水利水電工程三維可視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性能，人們嘗試將建筑物三維可視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筑物三維可視化建模技術為研究對象，結合某大型水利水電工程建筑物，對數據建模，建筑物建模思路進行分析，并針對大型水利水電工程建筑物幾何建模技術、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筑物三維可視化建模技術的認識，提升我國大型水利水電工程建筑物的整體性能作出努力。
關鍵詞：水利水電工程規劃論文
在現代信息技術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，而三維可視化仿真模型的構建是推動其發展的重要環節，三維可視化仿真模型的直觀性、可操作性都明顯優于傳統設計方法，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特征的數據結構、能夠描述系統動態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主要結構，其共同使數據模型能夠對現實世界真實的模擬，能夠通過計算機實現并被人類理解。通常大型水利水電工程建筑物中同時存在規則和不規則的實體，在建筑模型中需要將建筑物中真實存在的面和體分為規則和不規則兩種類型，通常平面區域或規則的曲面區域在數據模型中會視為規則面對像，否則為不規則面對像，體對象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筑物三維可視化建模技術中需要面對建筑物的點、線、面、體對象構建數據模型，其點對象的三維空間位置可以通過Q(x，y，z)表示，而兩個點對象的三維空間位置即可以描述建筑物的線段對象，而多個線段對象將共同組成線對象，線對象又可以描述幾何要素，由此可見數據模型可以實現對規則或不規則建筑實體的描述，三維可視化建模的數據模型實質上是以面對像或面對像的組合形式對建筑物實體進行仿真，所以在設計的過程中可針對不同的面對像進行優化，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系；不同模塊其在構建的過程中需要用獨立的物理設備或部件；能夠通過獨立的數學描述各模塊的特征。三維可視化模型模塊之間的關系決定，對建筑物實體的描述可以通過以下方法實現：針對單純以簡單物體粘合形式構成的物體可以通過空間分割描述，如長方體、圓柱體等；針對簡單物體復雜粘合形式構成的物體，可通過構造實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可視化建模技術的過程中需要通過GIS平臺，CAD，3dsmax圖形處理軟件等進行稽核建模、形象建模、三維顯示。
3大型水利水電工程建筑物幾何建模技術
幾何建模技術即結合建筑物實體特征點的實際數據，計算其法向量，進而形成三維幾何模型的過程，由于大型水利水電工程建筑物較復雜，其存在簡單的建筑物、同高程水域平面、復雜三維實體構造等。構建簡單的建筑物模型，可以通過空間分割描述，例如將箱體式房屋視為屋頂面和多個鉛直外墻面構成的實體；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；構建復雜三維實體三維模型利用制圖軟件將三維實體的數據在三維空間坐標體系中直接定位，然后利用以下技術進行建模：一種是參數化實體建模技術，其是通過多個參數控制特征部件表述建筑實體的幾何關系，并利用代數方程對各部進行結構約束和尺寸約束，此技術以變參數幾何模型作為模型構建的基礎，能夠實現交互參數驅動，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水塔、溢洪道等建筑物屬于復雜三維實體，在構建三維可視化模型的過程中需要通過以下步驟完成，首先，對建筑物全局變量和局部變量進行定義，例如在構建泄洪潮進水塔三維可視化模型時要選擇此建筑物中心線底面點作為控制點，結合其邊墻、啟閉室等組成部分的關鍵點與中線點的距離，從全局的角度對其位置、尺寸等進行定義，然后根據定義的數據對局部變量的尺寸進行確定，通過Polylinez等繪圖函數將其主體建筑物進行繪制，如進水塔；然后將其次要的組成部分利用拓撲關系按照固定點進行組合，由此形成泄洪洞進水塔建筑物的三維幾何模型，此技術的優點是當設計發生改變時，只要對全局變量和局部變量進行更改即可，并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軟件，通過獲取幾何元素及表達幾何元素關系的約束條件，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，以大壩的填筑材料、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，此時模型中的定量信息成為可以調整的參數，通過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軟件的圖形處理功能實現，使構建的效率和準確性都得到保證，通過對某個部件的構建，實現整體大壩的三維模型構建。針對特征模型還可以利用特征建模技術，其是在系統特征庫中存在建筑物建模所需的模型，通過對其進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筑物形象建模技術
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，使三維模型與建筑物實體更加接近，形象建模技術通常針對建筑物的顏色、透明度、紋理、光澤等進行調整或通過貼圖達到使建筑物美化、真實的目的；另外，在形象建模的過程中要考慮到建筑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通過計算消除隱藏面，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筑物三維顯示技術
三維顯示技術即將已經形象美化后的建筑物三維模型投影設置觀察點，并對其位置進行合理的調整后將其通過計算機屏幕進行展示的技術，使計算機屏幕上展示的三維可視化模型與建筑物實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行展示，而且要求對建筑物與視點的距離、物體與實現的方向、建筑物構件的體積、形狀等細節進行展示，可見三維顯示技術與計算機的分辨率之間存在密切的關系，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景展示時，計算機屏幕顯示器的分辨率要滿足細化水利水電工程中廠房、進水塔、大壩等重要建筑物的需要；當視點轉向上游時，計算機屏幕分辨率要滿足細化上游洞口、渣場等建筑物的需要，在利用三維顯示技術的過程中不僅可以達到通過建筑物三維可視化模型更加了解水利水電工程建筑物，快速獲取相關數據的目的，而且其可視化的優勢有利于優化建筑物設計細節，提升建筑物的整體性能。
6結論
通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，并結合工程計算、計算機圖形學、圖像處理、人機界面等多學科的知識，創建并不斷完善建筑物三維可視化建模技術，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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