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篇1

關(guān)鍵詞 生物建模；粒子動(dòng)態(tài)；動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2013）83-0204-02

1生物建模技術(shù)的數(shù)據(jù)源

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)平臺(tái)系統(tǒng)從各個(gè)角度,不同路徑設(shè)置,形象地展示集聲音、粒子動(dòng)畫(huà)方案的設(shè)計(jì)效果展示。使客戶可以身臨其境的在三維虛擬空間感受到方案完成后的動(dòng)態(tài)效果，有利于更加清晰的規(guī)劃方案，確定方案的合理性與可行性。

針對(duì)幾何對(duì)象的設(shè)置方案和無(wú)縫編輯的生物建模技術(shù)的分類(lèi)研究。

創(chuàng)建對(duì)象的幾何模型分為 stand primitie與 extended primitie兩種創(chuàng)建方式為幾何模型對(duì)象內(nèi)部所固有的有著幾何性質(zhì)的可編輯的抽象模型，它們也可以作為基礎(chǔ)模型輔助高級(jí)模型的創(chuàng)建，其精度線段細(xì)分都可以通過(guò)修改面板進(jìn)行調(diào)節(jié)。幾何模型所表現(xiàn)的屬性性質(zhì)可分為子層級(jí)，子層級(jí)內(nèi)部可以分層編輯修改，最終完成基礎(chǔ)模型的創(chuàng)建工作，修改包括三維幾何體對(duì)象的基本點(diǎn)、線、面、多邊形形態(tài)的子層級(jí)，反映幾何體對(duì)象的面層級(jí)的特點(diǎn)；在三維仿真平臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)用中體現(xiàn)要求的說(shuō)明信息等。

2 三維建模的技術(shù)分類(lèi)

我們通過(guò)不同的設(shè)計(jì)方案完成初步草圖的設(shè)定,以及建筑模型的平面、立面設(shè)計(jì),或是應(yīng)用圖形圖像資源庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)幾何體來(lái)完成初始模型的創(chuàng)建工作。細(xì)致模型的創(chuàng)建需要通過(guò)無(wú)縫編輯的生物模型來(lái)完成,或是根據(jù)不同的造型結(jié)構(gòu),通過(guò)物體合成命令來(lái)完成建筑模型的最終創(chuàng)建工作。建筑的不同環(huán)境效果和不同材質(zhì)的劃分以模型的不同面的表現(xiàn)來(lái)區(qū)分,并根據(jù)不同的分隔面來(lái)設(shè)置不同的ID號(hào)碼,通過(guò)不同的ID號(hào)碼由系統(tǒng)來(lái)區(qū)分不同的材質(zhì)連接屬性。

目前，根據(jù)模型的分類(lèi)差異，三維建模在計(jì)算機(jī)仿真領(lǐng)域中技術(shù)上分為幾何建模類(lèi)型和動(dòng)態(tài)建模類(lèi)型。

3 靜態(tài)三維模型庫(kù)數(shù)據(jù)的獲取

模型庫(kù)建立的難度主要在三維模型建模的精模與低模的轉(zhuǎn)化過(guò)程，在三維模型創(chuàng)建之前，首先需要數(shù)字資源的收集整理,主要包括 DWG地圖和地形的測(cè)量數(shù)據(jù)、航拍、設(shè)計(jì)圖紙、以及常用模型的數(shù)據(jù)資源等數(shù)據(jù)資料。三維仿真系統(tǒng)中建立模型資源庫(kù),針對(duì)靜態(tài)三維模型而創(chuàng)建的,為了方便靜態(tài)模型資源的重復(fù)利用,以及方便靜態(tài)模型的資源管理和模型信息升級(jí),因此設(shè)置模型信息分類(lèi)存儲(chǔ)。

靜態(tài)模型資源庫(kù)大致分為以下幾類(lèi):建筑三維模型以及公共設(shè)施附屬模型：地標(biāo)性建筑模型；交通設(shè)施模型；公共模型設(shè)施；綠化植被模型；水體模型；景觀及游樂(lè)設(shè)施；模型庫(kù)資源的建立主要是由AutoCAD和3DSMAX來(lái)完成的。

在 AutoCAD中完成三維場(chǎng)景的平面圖創(chuàng)建后，將其導(dǎo)入3 DSMAX中，進(jìn)行地面模型的創(chuàng)建，并且分割地形、地勢(shì)，以便之后三維模型的面數(shù)與貼圖的賦予不產(chǎn)生面的軸向 UV問(wèn)題。應(yīng)用3DSMAX進(jìn)行初使模型的創(chuàng)建，由于造型能力強(qiáng)，并且可以很好的與仿真軟件進(jìn)行模型的應(yīng)用導(dǎo)入，因此常用于虛擬仿真的三維建模部分，模型有很強(qiáng)的仿真立體效果。植物模型的創(chuàng)建，一般植物建模通常面數(shù)很高，也就產(chǎn)生了數(shù)據(jù)量的問(wèn)題，因此現(xiàn)今植物建模的各種效果展示中真正的植物模型應(yīng)用比較少，通常是應(yīng)用大量的以面為單位的植物貼圖以達(dá)到場(chǎng)景中需要的視覺(jué)效果，尤其是應(yīng)用通道透明貼圖。三維模型創(chuàng)建完成后,通過(guò)三維仿真資源數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理和操作的。

三維模型資源庫(kù)將模型分為：高精度模型、中精度模型、低精度模型,方便三維仿真場(chǎng)景中對(duì)于近景、中景、遠(yuǎn)景的不同需求,當(dāng)攝影機(jī)跟隨路徑約束到視圖遠(yuǎn)景時(shí),所顯示的模型為低精度模型,如此可以大量的節(jié)省場(chǎng)景中模型的計(jì)算量,以達(dá)到實(shí)時(shí)交互的刷新頻率要求; 當(dāng)攝影機(jī)跟隨路徑約束到視圖近景時(shí),所顯示的模型為高精度模型, 保證了實(shí)時(shí)交互,對(duì)三維場(chǎng)景中的近景模型的高精度的視覺(jué)要求。三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)的模型資源表現(xiàn)了真實(shí)環(huán)境中的建筑模型合并到虛擬三維場(chǎng)景中的細(xì)節(jié)效果反應(yīng)，包括三維場(chǎng)景中的天空作為一個(gè)球天模型的環(huán)境貼圖對(duì)建筑模型群體的色彩影響。

4 粒子動(dòng)態(tài)現(xiàn)象的建模

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在虛擬環(huán)境中,創(chuàng)建靜態(tài)的三維幾何體模型的交互效果顯示，對(duì)于實(shí)時(shí)仿真來(lái)說(shuō)是無(wú)法滿足用戶的視覺(jué)顯示效果要求的，三維物體的性質(zhì)還涉及動(dòng)態(tài)模型的應(yīng)用,從三維物體運(yùn)動(dòng)的位置改變、以及物體之間的相互碰撞、三維模型的角度捕獲、物體的縮放變形、以及三維模型的子層集表面變形等等。我們以視圖坐標(biāo)為中心，以運(yùn)動(dòng)的物體自身坐標(biāo)進(jìn)行軸向的運(yùn)動(dòng)變化。三維場(chǎng)景中的每個(gè)對(duì)象都有一個(gè)自身坐標(biāo)，物體可以以自身為軸向進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，這樣的坐標(biāo)稱(chēng)為自身坐標(biāo)系統(tǒng)。這個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)的位置隨物體的移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、縮放而改變。通過(guò)關(guān)鍵幀的設(shè)置,完成需要的動(dòng)態(tài)模型創(chuàng)建。

針對(duì)三維場(chǎng)景還有一個(gè)世界坐標(biāo)，場(chǎng)景中的所有建筑模型都遵從于這個(gè)世界坐標(biāo)。通常動(dòng)態(tài)現(xiàn)象建模應(yīng)用粒子系統(tǒng)，以及動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，表現(xiàn)水景、云霧、風(fēng)、火焰等，水體模型建造在地形變化中起著重要的作用，同時(shí)是建筑表現(xiàn)效果的重要內(nèi)容，場(chǎng)景實(shí)時(shí)渲染的要求，通常應(yīng)用粒子系統(tǒng)完成水景動(dòng)態(tài)特效后輸出動(dòng)態(tài)文件，再將其以貼圖紋理的方式附予場(chǎng)景中的建立好的面片中。虛擬對(duì)象 reactor的空間綁定,這是配合粒子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),屬于物理建模方式,通過(guò)對(duì)于虛擬物體的空間綁定,確定 reactor的質(zhì)量、重量、摩擦力、慣性,以及物體的反彈參數(shù)值等等，這些特性與三維建模及其虛擬仿真平臺(tái)結(jié)合起來(lái)，形成一個(gè)虛擬模型空間。

5 結(jié)論

三維場(chǎng)景中的物理建模涉及到動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中比較高層次的模型創(chuàng)建，因?yàn)樗枰锢韺W(xué)中動(dòng)力學(xué)和重力系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相結(jié)合，涉及到動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中力的作用問(wèn)題，主要是三維模型的重力、摩擦力、反彈值。

除了人機(jī)交互中相互作用的系統(tǒng)程序應(yīng)用外,還有在計(jì)算機(jī)模擬三維仿真系統(tǒng)平臺(tái)中所呈現(xiàn)的粒子系統(tǒng)和動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，創(chuàng)建粒子系統(tǒng)的動(dòng)畫(huà)運(yùn)動(dòng)行為模型。使得虛擬仿真系統(tǒng)平臺(tái)可以自主性控制，也就是設(shè)定場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)信息后,用戶不與之交互,指三維物體的活動(dòng)變化以及周?chē)h(huán)境和其它運(yùn)動(dòng)實(shí)體模型之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，比如風(fēng)效、雨景特效等，它們不受用戶的輸入控制（也就是說(shuō)用戶不與之交互）。

參考文獻(xiàn)

[1]曾金發(fā).虛擬現(xiàn)實(shí)復(fù)雜場(chǎng)景生成簡(jiǎn)化和優(yōu)化技術(shù)研究[D]. 南京理工大學(xué)，2004.

[2]張文君.城市規(guī)劃中虛擬現(xiàn)實(shí)景觀設(shè)計(jì)及其應(yīng)用展望[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2005(35).

篇2

[關(guān)鍵字]三維仿真 城市規(guī)劃 城市仿真技術(shù)

[中圖分類(lèi)號(hào)] TU984 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2013）-5-295-1

1 三維仿真技術(shù)的概述

三維仿真技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)軟件模擬實(shí)際環(huán)境進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的技術(shù)，以模擬的方式為使用者創(chuàng)造一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)體對(duì)象變化與相互作用的三維圖形界面，使之在感知行為的逼真環(huán)境中，獲得一種身臨其境的感受。例如《韶關(guān)市城市規(guī)劃三維輔助決策系統(tǒng)》，利用地理信息系統(tǒng)、三維空間建模、遙感等現(xiàn)代信息技術(shù)，以數(shù)字地形數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)以及三維城市要素模型等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在三維虛擬空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)局部的規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)方案與區(qū)域景觀的實(shí)時(shí)、多方案綜合分析與決策。

2 三維仿真在城市規(guī)劃中應(yīng)用的意義

2.1 提供可視化功能支持

三維仿真技術(shù)可以依靠相關(guān)的軟件進(jìn)行輔助操作，對(duì)城市規(guī)劃方案和規(guī)劃過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠提供可視化的支持，能適當(dāng)?shù)膶?duì)規(guī)劃的對(duì)象進(jìn)行高度、方向、顏色等方案篩選和比較，使得規(guī)劃的決策更為科學(xué)、合理、直觀。同時(shí)，相比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)輔助圖，三維仿真技術(shù)擁有更強(qiáng)的決策和設(shè)計(jì)功能，可以降低規(guī)劃決策的失誤率，規(guī)避設(shè)計(jì)所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。如，2006年9月，人民大會(huì)堂公映的大型傳奇史詩(shī)影片《圓明園》，通過(guò)先進(jìn)三維仿真技術(shù)，將“圓明園”真實(shí)的再現(xiàn)在世界人們的眼中。

2.2 多樣化的數(shù)據(jù)服務(wù)

利用三維仿真技術(shù)進(jìn)行三維模擬和三維仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以利用三維仿真系統(tǒng)查詢(xún)相對(duì)對(duì)象的信息資料，為規(guī)劃設(shè)計(jì)者提供各城市單位或部門(mén)的信息資料。在韶關(guān)市城市規(guī)劃三維輔助決策系統(tǒng)中，在功能方面提供了三維基礎(chǔ)功能、規(guī)劃信息查詢(xún)、規(guī)劃方案評(píng)審、規(guī)劃輔助分析、規(guī)劃輔助設(shè)計(jì)、三維管網(wǎng)管理等六大功能，并利用現(xiàn)有韶關(guān)地下管線綜合管理信息系統(tǒng)和韶關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)進(jìn)行對(duì)接。

2.3 提高規(guī)劃項(xiàng)目的管理效率

通過(guò)制作項(xiàng)目模型或者提供靜態(tài)的三維效果圖來(lái)展示項(xiàng)目的整體規(guī)劃過(guò)程，這具有很大的局限性，無(wú)法完成規(guī)劃對(duì)象的修改和管理。城市三維仿真技術(shù)可以設(shè)計(jì)一個(gè)可操作的三維仿真系統(tǒng)，為開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)或城市規(guī)劃單位提供高精度的數(shù)據(jù)服務(wù)和視覺(jué)質(zhì)量。在需要修改或增減項(xiàng)目工程的過(guò)程中，可以直接導(dǎo)入或更新相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，可以及時(shí)作出方案調(diào)整和實(shí)施，提高規(guī)劃項(xiàng)目的整體管理質(zhì)量和效率。

3 仿真技術(shù)在城市規(guī)劃的應(yīng)用

3.1 城市總體規(guī)劃的應(yīng)用

城市總體規(guī)劃設(shè)計(jì)主要包括三個(gè)部分：城市戰(zhàn)略研究規(guī)劃、城市總體規(guī)劃和城市分區(qū)規(guī)劃。在這個(gè)階段，城市規(guī)劃者需要把握城市的整個(gè)規(guī)劃方向和城市發(fā)展動(dòng)向，整合城市規(guī)劃中的各種信息資源和數(shù)據(jù)資料，為城市的總體規(guī)劃設(shè)計(jì)做出詳盡、科學(xué)、直觀的規(guī)劃方案。仿真技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市自然地貌現(xiàn)狀進(jìn)行還原再現(xiàn)，而將仿真技術(shù)運(yùn)用到城市總體規(guī)劃之中，可以對(duì)整個(gè)城市實(shí)現(xiàn)自然地貌的仿真模型再現(xiàn)，為城市設(shè)計(jì)者提供科學(xué)的、直觀的城市地貌現(xiàn)狀。同時(shí)，仿真技術(shù)可為依據(jù)城市總體現(xiàn)狀進(jìn)行三維模擬和三維模型動(dòng)態(tài)展示，實(shí)現(xiàn)可視化的視覺(jué)效果。例如，廣州亞運(yùn)村設(shè)計(jì)競(jìng)賽方案三維評(píng)審系統(tǒng)就是一個(gè)三維仿真技術(shù)在城市規(guī)劃應(yīng)用領(lǐng)域的新嘗試。

