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3d数字技术论文范文1
【Abstract】In the process of the construction of digital city， 3d spatial data has been widely used in overall planning of the city ，municipal construction and city traffic. Based on this， this paper firstly introduces construct methods commonly used of three-dimensional modeling， then taking a digital city construction project as an example ， studies the 3D modeling based on the digital photogrammetry.
【Keywords】digital photogrammetry； 3D modeling； digital city
【中图分类号】P232 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）04-0185-02
1 引言
城市化进程的加快促进了数字城市的建设与发展，人们逐渐加强对三维建模精确性与实效性的重视。三维建模为数字城市建设提供科学的数据基础，具有很强的直观性。
2 三维建模的构建方式
作为建设数字城市三维地理信息系统的关键，保证三维模型具有良好的精度，并且提高建模效率对于三维地理信息系统作用的发挥、保证建设周期具有重要意义。通常使用的建模方式包括如下几种。
2.1 航空摄影测量
使用该技术，能够创建立体环境，实现三维模型数据的位置、高度、形状信息的快速与准确获取。然后结合外业纹理采集与正射影响屋顶信息能够进行精细三维模型的构建。完善的DEM与DOM数据生产技术路线能够进行三维场景中地形数据的快速与准确重建，将城市风貌展现出来。
2.2 机载激光雷达扫描
使用该方式能够实现城市建筑与地表模型的快速获取，但是获取到的数据量具有一定的规模性，提升了数据的处理难度，需要采取相对麻烦的人工措施才能将其中有益的信息提取出来。另外，该种方式的三维建模中不能将建筑物色彩与纹理呈现出来。[1]
2.3 使用二维资料
立足于建筑规划的图纸，提取其中的二维资料，使用合适的软件如AutoCAD等进行三维模型数据的建立。该种方式进行数据收集时需要进行大量工作，并且不能保证数据具有时效性。另外，针对建筑物顶部存在的纹理盲区，也需要进行大量工作才能获取高程数据。与机载激光雷达扫描方式一样，不能将建筑物色彩与纹理呈现出来。
3 基于数字摄影测量技术的三维建模
3.1 基于数字摄影测量技术的三维建模优势
获取、处理与分发数据均为数字形式，并且能够通过计算机实现摄影测量中全部流程；数字摄影测量技术能够帮助设计人员进行目标建筑物的几何空间与高程数据的快速构建，并且精度高、快速成像；地面建筑能够实现达到cm级别的空间几何精度，降低数据更新的难度，能够在规模较大的工程项目中应用，能够为建设数字城市与地球建立基础的数据框架；相较于使用计算机制作动画与景观模拟，基于数字摄影测量技术的三维建模能够在目标建筑物具有的实际地理坐标下进行真实三维景观模型的构建[2]。在该种模型中，建筑物中各元素之间的空间相对位置与实际情况是一一对应的，并且能够对其中的任意点测量三维坐标，能够达到测绘要求的精度级别。
3.2 基于数字摄影测量技术的三维建模方式
论文将某数字城市的三维建模方式作为实际进行分析，该城市基于数字摄影测量技术的三维建模技术线路如图1所示。
3.2.1 航空摄影测量
