袁鳳娟等

摘要：該文以AutoCAD和CATIA為平臺(tái)，建立了水電站廠房的三維模型，采用3DVIA Composer軟件進(jìn)行模型集成，將CATIA等CAD軟件產(chǎn)品導(dǎo)入，經(jīng)過(guò)編輯輸出水電站廠房的演示動(dòng)畫(huà)和高清圖片。同時(shí)根據(jù)混流式水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理規(guī)劃了水輪發(fā)電機(jī)的裝配序列，實(shí)現(xiàn)了水輪發(fā)電機(jī)的虛擬裝配仿真。實(shí)際工程應(yīng)用證明，水電站廠房模型三維仿真系統(tǒng)增強(qiáng)了模型的逼真度，有助于廠房管理人員快速熟悉掌握廠房及水輪發(fā)電機(jī)的復(fù)雜構(gòu)造。

關(guān)鍵詞：AutoCAD；CATIA；3DVIA Composer；水電站廠房；三維仿真

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）32-7727-04

Abstract： This paper finishes the three-dimension models of hydropower house based on AutoCAD and CATIA. Then integrate models using the 3DVIA Composer， import the CATIA and CAD models， edit and then output the animation and high-resolution images of hydropower house. According to the composition of the Francis turbine-generator units， make a plan for the assembly process of the turbine-generator units， achieve virtual assembly of the turbine-generator units based on 3DVIA Composer. Through the application of the 3D simulation system of hydropower house in practice engineering， increases the models stereoscopic and immediacy， and contributes to the administrators to grasp the complex structure of the hydropower house and turbine-generator units.

Key words： AutoCAD； CATIA； 3DVIA Composer； Hydropower house； Three-dimensional simulation

虛擬仿真技術(shù)是當(dāng)今CAD研究與應(yīng)用的重要技術(shù)。水電站廠房是水利樞紐工程中的核心建筑物，水輪發(fā)電機(jī)是水電站廠房的關(guān)鍵點(diǎn)。廠房模型量較大，各個(gè)建筑物之間的相對(duì)關(guān)系復(fù)雜，且發(fā)電機(jī)組處于地下廠房?jī)?nèi)部，難于觀察。開(kāi)發(fā)水電站廠房模型三維仿真系統(tǒng)，將廠房?jī)?nèi)部復(fù)雜構(gòu)造清晰的表達(dá)，同時(shí)將水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)裝配以虛擬動(dòng)畫(huà)的形式形象、生動(dòng)地展現(xiàn)出來(lái)。該文采用AutoCAD軟件對(duì)廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)建，采用CATIA三維制圖軟件對(duì)水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行創(chuàng)建，采用3DVIA Composer軟件輸出水輪發(fā)電機(jī)虛擬裝配演示動(dòng)畫(huà)和廠房高清圖片。

1 水電站廠房三維模型的創(chuàng)建

三維模型是水電站廠房模型三維仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，三維模型包含水電站廠房的土建部分和廠房?jī)?nèi)部的發(fā)電設(shè)備。由于3DVIA Composer是一套模型集成演示軟件，不是專業(yè)的建模軟件[1]，需要借助常用的大型三維建模軟件進(jìn)行三維模型的創(chuàng)建，通過(guò)分析比較筆者選用AutoCAD進(jìn)行水電站廠房土建部分三維模型的創(chuàng)建，選用CATIA對(duì)廠房?jī)?nèi)部水輪發(fā)電機(jī)的三維模型進(jìn)行創(chuàng)建。

1.1 基于AutoCAD的水電站廠房三維模型創(chuàng)建

AutoCAD（Auto Computer Aided Design）是美國(guó)Autodesk公司首次于1982年生產(chǎn)的自動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于土木建筑、裝飾裝潢、城市規(guī)劃、園林設(shè)計(jì)、電子電路、機(jī)械設(shè)計(jì)、航空航天、輕工化工等諸多領(lǐng)域。AutoCAD三維模型主要有線框模型，曲面模型和實(shí)體模型。由于廠房結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，建模前，先根據(jù)二維平面圖紙將廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃，主要包括主廠房和副廠房，主廠房自上而下又分為發(fā)電機(jī)層、電氣夾層、水輪機(jī)層及蝸殼層等。其次，將基本體、二維圖形經(jīng)拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠、放樣等變幻為基本三維體，再通過(guò)并、差、交等布爾運(yùn)算和各種編輯操作獲得與圖紙相符的廠房結(jié)構(gòu)。圖1就是利用AutoCAD創(chuàng)建的水電站廠房三維模型。