3.2 城市景觀設(shè)計(jì)的應(yīng)用

城市景觀設(shè)計(jì)反映城市的整體風(fēng)貌，城市的整體風(fēng)貌依靠科學(xué)的環(huán)境資源布局來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用仿真技術(shù)對(duì)城市景觀進(jìn)行設(shè)計(jì)和環(huán)境模擬，可以對(duì)城市建筑的空間形態(tài)、建筑形式、城市天際線、城市景觀、城市色彩等多方面進(jìn)行綜合考慮，做出更為準(zhǔn)確的、直觀的設(shè)計(jì)方案。仿真技術(shù)的應(yīng)用有助于城市規(guī)劃設(shè)計(jì)者進(jìn)行多功能技能操作，從整體上把握城市空間形態(tài)的展示要點(diǎn)和亮點(diǎn)的設(shè)計(jì)，體現(xiàn)出城市的整體風(fēng)貌和城市特色之處。同時(shí)，仿真技術(shù)利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行實(shí)際景觀設(shè)計(jì)的環(huán)境模擬，創(chuàng)造一個(gè)實(shí)時(shí)反映實(shí)體對(duì)象變化與相互作用的三維圖形界面，將設(shè)計(jì)的內(nèi)容和效果展示在大眾面前，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，讓大眾和客戶有一種身臨其境的感受。對(duì)于城市規(guī)劃評(píng)審、公示、展覽、規(guī)劃項(xiàng)目的宣傳及招商引資等各方面都有著重要的指導(dǎo)意義和經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 城市土地規(guī)劃現(xiàn)狀研究

城市規(guī)劃需要把握整個(gè)城市土地利用的決策動(dòng)向，就需要對(duì)城市土地利用現(xiàn)狀信息資料進(jìn)行完整的把握，所以城市土地利用現(xiàn)狀信息資料尤為重要。規(guī)劃設(shè)計(jì)者可以依靠當(dāng)?shù)氐暮娇招l(wèi)星影像、DEM 高程數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，構(gòu)建仿真三維模型，通過(guò)三維模型，可以更廣泛的了解和把握整個(gè)城市的土地利用范圍、現(xiàn)狀以及城市周邊的概況，對(duì)城市的整體信息資料的掌握和城市規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的確定有著重要意義。仿真技術(shù)還可以通過(guò)模擬建筑物的日照陰影走向和計(jì)算陰影面積來(lái)研究建筑物的高度對(duì)周邊建筑物的日照的影響等，通過(guò)三維空間環(huán)境下的實(shí)時(shí)建筑物模型置換、建筑物紋理置換、建筑物高度調(diào)整等功能，來(lái)進(jìn)行城市土地利用現(xiàn)狀和規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的篩選。如，韶關(guān)城市規(guī)劃三維輔助決策支持系統(tǒng)提供了日照分析功能，更好的展示了建筑物日照效果。

4 小結(jié)

城市規(guī)劃是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要多層次、多整合的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)城市的總體規(guī)劃。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，三維仿真作為重要的輔助設(shè)計(jì)形式，以其高效設(shè)計(jì)和可視化功能，在城市規(guī)劃領(lǐng)域中廣泛運(yùn)用。三維仿真技術(shù)可以通過(guò)模擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，使得城市規(guī)劃部門(mén)、項(xiàng)目開(kāi)發(fā)商和公眾都能感受到一種身臨其境的視覺(jué)體驗(yàn)，三維仿真運(yùn)用到城市規(guī)劃中是一個(gè)重要的決策，也是一種具有非?？捎^的前景應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]余明，過(guò)靜君.三維仿真虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在城市規(guī)劃中的應(yīng)用[J]，測(cè)繪科學(xué)， 2009， 13： 52-54.

篇3

關(guān)鍵詞 三維動(dòng)畫(huà)；仿真；風(fēng)洞試驗(yàn)

中圖分類(lèi)號(hào) TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-（2013）011-0139-01

1 三維動(dòng)畫(huà)及仿真技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的提高，計(jì)算方法發(fā)生了巨大的變化。計(jì)算機(jī)軟件將數(shù)學(xué)理論應(yīng)用到工程實(shí)踐上去，有效的提高了工程實(shí)踐的效益。原來(lái)系統(tǒng)分析主要依靠的根軌跡和伯德圖已經(jīng)不常使用。2004年以來(lái)仿真和建立數(shù)學(xué)模型的技術(shù)被大量應(yīng)用在研究生的研究工作中，替代了大量的實(shí)驗(yàn)，并大量的。仿真技術(shù)也大量的應(yīng)用在航空產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)國(guó)內(nèi)航空業(yè)對(duì)仿真技術(shù)的要求更高。仿真技術(shù)應(yīng)用應(yīng)當(dāng)是主要的需求。建立飛機(jī)各系統(tǒng)各分系統(tǒng)的模型用機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和改進(jìn)有很大的吸引力。而為建立模型使用的工具技術(shù)的進(jìn)步，將是未來(lái)發(fā)展的主題。其中模型建立的方法也是研究的熱點(diǎn)，因?yàn)楝F(xiàn)在模型的建立已經(jīng)不是過(guò)去微分方程所能解決的了。模型的建立已經(jīng)涉及到所有的數(shù)學(xué)方法、復(fù)雜系統(tǒng)的仿真。例如面向飛機(jī)外型飛機(jī)空氣動(dòng)力模型的建立；飛機(jī)尾旋模型；計(jì)算機(jī)上的數(shù)字風(fēng)洞試驗(yàn)；各類(lèi)場(chǎng)的模型。面向?qū)ο蟮娘w機(jī)整體的模型將仿真的內(nèi)容擴(kuò)大到飛機(jī)的全壽命周期。虛擬產(chǎn)品的生產(chǎn)將成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的第一步，從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)始仿真就將對(duì)未來(lái)為航空工業(yè)提供有力的支持。模型的規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)化將使仿真模型作為航空產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和使用的重要的工具。使用分布式的仿真系統(tǒng)將是未來(lái)的主流，計(jì)算機(jī)的速度已經(jīng)不是主要的問(wèn)題。仿真支撐軟件將由管理型向服務(wù)型轉(zhuǎn)化，模型就向魚(yú)入水一樣在支撐軟件的服務(wù)下運(yùn)行。

2 國(guó)內(nèi)外差距分析

我國(guó)和世界其他國(guó)家在仿真技術(shù)方面的差距主要有以下幾個(gè)方面：

首先是模型基礎(chǔ)方面：國(guó)外對(duì)于仿真技術(shù)都是建立在完善的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上的模型，模型是對(duì)客觀事物充分的理解基礎(chǔ)之上才可能進(jìn)行給出的，以往歷年來(lái)的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在模型建立中起到了核心的作用，所以，模型是具備知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重要組成部分，由于社會(huì)的發(fā)展，知識(shí)產(chǎn)權(quán)的越來(lái)越受到重視，因此模型所占的比例也逐漸提升。我國(guó)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)相對(duì)較差，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不充足，因此很多時(shí)候在沒(méi)有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下經(jīng)常用計(jì)算的來(lái)的數(shù)據(jù)代替，因而造成模型的準(zhǔn)確性下降，效果比較差。

其次是軟件基礎(chǔ)方面：國(guó)外的軟件都是比較成型的系統(tǒng)軟件，模型的建立需要提高效率，最近幾年面向方塊圖的模型建立軟件以及面向傳遞函數(shù)的模型建立軟件?？梢钥焖俚慕⒁话阆到y(tǒng)的模型并進(jìn)行仿真。國(guó)內(nèi)基本沒(méi)有能力開(kāi)發(fā)此類(lèi)軟件。大多數(shù)人只會(huì)使用部分軟件。

最后國(guó)外通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新建立大量的模型作為產(chǎn)品，逐步成為虛擬產(chǎn)業(yè)，獲得巨大的經(jīng)濟(jì)利益。國(guó)內(nèi)目前總是處于跟蹤狀態(tài)，沒(méi)有將“制造”模型作為新興的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)來(lái)支持。

3 三維動(dòng)畫(huà)及仿真技術(shù)在飛機(jī)的研制生產(chǎn)及訓(xùn)練試飛中的應(yīng)用

仿真技術(shù)主要可以用于：使用培訓(xùn)過(guò)程，如各類(lèi)操作模擬器、飛行模擬器、軟件使用培訓(xùn)教材；使用管理過(guò)程，如使用操作設(shè)備中的軟件、計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)、航行調(diào)度系統(tǒng)軟件等；使用維修過(guò)程，如遠(yuǎn)程維修，離線故障仿真，使用壽命延長(zhǎng)與管理；服務(wù)過(guò)程，為下級(jí)用戶提供各類(lèi)虛擬服務(wù)。

3.1 在某型飛機(jī)研制中的利用

目前在所有的飛機(jī)研究中，都有工作方真實(shí)驗(yàn)設(shè)備支持。包括武器、綜合導(dǎo)航顯視系統(tǒng)、radar、航電、飛機(jī)操控系統(tǒng)、飛機(jī)動(dòng)力。與方真理論研究不同的地方是，系統(tǒng)特性分析過(guò)程；操縱系統(tǒng)的穩(wěn)定性、控制性分析與建模。巨系統(tǒng)組成接口分辨過(guò)程；在系統(tǒng)分辨過(guò)程中產(chǎn)生各種模擬信息。加工工藝過(guò)程研究；加工方真與研究、裝配方真與研究。研究制造認(rèn)證；虛構(gòu)制造過(guò)程控制與認(rèn)證、技術(shù)指標(biāo)驗(yàn)證、研究效果驗(yàn)證。計(jì)算機(jī)輔助研究在產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)管理方面有效的提高了效率。虛擬樣機(jī)為研究人員與工廠的工程技術(shù)人員提供一個(gè)相互溝通的前期平臺(tái)，二者可以共同的對(duì)研究出的飛機(jī)進(jìn)行探討，研究人員可以在討論的工程中，可以聽(tīng)取工程技術(shù)人員的合理化建議，發(fā)現(xiàn)研究中的漏洞并迅速的進(jìn)行改正，實(shí)現(xiàn)真正意義上的研究與生產(chǎn)的并行，縮短飛機(jī)的研制周期，從而不斷完善飛機(jī)的要求，研究出指標(biāo)更先進(jìn)的新一代飛機(jī)。這些方真系統(tǒng)有些是采用純電腦方真，更多的是采用分實(shí)物方真。而且方真采用的實(shí)物或電腦模型是可以根據(jù)要求進(jìn)行交換的。以往新機(jī)型的研究，工作人員都是在圖上手工進(jìn)行研制，研制靈活性小，既不直觀，又費(fèi)時(shí)費(fèi)力，工作效率極低。工作人員采用電腦系統(tǒng)輔助研究與開(kāi)發(fā)各系統(tǒng)與分系統(tǒng)，比較無(wú)計(jì)算機(jī)輔助研究，工作效率可以提高數(shù)倍以上。對(duì)于研究過(guò)程的系統(tǒng)特性分析過(guò)程，在系統(tǒng)沒(méi)有制造出來(lái)之前，就希望對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、操縱性進(jìn)行分析。以便得到更優(yōu)良的研究，否則需要大量的替代研究與返工。計(jì)算機(jī)方真技術(shù)正在用于各類(lèi)制造過(guò)程；電子線路CAD、機(jī)械CAD，可靠性、維修性、保障性建模與分析。生產(chǎn)制造階段，在生產(chǎn)人員的技術(shù)培訓(xùn)過(guò)程；生產(chǎn)過(guò)程的管理；裝配、部件檢驗(yàn)過(guò)程；模擬標(biāo)準(zhǔn)樣件；軟件部件生產(chǎn)過(guò)程能夠利用計(jì)算機(jī)方真技術(shù)提供高的制造效率，改進(jìn)制造工藝。制造進(jìn)度的管理、制造過(guò)程的顯示、操作的界面。加工、成品檢驗(yàn)過(guò)程；如產(chǎn)生檢查需要的信息、檢查環(huán)境、顯示生產(chǎn)進(jìn)度。模擬標(biāo)準(zhǔn)樣件；對(duì)某些不易打開(kāi)、解開(kāi)的樣件進(jìn)行模擬。為了使客戶了解成品，采用模擬技術(shù)介紹和展示裝備是極其重要的，特別是展示。客戶還可以利用方真技術(shù)檢驗(yàn)裝備使用過(guò)程和使用成果，尤其是一些不宜實(shí)際操作演示的樣品。

3.2 在飛行訓(xùn)練中的應(yīng)用

由于費(fèi)用問(wèn)題，節(jié)約成本提升訓(xùn)練效果考慮，我國(guó)訓(xùn)練模擬所用的設(shè)備也有很大程度的提升。絕大多數(shù)復(fù)雜的新裝備都有使用訓(xùn)練模擬設(shè)備。在軍隊(duì)和地方各航空學(xué)校都建立了飛行模擬訓(xùn)練機(jī)構(gòu)，配有各類(lèi)教練飛機(jī)的訓(xùn)練模擬器。

篇4

【關(guān)鍵詞】城市仿真；應(yīng)用系統(tǒng)；城市規(guī)劃

一、引言

BillGates認(rèn)為：“在當(dāng)今世界，一座城市如果不跟蹤最新觀念，將技術(shù)運(yùn)用到極限，明天它就可能成為一座鬼城。”近年來(lái)，伴隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化潮流已是全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，建立在城市信息化平臺(tái)上的虛擬銀行、虛擬商務(wù)、虛擬政府、虛擬學(xué)校、虛擬影劇院、虛擬旅游、虛擬醫(yī)院等已紛紛出現(xiàn)。由于城市的各個(gè)子系統(tǒng)都可以在計(jì)算機(jī)中直觀地發(fā)映出來(lái),從而可以很方便地對(duì)城市的物流、人流、信息流進(jìn)行集中而有效的控制和管理。所以，如何利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代城市本身的數(shù)字化，是城市管理者、規(guī)劃部門(mén)、企業(yè)、城市居民所共同關(guān)心的問(wèn)題，而城市仿真技術(shù)作為數(shù)字城市的支撐技術(shù)之一，也成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