论文所举的项目实例中使用DMC进行航空摄影，能够取得相关影像资料，与实地比例为1∶5000，地面的分辨率为0.06m。使用航天远景技术中的软件对获取的影像资料、外业像控资料进行空三加密处理，从而获取三维建模中需要的外方位元素c加密点的具体坐标。
3.2.2 DEM的建立
DEM即为数字高程模型，是进行数字城市建设中不可或缺的信息之一。在该项目中使用航天远景技术中的相关软件在经过空三加密的数据基础上进行立体模型的自动生成，并对相对与绝对定向精度进行检查，生成5m格网的数字高程模型文件。按照作业指导手册上相关规定在匹配窗口中编辑等视差曲线或者等高线，保证其中全部曲线与地面相贴紧，最后能够生成数字高程模型，并检查、处理其接边。
3.2.3 DOM的生成
DOM即为数字正射影像图。数字摄影测量技术能够纠正、镶嵌与裁切正射影像。将数字高程模型与数字正射影像图进行叠加，能够得出数字三维景观。在该项目中，先对数字高程模型进行接边处理，然后对其进行纠正，再使用航天远景技术进行进一步的处理，再进行裁切。
3.2.4 TDOM的生产
TDOM即为真正射影像图，属于DOM中的一种。相较于普通的数字正射影像产品，在三维建模中使用的全部背景图纠正了所有建筑物的中心投影，避免出现投影差。使用数字摄影测量技术，能够实现立体环境下几何特征的收集。在进行三维建模背景图的制作中将摄影测量系统采集的关于建筑物的矢量数据作为数学基础，通过该数据再次对正射影像的数据进行纠正，能够将建筑物投影差消除[3]。
3.2.5城市真实三维景观模型的构建
制作基础模型。将建筑物的分类标准作为标准，采集平面几何与高程数据，精度要求为平面几何位置小于50cm，高程精度小于80cm。然后使用合适的软件进行三维模型的生成；提取屋顶纹理。按照相关要求处理原始影像后，在功能合适的软件帮助下匹配影像与基础模型，保证精度的合格，然后软件能够对屋顶的纹理进行自动提取；采集外业纹理。按照相关规范要求，对一定范围中全部的外业纹理进行采集。使用相机对所有建筑物的外部轮廓进行记录；制作三维模型。在该项目的信息系统中，将三维模型分为地形、建筑、道路、植被、市政基础设施等模型类型，从精度上分为精细与标准两种级别的模型。在该项目中三维建模规模很大，要求建模具有较高的效率与质量较好的数据；整合城市的三维场景。使用相关工具软件，优化与DOM、DEM与精细场景，能够进行城市三维场景的整合[4]。
4 结语
论文通过使用项目实例对基于数字摄影测量技术的三维建模进行研究，证明该种建模方式具有很强的优势。在使用该种技术的过程中，仍然存在很多亟待解决的问题，需要行业中人员进行持续探索。
【参考文献】
【1】赵丽梅.基于数字摄影测量技术的三维建模方法探讨――以数字沈阳三维建模为例[J].中国高新技术企业，2015（2）：19-20.
【2】黄榕，林涔涔，武佳，等.基于摄影测量技术的三维仿真模型建模方法研究[J].福建建筑，2016（10）：107-109.
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数字艺术（也称为计算机图形图像艺术）经过了三十多年的发展，从最早期的字符显示到简单的二维图形显示再到后来的三维图形图像的视觉呈现，CG艺术所依托的视觉计算也同样经历了一个漫长的过程，对真实世界的虚拟化视觉呈现是其不变的使命和追寻的目标，数字化的艺术呈现已然成为一种被广泛使用和传播的艺术手法。还有一个重要的研究方向一直未有大的突破，成为阻碍数字艺术发展的一个瓶颈，这就是作为三维图像最基础最重要的一部分――三维模型本身，以往受限于硬件，而无法实时得到真实可信的模型细节，而今天通过GPU的曲面细分模块能够即时得到创作者想要的结果，从而使创作者在数字造型艺术领域不再受限于硬件，这是具有里程碑意义的突破，对于整个数字艺术的发展都会产生极为深远的影响，意义重大。
