基于Sketchup建立水利工程模型若干要點

關鍵詞:Sketchup 水利工程模型

2014-01-08 17:27:10  查看次數:2651次

 

基于SketchUp建立水利工程模型的若干要點

 

                                                       毛燕陽,姚葉萍,周俊,譚建

                                  (海南圖語地理信息技術有限公司,海南 海口 570203)

                              (該論文被發表在《海南地理信息》學術論文專刊第13期)

 

摘要:本文以實際的水利工程模型建模項目,介紹以SketchUp為建模平臺,構建各種水利工程模型的流程以及若干要點。SketchUp三維建模方法已廣泛應用于房地產、城市造景以及城市規劃等工作中。

關鍵詞: SketchUp軟件、三維建模、三維GIS

 

0 引言

      隨著信息化浪潮席卷全球,GIS技術以其無可比擬的可視化優勢在各個領域發揮著越來越重要的作用。隨著美國推出的Google Earth、Skyline、ArcGIS Explorer,我國也推出了EV-Globe、IMAGIS、ConverseEarth等軟件競爭國內市場。國內建筑行業常用建模軟件有3ds Max、Maya、Softimage等,這些軟件在構建精細模型時具有明顯優勢,但其操作復雜對計算機配置要求較高,不符合大眾化原則。與3ds Max等軟件不同,SketchUp具有簡便的操作功能,適合進行批量建模,SketchUp成為現今炙手可熱的建模軟件是必然的。

    海南島上分布的水利工程設施數目眾多,形態各異,建立水利工程模型極具意義。本文對SketchUp軟件特點進行簡要分析;結合海南省水利工程設施建模項目,淺談利用SketchUp建立水利工程設施三維模型的若干要點。

1 SketchUp軟件概述

      SketchUp是一套直接面向設計方案創作過程的設計工具,它使設計者直能接在電腦上進行直觀的模型構思。其操作簡易,對計算機配置要求不高,是三維建模優選工具之一。SketchUp功能特點如下:

1.1 SketchUp功能特點

    (1)多個模塊功能技術支撐;
    (2)三維的構建環境;
    (3)獨特的幾何體創建與編輯技術;
    (4)組和組件的運用;
    (5)功能的可擴展性;

2 國內水利行業應用軟件現狀

      目前CATIA/SimuPower 軟件在我國水利行業應用較為成熟。運用該軟件,可以在三維地形和地質表述的基礎上,建立水利工程的三維模型,真實的反映工程的實際情況。由于 CATIA/SimuPower 軟件價格昂貴、對操作人員要求較高。在我國也只有極少數大型設計院能夠使用,遠不能普及[1]

3 水利工程模型特點分析

      每種水利工程設施都有其特點,要建立各水利工程設施的模型,需先將各類水利工程設施模型的特點分析歸類。

3.1 水庫堤壩模型

    (1)不同等級的水庫堤壩長度及寬度不同,一般按等級大小排列;

    (2)根據水庫堤壩的與地形的關系可分為嵌入型和長條型。

     嵌入型:水庫壩身嵌入山體之間,壩身較短;

     長條型:水庫壩身沿道路而建,從影像上看為長條狀,壩身較長。

    (3)剖面一般為梯形,迎水面材質為水泥混凝土材質,背水面為草地材質,壩頂最高處背水面與地面相切之處有梯形狀的反濾體;堤壩兩端高度與地面水平。

    (4)水庫堤壩上附有溢洪道、交通橋、以及機房等附屬設施。

3.2 堤防模型

    (1)跨度較長。

    (2)剖面可分為梯形、矩形;其中河堤、江堤剖面多為梯形,海堤為矩形。

    (3)迎水面材質一般為水泥混凝土或用石頭堆砌而成,背水面一般為草地材質。

3.3 水閘模型

      水閘結構組成與水庫類似,由各種附屬設施組成。

3.4 水電站模型

    (1)水電站模型一般由各類廠房模型組合而成。

    (2)壩后水電站一般與其所屬水庫模型背水面相連接。

3.5 防洪樓模型

      防洪樓一般由村小學或村委會辦公樓充當,或當地政府投資建設的專用防洪樓。前者構造簡易;后者構造復雜。

4 水利工程模型建模流程

      由于SketchUp具有操作便捷、支持多種格式文件、優質貼圖功能等優點,特采用SketchUp作為本次海南省水利工程設施建模項目的建模軟件。建模流程路線如圖4.1所示:

                                                 