二、城市仿真技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1什么是城市仿真

城市仿真(UrbanSimulation)對(duì)大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，還是一個(gè)比較陌生的概念。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，“城市仿真”就是將“虛擬現(xiàn)實(shí)”技術(shù)應(yīng)用在城市規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。近幾年，城市仿真在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，其前所未有的人機(jī)交互性、真實(shí)建筑空間感、大面積三維地形仿真等特性，都是傳統(tǒng)方式所無(wú)法比擬的。

2.2與傳統(tǒng)方法的比較

傳統(tǒng)的規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)表現(xiàn)方法基本包括以下4種：人工手繪、建筑微縮模型、建筑效果圖和三維動(dòng)畫(huà)。其中，人工手繪（或非真實(shí)渲染-NPR）只是偶爾作為點(diǎn)綴用在早期的概念設(shè)計(jì)中。建筑效果圖、三維動(dòng)畫(huà)、建筑微縮模型是目前廣泛采用的三種方式。由于其市場(chǎng)的成熟，單做其中某一個(gè)或幾個(gè)方面即可支撐一個(gè)中型公司(100人以下)的發(fā)展。

這三種方法雖然流行，但它們各自的不足還是很明顯的。制作建筑微縮模型需要經(jīng)過(guò)大比例尺縮小，因此只能獲得建筑的鳥(niǎo)瞰形象，無(wú)法以正常人的視角來(lái)感受建筑空間，無(wú)法獲得在未來(lái)建筑中人的真正感受；常用的效果圖表現(xiàn)也只能提供靜態(tài)局部的視覺(jué)體驗(yàn)；三維動(dòng)畫(huà)雖然有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)三維表現(xiàn)力，但不具備實(shí)時(shí)的交互性，人是被動(dòng)的，而且對(duì)方案的修改以及觀察路線的變化需要重新計(jì)算，幾天甚至幾周后才能看到結(jié)果。

而在城市仿真應(yīng)用中，人們能夠在一個(gè)虛擬的三維環(huán)境中，用動(dòng)態(tài)交互的方式對(duì)未來(lái)的建筑或城區(qū)進(jìn)行身臨其境的全方位的審視：可以從任意角度、距離和精細(xì)程度觀察場(chǎng)景；可以選擇并自由切換多種運(yùn)動(dòng)模式，如：行走、駕駛、飛翔等，并可以自由控制瀏覽的路線。而且，在漫游過(guò)程中，還可以實(shí)現(xiàn)多種設(shè)計(jì)方案、多種環(huán)境效果的實(shí)時(shí)切換比較。這是傳統(tǒng)的建筑效果圖和預(yù)渲染回放的三維動(dòng)畫(huà)所無(wú)法達(dá)到的。

2.3城市仿真技術(shù)的重點(diǎn)

1、在一定軟硬件的基礎(chǔ)之上，創(chuàng)建盡可能真實(shí)的場(chǎng)景

在城市仿真中，場(chǎng)景的真實(shí)感是最為關(guān)鍵的一個(gè)因素。而如前面已提到過(guò)的，由于實(shí)時(shí)三維渲染的要求及硬件顯示能力的限制，場(chǎng)景的復(fù)雜程度不能太高。同時(shí)，由于實(shí)時(shí)仿真技術(shù)的限制，一些比較費(fèi)時(shí)的渲染選項(xiàng)，如動(dòng)態(tài)陰影、Bumpmap等實(shí)現(xiàn)起來(lái)還有一定困難。這些都會(huì)直接影響場(chǎng)景的真實(shí)感。

在硬件渲染能力的限制下，為創(chuàng)建盡可能真實(shí)的場(chǎng)景，一方面需要發(fā)掘各種軟件的功能，進(jìn)行優(yōu)化組合；另一方面，要發(fā)展更為高級(jí)的算法，如程序幾何（ProceduralGeometry）和分形算法（FractalMathematics）。

但“發(fā)展算法”不是一件簡(jiǎn)單的事，非個(gè)人所能為，只能是由某家公司開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的軟件，我們?cè)賮?lái)應(yīng)用。所以，從一般的制作者而言，要?jiǎng)?chuàng)建真實(shí)場(chǎng)景還是在于充分利用各種已存在的軟件工具。從實(shí)際的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，主要有以下幾種軟件：

l實(shí)時(shí)三維模型創(chuàng)建軟件：MultigenCreator；

l紋理處理軟件：Photoshop

l實(shí)時(shí)場(chǎng)景管理/驅(qū)動(dòng)軟件：Vega

l輔助軟件：

建模方面可以用3DsMax/Maya輔助，Maya有免費(fèi)的flt文件(MultigenCreator格式文件)輸入/輸出插件,3DsMax則要通過(guò)OkinoPolytrans軟件來(lái)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換；

在三維紋理貼圖方面，可用DeepPaint3D和DeepUV輔助；

在燈光效果貼圖方面，可用Lightscape；

AutoCAD用于接收用戶原始DWG文件，預(yù)覽并輸出DXF。

在項(xiàng)目之初，就要詳細(xì)規(guī)劃、分配任務(wù)，根據(jù)任務(wù)思考如何充分利用上述各種軟件達(dá)到最終效果。除了從這幾個(gè)方面著手以外，我們所能期待的就只能是計(jì)算機(jī)硬件顯卡能力的迅速提高了。

2、在三維漫游的基礎(chǔ)之上，開(kāi)拓新功能

不滿足于僅僅簡(jiǎn)單的三維場(chǎng)景漫游，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行人機(jī)互動(dòng)效果的開(kāi)發(fā)，并和用戶應(yīng)用緊密結(jié)合，如在Vega/VC下開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)點(diǎn)擊查詢(xún)、三維/二維結(jié)合、多媒體結(jié)合、3DGIS(地理信息系統(tǒng))等。

三、城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)與城市規(guī)劃

由于城市規(guī)劃的關(guān)聯(lián)性和前瞻性要求較高，城市規(guī)劃一直是對(duì)全新的可視化技術(shù)需求最為迫切的領(lǐng)域之一。從總體規(guī)劃到城市設(shè)計(jì)，在規(guī)劃的各個(gè)階段，通過(guò)對(duì)現(xiàn)狀和未來(lái)的描繪（身臨其境的城市感受、實(shí)時(shí)景觀分析、建筑高度控制、多方案城市空間比較等），為改善人居生活環(huán)境，以及形成各具特色的城市風(fēng)格提供了強(qiáng)有力的支持。規(guī)劃決策者、規(guī)劃設(shè)計(jì)者、城市建設(shè)管理者以及公眾，在城市規(guī)劃中扮演不同的角色，有效的合作是保證城市規(guī)劃最終成功的前提。城市仿真技術(shù)為這種合作提供了理想的橋梁，運(yùn)用城市仿真技術(shù)建立的城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)能夠使政府規(guī)劃部門(mén)、項(xiàng)目開(kāi)發(fā)商、工程人員及公眾在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上，可從任意角度，實(shí)時(shí)互動(dòng)真實(shí)地看到規(guī)劃效果，更好地掌握城市的形態(tài)和理解規(guī)劃師的設(shè)計(jì)意圖，這樣決策者的宏觀決策將成為城市規(guī)劃更有機(jī)的組成部分，公眾的參與也能真正得以實(shí)現(xiàn)。這是傳統(tǒng)手段如平面圖、效果圖、沙盤(pán)乃至動(dòng)畫(huà)等所不能達(dá)到的。

3.1城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用范圍

城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)可被廣泛應(yīng)用于規(guī)劃設(shè)計(jì)、方案評(píng)估、領(lǐng)導(dǎo)決策、規(guī)劃審批、市民公示、宣傳展示及招商等各方面。

3.2城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)的特點(diǎn)

l仿真的虛擬環(huán)境:

類(lèi)似于時(shí)下流行的三維動(dòng)畫(huà)，同樣是通過(guò)強(qiáng)大的三維建模技術(shù)建立逼真的三維場(chǎng)景，對(duì)規(guī)劃項(xiàng)目進(jìn)行真實(shí)的“再現(xiàn)”。但是城市仿真技術(shù)建立的虛擬環(huán)境是由基于真實(shí)數(shù)據(jù)建立的數(shù)字模型組合而成，嚴(yán)格遵循工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，屬于科學(xué)仿真系統(tǒng)；而傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà)的三維場(chǎng)景則是由動(dòng)畫(huà)制作人員根據(jù)資料或想象繪制而成，與真實(shí)的環(huán)境和數(shù)據(jù)有較大的差距，嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)屬于一種演示作品。

l多方式、運(yùn)動(dòng)中感受城市空間：

在城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)中，可以全方位,多種樣式（步行、驅(qū)車(chē)、飛行、UFO等）,完全由用戶自由控制在場(chǎng)景中漫游。城市仿真技術(shù)與傳統(tǒng)的三維動(dòng)畫(huà)最根本的區(qū)別就是：傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà)的觀察路徑都是預(yù)先設(shè)定好的，用戶只能按照事先設(shè)定的路徑瀏覽場(chǎng)景；而城市仿真技術(shù)可以由用戶在三維場(chǎng)景中任意漫游，人機(jī)交互，甚至還可以使用專(zhuān)用的頭盔把用戶的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)及其他感覺(jué)封閉起來(lái)，產(chǎn)生一種身臨其境的錯(cuò)覺(jué)。這樣一來(lái)，很多不易察覺(jué)的設(shè)計(jì)缺陷能夠輕易地被發(fā)現(xiàn)，減少由于事先規(guī)劃不周全而造成的無(wú)可挽回的損失與遺憾，大大提高了項(xiàng)目的評(píng)估質(zhì)量。

l實(shí)時(shí)多方案比較：

運(yùn)用城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)，我們可以很輕松隨意的進(jìn)行修改，改變建筑高度，改變建筑外立面的材質(zhì)、顏色，改變綠化密度，……所看即所得，只要修改系統(tǒng)中的參數(shù)即可，而不需要象傳統(tǒng)三維動(dòng)畫(huà)那樣，每做一次修改都需要對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行一次渲染。這樣不同的方案、不同的規(guī)劃設(shè)計(jì)意圖通過(guò)城市仿真技術(shù)實(shí)時(shí)的反映出來(lái)，用戶可以做出很全面的對(duì)比，并且城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)可以很快捷、方便的隨著方案的變化而作出調(diào)整，輔助用戶作出決定。從而大大加快了方案設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量，提高了方案設(shè)計(jì)和修正的效率，也節(jié)省了大量的資金。

l三維空間信息交流：

城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)的沉浸感和互動(dòng)性不但能夠給用戶帶來(lái)強(qiáng)烈、逼真的感官?zèng)_擊，獲得身臨其境的體驗(yàn)，還可以通過(guò)其數(shù)據(jù)接口與GIS信息相結(jié)合，從而可以在實(shí)時(shí)的虛擬環(huán)境中隨時(shí)獲取項(xiàng)目的數(shù)據(jù)資料，方便大型復(fù)雜工程項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、投標(biāo)、報(bào)批、管理等需要。此外，城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)還可以與網(wǎng)絡(luò)信息相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)三維空間數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程操作。

3.3城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)的功用

一套完善的城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)能夠很好的展示城市規(guī)劃、宣傳城市建設(shè)、提升城市形象。系統(tǒng)根據(jù)城市的當(dāng)前狀況和對(duì)城市的未來(lái)規(guī)劃，將城市的過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)任意時(shí)間的情況展示在規(guī)劃設(shè)計(jì)者、政府決策者、投資開(kāi)發(fā)者和普通市民面前。系統(tǒng)首先根據(jù)城市的當(dāng)前狀況和對(duì)城市的規(guī)劃資料完成城市的設(shè)計(jì)，然后該系統(tǒng)的交互控制軟件可以幫助使用者從不同角度遍歷城市的各個(gè)部分，幫助有關(guān)人員作出決策。

提高項(xiàng)目管理能力和效率

規(guī)劃部門(mén)使用城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)，可以使方案評(píng)估更為準(zhǔn)確、公正和快捷。另外，如果系統(tǒng)中需要增加新的項(xiàng)目，或其中的項(xiàng)目遇到方案修改，可以隨時(shí)導(dǎo)入或更新系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，并且可供日后存檔，極大地方便了政府規(guī)劃管理部門(mén)的管理工作，提高了效率，節(jié)省了成本。

提高公眾參與度和部門(mén)協(xié)同作業(yè)

由于城市仿真技術(shù)打破了專(zhuān)業(yè)人士和非專(zhuān)業(yè)人士之間的溝通障礙，使得各部門(mén)能夠在統(tǒng)一的城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)下進(jìn)行交流，能更好的理解設(shè)計(jì)方的思路和各方的意見(jiàn)，能更快的找到問(wèn)題、達(dá)成共識(shí)和解決一些設(shè)計(jì)中存在的缺陷。

提高方案設(shè)計(jì)和修正的效率

通過(guò)城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)，我們可以很輕松隨意對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改，改變用地布局，改變建筑高度，改變綠化密度，改變外立面的顏色……所看即所得，只要修改系統(tǒng)中的參數(shù)就可以輕松實(shí)現(xiàn)，大大加快了方案設(shè)計(jì)的速度和質(zhì)量。

提高展示和城市形象宣傳的效果

城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)的沉浸感和交互性不但能夠讓用戶獲得身臨其境的體驗(yàn)，同時(shí)還能隨時(shí)獲取項(xiàng)目的相關(guān)數(shù)據(jù)資料。對(duì)于公眾關(guān)心的大型規(guī)劃項(xiàng)目，在項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，城市仿真應(yīng)用系統(tǒng)可以將現(xiàn)有的方案導(dǎo)出為視頻文件用來(lái)制作多媒體資料予以一定程度的公示，讓公眾真正的參與到項(xiàng)目中來(lái)。當(dāng)項(xiàng)目方案最終確定后，也可以通過(guò)視頻輸出制作多媒體宣傳片，進(jìn)一步提高項(xiàng)目的宣傳展示效果。

四、結(jié)語(yǔ)

篇5

關(guān)鍵詞 三維技術(shù)分類(lèi)應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）15-0121-02