曲面细分技术本身历史久远，但以往采用CPU实现的方式效率过于低下，导致无法应用于对实时性要求较高的游戏/VR（虚拟现实）领域，基于GPU的曲面细分技术很好的解决了这一问题，但是由于工作流程与之前的实现方式有较大差异，因此现阶段对于如何在实时系统实现该技术还没有一个完全标准化的流程，目前一些新版本的3D实时引擎都已集成了该技术，但过于繁琐的操作以及代码的编写，使得很多艺术创作者望而却步，对于艺术创作者来说迫切需要一个标准化的流程以及选用合适的实时3D引擎来进行创作。
二、国内外研究现状
国际方面：基于GPU实现的曲面细分技术依托于DirectX。这是由微软公司开发的一个API（应用程序接口），其开发的初衷旨在为了解决2D/3D图形的快速绘制问题，因此DirectX中有两个重要的组件DirectDraw（负责2D图形渲染）和Direct3D（负责3D图形渲染），GPU实现的曲面细分技术转变为一种切实可行的技术实现并开始为世人所知是在DirectX 8.0推出之际，这种技术最初由ATI公司提出，被微软看重后集成于DirectX 8.0当中，并被命名为N-Patch（ATI称之为TruForm），当N-Patch技术并没有得以推广，原因便在于其本身存在一个重大缺陷――几何失真。
国内方面：国内对于曲面细分技术的研究起步较晚，直至2000年才有相关文献出版，而在近几年，曲面细分的相关研究逐渐多了起来，研究领域主要集中在基础算法、工程VR（虚拟现实）等方面。
综上所述，总体来讲国内在曲面细分技术领域的研究还是比较少，主要集中在CAD/CAM等工程研究领域。而基于GPU实现的曲面细分技术在基础算法方面与之前的CPU实现方式没有太大差异，在轮廓失真、细节控制和反走样等方面还是做出了较大改进，但由于这种实现方式才出现不久，加上与之相配套的硬件、API等也都是新鲜事物，因此基于GPU实现的曲面细分技术在国内的相关研究和应用还不多见，所以论文研究应用方向均有一定的经济效应和社会效益。
（一） 曲面镶嵌技术相关理论
所谓曲面细分是指以一定的规则对多边形网格进行逐层精化，形成一个收敛的网格序列，取序列极限的曲面造型方式，称这个序列的极限为细分曲面[1]。通常，在实际应用中我们常以某个层次的细分网格来代替细分曲面，细分模式就是对网格进行精细化的规则，细分模式也称为细分方法。它包括拓扑规则和几何规则2个部分，细分方法作为曲线曲面的离散造型方法，其特点是：处理过程简单，对数据的计算、生成和显示的速度快，因而在几何造型中有广泛的应用。
（二）基于DircetX 11的Tessellation技术简介
上文中简单叙述了曲面细分技术理论，新一代基于DircetX 11的Tessellation技术虽然在基础概念和算法方面并无大的突破，但其在GPU硬件构架上以及API（DircetX 11）上做出改进都是巨大的，新一代符合DirectX 11标准的GPU都集成了被称之为PolyMorph Engine（多形体引擎）的专用硬件单元来负责处理和曲面细分相关的工作，例如：顶点拾取（Vertex Fetch）、细分曲面（Tessellation）、视口转换（Viewport Transform）、属性设定（Attribute Setup）、流输出（Stream Output）等五个方面的处理工作，它与DircetX 11中的Tessellator（镶嵌器）功能遥相呼应，多形体引擎融合了之前的固定功能硬件单元，使之成为一个有机整体。
（三）曲面细分的技术实现
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论文摘要：三维真实感是科学可视化、计算机动画和虚拟现实的技术核心，也是时空一体化地理信息系统的关键技术；而地形建模和可视化则是三维场景构造中的重要内容。简述三维地形实现过程和地形建模常规方法的基础之上，重点对 OpenGL支持下的两类三维地形建模和实现技术进行了详细地论述，并对两类建模技术和不同的实现方法进行了分析和对比研究；最后，根据其性能对比及其各自的特点，给出了不同方法的适用场合，从而为地形建模和实现方法的选择提供依据和指导。