  圖4.1  建模流程圖

5 水利工程設施建模要點探討

5.1建模精度

    模型的精度是決定模型是否準確的一個決定性因素。模型的精度可分為模型位置精度、模型形狀及走向精度、模型尺寸精度等。模型位置坐標可通過GPS采集獲得,模型的形狀及走向可參照模型影像底圖,模型尺寸則參照模型工程建設圖紙。

5.2模型相似性

    模型的相似性可以理解為模型與真實建筑體的結構外觀相似、體量大小相當。結合模型影像底圖、平面施工圖、剖面圖可確保模型的結構、體量與真實建筑體的相似性。而為了讓模型更接近于真實,外觀材質是一個不可或缺的因素,模型紋理貼圖是保證模型相似性的關鍵。

    紋理貼圖有兩種方法:其一是全部使用采集的紋理,將經過Photoshop 處理后,覆蓋在整個模型的各個表面;其二是局部使用真實紋理,其他位置使用軟件自帶的材質紋理。整體貼圖后模型文件比較大,而且采集到建筑物的整體紋理也比較困難[2]為了體現模型的真實感而又能加快模型貼圖的進度,一般采用局部外業采集貼圖和軟件自帶材質相結合的貼圖方法,對于實景照片紋理,貼圖內不能存在人、車、植物等非建筑物體。模型貼圖后效果如圖5.2所示:

 

 圖5.2  紋理貼圖后模型效果

5.3 模型與環境匹配性

    水利工程設施在建模過程中還應考慮模型與周邊環境的匹配程度即模型與地形的貼合。為了讓模型與地形達到合理的貼合,較好的處理的方法是將地形數據導入參與建模。在SketchUp進行地形建模,有兩種方法:一是基于等高線創建地形,二是基于格網創建地形。方法一用于對地形要求較高的地形建模,方法二則常用于景觀設計造景時的輔助地形生成。由于水利設施模型要求精度較高,故采用方法一進行地形建模;將處理好的等高線文件導入SketchUp中。通過SketchUp中沙盒工具的根據等高線創建功能,由等高線生成地形模型。

    在三維場景中,三維模型與地形的結合主要分為面狀模型與地形結合和建筑體與地形結合兩大類。面狀模型為水庫堤壩、堤防,建筑體為防洪樓、水電站。SketchUp中沙盒工具曲面投射功能及曲面平整功能完成模型與地形貼合處理工作。

6 結語

   本文簡要的闡述了SketchUp建模軟件的特點及國內水利虛擬仿真技術現狀,并探討了基于SketchUp軟件的水利設施工程模型構建的若干要點。從實際效果來看,采用SketchUp軟件來進行水利工程設施建模是一個可行的模型構建方式。但在采用SketchUp建模中仍然存在一些不足:如SketchUp導出的3ds文件缺失坐標信息、在軟件中存有正反面,將材質貼到反面時導出的3ds無法顯示反面上的紋理等。

   在地理信息技術不斷發展的今天,三維已成為GIS技術重要一環,三維建模將服務于創建三維數字城市、三維數字地球。當前海南國際旅游島的建設發展必將需要投資建設大量重要設施,而三維建模可將各類設施實現立體化,由此可見三維建模技術對于城市建設發展扮演著舉足輕重的角色。

 

 

參考文獻:

[1]  曾巧.基于SketchUp中小型平原水閘建筑信息模型研究[D].內蒙古:內蒙古農業大學碩士學位論文,2009.

[2]  金仲秋,陳凱. 基于Google SketchUp 的虛擬城市三維景觀構建技術研究[J].寧波職業技術學院學報,12(02).

[3]  李永泉,韓文泉,黃志洲.數字城市三維建模方法比較分析[J] .現代測繪,2010,(2).

[4]  許捍衛,房曉亮,任家勇,范小虎. 基于SketchUp的城市三維建模技術[J]. 測繪科學,2011,36(01).

[5]  艾麗雙.三維可視化GIS在城市規劃中的應用研究[D].北京:清華大學,2004.

[6]  程亞賓.SketchUp 軟件在建筑設計構思中的應用研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業大學碩士學位論文,2007.

[7]  韋春夏.基于ArcGIS和SketchUp的三維GIS及其在洪水演進可視化中的應用研究[D].武漢:華中科技大學碩士學位論文,2011.

[8]  佚名.國內外主流的三維GIS軟件.百度文庫

 

 

第一作者簡介:毛燕陽,女,海南人,漢族,大學本科,助理工程師,海南圖語地理信息技術有限公司,主要從事地理信息系統、三維建模等工作。電話:13278950091   E-mail:[email protected]   地址:海南省海口市海府路16號亞希大廈1207室。郵編:570203。

 

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