三維技術(shù)是21世紀(jì)興起的計(jì)算機(jī)技術(shù)，運(yùn)用三維通過(guò)在平面二維系中又加入了一個(gè)方向向量構(gòu)成的空間系三維技術(shù)，使圖片或影像看起來(lái)有立體感的圖像處理和制作的技術(shù)。它可以更好地在虛擬世界中詮釋真實(shí)世界中的類(lèi)似光影、毛發(fā)、粒子等自然現(xiàn)象，從而達(dá)到更加逼真、真實(shí)的效果。通過(guò)三維技術(shù)，設(shè)計(jì)者要做的只是對(duì)模型、材質(zhì)貼圖、燈光處理等內(nèi)容進(jìn)行精細(xì)化處理，之后想要的三維效果就會(huì)自動(dòng)的由計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算出來(lái)（稱(chēng)之為“渲染”），從而使圖像制作過(guò)程更加迅速，且效果更好。

三維技術(shù)作為信息時(shí)代的高科技產(chǎn)物，和許多其他高新技術(shù)一樣，最初都是源自于軍事應(yīng)用領(lǐng)域。隨著現(xiàn)代半導(dǎo)體工業(yè)日趨先進(jìn)和完善，以及個(gè)人電腦的普及，從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，三維技術(shù)得以走進(jìn)尋常百姓家，進(jìn)入21世紀(jì)至今，電影電視業(yè)、動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)、機(jī)械設(shè)計(jì)業(yè)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)業(yè)、建筑業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、廣告業(yè)等無(wú)不被三維技術(shù)包圍，生活中隨處可見(jiàn)應(yīng)用到了三維技術(shù)的產(chǎn)品。三維動(dòng)畫(huà)、三維特效、3D廣告等產(chǎn)品更是蜂擁而起，迅速的占領(lǐng)了市場(chǎng)。由于三維技術(shù)所特有的先進(jìn)性、便捷性，目前三維技術(shù)已經(jīng)滲透到了各行各業(yè)，所以我們所處的時(shí)代已經(jīng)離不開(kāi)三維技術(shù)了。

1 三維技術(shù)的分類(lèi)

目前根據(jù)三維技術(shù)的應(yīng)用范圍和方向，其類(lèi)別大致分為三類(lèi)：三維仿真技術(shù)、三維全景技術(shù)和三維立體技術(shù)。

1.1 三維仿真技術(shù)

三維仿真技術(shù)是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成的一個(gè)逼真的，具有視、聽(tīng)、觸、味等多種感知的虛擬環(huán)境，用戶可以通過(guò)其自然技能使用各種傳感設(shè)備同虛擬環(huán)境中的實(shí)體相互作用的一種技術(shù)。三維仿真技術(shù)因?yàn)楸普娴呐R場(chǎng)環(huán)境，主要應(yīng)用在飛行培訓(xùn)、城市規(guī)劃、設(shè)計(jì)制造等方面，能節(jié)省很多開(kāi)銷(xiāo)，達(dá)到更高的效率。

目前在行業(yè)中三維仿真有很多的名稱(chēng)比如虛擬仿真、工程仿真、立體仿真等等，具體的就是根據(jù)這個(gè)技術(shù)的應(yīng)用而有不同的名字，并且還有很多項(xiàng)目和三維仿真的技術(shù)是相似的。三維仿真可以讓我們體驗(yàn)到很多在其他技術(shù)中體驗(yàn)不到的感覺(jué)。

1.2 三維全景技術(shù)

三維全景技術(shù)是目前迅速發(fā)展并逐步流行的桌面虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的分支，可以廣泛的應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)三維業(yè)務(wù)方面，也適用于網(wǎng)絡(luò)虛擬教學(xué)領(lǐng)域。它是利用實(shí)景照片建立虛擬環(huán)境，按照實(shí)景拍攝數(shù)字化保存圖像合成生成場(chǎng)景的模式來(lái)完成虛擬現(xiàn)實(shí)的創(chuàng)建，全景也稱(chēng)為全景攝影或虛擬實(shí)景，是基于靜態(tài)圖像的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。

三維全景技術(shù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

1）必須要實(shí)地拍攝，照片要是真實(shí)場(chǎng)景的三維展現(xiàn)。

2）要有一定的交互性，用戶可以通過(guò)鼠標(biāo)或鍵盤(pán)選擇自己的視角，并且對(duì)場(chǎng)景能任意放大和縮小，可以如親臨現(xiàn)場(chǎng)般進(jìn)行環(huán)視、俯瞰和仰視等視角效果。

3）不需要單獨(dú)下載插件，只需一個(gè)小小的java程序做支持，自動(dòng)下載后就可以在網(wǎng)上觀看，或者也可以使用類(lèi)似quick time這樣的播放器直接觀看，利于網(wǎng)絡(luò)傳輸。

1.3 三維立體技術(shù)

三維立體技術(shù)是利用先進(jìn)的數(shù)字圖像合成技術(shù)制作神奇的三維立體效果，只需選擇一些清晰的平面照片或底片將其掃描到電腦里，然后通過(guò)電腦直接利用專(zhuān)業(yè)的三維制圖軟件進(jìn)行配圖和數(shù)字處理，再用高精度彩噴機(jī)打印出來(lái)，最后用冷裱機(jī)裝裱即可。制作完成后，觀賞者從視覺(jué)上會(huì)感覺(jué)圖像的層次分明色彩鮮艷，具有很強(qiáng)的視覺(jué)沖擊力，給人留下深刻的印象，具有很高的藝術(shù)欣賞價(jià)值。

三維立體技術(shù)的應(yīng)用范圍包括：1）攝影行業(yè)；2）廣告行業(yè)；3）旅游行業(yè)；4）印刷行業(yè)；5）展覽展示設(shè)計(jì)；6）酒店、賓館、公共場(chǎng)所、居家裝飾等裝飾設(shè)計(jì)；7）煙、酒類(lèi)等高檔產(chǎn)品或禮品的包裝、防偽標(biāo)設(shè)計(jì)等。

2 三維技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用

基于三維技術(shù)的分類(lèi)和特點(diǎn)，目前三維技術(shù)在以下三個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展及應(yīng)用是非常迅速且效果顯著的，它們是三維動(dòng)畫(huà)、三維地圖和三維虛擬。

2.1 三維動(dòng)畫(huà)

三維動(dòng)畫(huà)又稱(chēng)3D動(dòng)畫(huà)，是近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的。三維動(dòng)畫(huà)利用相應(yīng)的軟件在計(jì)算機(jī)中建立起了一個(gè)虛擬的世界，制作者可以在這個(gè)虛擬的世界中按照要表現(xiàn)的對(duì)象的形狀、尺寸建立模型以及場(chǎng)景，再根據(jù)要求設(shè)定模型的軌跡的運(yùn)動(dòng)、虛擬攝影機(jī)的運(yùn)動(dòng)和其他動(dòng)畫(huà)參數(shù)的運(yùn)動(dòng)，最后按照要求為模型配上特定的材質(zhì)，加上合適的燈光效果。所有的設(shè)計(jì)完成后就可以讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)運(yùn)算，生成最終的畫(huà)面效果。三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)模擬真實(shí)物體的方式，以及其精確性、真實(shí)性和無(wú)限的可操作性，使其被廣泛的應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、教育、軍事、娛樂(lè)等諸多領(lǐng)域，尤其是在制作廣告和電影電視劇的特效（如爆炸、煙霧、下雨、光效等）、特技（撞車(chē)、變形、虛幻場(chǎng)景或角色等）、產(chǎn)品展示、片頭效果等方面，更是受到了眾多商家和客戶的歡迎。

目前在三維動(dòng)畫(huà)制作領(lǐng)域主要有以下的常用制作軟件有：SoftImage、Lightwave 3D、Renderman、Maya、3DS MAX、Poser。其中Maya和3DS MAX兩個(gè)軟件是應(yīng)用最廣的，受到很多三維動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)者的喜愛(ài)。從功能上看，Maya比較適合三維人物的設(shè)計(jì)，面3DS MAX在場(chǎng)景和建筑制作方面更有優(yōu)勢(shì)。

2.2 三維地圖

三維地圖，就是以三維電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，按照一定比例對(duì)現(xiàn)實(shí)世界或其中一部分的一個(gè)或多個(gè)方面的三維、抽象的描述，其形象性、功能性遠(yuǎn)強(qiáng)于二維電子地圖，再結(jié)合發(fā)展迅速的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和豐富的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源，就形成了簡(jiǎn)單易用的三維地圖。它不僅通過(guò)直觀的地理實(shí)景模擬表現(xiàn)方式，為用戶提供地圖查詢(xún)、出行導(dǎo)航等地圖檢索功能，同時(shí)還集成了生活資訊、電子政務(wù)、電子商務(wù)、虛擬社區(qū)、出行導(dǎo)航等一系列服務(wù)。

三維地圖還可以為政府機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位、商家企業(yè)提供宣傳互動(dòng)的快速通道，并以全新的人性化界面表現(xiàn)，為人們的日常生活、網(wǎng)上辦事和網(wǎng)絡(luò)娛樂(lè)等活動(dòng)提供便捷的解決方案，從而生動(dòng)真實(shí)地實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)上數(shù)字城市，讓人們真正感受到自己生活在一個(gè)信息化的時(shí)代里?？梢哉f(shuō)，三維地圖成為了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代業(yè)務(wù)發(fā)展的新的亮點(diǎn)。

2.3 三維虛擬

三維虛擬將三維仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行仿真模型的建立和實(shí)驗(yàn)的模擬，使仿真的過(guò)程和結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)圖象化、可視化，使仿真的系統(tǒng)具有了三維、實(shí)時(shí)交互、屬性提取等特征。目前比較成熟的三維虛擬的設(shè)計(jì)是利用沉浸式的三維顯示系統(tǒng)和裝有傳感器的手套，在伴有虛擬的聲音和感觸下，使受訓(xùn)人員沉浸在一種非常逼真的專(zhuān)為訓(xùn)練而設(shè)置的環(huán)境中，可滿足多種科目訓(xùn)練的需要；還有頭盔顯示器可以將演練者大腦與計(jì)算機(jī)創(chuàng)造的虛擬世界連通的輸入/輸出裝置，主要有雙目顯示器和跟蹤系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)手套作為連接演練者雙手和大腦與計(jì)算機(jī)創(chuàng)造虛擬世界的輸入/輸出裝置，具有6個(gè)自由度的位置傳感器。這是一種使演練者不是被動(dòng)地觀察人工環(huán)境，而是與之交互作用的高級(jí)計(jì)算機(jī)模擬。

三維虛擬的應(yīng)用范圍很廣，包括：建筑設(shè)計(jì)、城市規(guī)劃、地產(chǎn)演示、場(chǎng)館展示、安全管控、緊急疏散、場(chǎng)景救援、CG行業(yè)、互動(dòng)廣告、三維產(chǎn)品展示、工業(yè)仿真、工控仿真、設(shè)備管理、虛擬裝配、文物保護(hù)、古跡復(fù)原、場(chǎng)景模擬、交通行業(yè)、道路橋梁規(guī)劃設(shè)計(jì)、城市交通仿真、鐵道系統(tǒng)仿真、軍事領(lǐng)域、電子沙盤(pán)，虛擬戰(zhàn)場(chǎng)、運(yùn)維操縱、教育教學(xué)、立體教學(xué)、醫(yī)療手術(shù)。

3 結(jié)論

我相信未來(lái)的時(shí)代環(huán)境對(duì)三維技術(shù)的發(fā)展將越來(lái)越有利。當(dāng)今社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)全新的三維數(shù)字時(shí)代，我們國(guó)家也已經(jīng)在各地都設(shè)立了數(shù)字基地、數(shù)字城市。中國(guó)完全有可能形成一個(gè)有中國(guó)特色的、擁有大客戶的三維技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的龐大市場(chǎng)。在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)，在三維技術(shù)上將形成自己的優(yōu)勢(shì)，并具備相當(dāng)強(qiáng)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

基金項(xiàng)目

武漢市屬高校數(shù)字城市專(zhuān)業(yè)重點(diǎn)實(shí)訓(xùn)基地資助項(xiàng)目

參考文獻(xiàn)

[1]盧正剛.三維技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用探索[N].中國(guó)文化報(bào)，2006-1-27.

篇6

關(guān)鍵詞：可視化仿真GIS地下洞室群施工導(dǎo)截流大壩施工總布置

一、研究背景

水利水電工程往往規(guī)模大、投資多、施工難度大，因而在工程設(shè)計(jì)和管理過(guò)程中，確定合理的施工方法，優(yōu)化選擇施工機(jī)械及配套組合，制訂切合實(shí)際的施工進(jìn)度計(jì)劃，高效簡(jiǎn)便地對(duì)施工信息進(jìn)行管理，直觀形象地反映復(fù)雜施工過(guò)程，對(duì)于確保工程建設(shè)如期完成和降低工程造價(jià)都是至關(guān)重要的。為達(dá)到上述目的，除了在施工組織設(shè)計(jì)中要充分考慮工程特點(diǎn)和具體施工各種條件外，若能在事先對(duì)工程施工的運(yùn)行發(fā)展過(guò)程和施工中各項(xiàng)活動(dòng)的協(xié)調(diào)關(guān)系等狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，將對(duì)工程施工組織計(jì)劃的正確決策提供可靠的依據(jù)。可視化仿真技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展正好適應(yīng)了這種客觀需要，它為解決施工中上述問(wèn)題開(kāi)辟了新的途徑。

國(guó)外從20世紀(jì)70年代開(kāi)始提出循環(huán)網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)（CYCLONE），至今已發(fā)展了一系列的工程仿真應(yīng)用軟件，但這些研究成果及仿真軟件主要應(yīng)用于土木工程施工如高層建筑施工、土石方工程等。20世紀(jì)80年代初，天津大學(xué)率先在全國(guó)開(kāi)展水利水電工程施工過(guò)程仿真方法研究，在近20年的發(fā)展中取得了大量開(kāi)拓性的成果和社會(huì)效益。近年來(lái)，又在推動(dòng)水利水電工程設(shè)計(jì)和管理向可視化、數(shù)字化方向發(fā)展方面做了大量研究工作。借助于計(jì)算機(jī)科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)和工程科學(xué)與技術(shù)的迅速發(fā)展，重點(diǎn)研究了三維動(dòng)態(tài)可視化仿真理論與方法及其在水利水電工程中的應(yīng)用，獲得了一系列富有創(chuàng)新性的理論方法與應(yīng)用研究成果。

在開(kāi)展可視化仿真及其在水利水電工程中的應(yīng)用研究工作中，存在以下三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：

1．可視化技術(shù)與系統(tǒng)仿真技術(shù)結(jié)合的途徑

建立基于GIS的交互式可視化仿真系統(tǒng)框架，將可視化技術(shù)與系統(tǒng)仿真的各個(gè)環(huán)節(jié)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)仿真建?？梢暬?、仿真計(jì)算可視化、仿真結(jié)果可視化。