本次動(dòng)畫(huà)設(shè)定時(shí)間為60秒，為能全角度地觀察水輪發(fā)電機(jī)裝配體的外觀特征，設(shè)置水輪發(fā)電機(jī)繞Y軸旋轉(zhuǎn)一周，將時(shí)間線移到1s處，設(shè)置照相機(jī)關(guān)鍵幀，記錄旋轉(zhuǎn)開(kāi)始的視點(diǎn)，再將時(shí)間線移至3s處，將裝配體繞Y軸旋轉(zhuǎn)一周，在時(shí)間軸上自動(dòng)創(chuàng)建了3s時(shí)的攝像機(jī)關(guān)鍵幀，則在1～3s內(nèi)，裝配體將繞Y軸旋轉(zhuǎn)一周。

之后根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)的裝配樹(shù)結(jié)構(gòu)，生成裝配體的爆炸視圖即設(shè)置裝配體的拆卸順序，自上而下主要包括上機(jī)架—定子—轉(zhuǎn)子—下機(jī)架—水輪機(jī)，其中水輪機(jī)結(jié)構(gòu)中的各零部件在拆卸過(guò)程中也要一一分離出來(lái)。應(yīng)用變換工具生成爆炸視圖，按拆卸順序分別設(shè)置每個(gè)零部件的爆炸路徑，在時(shí)間軸上設(shè)置每個(gè)零部件的拆卸時(shí)間長(zhǎng)度為2s。單擊“播放動(dòng)畫(huà)”觀察動(dòng)畫(huà)，適當(dāng)改變關(guān)鍵幀位置，調(diào)整拆卸順序和運(yùn)動(dòng)速度。

裝配體的裝配過(guò)程為拆卸過(guò)程的逆過(guò)程，解除爆炸視圖完成裝配過(guò)程。可以通過(guò)選擇所有拆卸過(guò)程的關(guān)鍵幀，復(fù)制到拆卸動(dòng)畫(huà)后2s，選擇時(shí)間反轉(zhuǎn)即可。完成動(dòng)畫(huà)之后，渲染輸出“.avi”格式，利用Vegas軟件進(jìn)行配音加字幕，一個(gè)完整的仿真動(dòng)畫(huà)就制作完成了。

2.2 水電站廠房結(jié)構(gòu)三維模型高清圖片的制作

打開(kāi)3DVIA Composer軟件，將創(chuàng)建完成的水輪發(fā)電機(jī)組和廠房三維模型按照他們的相對(duì)位置關(guān)系集成，通過(guò)鼠標(biāo)的旋轉(zhuǎn)、平移和縮放操作，將模型以合適的視角在視口中顯示，便于操作和觀察。設(shè)置不透明性可以觀察廠房?jī)?nèi)部的機(jī)組和廠房的層次結(jié)構(gòu)，采用剖切可以觀察廠房的斷面圖，能更加直觀的了解廠房的層次機(jī)構(gòu)。下面主要介紹3DVIA Composer中的消隱、剖切和光影效果等功能輸出廠房的高清圖片。

