畢慶雙

(通河縣水務(wù)技術(shù)服務(wù)中心，黑龍江通河150900)

1 可視化仿真技術(shù)簡(jiǎn)介

可視化仿真技術(shù)結(jié)合了可視化技術(shù)與系統(tǒng)建模技術(shù)，利用可視化仿真技術(shù)可快速處理大規(guī)模的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)建立數(shù)字模型并將其以圖形或動(dòng)態(tài)圖像的方式反映在人機(jī)交互界面，因此具有直觀、高效的優(yōu)點(diǎn)[1]。其主要功用反映在以下3個(gè)方面:①可將數(shù)據(jù)場(chǎng)內(nèi)的各個(gè)建筑物直觀地以圖形或圖像的方式反映出來(lái);②便于操作人員深入分析，操作人員可通過(guò)人機(jī)交互界面隨意改變仿真圖像的角度，也可將局部無(wú)限放大，有利于發(fā)現(xiàn)細(xì)節(jié)[2];③可將數(shù)據(jù)場(chǎng)內(nèi)的情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，以便使管理人員或技術(shù)人員直觀地了解數(shù)據(jù)場(chǎng)內(nèi)構(gòu)筑物的演變過(guò)程。水利工程中的三維可視化仿真技術(shù)路線(xiàn)如圖1所示。

圖1 水利工程中的三維可視化仿真技術(shù)路線(xiàn)

2 在水利工程中可視化技術(shù)的應(yīng)用

2.1 三維空間數(shù)據(jù)模型

水利工程的設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中，為便于進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，不僅要求通過(guò)可視化仿真技術(shù)反映出施工環(huán)境、場(chǎng)地以及建筑物、構(gòu)筑物的位置關(guān)系等靜態(tài)信息，還需要反映地形填挖等施工過(guò)程的動(dòng)態(tài)信息，因此需要根據(jù)實(shí)際需要建立相應(yīng)的三維空間數(shù)據(jù)模型，以便于對(duì)數(shù)據(jù)的分析和操作。

2.1.1 數(shù)字地形模型

數(shù)字地形模型可以反映施工環(huán)境、地形地貌、建筑物的空間布置情況等，并且為反映動(dòng)態(tài)信息提供基礎(chǔ)，DTM是建立在數(shù)字高程模型的基礎(chǔ)上的，因此可通過(guò)建立DEM來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于施工場(chǎng)地的地形地貌是不規(guī)則的，尤其是在山區(qū)，地形起伏較大，因此一般情況下可使用不規(guī)則三角網(wǎng)模型來(lái)反映數(shù)據(jù)場(chǎng)的地形表面信息，通過(guò)在地形上離散分布的高程控制點(diǎn)連接成一系列三角形，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可充分反映出地形的高程變化。

2.1.2 地物模型

地物就是在水利工程地形中存在的各種實(shí)體建筑物及地表附屬物，如主體工程建筑物、各種工藝構(gòu)筑物、附屬工程建筑物及地表植被等，例如辦公室、大壩、電站廠房、截流圍堰等等，這些地物的形狀、空間位置等基本上都屬于靜態(tài)數(shù)據(jù)，常見(jiàn)的建模技術(shù)對(duì)比如表1所示:從表1中可以看出，根據(jù)不同的建筑物要采用相適合的建模技術(shù)才能達(dá)到更好的效果。

表1 常用地物模型建模技術(shù)對(duì)比

2.2 三維人機(jī)交互技術(shù)

2.2.1 與數(shù)據(jù)的交互

通過(guò)人機(jī)交互界面，操作人員可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置數(shù)據(jù)的計(jì)算方式、范圍以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行片段截取等操作，例如在通過(guò)圖像對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行演示的過(guò)程中，可根據(jù)需要設(shè)置演示的時(shí)間段，從而防止浪費(fèi)時(shí)間在不需要的動(dòng)畫(huà)片段上。

2.2.2 與圖形的交互

操作人員可以通過(guò)人機(jī)交互界面對(duì)平面或者立體圖形進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)、放大等操作以方便從不同的角度、不同的倍率來(lái)觀察工程細(xì)節(jié)情況，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)及施工中存在的問(wèn)題以及提出創(chuàng)造性意見(jiàn)。

