【摘 要】為了擴(kuò)展現(xiàn)有階段建筑工程計(jì)算機(jī)仿真的內(nèi)容以及表現(xiàn)模式，建立起了集成建筑場(chǎng)景的三維建模、結(jié)構(gòu)動(dòng)靜態(tài)響應(yīng)分析、仿真結(jié)果的三維實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示的SIMU WHIS的仿真系統(tǒng)。在該系統(tǒng)的研制中提出并實(shí)現(xiàn)集建筑建模器—結(jié)構(gòu)分析器—仿真演示器三位一體化的建筑工程輔助設(shè)計(jì)及軟件開(kāi)發(fā)的思維過(guò)程。通過(guò)實(shí)際操作證明了廣泛運(yùn)用于建筑工程領(lǐng)域的多種開(kāi)發(fā)以及研究的范圍，特別在求解建筑結(jié)構(gòu)的時(shí)態(tài)運(yùn)動(dòng)的描述上，更加適用于建筑科學(xué)以及工程設(shè)計(jì)的需求。

【關(guān)鍵詞】建筑工程；多媒體仿真

傳統(tǒng)的數(shù)字仿真技術(shù)對(duì)于多媒體技術(shù)的發(fā)展而言，從方法、概念、體系上不單具有擴(kuò)展、改造，還具有重新構(gòu)造的意義。多媒體仿真指的是使用不一樣的媒體形態(tài)描述不同性質(zhì)的模型信息，建立起反映系統(tǒng)外在表現(xiàn)形態(tài)以及內(nèi)在運(yùn)動(dòng)規(guī)律的仿真模型，在仿真的運(yùn)行過(guò)程 中可以產(chǎn)生定量、定性相互結(jié)合的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)演變過(guò)程[1]。

當(dāng)前中國(guó)用戶建筑工程設(shè)計(jì)分析的軟件仍無(wú)法達(dá)到上述要求。美國(guó)的SAP軟件則具備較為完整的動(dòng)力的分析功能，并且可以用三維線框的方法來(lái)表示各個(gè)階段振型，可以仍不具有三維實(shí)體結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示等等多媒體的仿真功能。希臘的Nautl大學(xué)的Symakexzis C.等人使用了真實(shí)試驗(yàn)圖像同計(jì)算機(jī)模型配合的方法建立塔架在地震荷載作用下的行為模型，這個(gè)試驗(yàn)在實(shí)體的可視化方面獲得了較為積極的結(jié)果。美國(guó)的國(guó)家宇航局Amesr研究中心研制的分布式虛擬風(fēng)洞是在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的大型系統(tǒng)基礎(chǔ)上完成的，要求的設(shè)備條件不單單是獨(dú)立微機(jī)可以完成的，也無(wú)法在一般的設(shè)計(jì)院中應(yīng)用推廣。

筆者認(rèn)為多媒體的仿真系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)在于技術(shù)，建立仿真系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)的多媒體表現(xiàn)模型讓其外在媒體表現(xiàn)、形態(tài)模式、行為模式、抽象的時(shí)空形象與內(nèi)在的數(shù)理規(guī)律具有一定的一致性。所以，在對(duì)多媒體體仿真原型系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，筆者提出了集建筑建模型、動(dòng)態(tài)傳真演示器、結(jié)構(gòu)力學(xué)的分析器三位一體化的設(shè)計(jì)方案，并且在高檔的微機(jī)上實(shí)現(xiàn)了關(guān)于風(fēng)荷載用下高聳結(jié)構(gòu)多媒體的仿真系統(tǒng)SIMU WHIS。

1.建筑工程多媒體仿真技術(shù)的理論與方法

建筑工程多媒體仿真系統(tǒng)所強(qiáng)調(diào)的是：工程中建筑實(shí)體、場(chǎng)景物理屬性建模、自然表現(xiàn)屬性建模的結(jié)合、建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)響應(yīng)定性與定量分析結(jié)合、仿真表現(xiàn)的抽象結(jié)合、形象媒體表現(xiàn)的時(shí)空上的結(jié)合。不管從建模機(jī)制、成果表現(xiàn)、仿真環(huán)境上看，多媒體仿真技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域中都有相應(yīng)的突破性的發(fā)展。