在窗口上側(cè)“作者”下選擇“創(chuàng)建切除面”，根據(jù)出現(xiàn)的紅色箭頭選擇切除面的方向創(chuàng)建切除面，移動(dòng)切除面到合適位置以剖切三維模型。3DVIA Composer中光影顯示效果分為模型自身顯示和燈光效果顯示，在“渲染”菜單中，選擇不同模型或燈光模式，可設(shè)置不同的顯示效果。調(diào)整視口中模型的視角，點(diǎn)擊“主頁(yè)”下的“高分辨率圖像”來(lái)輸出圖片，在彈出的“工作間”面板可設(shè)置圖片的大小，將圖片另存為常用的“.jpg”格式。如圖5、圖6分別為主廠房的縱剖面圖和發(fā)電機(jī)組裝配圖。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文借助AutoCAD和CATIA軟件，完成了水電站廠房和水輪發(fā)電機(jī)組三維實(shí)體模型的創(chuàng)建，采用3DVIA Composer軟件制作輸出水輪發(fā)電機(jī)虛擬裝配演示動(dòng)畫(huà)和廠房高清圖片，成功開(kāi)發(fā)水電站廠房模型三維仿真系統(tǒng)，增強(qiáng)了模型的立體感和逼真度，有助于廠房管理人員快速熟悉掌握廠房及水輪發(fā)電機(jī)的復(fù)雜構(gòu)造，為之后電站廠房的虛擬漫游和安全監(jiān)測(cè)研究提供了有力支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李南輝，李洋波，王飛.基于Virtools的水電站廠房可視化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2013，9（4）： 2464-2466.

[2] 馬偉，張海英，雷賢卿. CATIA V5 R16曲面造型及逆向設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[3] 詹熙達(dá).CATIA V5產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[4] 張志利，褚識(shí)廣，龍勇，等.基于CATIA和3DVIA Composer的液壓元件虛擬裝配仿真[C].全國(guó)先進(jìn)制造技術(shù)高層論壇暨第九屆制造業(yè)自動(dòng)化與信息化技術(shù)研討會(huì)論文集，2010.endprint

摘要：該文以AutoCAD和CATIA為平臺(tái)，建立了水電站廠房的三維模型，采用3DVIA Composer軟件進(jìn)行模型集成，將CATIA等CAD軟件產(chǎn)品導(dǎo)入，經(jīng)過(guò)編輯輸出水電站廠房的演示動(dòng)畫(huà)和高清圖片。同時(shí)根據(jù)混流式水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理規(guī)劃了水輪發(fā)電機(jī)的裝配序列，實(shí)現(xiàn)了水輪發(fā)電機(jī)的虛擬裝配仿真。實(shí)際工程應(yīng)用證明，水電站廠房模型三維仿真系統(tǒng)增強(qiáng)了模型的逼真度，有助于廠房管理人員快速熟悉掌握廠房及水輪發(fā)電機(jī)的復(fù)雜構(gòu)造。

關(guān)鍵詞：AutoCAD；CATIA；3DVIA Composer；水電站廠房；三維仿真

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）32-7727-04

Abstract： This paper finishes the three-dimension models of hydropower house based on AutoCAD and CATIA. Then integrate models using the 3DVIA Composer， import the CATIA and CAD models， edit and then output the animation and high-resolution images of hydropower house. According to the composition of the Francis turbine-generator units， make a plan for the assembly process of the turbine-generator units， achieve virtual assembly of the turbine-generator units based on 3DVIA Composer. Through the application of the 3D simulation system of hydropower house in practice engineering， increases the models stereoscopic and immediacy， and contributes to the administrators to grasp the complex structure of the hydropower house and turbine-generator units.

Key words： AutoCAD； CATIA； 3DVIA Composer； Hydropower house； Three-dimensional simulation

虛擬仿真技術(shù)是當(dāng)今CAD研究與應(yīng)用的重要技術(shù)。水電站廠房是水利樞紐工程中的核心建筑物，水輪發(fā)電機(jī)是水電站廠房的關(guān)鍵點(diǎn)。廠房模型量較大，各個(gè)建筑物之間的相對(duì)關(guān)系復(fù)雜，且發(fā)電機(jī)組處于地下廠房?jī)?nèi)部，難于觀察。開(kāi)發(fā)水電站廠房模型三維仿真系統(tǒng)，將廠房?jī)?nèi)部復(fù)雜構(gòu)造清晰的表達(dá)，同時(shí)將水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)裝配以虛擬動(dòng)畫(huà)的形式形象、生動(dòng)地展現(xiàn)出來(lái)。該文采用AutoCAD軟件對(duì)廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)建，采用CATIA三維制圖軟件對(duì)水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行創(chuàng)建，采用3DVIA Composer軟件輸出水輪發(fā)電機(jī)虛擬裝配演示動(dòng)畫(huà)和廠房高清圖片。

