水利水電工程三維可視化建模技術(shù)研究論文
摘要：隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的逐漸提升，水利水電工程的規模和數量都得到較大幅度的發(fā)展，為保證水利水電工程的質(zhì)量和使用性能，人們嘗試將建筑物三維可視化建模技術(shù)與水利水電工程相結合，本文以大型水利水電工程建筑物三維可視化建模技術(shù)為研究對象，結合某大型水利水電工程建筑物，對數據建模，建筑物建模思路進(jìn)行分析，并針對大型水利水電工程建筑物幾何建模技術(shù)、形象建模技術(shù)、三維顯示技術(shù)等展開(kāi)研究，為加深對大型水利水電工程建筑物三維可視化建模技術(shù)的認識，提升我國大型水利水電工程建筑物的整體性能作出努力。
關(guān)鍵詞：水利水電工程規劃論文
在現代信息技術(shù)不斷深化發(fā)展的過(guò)程中，大型水利水電工程建設現代化、數字化發(fā)展已經(jīng)成為其發(fā)展的必然趨勢，而三維可視化仿真模型的構建是推動(dòng)其發(fā)展的重要環(huán)節，三維可視化仿真模型的直觀(guān)性、可操作性都明顯優(yōu)于傳統設計方法，所以對其展開(kāi)研究對提升大型水利水電工程整體性能具有重要的意義。
1大型水利水電工程的數據模型
數據模型的性能決定其包括能夠描述系統的靜態(tài)特征的數據結構、能夠描述系統動(dòng)態(tài)特征得到數據操作和保證系統整體持續運行的完整性約束三個(gè)主要結構，其共同使數據模型能夠對現實(shí)世界真實(shí)的模擬，能夠通過(guò)計算機實(shí)現并被人類(lèi)理解。通常大型水利水電工程建筑物中同時(shí)存在規則和不規則的實(shí)體，在建筑模型中需要將建筑物中真實(shí)存在的面和體分為規則和不規則兩種類(lèi)型，通常平面區域或規則的曲面區域在數據模型中會(huì )視為規則面對像，否則為不規則面對像，體對象作為多個(gè)面對像構成的空間實(shí)體，其中如果存在一個(gè)及其以上的不規則面對像，則數據模型視其為不規則體對象，由此在數據模型中將規則面對像表示為多邊形或函數構造面；將規則的'體對象表示為長(cháng)方體、圓柱體等幾何構造體；將不規則面對像表示為T(mén)IN面片；將不規則體對像表示為以上基本元素的組合。某大型水利水電工程建筑物三維可視化建模技術(shù)中需要面對建筑物的點(diǎn)、線(xiàn)、面、體對象構建數據模型，其點(diǎn)對象的三維空間位置可以通過(guò)Q(x，y，z)表示，而兩個(gè)點(diǎn)對象的三維空間位置即可以描述建筑物的線(xiàn)段對象，而多個(gè)線(xiàn)段對象將共同組成線(xiàn)對象，線(xiàn)對象又可以描述幾何要素，由此可見(jiàn)數據模型可以實(shí)現對規則或不規則建筑實(shí)體的描述，三維可視化建模的數據模型實(shí)質(zhì)上是以面對像或面對像的組合形式對建筑物實(shí)體進(jìn)行仿真，所以在設計的過(guò)程中可針對不同的面對像進(jìn)行優(yōu)化，有利于建筑物整體性能的提升。
2大型水利水電工程建筑物的建模思路
由于構建的三維可視化模型既要表述系統的組成，又要表述復雜系統中不可分解的子系統，所以模型要由不同的模塊構成，而模塊之間既要有層次結構，又要具有組成和可連續的關(guān)系；不同模塊其在構建的過(guò)程中需要用獨立的物理設備或部件；能夠通過(guò)獨立的數學(xué)描述各模塊的特征。三維可視化模型模塊之間的關(guān)系決定，對建筑物實(shí)體的描述可以通過(guò)以下方法實(shí)現：針對單純以簡(jiǎn)單物體粘合形式構成的物體可以通過(guò)空間分割描述，如長(cháng)方體、圓柱體等；針對簡(jiǎn)單物體復雜粘合形式構成的物體，可通過(guò)構造實(shí)體幾何表示的方法描述，如并集、交集等；針對復雜物體可通過(guò)邊界表示法，對物體邊界的點(diǎn)、線(xiàn)、面進(jìn)行描述，不同性質(zhì)實(shí)體描述方法的差異決定某大型水利水電工程應用三維可視化建模技術(shù)的過(guò)程中需要通過(guò)GIS平臺，CAD，3dsmax圖形處理軟件等進(jìn)行稽核建模、形象建模、三維顯示。
3大型水利水電工程建筑物幾何建模技術(shù)
幾何建模技術(shù)即結合建筑物實(shí)體特征點(diǎn)的實(shí)際數據，計算其法向量，進(jìn)而形成三維幾何模型的過(guò)程，由于大型水利水電工程建筑物較復雜，其存在簡(jiǎn)單的建筑物、同高程水域平面、復雜三維實(shí)體構造等。構建簡(jiǎn)單的建筑物模型，可以通過(guò)空間分割描述，例如將箱體式房屋視為屋頂面和多個(gè)鉛直外墻面構成的實(shí)體；構建同高程水域平面三維模型可以利用邊界多邊形的三角剖面表示；構建復雜三維實(shí)體三維模型利用制圖軟件將三維實(shí)體的數據在三維空間坐標體系中直接定位，然后利用以下技術(shù)進(jìn)行建模：一種是參數化實(shí)體建模技術(shù)，其是通過(guò)多個(gè)參數控制特征部件表述建筑實(shí)體的幾何關(guān)系，并利用代數方程對各部進(jìn)行結構約束和尺寸約束，此技術(shù)以變參數幾何模型作為模型構建的基礎，能夠實(shí)現交互參數驅動(dòng)，而且能夠定義參數約束。