1 引言
20世纪60年代以后，地形可视化的概念随着地理信息系统的出现而逐渐形成。随后以地形地貌为研究重点的地形三维可视化技术在地理信息系统(GIs)、虚拟现实(VR)战场环境仿真、娱乐游戏、地形的穿越飞行({1yin hr0ugh)土地管理与利用、水文气象数据可视化等多个领域得到了广泛的应用，越来越受到人们的关注。坩形可视化…是一门以研究数字地形模型 (Digital Terrain M0de1)或数 字高程域(Di gital Elevati0n Fie1d)的显示、简化、仿真等为内容的三维实体构造技术，是三维场景构造中的重要组成部分和研究重点。
本文在基于 OpenGL的i维地形实现技术基础之上，针对不同的三维地形模型方法以及三维叮视化等关键技术展开了分析，重点研究了基于 3DsMAx和基于 0penGL的两类一维地形建模和实现技术，并依据多边形数目、每秒钟帧数、内存使用以及 cPu效率等指标对其进行 了性能 比较。最后，根据其性能对比的结果及其各 自的特点，给出了不同方法的适用场合，从而为实际工程应用中的地形建模和实现技术的选择提供依据和指导。
2 三维地形建模与实现方法
2．1 地形建模
当前，利用 0penGL技术构造三维实体的常规建模方法有如下两种 ：
1)在三维形体构造软件(如 3DsMAx等)中完成形体的构造 ，通过相应的方法将 3DSMAx建立的模型转换为 0penGL中的顶点数组，最后在 0penGL下进行显示；
2)0penGL编程实现三维地形建模 ，目前常用的方法是先根据特征点高程和地形的特征参数如平均高程、高程标准差等)构筑地形模型，再利用插值生成地形的细节 ，最后通过色彩和纹理处理形成完整的三维地形。
2．2 三维地形实现的基本方法
在实现过程中，首先得到 DEM H 数据(影像数据)通过相应的数据处理，将原始数据转化为三维模型构造所需要的顶点数据；并利用变换后的数据进行模型构造，通过投影变换、视点变换等一系列的步骤，形成最初的三维地形；最后利用光照消隐以及纹理映射技术的后期加工和处理，真实感的三维地形最终成型。
基于 OpenGL技术的三维地形的基本实现过程如图 1所示 ，而本文将重点论述基本过程中的三维数字地形模型构造的方法。下面将介绍利用 0penGL技术构建三维地形的建模技术和实现方法。
3 基于 3DSMAX的地形建模与实现
首先，利用经过处理后的 DEM数据 ，在 3DsMAx软件下建立数字地形 (3DsMAx建模的具体方法和步骤见相关技术文献)。
通过 3DSMAx 建成的数字地形如图2所示。当 3DsMAx模型建立完成之后 ，就需要将此模型转换为 0pen- GL中的顶点数组。有三种方法可以实现上述的转换：
1)直接对3DsMAx模型进行读取，将各个信息放入对应的数组中； ’
2)利用工具软件如 Deep Exploration等，可 以将3DSMAX模型转换为 C语言文件，并且在c语言文件中将模型信息存储在数组中 ；
3)利用已经封装好了的 3DsMAx文件读取类进行模型转换。如使用比较广泛的 cIJoad3Ds类 J，它由专业的人员编写并封装好，通过包含它的头文件和执行文件，并调用相应的函数即可完成．3d模型的转换。
这三种方法各有优缺点。第一种方法优点是可以选择对自己有用的信息进行存储 ，将不关心的信息进行滤除，提高程序效率，缺点是使用者需要对．3d文件结构有较深的了解，并且需要进行大量的程序编写 ，比较费时费力；第二种方法优点是不需要具备专业的．3d文件结构知识，直接通过软件转换，省时省力，缺点是大部分软件只能将 3DsMAx中的顶点数据转换成数组保存 ，但是将丢失纹理信息，如图3所示 ；第三种方法较好的解决了前两种方法的缺点，它既可以方便的对 3DsMAx模型进行转换，又不会丢失纹理信息，如图4所示。但是缺点是它将所有的信息完全的保存下来，这样在 OpenGL渲染 的时候会增加系统的运算量，降低程序效率。