2．可視化仿真技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用問(wèn)題

根據(jù)水利水電工程的特點(diǎn)和實(shí)際需要，將可視化仿真技術(shù)與具體的工程問(wèn)題相結(jié)合，提出可視化仿真技術(shù)在水利水電工程中應(yīng)用的具體途徑。

3．可視化仿真軟件的通用化問(wèn)題

水利水電工程施工系統(tǒng)仿真軟件的通用化不僅是關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題之一，而且是推廣應(yīng)用的前提。

二、基于GIS的三維動(dòng)態(tài)可視化仿真技術(shù)

1．可視化仿真涵義

可視化仿真（VisualSimulationVS）是計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)和系統(tǒng)建模技術(shù)相結(jié)合后形成的一種新型仿真技術(shù)，其實(shí)質(zhì)是采用圖形或圖像方式對(duì)仿真計(jì)算過(guò)程的跟蹤、駕馭和結(jié)果的后處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)仿真軟件界面的可視化，具有迅速、高效、直觀、形象的建模特點(diǎn)。使用可視化技術(shù)以后，系統(tǒng)的子模塊用形象的圖形來(lái)表示，并可通過(guò)鼠標(biāo)在屏幕上直觀形象的操作，就可以完成整個(gè)仿真任務(wù)。一般可視化仿真包含三個(gè)重要的環(huán)節(jié)，即仿真計(jì)算過(guò)程可視化、仿真結(jié)果可視化、仿真建模過(guò)程的可視化。

2．全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真理論與方法

全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真理論融合了面向?qū)ο蟮膱D形輔助建模、動(dòng)態(tài)仿真、網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃分析與優(yōu)化、動(dòng)態(tài)演示、數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)，把整個(gè)施工過(guò)程作為一個(gè)整體，對(duì)施工全過(guò)程進(jìn)行跟蹤模擬。

全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真理論的特點(diǎn)就是體現(xiàn)了系統(tǒng)工程的思想。它是針對(duì)整個(gè)水利水電工程施工系統(tǒng)進(jìn)行的，所有的優(yōu)化及調(diào)配目標(biāo)是使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)，而不是局部達(dá)到最優(yōu)。它把整個(gè)施工過(guò)程作為一個(gè)大的系統(tǒng)，綜合考慮系統(tǒng)中各個(gè)單項(xiàng)工程之間、各個(gè)工作面之間相互影響、相互制約的關(guān)系，分析整體的施工進(jìn)度、施工強(qiáng)度等關(guān)鍵問(wèn)題，獲得更為真實(shí)的施工情況，從而達(dá)到為施工組織設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)的目的。仿真流程圖見(jiàn)圖1。

3．面向?qū)ο蟮膱D形輔助仿真建模技術(shù)

仿真是一種基于模型的活動(dòng)，建模是仿真過(guò)程中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。如何能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)化而又靈活的建模過(guò)程是仿真研究的重要課題。

面向?qū)ο蠓椒ǖ膽?yīng)用使建模過(guò)程變得自然直觀，用戶可以把被仿真系統(tǒng)的各種活動(dòng)都看成對(duì)象，并根據(jù)這些對(duì)象的類(lèi)屬關(guān)系和本身特性直接構(gòu)造仿真模型。這種建模過(guò)程十分類(lèi)似于人類(lèi)所習(xí)慣的對(duì)客觀世界中事件分類(lèi)的思維過(guò)程，所以使仿真用戶感到由物理模型到計(jì)算機(jī)模型的過(guò)渡非常自然。面向?qū)ο蠓椒ǖ睦^承性，使仿真系統(tǒng)十分容易擴(kuò)充。同時(shí)，利用對(duì)象類(lèi)層次結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，可以達(dá)到最高的代碼重用率。

在系統(tǒng)仿真中應(yīng)用圖形技術(shù)，能夠描述許多用語(yǔ)言難以表達(dá)的信息，圖形輔助建模就是利用鼠標(biāo)在計(jì)算機(jī)屏幕上繪制系統(tǒng)模型或用模型庫(kù)中已有的系統(tǒng)元件拼合系統(tǒng)模型。

面向?qū)ο蟮膱D形輔助建模的基礎(chǔ)是系統(tǒng)的可分性，即認(rèn)為系統(tǒng)是由子系統(tǒng)組成的，而子系統(tǒng)又可分解成更原始的子系統(tǒng)。由于這種性質(zhì)的存在，構(gòu)造模型的方式是通過(guò)連接組成系統(tǒng)模型的成分模型（子模型）來(lái)建造總體模型。對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的施工系統(tǒng)而言，按施工系統(tǒng)的層次性，可將其分解為相對(duì)簡(jiǎn)單和獨(dú)立的子系統(tǒng)，而子系統(tǒng)間的相互聯(lián)系和影響可在子系統(tǒng)模型間設(shè)置相應(yīng)耦合接口而加以協(xié)調(diào)，這樣可將各個(gè)子模型拼接起來(lái)而構(gòu)成整體系統(tǒng)模型。施工系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律通過(guò)施工系統(tǒng)模型中各實(shí)體的屬性與狀態(tài)的變化來(lái)反映和體現(xiàn)。根據(jù)上述，便形成了面向?qū)ο蟮膱D形輔助仿真建模思想。

4．基于GIS的較全面的仿真三維動(dòng)態(tài)數(shù)字模型構(gòu)造及其可視化方法

（1）數(shù)字地形模型建立

地表數(shù)字地形模型（DigitalTerrainModelDTM）是整個(gè)工程施工三維數(shù)字模型的重要組成部分，這里既是所有工程建筑物布置及施工活動(dòng)的場(chǎng)所，也是施工過(guò)程中地形動(dòng)態(tài)填挖的受體。水利水電工程一般均建在地形起伏較大的高原和山區(qū)，因此施工區(qū)地表DTM采用TIN模型來(lái)實(shí)現(xiàn)。建立工程地表DTM由地形等高線原始數(shù)據(jù)按一定的算法生成TIN模型。

（2）動(dòng)態(tài)實(shí)體參數(shù)化數(shù)字建模

按照實(shí)體對(duì)象的屬性，可將其分別用點(diǎn)、線、面、體等四類(lèi)圖形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)表達(dá)。動(dòng)態(tài)實(shí)體的數(shù)字模型尚需反映其屬性信息，幾何圖形與其屬性的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系建立可利用GIS的空間數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)為反映工程施工的動(dòng)態(tài)過(guò)程，在其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中除了描述幾何特征及屬性外，還體現(xiàn)時(shí)間特征。

實(shí)體建模若采用參數(shù)化建模方法，可大大簡(jiǎn)化建模過(guò)程。參數(shù)化實(shí)體建模是一種通過(guò)相關(guān)幾何關(guān)系組合一系列用參數(shù)控制的特征部件而構(gòu)造整個(gè)幾何結(jié)構(gòu)模型的技術(shù)。整個(gè)建模過(guò)程可描述成一組特征部件的組裝過(guò)程，而每個(gè)部件都由一些關(guān)鍵的參數(shù)來(lái)定義。

（3）地形動(dòng)態(tài)填挖

地形填挖表現(xiàn)為DTM模型的修改，實(shí)質(zhì)上是對(duì)地形TIN模型進(jìn)行操作。即用足夠大的開(kāi)挖（填筑）初始形體面轉(zhuǎn)化的TIN模型，與地形TIN兩者生成相交邊界，再?gòu)牡匦蜹IN上沿相交線切去填挖初始形體面所包含的地形區(qū)域，同時(shí)從填挖形體TIN模型中以相交線為邊界切去多余的開(kāi)挖（填筑）邊坡區(qū)域，最后把兩個(gè)修正后的TIN合并構(gòu)成一個(gè)經(jīng)填挖后的地形DTM。在填挖計(jì)算過(guò)程中可同時(shí)得到填挖區(qū)域表面積與填挖體的工程量。

5．基于GIS的三維動(dòng)態(tài)演示方法

基于GIS的三維動(dòng)態(tài)演示是對(duì)任意時(shí)刻系統(tǒng)仿真面貌的再現(xiàn)，它反映了仿真系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。利用仿真模塊得到工程系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)信息，包括時(shí)間、建筑物幾何形狀及其屬性等，生成工程施工系統(tǒng)各環(huán)節(jié)某一動(dòng)態(tài)變化單元i對(duì)應(yīng)的圖元（施工、水位單元等）任意時(shí)刻t的面貌Vi（t），則t時(shí)刻的工程整體面貌可表示為V（t）＝Σvi（t），n為總的圖元數(shù)。其中，vi（t）＝fi（Xi，Yi，Xi，t），表示在動(dòng)態(tài)施工過(guò)程中，包含時(shí)間信息的圖元的幾何形狀，它隨時(shí)間的變化而變化。把工程施工任意時(shí)刻的整體面貌貯存在圖形庫(kù)中，并與其一一對(duì)應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)建立聯(lián)系，從而在動(dòng)畫(huà)演示時(shí)，按時(shí)間順序讀取圖形庫(kù)中的形體數(shù)據(jù)及相對(duì)應(yīng)的屬性信息，不斷更新繪圖變量和屬性變量賦值，同時(shí)不斷刷新屏幕顯示。這樣就實(shí)現(xiàn)了整體工程施工過(guò)程的三維面貌及相應(yīng)信息的動(dòng)態(tài)顯示。

6．基于GIS的交互式可視化仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于GIS系統(tǒng)仿真的可視化表現(xiàn)在建模過(guò)程中利用GIS的信息可視化采集，以及在仿真可視化操作過(guò)程中利用GIS的動(dòng)態(tài)信息可視化表達(dá)。由于GIS特有的空間信息組織機(jī)制，使得其實(shí)現(xiàn)這些功能有著先天的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，在可視化仿真系統(tǒng)中，用戶可根據(jù)顯示的圖像交互控制仿真的各個(gè)階段，直到對(duì)所模擬的現(xiàn)象獲得理解與洞察。在這一過(guò)程中，用戶可以通過(guò)系統(tǒng)提供的操作界面隨著可視化仿真系統(tǒng)反饋的結(jié)果來(lái)同步保持交互對(duì)仿真過(guò)程的控制。

圖2表示的是一個(gè)基于GIS的系統(tǒng)交互式可視化仿真的框架模型，在此模型中清晰地反映了GIS在系統(tǒng)仿真中結(jié)合的具體環(huán)節(jié)，以及用戶控制仿真進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)手段。

三、可視化仿真技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用研究

1．復(fù)雜地下洞室群施工動(dòng)態(tài)可視化仿真與優(yōu)化方法研究

地下廠房系統(tǒng)施工開(kāi)挖量大，施工強(qiáng)度高，施工條件復(fù)雜，是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程。由于工序的作業(yè)時(shí)間的隨機(jī)性，容易產(chǎn)生隨機(jī)排隊(duì)現(xiàn)象而影響其他作業(yè)；由于地下洞室系統(tǒng)縱橫交錯(cuò)，布置密集，高差大，施工通道少，使得各工序配合與相互干擾錯(cuò)綜復(fù)雜；在安排各個(gè)洞室施工先后順序及隧洞施工順序時(shí)，需要考慮對(duì)工程的總工期、圍巖穩(wěn)定、通風(fēng)散煙條件、施工強(qiáng)度以及交通運(yùn)輸?shù)葐?wèn)題的影響。各個(gè)洞室施工在時(shí)間、空間上的邏輯關(guān)系復(fù)雜，傳統(tǒng)橫道圖難以直觀地揭示其復(fù)雜的時(shí)空關(guān)系。因而僅靠設(shè)計(jì)人員采用傳統(tǒng)的方法分析計(jì)算，難以確定合理的施工機(jī)械設(shè)備配套方案、制定合理的施工進(jìn)度計(jì)劃和施工組織設(shè)計(jì)方案，難以全面、快速、準(zhǔn)確地掌握施工全過(guò)程。

基于上述問(wèn)題，提出了復(fù)雜地下廠房施工系統(tǒng)可視化仿真理論方法，并研制開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件ESAS，其基本構(gòu)成見(jiàn)圖3。通過(guò)地下洞室群施工全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真，可以對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行定量計(jì)算與分析，進(jìn)行多方案的比較和優(yōu)化，直到得出滿意方案。

2．水利水電工程施工導(dǎo)截流三維動(dòng)態(tài)可視化仿真方法研究

水利水電工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)和管理過(guò)程，往往需要涉及大量的數(shù)據(jù)及圖形信息，如壩區(qū)的水文、地形、地質(zhì)資料以及樞紐設(shè)計(jì)、施工場(chǎng)地布置和施工導(dǎo)流方案設(shè)計(jì)等各種數(shù)據(jù)及圖紙。高效、簡(jiǎn)便地對(duì)這些信息進(jìn)行管理，是提高設(shè)計(jì)效率及施工管理水平的關(guān)鍵之一。同時(shí)，施工導(dǎo)流方案設(shè)計(jì)是施工組織設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜，對(duì)不同的導(dǎo)流方案很難進(jìn)行直觀的比較，所以實(shí)現(xiàn)施工導(dǎo)流形象直觀的表達(dá)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

為此，提出水利水電工程施工導(dǎo)截流三維動(dòng)態(tài)可視化仿真理論與方法，并實(shí)現(xiàn)施工導(dǎo)截流可視化信息管理與三維動(dòng)態(tài)演示系統(tǒng)CDMIS。此系統(tǒng)充分利用地理信息系統(tǒng)（GIS強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)分析與處理能力，建立三維施工導(dǎo)截流場(chǎng)地布置模型，以及在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)可視化的信息查詢(xún)及管理等功能，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中信息的可視化管理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)施工導(dǎo)截流三維動(dòng)態(tài)演示。水電工程施工導(dǎo)截流三維動(dòng)態(tài)可視化仿真系統(tǒng)（CDMIS）結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖4。

3．混凝土壩施工過(guò)程三維動(dòng)態(tài)可視化仿真與優(yōu)化方法研究

混凝土壩施工，考慮到溫度、應(yīng)力、澆筑機(jī)械設(shè)備布置和澆筑能力等因素的影響，需將混凝土壩體按一定的原則進(jìn)行分縫分塊澆筑。由于混凝土壩澆筑量大，澆筑塊數(shù)以千、萬(wàn)計(jì)，澆筑塊之間的施工約束條件十分復(fù)雜，這就給安排澆筑順序和進(jìn)度帶來(lái)極大閑難，使人工安排澆筑塊、澆筑順序幾乎成為不可能。目前在制定混凝土壩施工組織計(jì)劃時(shí)，傳統(tǒng)的方法是憑經(jīng)驗(yàn)用類(lèi)比的方法按月升高若干澆筑層和混凝土澆筑強(qiáng)度等指標(biāo)來(lái)控制施工計(jì)劃的進(jìn)程。這種方法由于缺乏系統(tǒng)的定量計(jì)算分析，在論證施工各階段的筑壩進(jìn)度以及各混凝土壩段升高過(guò)程是否能滿足大壩施工各方面的要求時(shí)總感到論據(jù)不足。

