兰州调研：揭秘中国首幅3D地形图如何诞生

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图为某地区3D地形图俯视近景　记者罗嫣摄

　　兰州军区某测绘信息中心利用3d打印技术成功打印出我国第一幅3D地形图的消息日前在《人民日报》、央视《新闻联播》等媒体刊(播)发后，很快被全国上百家报刊、网站转载，受到读者的广泛关注和好评。但不少人随之也产生疑问：如此先进的技术是如何应用到地形图制作领域的？这项成果的背后还有哪些大家未知的故事？近日，记者带着这些疑问来到某测绘信息中心，对我国第一幅3D地形图诞生的始末进行了探访。

　　大胆的设想

　　上级首长的战略思维和前沿眼光，也来之于测绘信息中心主任王明孝的大胆设想和解决部队战斗力保障需求的责任担当。王明孝曾带领中心的科研团队成功进行青藏数字化铁路测绘、怒江大型水电站测绘、酒泉风电测绘等多项国家重点工程建设任务。

　　早在2012年，王明孝就对国际上流行的3D打印技术十分关注，经常查询这方面的信息。直到有一天，王明孝提出：“美国人能用3D技术打印出世界上第一辆3D汽车，英国人能打印出飞机，苏格兰人能打印出人造肝脏组织。我们能不能尝试一下，用这项技术打印出3D地形图来？”

　　听到这个想法，中心总工程师董北平、业务处处长刘兴科及高级工程师梁红、段耀峰当时都很吃惊。他们多年从事手工军事沙盘制作，其间的艰辛体会最深，如能运用3D打印技术制作出3D地形图，那将是对手工制作沙盘最大的“解放”，大家自然赞同。但他们更清楚，这不是一项普通的科研项目，研制难度之大令人生畏。3D打印技术是世界级先进技术，一直为西方发达国家所掌握，中心的同志连3D打印机见都没见过，况且地形图的生产对测绘数据的要求非常之高，“想想都很难”。

　　“越难越要攻关，因为战斗力建设的难题就是科研的课题。”在中心的一次党委会上，王明孝正式说出他的想法。他认为，3D打印技术可直接根据计算机图形数据，生成三维地形模型，不仅提高了材料利用率，还可以在短时间内制造出精细的产品，此项技术应用到军事测绘领域，将是地形图制作的创举，也是大势所趋。另外，中心拥有战区最全面最精确的测绘信息数据，将这些数据信息转换为3D打印机的指令程序数据，从理论上说是可行的。他的意见得到了中心上级多部门全力支持。最终，中心党委经过研究讨论后形成思路：这是一项保障战斗力的重要课题，如能成功，功莫大焉。

　　非凡的魄力

　　自此，中心向42家与中心有技术合作的单位，广发“英雄帖”，四处访能求贤，寻求科技和人才力量支持。中心还给课题小组人员布置了这样的“作业”：搜集所有能查阅到的关于3D打印技术的资料；联系自己能联络到的所有与3D打印技术有关的人，包括亲戚、朋友、同学、战友，加强与他们的技术交流；利用一切出差、学习、培训机会，到相关科研单位和厂家参观学习。为完成这样的“作业”，科技人员整天忙得不亦乐乎，有的将互联网上的资料下了一大堆，有的抱着电话一打就是几个小时。他们与多家科研院所的专家教授取得联系，先后有10多人次到北京、上海、深圳等地的相关公司、厂家进行技术考察。

　　3D打印概念风靡全球，有专家预言：它将推动第三次工业革命，并深刻改变人类文明的发展走向。几番寻觅，一台新型3D打印机进入视野，但不菲的价格却让大家心里不由得抽起冷气。“要舍得在战斗力建设上投入”,中心政委许仕敏坚定地说。很快，中心购买了两台不同类型的3D打印设备。这支被表彰为第四届全军科技创新群体的团队，以非凡的魄力，又开始了新一轮的数字攻关。

