3DS MAX虚拟施工在输电线路中的应用

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[摘 要]虚拟施工包含多个领域,其主要支撑技术包括:虚拟现实技术、计算机仿真技术、建模与优化技术以及相关的软硬件技术。本文介绍了采用3ds max 8开发的虚拟施工课件,主要应用于:施工技术交底、现场实地分析、新技术可行性分析、工器具模型设计,通过对规划、设计、施工、管理等综合考虑,使技术、经济和时间上最优化组合,实现效益最大化。三维虚拟施工在送变电领域有很大的发展空间。

[关键词]虚拟施工 3ds max 计算机仿真技术 三维

[中图分类号]TP[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)02-0095-02

1 送电虚拟施工简介

虚拟施工是采用信息技术将现场的实际施工过程在计算机上的虚拟实现。它采用虚拟现实和结构仿真等技术,在计算机等设备的支持下,通过计算机群组协同工作,对施工活动中的人力、物力、材料、施工方法、信息流动过程等进行全面的仿真再现,以发现过程中可能出现的问题,在行动之前采取预防措施,从而达到项目的可控性,增强施工过程中的决策、优化与控制能力。虚拟施工不消耗现实资源和能量,所进行的过程是虚拟的,能够有效的指导实际施工。

在三维建模与显示、施工方案布局、动画仿真与控制、方案优化与设备监控等关键技术的基础上,基于三维图形引擎,自主开发了:基础施工、铁塔建模、铁塔施工、工器具建模、跨越施工等虚拟施工系统。借助虚拟系统,用户可以在可视化的系统平台上,对现场进行技术性研究,对新技术进行虚拟预演,保障施工在可控状态下进行。

2 3D Studio MAX 简介

3D Studio MAX是Kinetix公司推出的一套强大的三维建模软件,由于它是基于Win NT 或Win98平台的,方便易学,又因其相对低廉的价格优势,所以成为目前个人PC上最为流行的三维建模软件。其8.0版本的推出,更是巩固了它在个人PC平台上的地位。它的8.0版本相较以前的版本有了明显的改进,具体表现在以下几个方面:

(1)工作流模式使得工作组的协调更容易,效率更高;

(2)易用性的改进。操作界面的改进是Release 8.0版本的最显著的变化,除了外观的变化之外,R8.0版本还增加了诸如用户自定义界面、宏记录、插件代码、变换Gizmo、轨迹条等功能;

(3)渲染的改进。Autodesk公司在收购了以渲染和视频技术闻名的Discreet Logic公司,吸收了该公司的先进技术,3D MAX R3 对其渲染器几乎做了重新设计,不仅增加了渲染的速度,而且提高了画面渲染的质量;

(4)建模技术的增强。建模技术的增强是3D Studio MAX最重要、最突出的改进,这也是在虚拟现实系统构建中应用它的一个有力的原因。

3 开发步骤见流程图

4 3DS MAX 在送电虚拟施工构建过程中的应用

如前所述,送电虚拟施工动画要求实时动态逼真地模拟环境。虚拟场景的构造主要有以下途径:基于模型的方法和IBR(基于图像的绘制)方法两种。这两种方法都可以在3DS MAX中加以实现。

(1)多边形建模。多边形建模技术是最早采用的一种建模技术,它的思想很简单,就是用小平面来模拟曲面,从而制作出各种形状的三维物体,小平面可以是三角形、矩形或其他多边形但实际中多是三角形或矩形。例如:在虚拟基础分坑找正时的应用,见图1

(2)NURBS建模。NURBS是Non-Uniform Rational B-Splines(非均匀有理B样条曲线)的缩写,它纯粹是计算机图形学的一个数学概念。NURBS建模技术是最近多年来三维动画最主要的建模方法之一,特别适合于创建光滑的、复杂的模型,而且在应用的广泛性和模型的细节逼真性方面具有其他技术无可比拟的优势。但由于NURBS建模必须使用曲面片作为其基本的建模单元,所以它也有以下局限性:NURBS曲面只有有限的几种拓扑结构,导致它很难制作拓扑结构很复杂的物体(例如带空洞的物体);NURBS曲面片的基本结构是网格状的,若模型比较复杂,会导致控制点急剧增加而难于控制;构造复杂模型时经常需要裁剪曲面,但大量裁剪容易导致计算错误;NURBS技术很难构造“带有分枝的”物体。例如:在构建带电跨越场景中应用,见图2

(3)细分曲面技术。细分曲面技术是1998年才引入的三维建模方法,它解决了NURBS技术在建立曲面时面临的困难,它使用任意多面体作为控制网格,然后自动根据控制网格来生成平滑的曲面。细分曲面技术的网格可以是任意形状,因而可以很容易地构造出各种拓扑结构,并始终保持整个曲面的光滑性。细分曲面技术的另一个重要特点是“细分”,就是只在物体的局部增加细节,而不必增加整个物体的复杂程度,同时还能维持增加了细节的物体的光滑性。例如:在制作紧线器中的应用,见图3

(4)在虚拟现实作品制作时应当遵循一个原则:在能够保证视觉效果的前提下,尽量采用比较简单的模型,能够用参数化方法构建的对象尽量用参数化方法;同时,在模型创作过程中,对模型进行分割,分别建模,以利于在虚拟现实系统中进行操作和考察。

对于复杂对象的运动或原理演示,我们可以预先将对象的运动和说明做成动画存为avi文件,然后等待VR系统合适的触发事件,播放该avi文件即可。例如:在组塔虚拟施工动画中的应用,见图4、图5、图6,铁塔为云广±800kV输电工程16标的“干”字形塔,塔型为Z27-41,铁塔呼高为60米。

5 结语

虚拟送电施工技术是通过应用虚拟现实、计算机仿真等技术对实际送电施工过程进行计算机模拟和分析,达到对施工过程的事前控制和动态管理,以优化施工方案。虚拟施工将在输电线路施工中以及企业员工技能培训等方面起到很大的作用,并在设计创新方向有大的提升空间,具有相当大的经济效益和实用意义。

[参考文献]

[1] Heung-Yeung Shum and Li-Wee He . Rendering with Concentric Mosaics.SIGGRAPH’99.

[2] 3ds max8从入门到精通.人民邮电出版社.

[3] 3ds max8工业设计实例解析.电子工业出版社.

[4] 3ds max8建筑实例解析.电子工业出版社.

[5] 3ds max动画制作.清华大学出版社.

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