水利水電工程三維視覺化建模技術研究論文
水利水電工程三維視覺化建模技術研究論文
摘要：隨著經濟的發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展，為保證水利水電工程的質量和使用效能，人們嘗試將建築物三維視覺化建模技術與水利水電工程相結合，本文以大型水利水電工程建築物三維視覺化建模技術為研究物件，結合某大型水利水電工程建築物，對資料建模，建築物建模思路進行分析，並針對大型水利水電工程建築物幾何建模技術、形象建模技術、三維顯示技術等展開研究，為加深對大型水利水電工程建築物三維視覺化建模技術的認識，提升我國大型水利水電工程建築物的整體效能作出努力。
關鍵詞：水利水電工程規劃論文
在現代資訊科技不斷深化發展的過程中，大型水利水電工程建設現代化、數字化發展已經成為其發展的必然趨勢，而三維視覺化模擬模型的構建是推動其發展的重要環節，三維視覺化模擬模型的直觀性、可操作性都明顯優於傳統設計方法，所以對其展開研究對提升大型水利水電工程整體效能具有重要的意義。
1大型水利水電工程的資料模型
資料模型的效能決定其包括能夠描述系統的靜態特徵的資料結構、能夠描述系統動態特徵得到資料操作和保證系統整體持續執行的完整性約束三個主要結構，其共同使資料模型能夠對現實世界真實的模擬，能夠透過計算機實現並被人類理解。通常大型水利水電工程建築物中同時存在規則和不規則的實體，在建築模型中需要將建築物中真實存在的面和體分為規則和不規則兩種型別，通常平面區域或規則的曲面區域在資料模型中會視為規則面對像，否則為不規則面對像，體物件作為多個面對像構成的空間實體，其中如果存在一個及其以上的不規則面對像，則資料模型視其為不規則體物件，由此在資料模型中將規則面對像表示為多邊形或函式構造面；將規則的'體物件表示為長方體、圓柱體等幾何構造體；將不規則面對像表示為TIN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築物三維視覺化建模技術中需要面對建築物的點、線、面、體物件構建資料模型，其點物件的三維空間位置可以透過Q(x，y，z)表示，而兩個點物件的三維空間位置即可以描述建築物的線段物件，而多個線段物件將共同組成線物件，線物件又可以描述幾何要素，由此可見資料模型可以實現對規則或不規則建築實體的描述，三維視覺化建模的資料模型實質上是以面對像或面對像的組合形式對建築物實體進行模擬，所以在設計的過程中可針對不同的面對像進行最佳化，有利於建築物整體效能的提升。
2大型水利水電工程建築物的建模思路
由於構建的三維視覺化模型既要表述系統的組成，又要表述複雜系統中不可分解的子系統，所以模型要由不同的模組構成，而模組之間既要有層次結構，又要具有組成和可連續的關係；不同模組其在構建的過程中需要用獨立的物理裝置或部件；能夠透過獨立的數學描述各模組的特徵。三維視覺化模型模組之間的關係決定，對建築物實體的描述可以透過以下方法實現：針對單純以簡單物體粘合形式構成的物體可以透過空間分割描述，如長方體、圓柱體等；針對簡單物體複雜粘合形式構成的物體，可透過構造實體幾何表示的方法描述，如並集、交集等；針對複雜物體可透過邊界表示法，對物體邊界的點、線、面進行描述，不同性質實體描述方法的差異決定某大型水利水電工程應用三維視覺化建模技術的過程中需要透過GIS平臺，CAD，3dsmax圖形處理軟體等進行稽核建模、形象建模、三維顯示。
3大型水利水電工程建築物幾何建模技術