隨著計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)仿真技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是系統(tǒng)仿真技術(shù)在復(fù)雜系統(tǒng)運(yùn)行中的推廣應(yīng)用，使得有可能在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝上壩施工的動(dòng)態(tài)過(guò)程的仿真實(shí)驗(yàn)。事先擬定不同的混凝土壩施工方案，并對(duì)施工動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行仿真，可預(yù)測(cè)不同施工方案下混凝土施工進(jìn)程的各項(xiàng)定量指標(biāo)，這對(duì)制定合理的混凝土壩施工進(jìn)度計(jì)劃將提供科學(xué)可靠的決策依據(jù)。在充分考慮各種澆筑施工影響因素的情況下，建立混凝土壩施工系統(tǒng)的數(shù)學(xué)邏輯模型，并在此模型基礎(chǔ)上編制計(jì)算機(jī)仿真軟件。通過(guò)選取各種可能的機(jī)械配套方案及輸入不同的施工技術(shù)參數(shù)進(jìn)行大壩施工過(guò)程的仿真計(jì)算，可得到最優(yōu)機(jī)械配套的數(shù)量、機(jī)械的利用率、混凝土月澆筑強(qiáng)度、逐月累計(jì)混凝土澆筑方量過(guò)程曲線。同時(shí)還可得到相應(yīng)某施工方案下大壩澆筑施工的詳細(xì)進(jìn)度計(jì)劃、各控制階段的筑壩進(jìn)程面貌等。而且通過(guò)混凝土壩澆筑仿真還可對(duì)其不同的澆筑規(guī)則對(duì)壩體上升進(jìn)程的影響進(jìn)行分析和研究。

同時(shí)，利用基于GIS的三維動(dòng)態(tài)演示系統(tǒng)來(lái)表現(xiàn)復(fù)雜混凝土壩施工過(guò)程。通過(guò)建立坐標(biāo)系，把現(xiàn)實(shí)世界的事物在計(jì)算機(jī)中對(duì)應(yīng)位置重現(xiàn)出來(lái)，建立實(shí)體的數(shù)字模型，并按照一定方式將實(shí)體與其屬性一一對(duì)應(yīng)，從而反映實(shí)體的靜態(tài)空間特征。同時(shí)利用過(guò)程信息，生成三維動(dòng)畫(huà)，為描述復(fù)雜的施工過(guò)程提供可視化手段。

4．水利水電工程施工總布置三維動(dòng)態(tài)可視化仿真方法研究

水利水電工程施工總布置是對(duì)工程施工場(chǎng)地在施工期間進(jìn)行的空間規(guī)劃。由于水利水電工程施工場(chǎng)地布置幾乎包括了一切地上、地下已有的、擬建的建筑物，一切為施工服務(wù)的臨時(shí)性建筑物（包括砂石加工系統(tǒng)、混凝土系統(tǒng)等），因此布置過(guò)程非常復(fù)雜。

對(duì)樞紐主要建筑物施工全過(guò)程進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)各建筑物施工關(guān)系之間的協(xié)調(diào)，以實(shí)現(xiàn)直觀的施工總布置形象全過(guò)程三維動(dòng)態(tài)仿真，使施工場(chǎng)地布置隨工程進(jìn)度計(jì)劃盡可能形象、直觀、迅速地演示現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地變化過(guò)程。不僅能直觀顯示樞紐施工組織設(shè)計(jì)的成果，而且將極大地方便工程施工總布置決策及管理。水電站施工總布置可視化仿真系統(tǒng)（CLMIS）的總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。

四、結(jié)束語(yǔ)

可視化仿真的理論和方法包括全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真理論、圖形輔助仿真建模方法、基于GIS的三維動(dòng)態(tài)數(shù)字模型構(gòu)造及其可視化方法、基于GIS的三維動(dòng)態(tài)演示方法及基于GIS的交互式可視化仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等，實(shí)現(xiàn)了仿真建模、仿真計(jì)算過(guò)程及成果的可視化。

篇7

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)輔助制造;機(jī)械制造

1計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)在我國(guó)的現(xiàn)狀

就目前來(lái)說(shuō)，我國(guó)的計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)在計(jì)算機(jī)軟件的領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展是非常迅速的，現(xiàn)如今使用計(jì)算機(jī)的人群逐漸擴(kuò)大，為我國(guó)的計(jì)算機(jī)市場(chǎng)也開(kāi)辟出了新途徑，計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)可以進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，可以進(jìn)行圖形的修改，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和提取，由此可見(jiàn)，計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)具有能夠幫助人們完成極其繁重的工作的能力，使我國(guó)各行各業(yè)工作上的大部分困難都迎刃而解，使上班族工作起來(lái)更加的方便和輕松。

2計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)所能應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)中的層面

2．1復(fù)雜幾何圖形符號(hào)的簡(jiǎn)化

在機(jī)械制造中，常常會(huì)有大量復(fù)雜的幾何圖形的應(yīng)用，由于這些復(fù)雜的圖形處理起來(lái)非常的繁瑣，就會(huì)浪費(fèi)大量的工作人員的時(shí)間和精力，造成在人力資源和時(shí)間上極大的浪費(fèi)現(xiàn)象，但是，當(dāng)計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械制造當(dāng)中之后，就能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)來(lái)對(duì)復(fù)雜的幾何圖形進(jìn)行一個(gè)處理和運(yùn)用，計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)在復(fù)雜圖形上的應(yīng)用大大節(jié)省了機(jī)械制造所用的時(shí)間，在最大程度上提升了機(jī)械制造的效率。

2．2對(duì)機(jī)械制造繪圖中的應(yīng)用

在機(jī)械制造中，繪圖也是常常運(yùn)用到的一項(xiàng)工作，比如零件設(shè)計(jì)的繪圖，或是對(duì)加工物件的繪圖等等，由此可見(jiàn)，在機(jī)械制造中，繪圖的比例還是占據(jù)很大一部分的，但是單單憑借人工的能力來(lái)進(jìn)行零件和加工物件的操作，既不能保證零件的精準(zhǔn)性，又大大浪費(fèi)了時(shí)間和精力，因此，在機(jī)械制造的繪圖項(xiàng)目中應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)，能夠有效的提升機(jī)械制造的工作效率，同時(shí)，也能夠保證機(jī)械制造出的物件具有著足夠的精確度。

2．3計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)在機(jī)械制造三維造型中的應(yīng)用

在機(jī)械制造的過(guò)程中，如果僅僅利用一個(gè)平面圖進(jìn)行設(shè)計(jì)加工是不足以達(dá)到客戶所要求的標(biāo)準(zhǔn)的，因此，工作人員需要一個(gè)立體的、三維的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或者模型更明確的來(lái)對(duì)其進(jìn)行加工，三維的結(jié)構(gòu)能夠讓工作人員操作起來(lái)更加的容易和方便，而三維造型的體現(xiàn)就需要計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)的應(yīng)用，由此可見(jiàn)，計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)可以給機(jī)械制造帶來(lái)建立三維模型的功能，從而方便操作，節(jié)省時(shí)間。

2．4計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)中仿真技術(shù)的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)是一項(xiàng)擁有著非常強(qiáng)大的功能的技術(shù)，里面包含著很多項(xiàng)最基本的技術(shù)，其中最重要的就是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，仿真技術(shù)不是單獨(dú)存在的，它是在其它技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，利用仿真技術(shù)可以將現(xiàn)實(shí)中的一個(gè)研究對(duì)象利用仿真技術(shù)建立出一個(gè)與之相對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，使研究人員能夠更全面的對(duì)一個(gè)對(duì)象進(jìn)行研究，這種數(shù)學(xué)模型也能夠讓工作人員對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行修改時(shí)更加方便，為機(jī)械制造的質(zhì)量帶來(lái)更直觀、更有效的證據(jù)，從而提高機(jī)械制造的質(zhì)量。

3計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)和機(jī)械制造之間的聯(lián)系以及互相影響的益處

3．1計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)的應(yīng)用有助于機(jī)械制造生產(chǎn)效率的提高

在我國(guó)將計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)有效地應(yīng)用在機(jī)械制造的過(guò)程當(dāng)中之后，就能夠發(fā)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)可以幫助機(jī)械制造處理一系列復(fù)雜的圖形解析以及復(fù)雜的運(yùn)算解答，當(dāng)用人們的力量解決一些比較困難的圖形和運(yùn)算過(guò)程的時(shí)候，往往會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間也未必最后能夠解答出來(lái)，因此，計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)的應(yīng)用就為我們解決了這個(gè)棘手的問(wèn)題，同時(shí)，提高了機(jī)械制造的生產(chǎn)效率，也大大的節(jié)省了人力和物力，為機(jī)械制造帶來(lái)光明的前景。

3．2計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)的應(yīng)用有助于提高機(jī)械制造的設(shè)計(jì)質(zhì)量

當(dāng)計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)完美的應(yīng)用在機(jī)械制造中，大家就可以發(fā)覺(jué)，之前的機(jī)械制造受很多因素的影響，例如，機(jī)械零件的質(zhì)量就嚴(yán)重的影響到了機(jī)械制造最終的質(zhì)量，因此，計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)能夠給機(jī)械的零件帶來(lái)更大的發(fā)展空間，可以直接在舊零件上進(jìn)行對(duì)新零件的設(shè)計(jì)和改造，從而確保所用零件的靈活性，利用這個(gè)優(yōu)勢(shì)，可以在節(jié)省很大的時(shí)間和精力的前提下，改善更多的舊零件，達(dá)到使機(jī)械制造質(zhì)量提高的目的。

3．3計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)的應(yīng)用有助于提升機(jī)械制造的安全性能

讓計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)全面應(yīng)用到機(jī)械制造當(dāng)中，能夠給機(jī)械制造帶來(lái)一系列的直接影響，例如，可以使機(jī)械制造的技術(shù)水平和對(duì)機(jī)械制造的質(zhì)量水平有大大的提升等等，其實(shí)，計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)的應(yīng)用絕不僅僅如此，計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)還給機(jī)械制造帶來(lái)了極大的安全保障，讓機(jī)械制造的安全性能在最大程度上提升起來(lái)，由此可見(jiàn)，計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)和機(jī)械制造是密不可分的，計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)給機(jī)械制造帶來(lái)深厚的影響。

4結(jié)語(yǔ)

就目前來(lái)說(shuō)，我國(guó)的計(jì)算機(jī)的輔助制造已經(jīng)發(fā)展得相對(duì)來(lái)說(shuō)比較完善，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)輔助制造長(zhǎng)時(shí)間的研究和開(kāi)發(fā)，機(jī)械制造水平也有了顯著的提高，提高了機(jī)械制造的質(zhì)量，使機(jī)械制造中的自動(dòng)化制造方面有很大的提升，降低了機(jī)械制造所用的人工勞動(dòng)的時(shí)間，降低了制造機(jī)械所用到的各種原料成本，由此可見(jiàn)，計(jì)算機(jī)的輔助制造給機(jī)械制造帶來(lái)了潛移默化的影響，因此，我國(guó)可以通過(guò)在計(jì)算機(jī)輔助制造方面的繼續(xù)改革和完善，從而讓機(jī)械制造的前景發(fā)展的越來(lái)越好。

作者:王麗麗 單位:南昌職業(yè)學(xué)院

參考文獻(xiàn):

［1］劉銳鋒．探討計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)制造的結(jié)合［J］．化工管理，2015(7):194～195．

［2］王利東．機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用分析［J］．科技展望，2015(18):7～14．

篇8

郵件處理中心主要完成各種郵件的進(jìn)口接收、分揀封發(fā)、郵件發(fā)運(yùn)等處理過(guò)程，是郵政實(shí)物傳遞中的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。在整個(gè)郵政功能鏈條中占有重要的地位。將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)運(yùn)用于郵件處理中心工藝方案設(shè)計(jì)，以二維或三維方式模擬郵件處理中心內(nèi)部的運(yùn)行狀況，可以更加科學(xué)、直觀地分析設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性和可行性。

仿真技術(shù)在郵件處理中心設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

郵件處理中心使用設(shè)備較多，工藝流程復(fù)雜，在設(shè)計(jì)過(guò)程中尤其需要考慮設(shè)備性能、設(shè)備成本、庫(kù)存容量、各部分的拓?fù)潢P(guān)系。以及不同郵件種類(lèi)的輕重緩急和作業(yè)調(diào)度等多方面因素。采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是對(duì)郵件處理中心工藝流程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化的一個(gè)有效手段。

1　在設(shè)備選擇中的應(yīng)用

郵件處理中心的傳輸、分揀設(shè)備通常比較昂貴，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以綜合考慮設(shè)備的數(shù)量、處理能力、使用壽命和業(yè)務(wù)量等因素，在設(shè)計(jì)方案中有效地降低投資成本。

在工藝流程設(shè)計(jì)中，各設(shè)備之間的匹配也是影響整個(gè)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素，例如，供包機(jī)的供包速度和包件分揀機(jī)的處理速度如果不匹配，會(huì)造成供包機(jī)的堵塞或包件分揀機(jī)的空轉(zhuǎn)。利用計(jì)算機(jī)仿真，可以把郵件處理中心的各個(gè)設(shè)備置于一個(gè)整體之中，綜合考慮包括設(shè)備成本在內(nèi)的各種因素，尋求一個(gè)既能滿足要求又能有效降低建設(shè)成本的設(shè)備選擇方案。

2　在布局規(guī)劃中的應(yīng)用

郵件處理中心是實(shí)物流動(dòng)與存儲(chǔ)的空間，空間布局是否合理也是影響整個(gè)系統(tǒng)的重要因素。不合理的布局會(huì)造成郵件運(yùn)行距離遠(yuǎn)、繞路多等情況。在布局規(guī)劃過(guò)程中，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)能夠以三維動(dòng)態(tài)模型的方式進(jìn)行空間布局的規(guī)劃，從而設(shè)計(jì)出合理的空間布局方案。需要注意的是，在計(jì)算機(jī)仿真過(guò)程中，孤立地考慮某一部分是沒(méi)有意義的。必須在整體中考察系統(tǒng)某一部分的性能指標(biāo)，并綜合各部分的性能指標(biāo)來(lái)考慮系統(tǒng)的整體性能。