1 水電站廠房三維模型的創(chuàng)建

三維模型是水電站廠房模型三維仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，三維模型包含水電站廠房的土建部分和廠房?jī)?nèi)部的發(fā)電設(shè)備。由于3DVIA Composer是一套模型集成演示軟件，不是專業(yè)的建模軟件[1]，需要借助常用的大型三維建模軟件進(jìn)行三維模型的創(chuàng)建，通過(guò)分析比較筆者選用AutoCAD進(jìn)行水電站廠房土建部分三維模型的創(chuàng)建，選用CATIA對(duì)廠房?jī)?nèi)部水輪發(fā)電機(jī)的三維模型進(jìn)行創(chuàng)建。

1.1 基于AutoCAD的水電站廠房三維模型創(chuàng)建

AutoCAD（Auto Computer Aided Design）是美國(guó)Autodesk公司首次于1982年生產(chǎn)的自動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于土木建筑、裝飾裝潢、城市規(guī)劃、園林設(shè)計(jì)、電子電路、機(jī)械設(shè)計(jì)、航空航天、輕工化工等諸多領(lǐng)域。AutoCAD三維模型主要有線框模型，曲面模型和實(shí)體模型。由于廠房結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，建模前，先根據(jù)二維平面圖紙將廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃，主要包括主廠房和副廠房，主廠房自上而下又分為發(fā)電機(jī)層、電氣夾層、水輪機(jī)層及蝸殼層等。其次，將基本體、二維圖形經(jīng)拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠、放樣等變幻為基本三維體，再通過(guò)并、差、交等布爾運(yùn)算和各種編輯操作獲得與圖紙相符的廠房結(jié)構(gòu)。圖1就是利用AutoCAD創(chuàng)建的水電站廠房三維模型。

本次動(dòng)畫(huà)設(shè)定時(shí)間為60秒，為能全角度地觀察水輪發(fā)電機(jī)裝配體的外觀特征，設(shè)置水輪發(fā)電機(jī)繞Y軸旋轉(zhuǎn)一周，將時(shí)間線移到1s處，設(shè)置照相機(jī)關(guān)鍵幀，記錄旋轉(zhuǎn)開(kāi)始的視點(diǎn)，再將時(shí)間線移至3s處，將裝配體繞Y軸旋轉(zhuǎn)一周，在時(shí)間軸上自動(dòng)創(chuàng)建了3s時(shí)的攝像機(jī)關(guān)鍵幀，則在1～3s內(nèi)，裝配體將繞Y軸旋轉(zhuǎn)一周。

之后根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)的裝配樹(shù)結(jié)構(gòu)，生成裝配體的爆炸視圖即設(shè)置裝配體的拆卸順序，自上而下主要包括上機(jī)架—定子—轉(zhuǎn)子—下機(jī)架—水輪機(jī)，其中水輪機(jī)結(jié)構(gòu)中的各零部件在拆卸過(guò)程中也要一一分離出來(lái)。應(yīng)用變換工具生成爆炸視圖，按拆卸順序分別設(shè)置每個(gè)零部件的爆炸路徑，在時(shí)間軸上設(shè)置每個(gè)零部件的拆卸時(shí)間長(zhǎng)度為2s。單擊“播放動(dòng)畫(huà)”觀察動(dòng)畫(huà)，適當(dāng)改變關(guān)鍵幀位置，調(diào)整拆卸順序和運(yùn)動(dòng)速度。

裝配體的裝配過(guò)程為拆卸過(guò)程的逆過(guò)程，解除爆炸視圖完成裝配過(guò)程?？梢酝ㄟ^(guò)選擇所有拆卸過(guò)程的關(guān)鍵幀，復(fù)制到拆卸動(dòng)畫(huà)后2s，選擇時(shí)間反轉(zhuǎn)即可。完成動(dòng)畫(huà)之后，渲染輸出“.avi”格式，利用Vegas軟件進(jìn)行配音加字幕，一個(gè)完整的仿真動(dòng)畫(huà)就制作完成了。