利用第一种方法和第三种方法从实现技术上是一致的，都是通过对．3d文件的信息分类进行读取，不同的是第一种方法需要自己编程，第三种方法利用已有的程序。而第二种与第三种方法相比，第二种方法虽然也将所有的顶点数据保存下来，但是可以有选择的在 OpenGL中绘制有用 的顶点。为了比较了该两种方法对同一个．3d三维地形模型进行转换时的效率，特选择多边形数目、每秒钟帧数(Fps)、内存使用、cPu使用等指标来衡量 ，其对比结果如表 1所示 (其中用来测试的电脑配置如下：Pentium(R)M 1．4G处理器、内存为 512M，操作系统为 wind0ws xP)。
综上所述，对于．3d三维地形转换的第二种方法不太适合对纹理要求较高的模型转换中。对于使用第一种方法还是第三种方法应视不同情况来选择：
1)当系统对实时性要求高而且地形大，并且开发时间宽裕时，选择第一种方法 ；
2)当系统注重开发时问，并且可以容忍一定效率损失时，选择第三种方法。
4 基于 openGL技术的地形建模与实现
① 基本地形建模
计算机图形学中的所有光滑曲面最终都是由多边形(主要是三角形)无限逼近得到的，因此建立三维地形模型叫的实质是构造用来逼近该曲面的空间三角网。利用准备好的数据点根据 Delaunay三角网的构网规则生成三角网，如图5所示。
在生成三角网后，还需要注意组成三角网的各个三角面法向量的标注。因为生成地形的明亮程度除取决于光源和明暗处理方式外，还受到三角面点与面的法向量的影响。一般点的法向量取值为其周围面法向量的均值。在图 6中 P点的法向量即可表示为与其相邻的四个面法 向量 N1、N2、N3、N4的和的平均值。
② LOD(Level 0f Defajls)技术地形建模
L0D技术是指为了更好地实现三维复杂模型的实时动态显示 ，将三维物体用多种不同的精度表示，并根据观察点位置的变换而选择不同精度的模型予以成像的技术。 一般来说，地形的数据量是很大的，利用一般的方法构建大型的地形需要消耗大量的内存并且也会严重的影响渲染速度。然而，并不是系统每次都必须耗费大量的内存和CPu来渲染大数据量的地形，因为当观察点距离地面很远时，地形的图像在屏幕上占据很少的象素点 ，在这种情况下，用大量的多边形面片去精确表示地形是不必要的。所以，系统只需要在观察点离地面很近，需要精细的描述地貌的时候 ，才需要渲染大量的多边形来逼近真实地形；而在观察点远离地面时，则可以简化数据量来达到提高渲染效率和减少内存消耗的目的，也就是利用 IJ0D技术。利用 L0D技术进行地形建模的效果见图7、图8、图9所示。
图7、图8、图9分别是不同的细节层次下对同一组地形数据进行的地形建模，左图是网格图，右图是实体图。由左图可以看出渲染的多边形面片数明显减少，而右图的实体效果当视点离地面很远的时候不会有明显的变化。
为了具体的说明LOD技术带来的效率提高，表2对比了不同的细节层次下渲染的多边形数目、每秒钟帧数(Fps)、内存使用、cpu使用的情况(测试条件同上)。通过表 2的性能对比可以得出，使用较低的细节层次在渲染效率的提高以及系统消耗的减少上都有优异的表现。这说明利用 L0D技术实现大规模三维地形具有实际的工程价值。
所以，在不同的观察高度下对三维地形使用不同的细节层次，可以很 好的在不损 失视觉 效果的前提下提高程序效率。
5 性能对比
以上论述了两类三维地形建模和实现技术，对这两种不同的实现方法的优劣仍需对比研究。鉴于此，本文通过对这两种方法渲染相同数量多边形的 Fps、消耗内存以及 cPu效率等指标进行 比较 ，其中使用封装好的 cLoad3D类来转换3DsMAx文件。用来测试的电脑配置和上面的测试配置相同。性能对比的测试结果如表3所示。
由表 3可以得出，渲染相同数量多边形，OpenGL编程建模比3DsMAx建模使用更少的内存消耗并且有更高的 Fps。所以程序如果偏向于追求程序执行效率，则使用 OpenGL编程建模为好。