2.2.3 與可視化參數(shù)的交互

操作人員可根據(jù)自己喜好或者現(xiàn)實(shí)情況來(lái)改變可視化參數(shù)，比如光照強(qiáng)度、光照方向、視角、對(duì)比度、顏色誤差等，從而得到更好的可視化效果。

2.3 空間分析技術(shù)

通過(guò)可視化仿真技術(shù)可進(jìn)行工程空間分析，為工程設(shè)計(jì)提供參考，并為后續(xù)的工程決策提供一定的依據(jù)，這就要求必須提供一個(gè)交互友好、自動(dòng)化程度高的空間分析技術(shù)，從而將工程施工過(guò)程中各建筑物的布置、施工順序等靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的特征均呈現(xiàn)在人的面前，輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行工程的設(shè)計(jì)，以使設(shè)計(jì)方案更加科學(xué)，有利于保證工程的質(zhì)量和進(jìn)度，并體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性的要求，因此也為決策者的工程決策提供了間接的參考。

3 水利工程中可視化仿真系統(tǒng)的構(gòu)建

3.1 數(shù)據(jù)管理模塊

數(shù)據(jù)管理模塊主要是建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)并管理其中的數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)空間信息進(jìn)行收集、整理，將其集合到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并根據(jù)地面對(duì)象隨時(shí)間的變化及時(shí)更新數(shù)據(jù)庫(kù)信息，為可視化仿真系統(tǒng)的建立和運(yùn)行提供基礎(chǔ)。

3.2 圖形顯示模塊

對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)中每種空間對(duì)象進(jìn)行分析，根據(jù)其自身的特征自動(dòng)采取適合的圖形繪制和造型技術(shù)，將數(shù)據(jù)通過(guò)圖形或圖像的方式反映出來(lái)，其中圖形可以是二維，也可以是三維。

3.3 圖形操作模塊

對(duì)顯示出來(lái)的圖形進(jìn)行修改和補(bǔ)充，使其在空間上更為合理，在形態(tài)上更加符合建筑學(xué)思想，另外通過(guò)人機(jī)交互還可調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)，如水系、境界、植被符號(hào)的自定義和填充，光學(xué)屬性(顏色、透明度)的修改和調(diào)整等，并且能夠?qū)⒉僮鹘Y(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，或者根據(jù)不同的選中設(shè)備，向不同的輸出設(shè)備(顯示器、繪圖儀、打印機(jī)和文件等)輸出圖形。

3.4 圖形分析模塊

系統(tǒng)可自動(dòng)計(jì)算某特定區(qū)域或建筑物的參數(shù)，并將其反映在計(jì)算機(jī)屏幕上，并且通過(guò)建立可視化的實(shí)時(shí)人機(jī)交互平臺(tái)，方便技術(shù)人員分析，并隨時(shí)模擬施工過(guò)程，在此過(guò)程中，系統(tǒng)可通過(guò)分析給出相應(yīng)的參考意見(jiàn)，以便技術(shù)人員更好地進(jìn)行相應(yīng)工作。

4 結(jié)語(yǔ)

可視化仿真技術(shù)在水利工程的設(shè)計(jì)和建設(shè)中具有十分重要的作用，其通過(guò)直觀的圖形和圖像輸出以及友好的人機(jī)交互等技術(shù)為技術(shù)和管理人員提供參考，是一種較為先進(jìn)的技術(shù)手段，極大提高了水利工程設(shè)計(jì)和建設(shè)的現(xiàn)代化水平，在日后工作中，將智能化專(zhuān)家系統(tǒng)與可視化仿真技術(shù)相結(jié)合將是一個(gè)重要的研究方向。

[1]唐穩(wěn)，田斌.水電工程施工的三維可視化仿真技術(shù)研究[J].湖北水力發(fā)電，2008(05):23.

[2]僧德文，王紅霞.水利工程三維可視化仿真技術(shù)與系統(tǒng)研究[J].浙江水利水電專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2006，18(03):33－35.