2.2 水電站廠房結(jié)構(gòu)三維模型高清圖片的制作

打開(kāi)3DVIA Composer軟件，將創(chuàng)建完成的水輪發(fā)電機(jī)組和廠房三維模型按照他們的相對(duì)位置關(guān)系集成，通過(guò)鼠標(biāo)的旋轉(zhuǎn)、平移和縮放操作，將模型以合適的視角在視口中顯示，便于操作和觀察。設(shè)置不透明性可以觀察廠房?jī)?nèi)部的機(jī)組和廠房的層次結(jié)構(gòu)，采用剖切可以觀察廠房的斷面圖，能更加直觀的了解廠房的層次機(jī)構(gòu)。下面主要介紹3DVIA Composer中的消隱、剖切和光影效果等功能輸出廠房的高清圖片。

在窗口上側(cè)“作者”下選擇“創(chuàng)建切除面”，根據(jù)出現(xiàn)的紅色箭頭選擇切除面的方向創(chuàng)建切除面，移動(dòng)切除面到合適位置以剖切三維模型。3DVIA Composer中光影顯示效果分為模型自身顯示和燈光效果顯示，在“渲染”菜單中，選擇不同模型或燈光模式，可設(shè)置不同的顯示效果。調(diào)整視口中模型的視角，點(diǎn)擊“主頁(yè)”下的“高分辨率圖像”來(lái)輸出圖片，在彈出的“工作間”面板可設(shè)置圖片的大小，將圖片另存為常用的“.jpg”格式。如圖5、圖6分別為主廠房的縱剖面圖和發(fā)電機(jī)組裝配圖。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文借助AutoCAD和CATIA軟件，完成了水電站廠房和水輪發(fā)電機(jī)組三維實(shí)體模型的創(chuàng)建，采用3DVIA Composer軟件制作輸出水輪發(fā)電機(jī)虛擬裝配演示動(dòng)畫(huà)和廠房高清圖片，成功開(kāi)發(fā)水電站廠房模型三維仿真系統(tǒng)，增強(qiáng)了模型的立體感和逼真度，有助于廠房管理人員快速熟悉掌握廠房及水輪發(fā)電機(jī)的復(fù)雜構(gòu)造，為之后電站廠房的虛擬漫游和安全監(jiān)測(cè)研究提供了有力支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李南輝，李洋波，王飛.基于Virtools的水電站廠房可視化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2013，9（4）： 2464-2466.

[2] 馬偉，張海英，雷賢卿. CATIA V5 R16曲面造型及逆向設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[3] 詹熙達(dá).CATIA V5產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[4] 張志利，褚識(shí)廣，龍勇，等.基于CATIA和3DVIA Composer的液壓元件虛擬裝配仿真[C].全國(guó)先進(jìn)制造技術(shù)高層論壇暨第九屆制造業(yè)自動(dòng)化與信息化技術(shù)研討會(huì)論文集，2010.endprint

摘要：該文以AutoCAD和CATIA為平臺(tái)，建立了水電站廠房的三維模型，采用3DVIA Composer軟件進(jìn)行模型集成，將CATIA等CAD軟件產(chǎn)品導(dǎo)入，經(jīng)過(guò)編輯輸出水電站廠房的演示動(dòng)畫(huà)和高清圖片。同時(shí)根據(jù)混流式水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理規(guī)劃了水輪發(fā)電機(jī)的裝配序列，實(shí)現(xiàn)了水輪發(fā)電機(jī)的虛擬裝配仿真。實(shí)際工程應(yīng)用證明，水電站廠房模型三維仿真系統(tǒng)增強(qiáng)了模型的逼真度，有助于廠房管理人員快速熟悉掌握廠房及水輪發(fā)電機(jī)的復(fù)雜構(gòu)造。