3　在存儲(chǔ)容量方面的應(yīng)用

郵件處理中心既是郵件的中轉(zhuǎn)地，又是郵件的暫時(shí)存儲(chǔ)地，因此貨位存儲(chǔ)容量和位置規(guī)劃是設(shè)計(jì)方案的重要內(nèi)容。例如在郵件的存儲(chǔ)方面，存儲(chǔ)區(qū)規(guī)劃不合適會(huì)造成存儲(chǔ)區(qū)不足或空間的浪費(fèi)；在車(chē)位數(shù)量方面，如果車(chē)位過(guò)少會(huì)影響進(jìn)口郵件的卸載或出口郵件的裝載，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，可以靈活設(shè)置不同類(lèi)型的存儲(chǔ)區(qū)、車(chē)位的容量和數(shù)量，在系統(tǒng)的整體中來(lái)考察存儲(chǔ)區(qū)的空間利用率和時(shí)間利用率，給出較為合理的存儲(chǔ)區(qū)規(guī)劃方案。

4　在生產(chǎn)調(diào)度方面的應(yīng)用

郵件處理中心作業(yè)的啟動(dòng)和終止是靠郵件的狀態(tài)驅(qū)動(dòng)的，但并不是來(lái)一個(gè)郵件就啟動(dòng)一個(gè)作業(yè)，而是以批次為單位進(jìn)行處理，因此郵件處理中心的作業(yè)批次安排十分重要，而這是通過(guò)生產(chǎn)調(diào)度實(shí)現(xiàn)的。利用仿真技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度模擬，可以檢驗(yàn)生產(chǎn)計(jì)劃的合理性，發(fā)現(xiàn)整個(gè)流程可能存在的瓶頸，從而合理地配置人力、物力等生產(chǎn)資源，制定科學(xué)的生產(chǎn)調(diào)度方案。

郵件處理中心工藝流程仿真設(shè)計(jì)的步驟

計(jì)算機(jī)仿真主要包括仿真建模、仿真試驗(yàn)和仿真結(jié)果分析三部分。在實(shí)際中往往是三個(gè)部分反復(fù)進(jìn)行，根據(jù)仿真結(jié)果修改仿真模型，之后再進(jìn)行模擬，反復(fù)試驗(yàn)，從而有效地對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)郵件處理中心工藝流程進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)通常經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)步驟。

1　問(wèn)題描述

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是用模擬的方式解決設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，因此要清楚地認(rèn)識(shí)目標(biāo)問(wèn)題，把握關(guān)鍵，例如。分揀機(jī)的最大分揀能力達(dá)到什么水平才能滿足當(dāng)前和以后的業(yè)務(wù)量需求，系統(tǒng)中有多少輛周轉(zhuǎn)車(chē)合理，如何合理地進(jìn)行生產(chǎn)任務(wù)調(diào)度等。只有問(wèn)題描述得清楚，在建立模型時(shí)才有針對(duì)性。

2　數(shù)據(jù)收集

需要收集的數(shù)據(jù)包括可控的數(shù)據(jù)和不可控的數(shù)據(jù)。例如，機(jī)器的分揀能力和傳送帶速度、郵運(yùn)計(jì)劃和機(jī)器開(kāi)機(jī)時(shí)間安排等屬于可控的數(shù)據(jù)；日常的平均業(yè)務(wù)量和忙月忙日的業(yè)務(wù)量、機(jī)器的平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間等屬于不可控的數(shù)據(jù)。對(duì)于不可控的數(shù)據(jù)，需要根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律建立適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型來(lái)表示。應(yīng)注意的是，相關(guān)數(shù)據(jù)的精確性直接影響著仿真模型和現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的接近程度，從而影響著仿真結(jié)果的可信度。

3　建立仿真模型

建立仿真模型就是把實(shí)際郵件處理中心內(nèi)的運(yùn)作過(guò)程轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠操作和表達(dá)的抽象模型，是仿真設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分。仿真建模一般包括實(shí)體建模和邏輯建模。

4　仿真試驗(yàn)

仿真模型建立之后，可以在仿真系統(tǒng)中進(jìn)行試驗(yàn)，模擬郵件處理中心一天、一個(gè)月、甚至一年或更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行狀況，并產(chǎn)生試驗(yàn)數(shù)據(jù)。仿真試驗(yàn)時(shí)，可以把系統(tǒng)中的可調(diào)因素(如機(jī)器處理能力、傳送帶速度等)作為可變參數(shù)，把需要關(guān)注的指標(biāo)作為目標(biāo)參數(shù)(如機(jī)器利用率、存儲(chǔ)區(qū)的空間和時(shí)間利用率等)，反復(fù)進(jìn)行，并觀察系統(tǒng)運(yùn)行狀況。

5　仿真結(jié)果分析

仿真結(jié)果分析是進(jìn)行工程設(shè)計(jì)優(yōu)化的重要參考，因?yàn)榉抡婺Ｐ褪歉鶕?jù)實(shí)際的工程流程建立起來(lái)的，只要模型建立得恰當(dāng)，能夠正確表達(dá)實(shí)際工程中的對(duì)象模型和邏輯流程，仿真結(jié)果就對(duì)工程設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)作用。仿真結(jié)果可以用數(shù)據(jù)表格、直方圖、餅狀圖、曲線等直觀的方式表示，為設(shè)計(jì)者提供科學(xué)的依據(jù)。

6　仿真動(dòng)畫(huà)制作

仿真動(dòng)畫(huà)主要結(jié)合三維場(chǎng)景和仿真數(shù)據(jù)展示工程的工藝流程，可以通過(guò)視圖變換、物體跟蹤等多種方式局部或整體地展示工藝流程的過(guò)程和方案設(shè)計(jì)布局，多角度地展示設(shè)計(jì)方案。

仿真設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)

目前，用于郵件處理中心和物流系統(tǒng)等比較成熟的三維仿真軟件包主要有AutoMod、ShowFIow、Quest等。在此結(jié)合AutoMod在深圳郵件處理中心工藝流程的仿真設(shè)計(jì)介紹仿真設(shè)計(jì)過(guò)程中的幾個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)。

1　邏輯模型簡(jiǎn)化

在建立仿真模型的過(guò)程中，只需把影響優(yōu)化目標(biāo)的系統(tǒng)特征抽象出來(lái)進(jìn)行模型的建立。在利用AutoMod進(jìn)行深圳郵件處理中心的仿真設(shè)計(jì)邏輯建模過(guò)程中，采用了“黑盒子”的思想對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行抽象和簡(jiǎn)化?！昂诤凶印彼枷胫魂P(guān)注一個(gè)系統(tǒng)的輸入(包括可控輸入和非可控輸入)和輸出，不關(guān)心內(nèi)部的具體操作。“黑盒子”思想根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)建立各種輸入因素的運(yùn)算關(guān)系，產(chǎn)生目標(biāo)輸出，例如對(duì)于信函分揀機(jī)，可以把機(jī)器的分揀速度等作為輸入，把機(jī)器的利用率、每天的完成量等作為考察目標(biāo)。這種模型簡(jiǎn)化的方法能夠?qū)ΜF(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)進(jìn)行有效的簡(jiǎn)化。

2　概率函數(shù)選擇

在仿真模型建立的過(guò)程中，要使根據(jù)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)建立的計(jì)算機(jī)模型既簡(jiǎn)單又能準(zhǔn)確地表示現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的特征，必須以科學(xué)的方式對(duì)現(xiàn)實(shí)模型進(jìn)行表達(dá)。在對(duì)郵件處理中心進(jìn)行建模的過(guò)程中，對(duì)于不確定的因素要用相對(duì)比較準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)函數(shù)表示。如對(duì)深圳郵件處理中心工藝流程進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于機(jī)器的分揀速度采用了均勻分布概率密度函數(shù)表示；對(duì)于分揀機(jī)故障出現(xiàn)的概率采用泊松分布表示。

3　三維模型建立

建立模型時(shí)，可以借助專(zhuān)門(mén)的繪圖工具進(jìn)行繪圖。然后轉(zhuǎn)化為AutoMod的圖形格式，實(shí)現(xiàn)幾何形狀較為復(fù)雜三維模型的建立。

4　數(shù)據(jù)分析方法

在仿真設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果修改模型中的參數(shù)，進(jìn)行反復(fù)模擬，從而找出較優(yōu)的系統(tǒng)參數(shù)，有效地對(duì)工藝流程的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。例如，在深圳郵件處理中心工藝流程仿真設(shè)計(jì)過(guò)程中，運(yùn)用了AutoMod軟件包的AutoStat模塊對(duì)仿真模型進(jìn)行了優(yōu)化分析。

5　高質(zhì)量動(dòng)畫(huà)制作

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，高質(zhì)量的動(dòng)畫(huà)是展示工藝流程設(shè)計(jì)方案的重要手段。要使制作的動(dòng)畫(huà)既流暢又能有效地展示設(shè)計(jì)方案，要注意以下幾點(diǎn)：

(1)選擇關(guān)鍵的視圖，能夠展現(xiàn)工藝流程的關(guān)鍵部分；

(2)對(duì)于工藝流程中的關(guān)鍵部分，變換步長(zhǎng)可以小一些，以詳細(xì)展現(xiàn)，而對(duì)于其他部分可以設(shè)置較長(zhǎng)的變換步長(zhǎng)；

(3)對(duì)系統(tǒng)中具有代表性的實(shí)體進(jìn)行全程跟蹤，具體觀察該類(lèi)實(shí)體的全程運(yùn)動(dòng)路線和狀態(tài)；

篇9

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)從前沿的航天、軍事領(lǐng)域開(kāi)始進(jìn)入教育領(lǐng)域，并涉及高等教育的各個(gè)學(xué)科。計(jì)算機(jī)變成實(shí)驗(yàn)臺(tái)，軟件變成儀器，網(wǎng)絡(luò)變成實(shí)驗(yàn)室的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能形象生動(dòng)地表現(xiàn)各個(gè)學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容，有效地營(yíng)造隨技術(shù)發(fā)展的教學(xué)環(huán)境，提高教學(xué)質(zhì)量。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)（VirtualReality，VR）技術(shù)利用三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及顯示技術(shù)，生成三維的虛擬環(huán)境，介入者利用鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備，或者帶上頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備進(jìn)入虛擬環(huán)境，在虛擬環(huán)境中進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，并且能夠感知和操作虛擬環(huán)境中的各種對(duì)象，獲得身臨其境的感受和體驗(yàn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有沉浸感、交互性和想象力三個(gè)基本特征。在具體的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以作為主角存在于虛擬環(huán)境中，對(duì)虛擬環(huán)境內(nèi)的物體進(jìn)行操作并從環(huán)境中得到自然的反饋，而且當(dāng)學(xué)生沉浸在多維信息空間中時(shí)，能夠主動(dòng)地獲取知識(shí)，尋求解答，形成新的概念。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以其諸多的優(yōu)點(diǎn)決定了它在教育領(lǐng)域中的重要作用。一是避免真實(shí)實(shí)驗(yàn)或操作所帶來(lái)的各種危險(xiǎn)并降低真實(shí)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)用品損耗；二是在虛擬實(shí)驗(yàn)中可以獲得與真實(shí)實(shí)驗(yàn)一樣的學(xué)習(xí)效果，還可根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展需求“引入”新設(shè)備，不斷對(duì)新設(shè)備進(jìn)行擴(kuò)展。三是徹底打破空間與時(shí)間的限制?？傊?，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合多媒體技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，能提高實(shí)驗(yàn)效果與效率，充分發(fā)揮教學(xué)優(yōu)勢(shì)。

三、虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)現(xiàn)

虛擬實(shí)驗(yàn)室是由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的一類(lèi)適于進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括相應(yīng)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、有關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)對(duì)象以及實(shí)驗(yàn)信息資源等。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生能夠在計(jì)算機(jī)建立的三維的模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中從不同的視角觀察一個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)鼠標(biāo)的選擇或者拖曳操作便可完成與虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)象之間的交互。

（一）仿真實(shí)驗(yàn)

虛擬實(shí)驗(yàn)室實(shí)際上就是數(shù)字化的仿真技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，一個(gè)真正的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的前臺(tái)是多媒體或是虛擬化的環(huán)境，后臺(tái)是實(shí)時(shí)仿真的過(guò)程。

目前的仿真軟件很多，如EASY-T、VT-LINK3.3、SPW、Cadance、Mentor、MatLab、Protel2004、LabView、OpenGL、MultiGen等。在構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體需求，選擇合適的開(kāi)發(fā)工具。如何將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與虛擬化的儀器或多媒體環(huán)境有機(jī)的結(jié)合起來(lái)是虛擬實(shí)驗(yàn)室建立的關(guān)鍵和核心技術(shù)。

（二）支持技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)發(fā)大致采用以下幾種方法：

1．使用JAVA+VRML進(jìn)行開(kāi)發(fā)。Java目前已經(jīng)成為跨平臺(tái)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)的一種規(guī)范，主要討論對(duì)象行為。VRML是一種虛擬現(xiàn)實(shí)建模語(yǔ)言，著重于虛擬場(chǎng)景中對(duì)象的特征。采用JAVA+VRML混合編程是實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜動(dòng)態(tài)場(chǎng)景控制等高級(jí)交互功能的有效方法。但基于VRML虛擬現(xiàn)實(shí)的虛擬實(shí)驗(yàn)在制作上較復(fù)雜，客戶端需要有大量的專(zhuān)業(yè)的設(shè)備（如頭盔、觸覺(jué)手套等），附加成本較高，并且運(yùn)行VRML對(duì)客戶端計(jì)算機(jī)的性能要求也很高。

2．使用ActiveX控件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。ActiveX技術(shù)是Microsoft為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要而將OLE技術(shù)在Internet上的重定義。在虛擬實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，代碼復(fù)用性對(duì)于持續(xù)開(kāi)發(fā)過(guò)程尤為重要?？梢岳肰B、VC++、Delphi、Builder等任何一種支持COM規(guī)范的開(kāi)發(fā)工具來(lái)進(jìn)行ActiveX控件的開(kāi)發(fā)。由于ActiveX控件只能運(yùn)行在基于MicrosoftWindows的操作系統(tǒng)，因而移植性和通用性較差。

3．使用QuickTimeVR進(jìn)行開(kāi)發(fā)。QuickTimeVR（簡(jiǎn)稱(chēng)QTVR）是新一代的、基于靜態(tài)圖像處理的實(shí)景建模的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。QTVR可以應(yīng)用照片、錄像或數(shù)字圖像等離散數(shù)據(jù)來(lái)創(chuàng)建虛擬環(huán)境，完成三維空間及三維物體的造型，并實(shí)現(xiàn)全方位觀察。具有更高的真實(shí)感、更豐富的圖像和更鮮明的細(xì)節(jié)特征。QTVR制作簡(jiǎn)單、周期較短、可控性也很強(qiáng)，對(duì)開(kāi)發(fā)一些簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件的難度不大。