然而，3DsMAx建模优点也是明显的．使用 0penGL程序所构建的三维模型外观上 比较粗糙，而且建模的直观性较差、修改模型时的效率也较低，同时建模过程比较繁琐，编程量较大，而3DsMAx是专业的三维建模软件，利用它可以方便的建立物体模型，且不需要编程便可很直观地构建模型，模型外观更精细，可以保留很多细节。当程序要求三维地形具有复杂精 细的外观效果，应 当考虑使用 3DsMAx建模实现。
6 结论
本文从三维地形实现过程的角度出发，围绕三维地形建模的实现方法展开研究，重点研究了 0penGL支持下的两类三维地形 建模 和实现技术 ，并对其性能和优缺点进行了对比。
通过对两种方法的性能和优缺点的比较和分析，得出不同方法的适用场合，从而为实际工程应用 中的地形建模和实现技术的选择提供依据和指导：
1)系统在性能和效果上更倾向于性能，并且需要占用更小的内存和cPu，则适用 OpenGL编程实现；
2)系统在性能和效果上更倾向于效果，并且对细节方面有较高要求，纹理贴图复杂多变 ，则适用 3DSMAx建模实现。
参考文献
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3d数字技术论文范文5
[关键词] 未来教育空间站； 教育云； 网真课堂； 物联网共同体； 教育均衡
[中图分类号] G434 [文献标志码] A
教育是社会进步的基石，强国必先强教，优先发展教育、实现教育现代化是促进人的全面发展、提升国民素质的根本途径。在《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》中认为信息技术对教育发展具有革命性影响，[1]是实施纲要的四大保障措施之一。
本文提出了未来教育空间站FESS（Future Education Space Station）的概念、构想、设计、实现与运行管理模式，建立了教育云数据存储与管理中心、网真课堂、物联网互动反馈学习共同体以及教学智能诊断系统，旨在探讨高等师范院校与中小学校教育信息化环境同步建设思路，探索远程教学平台运行同步管理方法，实现高等教育与基础教育优质资源共享与应用，促进教育均衡发展和社会公平。
一、FESS概念与目标
（一）概念
空间站是人类进行太空科学研究和开发太空资源的平台，它促进了人类从地面走向太空。本论文提出的未来教育空间站是一个以现代教育理念为指导、以现代网络信息技术为支撑、以实现高校教师教育与中小学教育无缝连接为目标的开放灵活的教育资源公共教学服务平台，可以促进教育从传统的“自然时空”向信息技术所支撑的“数字时空”延伸和跨越，促使高等师范教育和基础教育在未来教育空间站中完美融合。
（二）“1-2-3-4”结构化发展目标
FESS以高校为中心站，以所服务的地方基础教育相关中小学校为地面站，覆盖与高校相关的各教育实习基地和继续教育基地，辐射全体Internet网络用户，实现远程交互式实时课堂呈现和共同学习。[2]其建设目标可概括为：“1-2-3-4结构化发展目标”，即一个中心平台、两项外延职能、三级服务对象、四面四维融合。
1． 一个中心平台
建成培养优秀师范生和培训中小学在职教师的全新发展平台。服务于高等师范院校教学、科研及特色发展需求，进行基础教育教师职前培养方式变革，如满足常规性教学环节需求、师范生教育见习等，促进教师教育培养模式、课程教学内容和教学方法改革，为提高学校师范生教学技能、增强师范生就业竞争力和打造学校教师教育品牌作贡献。
2． 两项外延职能
一是具备教师职后教育培训职能，二是建立非正式学习平台，具备数字化教育公共服务职能。这两项外延职能以现代信息技术为支撑，扩展未来教育空间站的应用，使之能够服务于地方教育与社会，促进终身教育体系的完善。
3． 三级服务对象