在某大型水利水電工程中其泄洪潮進(jìn)水塔、溢洪道等建筑物屬于復雜三維實(shí)體，在構建三維可視化模型的過(guò)程中需要通過(guò)以下步驟完成，首先，對建筑物全局變量和局部變量進(jìn)行定義，例如在構建泄洪潮進(jìn)水塔三維可視化模型時(shí)要選擇此建筑物中心線(xiàn)底面點(diǎn)作為控制點(diǎn)，結合其邊墻、啟閉室等組成部分的關(guān)鍵點(diǎn)與中線(xiàn)點(diǎn)的距離，從全局的角度對其位置、尺寸等進(jìn)行定義，然后根據定義的數據對局部變量的尺寸進(jìn)行確定，通過(guò)Polylinez等繪圖函數將其主體建筑物進(jìn)行繪制，如進(jìn)水塔；然后將其次要的組成部分利用拓撲關(guān)系按照固定點(diǎn)進(jìn)行組合，由此形成泄洪洞進(jìn)水塔建筑物的三維幾何模型，此技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是當設計發(fā)生改變時(shí)，只要對全局變量和局部變量進(jìn)行更改即可，并不需要徹底的改變幾何模型。另一種技術(shù)是CAD實(shí)體建模技術(shù)，此技術(shù)是利用CAD軟件，通過(guò)獲取幾何元素及表達幾何元素關(guān)系的約束條件，對幾何元素進(jìn)行確定的技術(shù)，如某大型水利水電工程的大壩為例，以大壩的填筑材料、結構等為劃分標準，整個(gè)大壩會(huì )劃分為不同的部分，而每部分的形狀都很難規則，將不規則的部分細分成規則的形狀，針對大量規則的構件進(jìn)行建模，此時(shí)模型中的定量信息成為可以調整的參數，通過(guò)對參數賦予不同的數值，可以直接改變各部件的形狀、體積，而相同或相似的部件可直接通過(guò)軟件的圖形處理功能實(shí)現，使構建的效率和準確性都得到保證，通過(guò)對某個(gè)部件的構建，實(shí)現整體大壩的三維模型構建。針對特征模型還可以利用特征建模技術(shù)，其是在系統特征庫中存在建筑物建模所需的模型，通過(guò)對其進(jìn)行尺寸約束和位置約束可以將特征模型直接應用于建筑物建模過(guò)程的技術(shù)，此技術(shù)具有效率高、可用性強的特點(diǎn)。
4大型水利水電工程建筑物形象建模技術(shù)
形象建模技術(shù)是針對已完成的幾何模型進(jìn)行形象美化的過(guò)程，使三維模型與建筑物實(shí)體更加接近，形象建模技術(shù)通常針對建筑物的顏色、透明度、紋理、光澤等進(jìn)行調整或通過(guò)貼圖達到使建筑物美化、真實(shí)的目的；另外，在形象建模的過(guò)程中要考慮到建筑物在真實(shí)應用的情況下會(huì )存在彼此的遮擋，所以在此過(guò)程中需要通過(guò)計算消除隱藏面，算法主要有兩種，一種是將窗口內的單獨像素作為處理單元，確定處理單元中距觀(guān)察點(diǎn)最近的物體為可見(jiàn)；另一種是以場(chǎng)景中的物體為獨立處理單元，以每個(gè)物體表面為可見(jiàn)面。
5大型水利水電工程建筑物三維顯示技術(shù)
三維顯示技術(shù)即將已經(jīng)形象美化后的建筑物三維模型投影設置觀(guān)察點(diǎn)，并對其位置進(jìn)行合理的調整后將其通過(guò)計算機屏幕進(jìn)行展示的技術(shù)，使計算機屏幕上展示的三維可視化模型與建筑物實(shí)體兩者的逼真度達到最高，三維顯示不僅要求對建筑物的整體形象進(jìn)行展示，而且要求對建筑物與視點(diǎn)的距離、物體與實(shí)現的方向、建筑物構件的體積、形狀等細節進(jìn)行展示，可見(jiàn)三維顯示技術(shù)與計算機的分辨率之間存在密切的關(guān)系，分辨率越高，越能夠達到三維顯示的要求。例如在某大型水利水電工程整體場(chǎng)景展示時(shí)，計算機屏幕顯示器的分辨率要滿(mǎn)足細化水利水電工程中廠(chǎng)房、進(jìn)水塔、大壩等重要建筑物的需要；當視點(diǎn)轉向上游時(shí)，計算機屏幕分辨率要滿(mǎn)足細化上游洞口、渣場(chǎng)等建筑物的需要，在利用三維顯示技術(shù)的過(guò)程中不僅可以達到通過(guò)建筑物三維可視化模型更加了解水利水電工程建筑物，快速獲取相關(guān)數據的目的，而且其可視化的優(yōu)勢有利于優(yōu)化建筑物設計細節，提升建筑物的整體性能。
6結論
通過(guò)上述分析可以發(fā)現，現階段人們已經(jīng)認識到大型水利水電工程在經(jīng)濟發(fā)展、社會(huì )穩定中所起到的重要作用，并結合工程計算、計算機圖形學(xué)、圖像處理、人機界面等多學(xué)科的知識，創(chuàng )建并不斷完善建筑物三維可視化建模技術(shù)，為提升大型水利水電工程整體性能提供有效的工具。
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