4．使用FLASH進(jìn)行開(kāi)發(fā)。FLASH是一種基于矢量的圖形系統(tǒng)，具有短小精悍、任意縮放、兼容性良好、嵌入ActionScript腳本功能等特點(diǎn)。而且Flash中的工作組功能極為強(qiáng)大，包含一套新的工作流程，可自動(dòng)更新Flash網(wǎng)站的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，從而大大節(jié)約了開(kāi)發(fā)者的時(shí)間。因此，F(xiàn)lashActionScript是網(wǎng)上教學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的最佳平臺(tái)。

（三）功能模塊設(shè)計(jì)

無(wú)論建設(shè)哪個(gè)學(xué)科的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，從功能模塊上均可劃分為三個(gè)部分。

1．網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。用戶可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)個(gè)人信息并經(jīng)過(guò)驗(yàn)證后登錄虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。登錄該系統(tǒng)后學(xué)生可自主選擇將要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)際需要獲得相關(guān)的指導(dǎo)。

2．仿真實(shí)驗(yàn)。采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來(lái)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停O(shè)計(jì)出用于測(cè)試的虛擬儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)線路或回路、實(shí)驗(yàn)元器件或構(gòu)件庫(kù)、判別實(shí)驗(yàn)效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等。用戶選擇相關(guān)的仿真實(shí)驗(yàn)以后，根據(jù)提示進(jìn)行相關(guān)的操作，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)。為虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供相關(guān)的數(shù)據(jù)服務(wù)。維護(hù)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息及用戶的相關(guān)權(quán)限，為仿真實(shí)驗(yàn)提供支持。

篇10

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)

一、系統(tǒng)仿真技術(shù)

所謂仿真就是建立系統(tǒng)的模型（數(shù)學(xué)模型、物理效應(yīng)模型或數(shù)學(xué)-物理效應(yīng)模型），并在模型上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和研究一個(gè)存在的或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)。這里的系統(tǒng)包括技術(shù)系統(tǒng)，如土木、機(jī)械、電子、水力、聲學(xué)、熱學(xué)等，也包括社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、生物和管理系統(tǒng)等非技術(shù)系統(tǒng)。仿真技術(shù)的實(shí)質(zhì)也就是進(jìn)行建模、實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)代仿真技術(shù)的發(fā)展是與控制工程、系統(tǒng)工程及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)聯(lián)的?？刂乒こ毯拖到y(tǒng)工程的發(fā)展促進(jìn)了仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用，而計(jì)算機(jī)出現(xiàn)及計(jì)算技術(shù)的迅猛發(fā)展，則為仿真提供了強(qiáng)有力的手段和工具。因此，計(jì)算機(jī)仿真在仿真中占有越來(lái)越重要的地位。

仿真技術(shù)得以發(fā)展的主要原因是它帶來(lái)了重大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。系統(tǒng)仿真的應(yīng)用大致可分為：對(duì)已有系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí)采用仿真技術(shù)；對(duì)尚未有的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)采用仿真技術(shù)；在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，利用仿真模型作為觀測(cè)器，給用戶提供有關(guān)系統(tǒng)過(guò)去的、現(xiàn)在的、甚至是未來(lái)的信息，以便用戶實(shí)時(shí)作出正確的決策；

在系統(tǒng)運(yùn)行前，利用仿真模型作為預(yù)測(cè)器，向用戶提供系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)后，可能產(chǎn)生什么現(xiàn)象，以便用戶修訂計(jì)劃或決策；利用仿真模型作為訓(xùn)練器，訓(xùn)練系統(tǒng)操縱人員或管理人員。在工程領(lǐng)域仿真技術(shù)可以降低系統(tǒng)的研制成本，可以提高系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、調(diào)試和訓(xùn)練過(guò)程的安全。

一般認(rèn)為，建立模型是仿真的第一步，也是十分重要的一步。傳統(tǒng)仿真技術(shù)中，一個(gè)仿真系統(tǒng)要首先建立起系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型--一次仿真模型，然后再改寫(xiě)成適合計(jì)算機(jī)處理的形式-仿真模型。仿真模型可以說(shuō)是系統(tǒng)二次近似模型。建立起仿真模型后，才能書(shū)寫(xiě)相應(yīng)的程序。

仿真基本上是一種通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)求解的技術(shù)。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)要了解系統(tǒng)中各變量之間的關(guān)系，要觀察系統(tǒng)模型變量變化的全過(guò)程，此外，為了對(duì)仿真模型進(jìn)行深入研究和結(jié)果優(yōu)化，還必須進(jìn)行多次運(yùn)行，系統(tǒng)優(yōu)化等工作，因此，良好的人機(jī)交互性是系統(tǒng)仿真的一個(gè)重要特性。

二、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是二十世紀(jì)末才興起的一門(mén)嶄新的綜合性信息技術(shù)，是由計(jì)算機(jī)硬件、軟件以及各種傳感器構(gòu)成的三維信息的人工環(huán)境--虛擬環(huán)境，用戶投入這種環(huán)境中，就可與之交互作用、相互影響。它融合了數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、多媒體技術(shù)、傳感器技術(shù)等多個(gè)信息技術(shù)分支，從而也大大推進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已在建筑、教育培訓(xùn)、醫(yī)療、軍事模擬、科學(xué)和金融可視化等方面獲得了應(yīng)用，漸已成為21世紀(jì)廣泛應(yīng)用的一種新技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實(shí)是高度發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)在各種領(lǐng)域的應(yīng)用過(guò)程中的結(jié)晶和反映，它具有以下主要特征：

（1）依托學(xué)科的高度綜合化；

（2）人的臨場(chǎng)化；

（3）系統(tǒng)或環(huán)境的大規(guī)模集成化；

（4）數(shù)據(jù)表示的多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的大容量、數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚倩c數(shù)據(jù)處理的分布式和并行化。正是這些特征，使操作者沉浸其中，并通過(guò)多種媒體對(duì)感官的刺激，對(duì)所需解決的問(wèn)題有了清晰和直觀的認(rèn)識(shí)，從而，也使模型的建立和驗(yàn)證更加方便。

三、系統(tǒng)仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合

傳統(tǒng)的系統(tǒng)仿真技術(shù)很少研究人的感知模型的仿真，因而無(wú)法模擬人對(duì)外界環(huán)境的感知(聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué))隨著多媒體技術(shù)、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)、傳感技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)模擬外界環(huán)境對(duì)人的感官刺激開(kāi)始成為可能。事實(shí)證明，人類(lèi)對(duì)于圖像、聲音等感官信息的理解能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于數(shù)字和文字等抽象信息的理解能力。將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行仿真模型的建立和實(shí)驗(yàn)的模擬，使仿真的過(guò)程和結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)圖象化、可視化，使仿真的系統(tǒng)具有了三維、實(shí)時(shí)交互、屬性提取等特征，極大地促進(jìn)了仿真技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)也使虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更加具有生命力。

四、仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)近年來(lái)在機(jī)械、電子、水利、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、生物等各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

在結(jié)構(gòu)工程中，仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于如下幾個(gè)方面：

1．在工程結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用

工程結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的反應(yīng)，其破壞特征和極限承載力是人們所關(guān)心的。當(dāng)結(jié)構(gòu)形式特殊，荷載及材料特性復(fù)雜時(shí)，人們往往求助于模型試驗(yàn)來(lái)測(cè)定其受力性能，但模型試驗(yàn)往往受到場(chǎng)地和設(shè)備的限制，只能做小比例模型試驗(yàn)，難以完全反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況。若用仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，則可以進(jìn)行足尺寸的試驗(yàn)，還可以很方便地修改參數(shù)。此外，有些結(jié)構(gòu)難于進(jìn)行直接試驗(yàn)，用計(jì)算機(jī)模擬仿真就更能體現(xiàn)出優(yōu)越性，如建筑物及構(gòu)筑物在地震作用下的倒塌分析，橋梁受到汽車(chē)高速碰撞的檢驗(yàn)試驗(yàn)等只有采用仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，分析才能大量進(jìn)行。又如在高速荷載作用下，結(jié)構(gòu)反應(yīng)很快，人們?cè)谡鎸?shí)試驗(yàn)中只能觀察到最終結(jié)果，而不能觀察試驗(yàn)的全過(guò)程。如果采用計(jì)算機(jī)模擬仿真試驗(yàn)，則可觀察其破壞的全過(guò)程，便于破壞機(jī)理的研究。對(duì)于長(zhǎng)期的徐變過(guò)程則可在模擬中加快其變化過(guò)程，讓人們清楚地看到其過(guò)程。在運(yùn)用傳統(tǒng)的有限元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，結(jié)構(gòu)應(yīng)力的結(jié)果通常采用內(nèi)力圖等力線的形式描繪出來(lái)，給人以直觀的印象。利用仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則可以通過(guò)顏色的深淺給出三維物體中各點(diǎn)力的大小，用不同顏色表示出不同的等力面；也可以任意變換角度，從任何點(diǎn)去觀察。還可以利用VR的交互性能，實(shí)時(shí)修改各種數(shù)據(jù)，以便對(duì)各種方案及結(jié)果進(jìn)行比較。這樣就使工程師的思維更加形象化，概念更易于理解。

2．在巖土工程中的應(yīng)用

巖土工程處于地下，往往難于直接觀察，而仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)則可把內(nèi)部過(guò)程展現(xiàn)出來(lái)，有很大實(shí)用價(jià)值。例如，地下工程開(kāi)挖經(jīng)常會(huì)塌方冒項(xiàng)。根據(jù)地質(zhì)勘察，我們可以知道斷層、裂隙和節(jié)理的走向密度，通過(guò)小型試驗(yàn)，可以確定巖體本身的力學(xué)性能及巖體夾層界面的力學(xué)特性、強(qiáng)度條件，并存入計(jì)算機(jī)中。

在數(shù)值模型中，除了有限元方法外，還可采用分離單元。分離單元在平衡狀態(tài)下的性能與有限元相仿，而當(dāng)它失去平衡時(shí)，則在外力和重力作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)直到獲得新的平衡為止。分析地下工程的圍巖結(jié)構(gòu)，邊坡穩(wěn)定等問(wèn)題時(shí)，可以把節(jié)理斷層劃分為許多離散單元。這一過(guò)程可以在顯示器和大型屏幕上顯示出來(lái)，最終可以看到塌方的區(qū)域及范圍，這就為支護(hù)設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)。

3.防災(zāi)工程中的應(yīng)用

長(zhǎng)期以來(lái)，人類(lèi)一直與洪水、火災(zāi)、地震等自然災(zāi)害進(jìn)行著堅(jiān)持不懈的斗爭(zhēng)。由于自然災(zāi)害的原型重復(fù)實(shí)驗(yàn)幾乎是不可能的，因而仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在這一領(lǐng)域的應(yīng)用就更有意義。目前已有不少抗災(zāi)、防災(zāi)的模擬仿真系統(tǒng)制作成功，例如洪水泛濫淹沒(méi)區(qū)的洪水發(fā)展過(guò)程演示系統(tǒng)。該系統(tǒng)預(yù)先存儲(chǔ)了泛濫區(qū)的地形地貌和地物，有高程數(shù)據(jù)可確定等高線，只要輸入洪水標(biāo)準(zhǔn)(如百年一遇的洪水)及預(yù)定河堤決口位置，計(jì)算機(jī)就可根據(jù)水量、流速區(qū)域面積及高程數(shù)據(jù)算出不同時(shí)刻的淹沒(méi)地區(qū)，并在顯示器和大型屏幕上顯示出來(lái)。人們從屏幕上可以看到水勢(shì)從低處向高處逐漸淹沒(méi)的過(guò)程，這樣對(duì)防洪規(guī)劃以及遭遇洪水時(shí)指導(dǎo)人員疏散是很有作用的。又如在火災(zāi)方面，對(duì)森林火災(zāi)的蔓延，建筑物中火災(zāi)的傳播均已開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的模擬仿真系統(tǒng)，這對(duì)消防工程起到了很好的指導(dǎo)作用。

4．在模擬施工過(guò)程中的應(yīng)用

建筑施工是復(fù)雜的大型的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，它通常包括立模、架設(shè)鋼筋、澆注、振搗、拆模、養(yǎng)護(hù)等多道工序，而這些工序中涉及的因素繁多，其間關(guān)系復(fù)雜，直接影響著混凝土澆筑的進(jìn)程。模擬施工過(guò)程是為了通過(guò)仿真手段，去發(fā)現(xiàn)實(shí)際施工中存在的問(wèn)題或可能出現(xiàn)的問(wèn)題，這就需要對(duì)實(shí)際施工進(jìn)行仿真。而目前施工過(guò)程的模擬只是從幾何形體方面模擬施工的過(guò)程，即按樓層關(guān)系由下而上，每一層按柱、梁、板的幾何形狀加以著色來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過(guò)程的模擬?，F(xiàn)有的模擬只是對(duì)進(jìn)度計(jì)劃起到了一定作用，并沒(méi)有對(duì)施工過(guò)程起到真正的作用。基于以上原因，需對(duì)施工過(guò)程建立合適的模型，以達(dá)到模擬仿真的效果。例如，大型水利樞紐混凝土在運(yùn)輸澆筑系統(tǒng)的模擬仿真模型，是由運(yùn)輸子系統(tǒng)和澆注子系統(tǒng)構(gòu)成的，模型是按進(jìn)程交互的仿真策略建立的，按這種條件建立的模型能與仿真程序間保持緊密的對(duì)應(yīng)關(guān)系，程序所要模仿的行為比較直觀、清晰。程序流程直接與模型結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。

另外，仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域內(nèi)，還可應(yīng)用在建筑系統(tǒng)工程管理、建筑信息管理、建筑物及構(gòu)筑物的空氣流場(chǎng)、空氣品質(zhì)分析等方面。

我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，有著大量繁重的基本建設(shè)任務(wù)，特別是在十五計(jì)劃綱要中，提出進(jìn)一步加強(qiáng)水利交通、能源等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略。這一大好形勢(shì)，為結(jié)構(gòu)工程高新技術(shù)的信息化和集成化，為結(jié)構(gòu)工程學(xué)科及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展提供了良好的機(jī)遇。仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為結(jié)構(gòu)工程高新技術(shù)之一，開(kāi)創(chuàng)了結(jié)構(gòu)工程學(xué)科的新紀(jì)元，其技術(shù)潛力巨大、應(yīng)用前景十分廣闊。

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