1.1面對(duì)建筑實(shí)體的新型建模的機(jī)制

關(guān)于建筑工程的多媒體仿真系統(tǒng)是面對(duì)仿真對(duì)象的。仿真對(duì)象和現(xiàn)實(shí)中的真實(shí)建筑實(shí)體是相互對(duì)應(yīng)的，不單單是系統(tǒng)分析的基本概念單位，同樣也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本的模型單位，而且同時(shí)還是仿真程序的基本編程的單位。建筑結(jié)構(gòu)的仿真模型的組成是由層次化、多媒體屬性的仿真對(duì)象、對(duì)象之間的關(guān)系組成的。仿真對(duì)象包括了關(guān)于此對(duì)對(duì)象所有屬性的定義、物理數(shù)字模型以及在仿真中所具有的可能操作性。而仿真模型描述仿真所包括的所有對(duì)象、對(duì)象與對(duì)象之間的層次關(guān)系和仿真對(duì)對(duì)象之間的相互作用、相互限制的關(guān)系[2]。

1.2建筑工程多媒體體環(huán)境設(shè)計(jì)的新的特點(diǎn)

建筑工程多媒體的仿真環(huán)境的與傳統(tǒng)的仿真有著非常大的不同性，從功能以及核心的技術(shù)來(lái)看，主要有以下的各個(gè)方面：

（1）支持建筑實(shí)體的仿真對(duì)象從建模到仿真過(guò)程的多種的媒體的表現(xiàn)。

（2）所建的建筑實(shí)體的仿真對(duì)象一定的仿真機(jī)制下進(jìn)行運(yùn)行的時(shí)候，能夠體現(xiàn)其固有的、虛擬的媒體特征，包括了自動(dòng)生成的運(yùn)動(dòng)方程。

（3）支持建筑工程仿真系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)校正、實(shí)驗(yàn)交互控制。

（4）支持仿真數(shù)據(jù)的管理、查詢、操作。

針對(duì)建筑工程的仿真而方，還需要特別要求以下的核心技術(shù)進(jìn)行支持：

（1）三維的工程數(shù)據(jù)場(chǎng)的顯示技術(shù)。

（2）四維的曲面空間數(shù)據(jù)場(chǎng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)顯示以及控制的技術(shù)。

（3）不一樣的媒體對(duì)象的歸一化的處理以及集成技術(shù)。

2.SIMUWHIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)制

系統(tǒng)體系的結(jié)構(gòu):

SIMUWHIS系統(tǒng)是根據(jù)建筑工程領(lǐng)域自己的特點(diǎn)結(jié)合建筑工程的建模、結(jié)構(gòu)分析等等的技術(shù)而建立的，研究高聳結(jié)構(gòu)隨機(jī)荷載的作用下的運(yùn)用規(guī)律，并且經(jīng)過(guò)多種媒體的表現(xiàn)方式反映出來(lái)的建筑工程多媒體仿真的原型系統(tǒng)。

SIMUWHIS系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)是以建筑工程的設(shè)計(jì)過(guò)程為指導(dǎo)思想（建?！治觥憩F(xiàn)）作為基本的思路，把整體的結(jié)構(gòu)分布成為仿真對(duì)象的建模、仿真執(zhí)行求解、仿真表現(xiàn)三大方面的模塊。該系統(tǒng)的功能模塊的實(shí)現(xiàn)了跨專業(yè)、跨學(xué)科，涉及到了多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形圖像學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、仿真技術(shù)、可視化技術(shù)、結(jié)構(gòu)分析理論等多學(xué)科的領(lǐng)域的探索以及運(yùn)用。

SIMUWHIS系統(tǒng)的每個(gè)功能模塊都是分成行為模型、形態(tài)模型的實(shí)現(xiàn)。這樣的操作不單單可以確立建立了SIMUWHIS系統(tǒng)仿真對(duì)象的多媒體模型，又非常有利于仿真執(zhí)行以及演示的多媒體表現(xiàn)，有著獨(dú)特的多媒體仿真系統(tǒng)的特點(diǎn)，如圖2所示的體系結(jié)構(gòu)：

3.SIMUWHIS系統(tǒng)的主要功能模塊簡(jiǎn)介

SIMUWHIS系統(tǒng)的主要功能模塊包括有：仿真建模器、結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力分析器、仿真演示器，這些分別的完成了仿真建模、仿真執(zhí)行、仿真演示任務(wù)。

3.1仿真建模器的介紹

仿真建模器是SIMUWHIS系統(tǒng)的基礎(chǔ)模塊，同樣也是最為重要的模擬之一。其背負(fù)著系統(tǒng)的兩大主要仿真對(duì)象：塔架和風(fēng)荷載在抽象的數(shù)理邏輯空間以及形象的媒體表現(xiàn)空間和兩大空間上建模，并建立起兩個(gè)空間的映射關(guān)系。對(duì)象仿真模型的確切與否直接關(guān)系到整個(gè)的仿真過(guò)程以及結(jié)果的真實(shí)性。所以，是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵的所在。

