本文關(guān)鍵詞：基于GIS水電工程施工系統(tǒng)三維動(dòng)態(tài)圖形仿真技術(shù)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

Vol. 15 No. 12

Dec. 2003 鐘登華, 等：基于GIS水電工程施工系統(tǒng)三維動(dòng)態(tài)圖形仿真技術(shù)

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即它們都強(qiáng)調(diào)地理信息系統(tǒng)對(duì)空間數(shù)據(jù)的處理。

當(dāng)前GIS研究的熱點(diǎn)集中在與面向?qū)ο蠹夹g(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合[4]，以及三維地理信息系統(tǒng)[5]、時(shí)空系統(tǒng)[6]等空間信息建模技術(shù)的研究，目前較有影響的軟件有：CityStar（北大遙感所）、GeoStar（武測(cè)）、MapGIS（地質(zhì)大學(xué)）等。這些GIS工具軟件為各領(lǐng)域（如能源開(kāi)發(fā)、區(qū)域規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)等）廣泛的應(yīng)用提供了更為有力的保證，但把GIS技術(shù)應(yīng)用于水電工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，來(lái)輔助工程建筑物設(shè)計(jì)、三維動(dòng)態(tài)仿真施工過(guò)程及場(chǎng)地虛擬與漫游，是一種新的嘗試。

一般三維圖形仿真包含三個(gè)重要的環(huán)節(jié)，即仿真計(jì)算過(guò)程可視化、仿真結(jié)果可視化以及仿真建模過(guò)程[7-8]的可視化，圖形仿真的目的是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)仿真模型的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行觀察和統(tǒng)計(jì)，來(lái)掌握系統(tǒng)模型的基本特性，，找出仿真系統(tǒng)的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的改善或優(yōu)化。

[3]

圖2 基于GIS的水電工程施工動(dòng)態(tài)仿真可視化方案

2 水電工程施工動(dòng)態(tài)圖形仿真系統(tǒng)分析

2.1 基于GIS的仿真信息可視化組織方法

水電工程施工系統(tǒng)仿真不僅涉及施工場(chǎng)地、環(huán)境、建筑物布置等靜態(tài)的具有地理位置特征的空間信息，而且還反映地形填挖、建筑物施工等大量動(dòng)態(tài)的空間邏輯關(guān)系，GIS對(duì)描述這類數(shù)據(jù)具有很大的優(yōu)勢(shì)，利用GIS特有的空間數(shù)據(jù)組織形式，為反映可視化仿真所揭示的具有時(shí)空特征的空間信息提供了條件。它把客觀世界中實(shí)體對(duì)象在計(jì)算機(jī)中以真實(shí)的空間位置來(lái)表示，并使空間關(guān)系及其屬性按一定方式有機(jī)結(jié)合起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)空間實(shí)體與屬性信息的一一對(duì)應(yīng)。這種空間數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)為仿真系統(tǒng)數(shù)字模型的建立及其可視化空間表達(dá)提供了條件，圖2所示為基于GIS的工程施工系統(tǒng)三維動(dòng)態(tài)圖形仿真可視化方案，該圖反映了水電工程仿真數(shù)據(jù)由采集到可視化輸出為有一定物理意義的信息的過(guò)程。

利用了GIS以及Photoshop等軟件的功能特點(diǎn)，并根據(jù)水電工程的實(shí)際情況和施工管理的需要，研究了水電工程三維可視化靜態(tài)及動(dòng)態(tài)數(shù)字模型。

3.1 空間數(shù)據(jù)庫(kù)[9]的建立

建立本系統(tǒng)模型一項(xiàng)重要的任務(wù)是把有關(guān)工程實(shí)體圖形數(shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，此過(guò)程亦稱數(shù)據(jù)采集，并將其屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)連接。數(shù)據(jù)的貯存和管理主要通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)來(lái)完成�？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)是客觀世界的表達(dá)模型，它是將表示施工場(chǎng)地基本面貌并作為其他專題數(shù)據(jù)統(tǒng)一的空間定位載體的地形、道路、建筑物、水系、境界、植被、地名等基礎(chǔ)空間信息以結(jié)構(gòu)文件形式組成的集合。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立過(guò)程如圖4。

3.2 系統(tǒng)施工總布置模型的建立

工程施工場(chǎng)地布置是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，它不僅涉及施工場(chǎng)地、環(huán)境、建筑物布置等靜態(tài)信息，而且還反映地形填挖等大量動(dòng)態(tài)的施工邏輯關(guān)系。利用GIS特有的混合空間數(shù)據(jù)組織形式為反映工程施工信息管理系統(tǒng)所揭示的具有時(shí)空特征的空間信息提供了條件。實(shí)現(xiàn)工程施工系統(tǒng)可視化的基礎(chǔ)是建立一個(gè)能充分反映工程施工系統(tǒng)信息的三維工程施工數(shù)字模型。所謂數(shù)字建模[10]是指把客觀世界中的實(shí)體對(duì)象在計(jì)算機(jī)中用真實(shí)的空間位置來(lái)表示，并使空間關(guān)系及其屬性按一定方式結(jié)合起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)空間實(shí)體與屬性信息的一一對(duì)應(yīng)。虛擬場(chǎng)景可見(jiàn)實(shí)體很多，從模型種類角度可簡(jiǎn)單分為：地形模型、地物模型及復(fù)雜實(shí)體模型。 3.2.1 地形模型的建立

地形模型表現(xiàn)為整個(gè)工程施工沿線的地形、地貌，不僅是整個(gè)各工程施工三維數(shù)字模型的重要組成部分、所有工程建筑物布置及施工活動(dòng)的場(chǎng)所，而且還是施工過(guò)程中地形

2.2 基于GIS的圖形仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式

水電工程三維動(dòng)態(tài)圖形仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基本思路是：以GIS為載體開(kāi)發(fā)和建立數(shù)據(jù)庫(kù)，然后與系統(tǒng)仿真模型庫(kù)和方法庫(kù)建立連接，從而形成一個(gè)完整的三維動(dòng)態(tài)圖形仿真系統(tǒng)。具體開(kāi)發(fā)時(shí)可采用集成模式與擴(kuò)展連接模式相結(jié)合的方式，即既通過(guò)Windows的DDE技術(shù)調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，又通過(guò)不同平臺(tái)間的數(shù)據(jù)文件擴(kuò)展接口，使應(yīng)用模型與GIS系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)彼此數(shù)據(jù)的交換和共享。這種開(kāi)發(fā)模式不僅使模型間數(shù)據(jù)傳遞速度快、連接簡(jiǎn)便，而且還可克服內(nèi)部建模受GIS系統(tǒng)內(nèi)部編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)功能的限制。圖3表示的是以GIS為核心的三維動(dòng)態(tài)圖形仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式。

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3 水電工程施工系統(tǒng)三維可視化數(shù)字模型的構(gòu)造

在水電工程三維圖形仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我們充分

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