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標(biāo)題: 三維設(shè)計跨平臺聯(lián)合應(yīng)用研究與實踐 [打印本頁]

作者: 寂靜天花板 時間: 2016-8-23 14:26
標(biāo)題: 三維設(shè)計跨平臺聯(lián)合應(yīng)用研究與實踐
本帖最后由寂靜天花板于 2016-8-23 16:32 編輯

隨著計算機軟、硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，三維協(xié)同設(shè)計、BIM技術(shù)逐漸成為主流，不斷引領(lǐng)包括水利工程在內(nèi)的各傳統(tǒng)行業(yè)向前發(fā)展。為順應(yīng)時代發(fā)展潮流，國內(nèi)各設(shè)計公司均紛紛成立數(shù)字工程中心，采用目前主流三維設(shè)計平臺軟件Bentley公司的MicroStation三維設(shè)計系列軟件其他廠商的三維設(shè)計軟件對傳統(tǒng)水利工程進(jìn)行三維協(xié)同設(shè)計。

“術(shù)業(yè)有專攻”，任何一家科技公司，無論多么強大，也無法在各方面都做得最好，而在水利工程設(shè)計領(lǐng)域，涉及到方方面面的技術(shù)問題非常多，比如工程位置和線路規(guī)劃、建筑物選型、水力計算、結(jié)構(gòu)計算、水文、地質(zhì)、特殊土處理等等，采用單一平臺軟件往往無法滿足工程設(shè)計要求，也不可能在各方面都做得最好。為此，在進(jìn)行三維協(xié)同設(shè)計時，跨平臺聯(lián)合應(yīng)用就顯得尤為重要，通過發(fā)揮不同平臺的優(yōu)勢，取長補短，可高效高質(zhì)量的完成工程設(shè)計，發(fā)揮三維設(shè)計成果的最大利用價值。
在部分工程項目設(shè)計和開發(fā)中，嘗試通過以Bentley公司的MicroStation系列三維設(shè)計平臺為核心，聯(lián)合Esri公司的ArcGis地理信息系列平臺、DHI公司的Mike洪水分析平臺、World Machine地形制作平臺以及Epic公司的Unreal Engine三維開發(fā)平臺，共同完成了從前期工程三維設(shè)計到后期運用管理各階段的工作，充分發(fā)揮了三維設(shè)計的優(yōu)勢，在此對三維設(shè)計跨平臺聯(lián)合應(yīng)用的經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)，以供從事三維設(shè)計的同行借鑒。

（1）采用Bentley公司的MicroStation (SS3)和AECOsim Building Designer進(jìn)行三維設(shè)計，得到各建筑物精確三維信息模型，見圖1。

圖1 前坪水庫工程三維信息模型

（2）以工程三維模型為參考，采用Bentley公司的場地開挖模塊GEOPAK Civil進(jìn)行三維開挖，包括各建筑物地基開挖和河道治理擴挖，最后得到開挖后的地形場景，見圖2。

圖2 前坪水庫工程場地開挖模型

（3）將開挖后的場地以.xml格式導(dǎo)出，并在DHI公司的Mike洪水分析軟件中作為基礎(chǔ)DEM地形進(jìn)行網(wǎng)格剖分和高程插值，以便進(jìn)行洪水分析計算。見圖3。

圖3 采用GEOPAK開挖后的三維地形在MIKE中作為底圖剖分的計算網(wǎng)格

（4）采用DHI公司的Mike 11、Mike 21和Mike Flood模塊構(gòu)建潰壩洪水分析計算模型，得到各時刻洪水要素，包括水深、流速、流向、水位等在二維空間中的分布數(shù)據(jù)。見圖4。

圖4 采用DHI公司的Mike平臺計算的潰堤洪水演進(jìn)結(jié)果圖

（5）將MicroStation平臺得到的各建筑物三維模型、開挖后的場地模型以及洪水計算結(jié)果在DHI公司的MIKE Animator模塊中整合起來，制作前坪水庫三維潰堤洪水模擬場景，實現(xiàn)洪水的動態(tài)演示、洪水要素實時查詢等功能。見圖5~圖8。

圖5 將開挖后的場地模型和各建筑物三維模型在MIKE Animator中整合起來

圖6 將三維模型和洪水計算結(jié)果在MIKE Animator平臺中整合起來

圖7 在MIKE Animator平臺中進(jìn)行洪水演進(jìn)動態(tài)演示(一)

圖8 在MIKE Animator平臺中進(jìn)行洪水演進(jìn)動態(tài)演進(jìn)(二)

