喬同學告訴記者，他們共花了三個晚上的時間，從上萬中圖片中挑選出1018張有用的圖片，輸入軟體開始建模。「一開始，我們借助計算機軟體進行三維模型自動創建工作，但因校園實測數據龐大，加工困難，模型渲染加工時失真，並且其精度也遠不能達到要求，建築的很多細節部分丟失，例如字跡、雕花等。」

後來，同學們認真總結交流之後，改變計劃，使用三維建模軟體手動重建模型，而原來計算機自動生成的模型，則成了他們後來手動建模的重要參考。

但是，讓同學們意想不到的是，手動建模的過程非常困難。「工作剛開始就遇到了一個難題，生成掃描模型的原理有缺陷。正常情況下模型的每一個平面應由三個定位點來確定，而航拍精度限制，計算機生成了多個不共面的定位點，進而得到的是一個曲面，難以確定原本平面的確切位置。 在深入思考後，吳奕君同學提出化面為線,再取平均的方法，確定了最終的平面。」曾鈺喬同學表示。

智慧提速，體會到「數學在生活中的用處」

建模的工作量非常大，一開始完成一個模型，同學們需要花費20多個小時，在緊張的學習之餘想要完成這個項目，還需要開動腦筋，節省時間。

「 我們想到的提速方法首先是編輯公式，智能復制。在九裡教學樓的樓梯建模過程中，如果一級一級建模，不僅效率低，精確度也不夠。又由於樓梯不是簡單的重復，而是隨著級數的升高，不斷向內收縮，所以也不能簡單復制。 吳奕君同學用數學方法分析了樓梯的特點後，歸納出樓梯的各種參量隨級數的表達式：h = n × Δh， r = r0 – n × Δr 。之後使用SolidWorks的變量列陣功能，以級數為自變量，樓梯的參數為因變量，即可快速完成了整個樓梯的建模。並且在後續的調整中，只需改變表達式中常數的值，就可以調整樓梯的尺寸了。」

「 我們想到的另一個方法是聯網操作，集群部署。航測工作完成後，借助計算機軟體進行三維模型重建工作。校門模型所需的數據量較小，幾小時便完成了處理。但教學樓航測數據龐大，處理時間成指數倍增長，預計需要數天才能完成處理。同學們通過查詢資料，發現可以計算機聯網工作，這樣可以大大縮短計算時間。於是我們嘗試將幾臺高性能計算機集群部署，大大節省了時間，順利完成計算工作。」吳奕君同學說。

3D列印，如何讓細節突顯

模型在交付列印時，又出現了意想不到的問題： 模型建立的十分精確，但是3D列印機的精度卻無法與之匹配，導致許多細節都列印不出來，樣品上字跡模糊不清，許多雕花根本顯示不出，作品失去了細節，光禿禿一片，也就失去了原有的神韻。

「當時，經協大家一起討論，提出兩種解決問題的方法。從3D列印機出發，採用精度更高的列印機。同時，抽象模型，放大細節，以達到可以清晰列印目的。」張喬楚同學說。

首先， 同學們將普通3D列印機換成了光固化3D列印機，列印的材料也從PLA換成了SLA，這樣的改變使得樣本上部分細節得以體現，而且外觀也更加平整光滑。但是，這樣一來，成本大大的增加了，卻還是有許多的細節無法呈現出來，所以還需要進一步的模型加工。

張喬楚說：「建築模型不應該是對原建築的簡單縮小，而是保留模型的關鍵部分，展示建築特點和風格，捨棄無用的細節。因此，我們討論了3D列印模型樣本中的一些細節，總結了3D列印機可以打出來的細節的最小尺寸，並將不足尺寸的細節放大。

比如，增加九裡教學樓上的牆體文字，加深窗戶的凹陷深度，將門口的11級樓梯換成5級等等。經過了這些調整之後，3D列印模型的效果得到了極大的提升。」

終於

一套8件套的「徐州一中」3D列印模型出爐了

項目組9位同學的努力也終於收獲了結果

在江蘇省第四屆STEM教育大會上

他們的《列印一中》3D列印項目作品

贏得了專家的一致好評

徐報融媒記者 魏欣 攝影報導

編輯 薇薇 校對 珵智

責編 辛安然 總監 陳強

丁真！歡迎你來徐州玩！

徐州市疾控中心發布緊急提示！ 徐州發出204份「人身安全保護令」！

點和