3.2風(fēng)振響應(yīng)解析器的簡(jiǎn)介

風(fēng)振響應(yīng)解析器是SIMUWHIS系統(tǒng)的內(nèi)核。用于建立仿真執(zhí)行的數(shù)理規(guī)律；計(jì)算仿真執(zhí)行的結(jié)果數(shù)據(jù)。SIMUWHIS系統(tǒng)靜動(dòng)力分析器利用由仿真建模器創(chuàng)立的模型數(shù)據(jù)，輸出的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，作為仿真演示器的最初的數(shù)據(jù)。所以，其是連接仿真建模器與仿真演示器的連接點(diǎn)，SIMUWHIS系統(tǒng)靜動(dòng)力分析器的主要功能有：

（1）在等效的靜力風(fēng)荷作用下求解塔架體系桿件的相應(yīng)內(nèi)力、應(yīng)力、應(yīng)變等靜力的響應(yīng)，此數(shù)據(jù)一方面是可以作為塔架桿件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型的根據(jù)，另外一方面也是可以作為該系統(tǒng)初階校正工具的最初原始的數(shù)據(jù)，也可以依據(jù)原已有的塔架設(shè)計(jì)資料讓客戶對(duì)于本系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)關(guān)于可靠性的測(cè)試。

（2）以脈動(dòng)風(fēng)荷載作為結(jié)構(gòu)的輸入方式，求解塔架在隨機(jī)荷載作用力下的動(dòng)力響應(yīng)：速度、位移、加速度。并且由此求解塔架結(jié)構(gòu)的相應(yīng)運(yùn)動(dòng)軌跡。

3.3系統(tǒng)仿真演示器的簡(jiǎn)介

SIMUWHIS系統(tǒng)的仿真演示器是該系統(tǒng)的外在的表現(xiàn)環(huán)境。它將仿真器建立的系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)以及解析器演算的系統(tǒng)行為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為形象的空間的時(shí)變的媒體數(shù)據(jù)，把仿真擴(kuò)展至非數(shù)字的模型所描述的事物的領(lǐng)域，使其仿真的結(jié)果具有定型表現(xiàn)解。該系統(tǒng)的仿演示器的主要功能包括以下幾個(gè)方面：

（1）塔架以及其場(chǎng)景的真實(shí)性的表達(dá)、塔架風(fēng)振響應(yīng)的表現(xiàn)、塔架里程行為的動(dòng)態(tài)演示以及定型的表現(xiàn)。

（2）三維的空間坐標(biāo)是顯示性控制、SIMUWHIS系統(tǒng)仿真對(duì)象的相互作用的判斷和控制、仿真對(duì)象的表現(xiàn)媒體選擇與相應(yīng)的協(xié)調(diào)應(yīng)用、仿真對(duì)象和多種媒體表現(xiàn)的同步的控制等等。

4.結(jié)語(yǔ)

本文分析了多媒體的仿真技術(shù)在建筑工程領(lǐng)域的應(yīng)用理論方法，建立了一個(gè)建筑工程多媒體仿真系統(tǒng)的原型，建造了一個(gè)集建建?！Y(jié)構(gòu)分析—仿真演示于一個(gè)整體的高聳結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)多媒體的仿真系統(tǒng)，為發(fā)揮多媒體仿真技術(shù)在建筑工程設(shè)計(jì)以及研究中的作用提供了一條完整且有效的方法。

在對(duì)原型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研制的經(jīng)驗(yàn)中進(jìn)行總結(jié)，可以認(rèn)為多媒體仿真支持的新型建筑設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)在系統(tǒng)建模、過(guò)程的控制、結(jié)果的表現(xiàn)等等方面可以更好的適用于建筑戒工程的設(shè)計(jì)中，所以，可以明確的是多媒體仿真在建筑工程中具有非常廣闊的發(fā)展前景。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

［１］王維平，朱一凡，華雪倩等．多媒體仿真研究與發(fā)展，系統(tǒng)傳真學(xué)報(bào)，1997，9（20）：1～5．

［２］吳煒煜，張士綱，建筑工程多媒體仿真系統(tǒng)的研制與應(yīng)用，清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1999，39（10）：29-34．