幾何建模技術即結合建築物實體特徵點的實際資料，計算其法向量，進而形成三維幾何模型的過程，由於大型水利水電工程建築物較複雜，其存在簡單的建築物、同高程水域平面、複雜三維實體構造等。構建簡單的建築物模型，可以透過空間分割描述，例如將箱體式房屋視為屋頂面和多個鉛直外牆面構成的實體；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；構建複雜三維實體三維模型利用製圖軟體將三維實體的資料在三維空間座標體系中直接定位，然後利用以下技術進行建模：一種是引數化實體建模技術，其是透過多個引數控制特徵部件表述建築實體的幾何關係，並利用代數方程對各部進行結構約束和尺寸約束，此技術以變引數幾何模型作為模型構建的基礎，能夠實現互動引數驅動，而且能夠定義引數約束。在某大型水利水電工程中其洩洪潮進水塔、溢洪道等建築物屬於複雜三維實體，在構建三維視覺化模型的過程中需要透過以下步驟完成，首先，對建築物全域性變數和區域性變數進行定義，例如在構建洩洪潮進水塔三維視覺化模型時要選擇此建築物中心線底面點作為控制點，結合其邊牆、啟閉室等組成部分的關鍵點與中線點的距離，從全域性的角度對其位置、尺寸等進行定義，然後根據定義的資料對區域性變數的尺寸進行確定，透過Polylinez等繪圖函式將其主體建築物進行繪製，如進水塔；然後將其次要的組成部分利用拓撲關係按照固定點進行組合，由此形成洩洪洞進水塔建築物的三維幾何模型，此技術的優點是當設計發生改變時，只要對全域性變數和區域性變數進行更改即可，並不需要徹底的改變幾何模型。另一種技術是CAD實體建模技術，此技術是利用CAD軟體，透過獲取幾何元素及表達幾何元素關係的約束條件，對幾何元素進行確定的技術，如某大型水利水電工程的大壩為例，以大壩的填築材料、結構等為劃分標準，整個大壩會劃分為不同的部分，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行建模，此時模型中的定量資訊成為可以調整的引數，透過對引數賦予不同的數值，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透過軟體的圖形處理功能實現，使構建的效率和準確性都得到保證，透過對某個部件的構建，實現整體大壩的三維模型構建。針對特徵模型還可以利用特徵建模技術，其是在系統特徵庫中存在建築物建模所需的模型，透過對其進行尺寸約束和位置約束可以將特徵模型直接應用於建築物建模過程的技術，此技術具有效率高、可用性強的特點。
4大型水利水電工程建築物形象建模技術
形象建模技術是針對已完成的幾何模型進行形象美化的過程，使三維模型與建築物實體更加接近，形象建模技術通常針對建築物的顏色、透明度、紋理、光澤等進行調整或透過貼圖達到使建築物美化、真實的目的；另外，在形象建模的過程中要考慮到建築物在真實應用的情況下會存在彼此的遮擋，所以在此過程中需要透過計算消除隱藏面，演算法主要有兩種，一種是將視窗內的單獨畫素作為處理單元，確定處理單元中距觀察點最近的物體為可見；另一種是以場景中的物體為獨立處理單元，以每個物體表面為可見面。
5大型水利水電工程建築物三維顯示技術
三維顯示技術即將已經形象美化後的建築物三維模型投影設定觀察點，並對其位置進行合理的調整後將其透過計算機螢幕進行展示的技術，使計算機螢幕上展示的三維視覺化模型與建築物實體兩者的逼真度達到最高，三維顯示不僅要求對建築物的整體形象進行展示，而且要求對建築物與視點的距離、物體與實現的方向、建築物構件的體積、形狀等細節進行展示，可見三維顯示技術與計算機的解析度之間存在密切的關係，解析度越高，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景展示時，計算機螢幕顯示器的解析度要滿足細化水利水電工程中廠房、進水塔、大壩等重要建築物的需要；當視點轉向上游時，計算機螢幕解析度要滿足細化上游洞口、渣場等建築物的需要，在利用三維顯示技術的過程中不僅可以達到透過建築物三維視覺化模型更加了解水利水電工程建築物，快速獲取相關資料的目的，而且其視覺化的優勢有利於最佳化建築物設計細節，提升建築物的整體效能。
6結論
透過上述分析可以發現，現階段人們已經認識到大型水利水電工程在經濟發展、社會穩定中所起到的重要作用，並結合工程計算、計算機圖形學、影象處理、人機介面等多學科的知識，建立並不斷完善建築物三維視覺化建模技術，為提升大型水利水電工程整體效能提供有效的工具。