關(guān)鍵詞：AutoCAD；CATIA；3DVIA Composer；水電站廠房；三維仿真

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）32-7727-04

Abstract： This paper finishes the three-dimension models of hydropower house based on AutoCAD and CATIA. Then integrate models using the 3DVIA Composer， import the CATIA and CAD models， edit and then output the animation and high-resolution images of hydropower house. According to the composition of the Francis turbine-generator units， make a plan for the assembly process of the turbine-generator units， achieve virtual assembly of the turbine-generator units based on 3DVIA Composer. Through the application of the 3D simulation system of hydropower house in practice engineering， increases the models stereoscopic and immediacy， and contributes to the administrators to grasp the complex structure of the hydropower house and turbine-generator units.

Key words： AutoCAD； CATIA； 3DVIA Composer； Hydropower house； Three-dimensional simulation

虛擬仿真技術(shù)是當(dāng)今CAD研究與應(yīng)用的重要技術(shù)。水電站廠房是水利樞紐工程中的核心建筑物，水輪發(fā)電機(jī)是水電站廠房的關(guān)鍵點(diǎn)。廠房模型量較大，各個(gè)建筑物之間的相對(duì)關(guān)系復(fù)雜，且發(fā)電機(jī)組處于地下廠房?jī)?nèi)部，難于觀察。開(kāi)發(fā)水電站廠房模型三維仿真系統(tǒng)，將廠房?jī)?nèi)部復(fù)雜構(gòu)造清晰的表達(dá)，同時(shí)將水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)裝配以虛擬動(dòng)畫(huà)的形式形象、生動(dòng)地展現(xiàn)出來(lái)。該文采用AutoCAD軟件對(duì)廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)建，采用CATIA三維制圖軟件對(duì)水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行創(chuàng)建，采用3DVIA Composer軟件輸出水輪發(fā)電機(jī)虛擬裝配演示動(dòng)畫(huà)和廠房高清圖片。

1 水電站廠房三維模型的創(chuàng)建

三維模型是水電站廠房模型三維仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，三維模型包含水電站廠房的土建部分和廠房?jī)?nèi)部的發(fā)電設(shè)備。由于3DVIA Composer是一套模型集成演示軟件，不是專業(yè)的建模軟件[1]，需要借助常用的大型三維建模軟件進(jìn)行三維模型的創(chuàng)建，通過(guò)分析比較筆者選用AutoCAD進(jìn)行水電站廠房土建部分三維模型的創(chuàng)建，選用CATIA對(duì)廠房?jī)?nèi)部水輪發(fā)電機(jī)的三維模型進(jìn)行創(chuàng)建。

1.1 基于AutoCAD的水電站廠房三維模型創(chuàng)建

AutoCAD（Auto Computer Aided Design）是美國(guó)Autodesk公司首次于1982年生產(chǎn)的自動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于土木建筑、裝飾裝潢、城市規(guī)劃、園林設(shè)計(jì)、電子電路、機(jī)械設(shè)計(jì)、航空航天、輕工化工等諸多領(lǐng)域。AutoCAD三維模型主要有線框模型，曲面模型和實(shí)體模型。由于廠房結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，建模前，先根據(jù)二維平面圖紙將廠房結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃，主要包括主廠房和副廠房，主廠房自上而下又分為發(fā)電機(jī)層、電氣夾層、水輪機(jī)層及蝸殼層等。其次，將基本體、二維圖形經(jīng)拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠、放樣等變幻為基本三維體，再通過(guò)并、差、交等布爾運(yùn)算和各種編輯操作獲得與圖紙相符的廠房結(jié)構(gòu)。圖1就是利用AutoCAD創(chuàng)建的水電站廠房三維模型。

本次動(dòng)畫(huà)設(shè)定時(shí)間為60秒，為能全角度地觀察水輪發(fā)電機(jī)裝配體的外觀特征，設(shè)置水輪發(fā)電機(jī)繞Y軸旋轉(zhuǎn)一周，將時(shí)間線移到1s處，設(shè)置照相機(jī)關(guān)鍵幀，記錄旋轉(zhuǎn)開(kāi)始的視點(diǎn)，再將時(shí)間線移至3s處，將裝配體繞Y軸旋轉(zhuǎn)一周，在時(shí)間軸上自動(dòng)創(chuàng)建了3s時(shí)的攝像機(jī)關(guān)鍵幀，則在1～3s內(nèi)，裝配體將繞Y軸旋轉(zhuǎn)一周。