Bentley公司以MicroStation為核心的三維設(shè)計平臺系列軟件具有很多獨特的優(yōu)點，其中包括：1）覆蓋面廣，幾乎涵蓋所有專業(yè)；2）擁有自己的一套嚴(yán)格的坐標(biāo)定位體系，為精確建模和模型定位組裝奠定堅實的基礎(chǔ)；3）參數(shù)化建模和信息化模型體系，即提升了工作效率，又能充分發(fā)揮三維模型的價值，并便于后期的管理；4）以ProjectWise為核心的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計平臺，真正實現(xiàn)了多專業(yè)在線協(xié)同設(shè)計。而DHI公司的Mike洪水分析平臺軟件則是目前世界上最為先進(jìn)成熟的洪水分析計算軟件，可構(gòu)建包括湖泊、海洋、河流等各類型水力分析計算模型，得到洪水演進(jìn)過程中任意時刻和位置的洪水要素，包括水位、水深、流速、流向等。本項目通過跨兩個平臺的聯(lián)合應(yīng)用，既解決了工程設(shè)計過程中的重要難題，也充分發(fā)揮了三維協(xié)同設(shè)計的優(yōu)勢，讓三維信息化模型在各階段均發(fā)揮了更大的利用價值。

（6）采用ArcGis從航拍影像圖、地勢圖中提取了等高線、公路、房屋、河流等特征地形地物輪廓，生成低精度地形等高線和DEM高程灰度圖（高程點間接60m），見圖9、圖10。

圖9 利用ArcGIS從航拍影像圖中提取公路、河流和房屋輪廓

圖10 利用ArcGIS從地勢圖中提取的低精度等高線和生成的DEM灰度圖

（7）由于等高線和DEM精度較低，無法描繪河流、公路、沖溝形態(tài)，以此建立的地形模型將無法滿足工程三維設(shè)計需要。為此，在保證地形整體高程不變的情況下，通過采用World Machine地形制作平臺，以低精度DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過導(dǎo)入公路、河流輪廓走向，并設(shè)置相應(yīng)高程和形態(tài)參數(shù)，逐步將低精度地形雕刻成包含河流、沖溝、雨水沖刷與侵蝕痕跡的高精度逼真地形，最終生成高精度地形模型（以.obj格式導(dǎo)出）和地面紋理圖（以分瓦片.jpg格式導(dǎo)出），以供三維設(shè)計平臺使用，見圖11~圖13。

圖11 地形制作平臺-World Machine結(jié)點設(shè)備網(wǎng)

圖12 通過World Machine平臺雕刻的高精度逼真地形模型

圖13 通過World Machine平臺生成的高精度地形紋理圖

（8）將高精度地形模型、公路居民房屋等地物輪廓、地形紋理圖等導(dǎo)入以MicroStation為核心的三維設(shè)計平臺里進(jìn)行工程三維設(shè)計，建立公路、跨河橋梁、居民房屋等地面附屬物的精確三維模型，順利完成三維設(shè)計，見圖14、圖15。

圖14 在MicroStation三維設(shè)計平臺里制作的公路三維場景渲染圖

圖15 在MicroStation三維設(shè)計平臺里制作的涵洞泄洪渲染圖

對于處于前期階段的工程設(shè)計來說，由于缺乏實測資料，無法采用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行三維協(xié)同設(shè)計，為此需要借助于類似于ArcGIS和World Machine這樣的平臺通過間接手段獲取資料，前者提供了強大了信息提取、數(shù)據(jù)處理及空間分析功能，而后者可以混合不同的地形要素制作各種逼真的地形地貌效果。
尼日尼亞菲利亞公路項目由于缺乏實測地形資料，首先通過采用ArcGis平臺從航拍影像圖、地勢圖中提取了等高線、公路、房屋、河流等特征地形地物輪廓，生成了低精度地形等高線和DEM高程灰度圖，然后再通過采用World Machine雕刻修飾地形，最終得到包含河流、沖溝、雨水沖刷與侵蝕痕跡的高精度逼真地形模型和紋理圖，為后續(xù)采用以MicroStation為核心的三維設(shè)計平臺里進(jìn)行三維設(shè)計打下基礎(chǔ)。

作者: 我走更遠(yuǎn) 時間: 2016-8-23 16:20
圖片很漂亮，原來是高端論文啊。如果以后都應(yīng)用了，城市規(guī)劃就更好了，不會一下大雨就水浸了，還淹死人。

作者: 沒有這個人 時間: 2016-8-23 16:46
這么神奇嗎，

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