　　卓越的攻关

　　中心率先引进两台3D打印机用作分析研究，几天过后，两眼熬出血丝的技术人员，却如同被泼了一盆冷水——原材料价格昂贵、数字建模复杂和耐久性欠缺，是3D打印无法普及的三大“顽疾”。尤其是每千克数千元的专用打印材料，让大家不敢轻易“打印”。3D打印机使用的材料只限石膏、树脂、塑料和金属粉末等几种，哪样都价格不菲。如此昂贵的材料成本，即使生产出3D地形图，也无法规模化生产，何谈用于实战？究竟用什么材料既节约成本，又有耐久性，成为大家心头的难题。

　　有一天，中心地图供应队上报的一份销毁废旧地图的请示呈在王明孝案头时，他的眼前突然一亮：方法有了。国产地图一般都用高级胶版印刷纸印刷，具有良好的抗水性、耐折性和可书写性。库房里大量的废旧地图需要销毁，是一项耗时费力的工程。如果尝试着用地图纸作打印材料，打印出立体的3D地形图，既节约成本，环保低碳，还能给废旧地图销毁找到一条出路，岂不是一举三得的好事？于是，科技人员推开了攻关路上的一个个“拦路虎”：处理废旧地图纸，去静电、除尘、用射线照射破坏表面分子结构，使打印油墨能够充分渗透，成为3D打印原材料；研究专用胶水，解决地图纸粘合的难题。地图纸纤维素含量高，普通胶水粘合效果不理想，且容易使纸张发生褶皱、破损，影响层叠效果；而粘性大的胶水，腐蚀性太强无法通过管道。技术人员反复试验，成功研制出粘合度高、抗冻性强、成本低廉的专用树脂环保胶水；进行色彩对比，纹理数据处理；编写建模程序，从军用地形图数据中，提取出所需的数据，利用高分辨率影像和综合算法处理，生成三维地形模型；利用自主研发的多套软件，将纹理数据贴合到三维地形模型，修复裂缝网格错误，转换数据格式，给地形模型盖上一张与实地一致的“被子”，让3D打印机可以直接打印。

　　几个月来，他们披星戴月，一系列难题迎刃而解。2013年11月20日，我国第一幅应用3D打印技术研制的3D地形图——《兰州市区三维(3D)地形图》成功诞生。看到彩色地形图质地坚韧，地形地貌一目了然，一位高级指挥员禁不住赞叹：“如临其境，沟壑山川尽在方寸之间。”

　　艰辛的付出

　　2013年11月，为解决3D打印机打印大幅面、需拼接地形图时出现的纹理不清、套合不准确等问题，中心科研人员几乎天天吃住在用废旧库房改造的实验室。天气寒冷，实验室内的气温下降到零度以下。为了攻克这一难题，大家咬牙坚持，有时，为弄准一个数据，一个符号，科技人员要反复研究论证几十遍、上百遍。在科研项目进入攻坚期，他们发现现有的资料不够，就把人员分成两组：一组上网查询资料、求助专家、检验算法，另一组对收集到的资料、方法进行试验。

　　“人可以休息，打印机不能停。”为落实中心领导的指示，马年春节期间，应急保障队队长冯海东带领王剑、付鹏，肩负起前期数据转换处理的任务。由于需要处理的图幅多，数据量大，冯海东每晚都要加班到第二天凌晨3点才回家。付鹏还主动与未婚妻商量，将原本定于去年十一长假期间的婚礼一推再推，一直推迟到11月底，将宝贵的时间用于项目研发。大家看到，结婚前的那天中午，作为新郎官的付鹏还在单位加班。蜜月里，他又一次接到中心临时通知，紧急赶了回来，和其他战友一起进行技术升级改造。

　　在不久前举行的科研鉴定会上，由中心生产的我国第一幅3D地形图受到鉴定委员会的一致好评，认为总体技术达到国际先进水平，并取得6项国家发明专利。全国制图学与地理信息系统的泰斗、中国工程院院士王家耀教授介绍“这个成果的研制，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。”