之后根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)的裝配樹(shù)結(jié)構(gòu)，生成裝配體的爆炸視圖即設(shè)置裝配體的拆卸順序，自上而下主要包括上機(jī)架—定子—轉(zhuǎn)子—下機(jī)架—水輪機(jī)，其中水輪機(jī)結(jié)構(gòu)中的各零部件在拆卸過(guò)程中也要一一分離出來(lái)。應(yīng)用變換工具生成爆炸視圖，按拆卸順序分別設(shè)置每個(gè)零部件的爆炸路徑，在時(shí)間軸上設(shè)置每個(gè)零部件的拆卸時(shí)間長(zhǎng)度為2s。單擊“播放動(dòng)畫(huà)”觀察動(dòng)畫(huà)，適當(dāng)改變關(guān)鍵幀位置，調(diào)整拆卸順序和運(yùn)動(dòng)速度。

裝配體的裝配過(guò)程為拆卸過(guò)程的逆過(guò)程，解除爆炸視圖完成裝配過(guò)程?？梢酝ㄟ^(guò)選擇所有拆卸過(guò)程的關(guān)鍵幀，復(fù)制到拆卸動(dòng)畫(huà)后2s，選擇時(shí)間反轉(zhuǎn)即可。完成動(dòng)畫(huà)之后，渲染輸出“.avi”格式，利用Vegas軟件進(jìn)行配音加字幕，一個(gè)完整的仿真動(dòng)畫(huà)就制作完成了。

2.2 水電站廠房結(jié)構(gòu)三維模型高清圖片的制作

打開(kāi)3DVIA Composer軟件，將創(chuàng)建完成的水輪發(fā)電機(jī)組和廠房三維模型按照他們的相對(duì)位置關(guān)系集成，通過(guò)鼠標(biāo)的旋轉(zhuǎn)、平移和縮放操作，將模型以合適的視角在視口中顯示，便于操作和觀察。設(shè)置不透明性可以觀察廠房?jī)?nèi)部的機(jī)組和廠房的層次結(jié)構(gòu)，采用剖切可以觀察廠房的斷面圖，能更加直觀的了解廠房的層次機(jī)構(gòu)。下面主要介紹3DVIA Composer中的消隱、剖切和光影效果等功能輸出廠房的高清圖片。

在窗口上側(cè)“作者”下選擇“創(chuàng)建切除面”，根據(jù)出現(xiàn)的紅色箭頭選擇切除面的方向創(chuàng)建切除面，移動(dòng)切除面到合適位置以剖切三維模型。3DVIA Composer中光影顯示效果分為模型自身顯示和燈光效果顯示，在“渲染”菜單中，選擇不同模型或燈光模式，可設(shè)置不同的顯示效果。調(diào)整視口中模型的視角，點(diǎn)擊“主頁(yè)”下的“高分辨率圖像”來(lái)輸出圖片，在彈出的“工作間”面板可設(shè)置圖片的大小，將圖片另存為常用的“.jpg”格式。如圖5、圖6分別為主廠房的縱剖面圖和發(fā)電機(jī)組裝配圖。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文借助AutoCAD和CATIA軟件，完成了水電站廠房和水輪發(fā)電機(jī)組三維實(shí)體模型的創(chuàng)建，采用3DVIA Composer軟件制作輸出水輪發(fā)電機(jī)虛擬裝配演示動(dòng)畫(huà)和廠房高清圖片，成功開(kāi)發(fā)水電站廠房模型三維仿真系統(tǒng)，增強(qiáng)了模型的立體感和逼真度，有助于廠房管理人員快速熟悉掌握廠房及水輪發(fā)電機(jī)的復(fù)雜構(gòu)造，為之后電站廠房的虛擬漫游和安全監(jiān)測(cè)研究提供了有力支撐。

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