一级服务对象是高校的教师与师范专业学生，可获得中心站内全部资源使用权；二级服务对象是相连接的地面站学校的中小学教师与学生，可获得地面站内全部资源使用权；三级服务对象面向全体Internet网络用户，按注册用户和一般用户分为两种不同权限，分别提供相应服务。
4． 四面四维融合
通过FESS网真（Telepresence）课堂、物联网互动反馈学习共同体等新型教学平台环境实现传统课堂与网络课堂、高校课堂与中小学课堂、城市课堂与农村课堂、普通教育课堂与继续教育课堂等四个方面在时间、空间、内容及方式等四个维度的融合，实现教育资源共享，促进教育均衡发展。
二、FESS设计方案
（一）总体设计
1． 总体布局
FESS以高校为中心站，以若干中小学为地面站，总体布局为星型结构（如图1所示）。
中心站负责管理与协调整个未来教育空间站，其主要标志是建立教育云数据存储与管理中心。一所中小学为一个地面站，地面站之间通过中心站实现互联。
2． 中心站结构
FESS中心站采用五层十项系统结构设计。纵向五层为基础设施层、基础服务层、应用支撑层、应用系统层和门户层。横向十项除建立教育云数据存储与管理中心、网真课堂、物联网互动反馈学习共同体等三项代表性系统外，还包括智能录播系统、远程教育与学习系统、3D轻松学习及体验空间、教学智能诊断评价系统、多媒体教育软件开发系统、校园网络数字电视系统和中心站门户等七项系统（如表1所示）。
基础设施层除了硬件设施外，还包括必要的装修装饰，秉承从“自然空间”向“数字空间”发展的理念，以“梦幻太空站”为装修主体，彰显未来教育空间站的科技性与前瞻性，并注意突出教育创新和教师技能发展的功能属性，引入VI视觉识别，将科技和艺术有机地结合。
3d数字技术论文范文6
现有微芯片的数据传输模式是非常单一的――不是从左向右传就是从前向后传，逃不出一个二维平面。而英国剑桥大学的物理学家们首次创造出了一种新型的3D微芯片，却可以让信息的流动立体化，可以让信息在三个维度之间进行传输和存储，从而提高芯片的数据存储能力。
论文的主要作者之一，Reinoud Lavrijsen博士说：“现在的芯片就像是平房，所有的事情都发生在同一个‘楼层’上，而我们所做的就是创造出了‘楼梯’，让信息能够在不同的‘楼层’之间进行传输。”研究者们相信，让信息摆脱在单一层面传输的现状，转而在不同层面之间传输，未来这样的3D芯片可以提供更高的数据存储能力。
目前的存储芯片基本都是采用电子保存数据，而硬盘中则利用磁性记录数据，这次研究将这两种方法进行了融合。为了完成这次研究，剑桥大学的科学家们使用了一种特殊的芯片――自旋电子芯片。与大部分利用电荷的传统芯片不同，这种芯片利用的是电子本身微小的磁矩。现在自旋电子芯片已经被越来越多地应用在计算机领域，业界也普遍认为这种芯片将在不久的未来成为通用的标准存储芯片。
为了制作出3D微芯片，研究人员使用了一种仍处于实验阶段的“溅射”技术，这种技术将钴原子、铂原子和钌原子在硅芯片上像三明治一样重叠起来。其中，钴和铂原子存储数字信息的方式与传统硬盘类似，而钌原子则在其中充当了“信使”的角色，让住在不同“楼层”的钴和铂原子能够互相通信。之后，研究人员可以借助一种名为“磁光克尔效应”（MOKE）的激光技术探测不同“楼层”中存储的数据内容，数据的传输则是通过开关磁场的方式来实现。为了确认结果的正确性，他们还使用了一种不同的测量方法。
“这样制作出来的‘楼梯’的每一节‘台阶’只有几个原子的高度。借助纳米科技，我们非常惊奇地发现我们不仅可以精确地构建出楼梯的结构，还可以用先进的激光仪器观察到数据是怎么一步一步‘爬’上这些‘纳米楼梯’的。”
“这是材料科学力量的一个精彩范例。以前，如果我们要实现这样的效果，只能借助一系列的电子晶体管。而现在，只需通过对不同元素进行组合和利用我们就能完成。这是21世纪人们的创造方式――利用元素和材料最基本的力量创造出前所未有的新功能。”
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