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三维设计模式在水利工程设计中的应用

发表时间：2021/4/14 来源：《城市建设》2021年2月作者：陈国栋

[导读] 近年来，基础建设发展迅速，水利发展也有了改善。随着我国生态文明建设的进一步推进,水利水电行业也获得了极大的发展。为了更为具象化地设计水利水电工程,三维设计在水利水电行业得到了极大的推广应用。本文将结合三维设计的优势和作用,分析其在水利水电行业的应用,以期为相关工作人员提供参考。

山东巨野县昌源水务有限公司 3729261987022****2 陈国栋 274900

摘要：近年来，基础建设发展迅速，水利发展也有了改善。随着我国生态文明建设的进一步推进,水利水电行业也获得了极大的发展。为了更为具象化地设计水利水电工程,三维设计在水利水电行业得到了极大的推广应用。本文将结合三维设计的优势和作用,分析其在水利水电行业的应用,以期为相关工作人员提供参考。
关键词：三维设计模式；水利工程设计；应用
        引言
       近年来，随着技术的进步，设计理念与设计技术等逐步具有了现代化的特征。水利水电工程作为重要基础工程，其在经济社会发展中发挥着重要的作用。与普通的工程项目相比，水利水电工程设计的复杂性更高，必须在设计中充分应用先进的设计技术与设计理念。三维协同设计作为一种新型的设计技术，其在设计中实现了各个要素的协调，提升了设计的整体质量。基于此，文章分析了水利水电工程中三维协同设计的质量管控，有利于实现三维协同设计的推广与应用。
        1三维协同设计质量控制概念
        三维协同设计是一种全新的设计理念，为保证其设计效果，在设计过程中必须做好相应的质量控制工作。三维协同设计的质量控制应该贯穿于工程设计全过程的控制过程，其质量管控的对象是设计过程本身。质量管控主要包含了对产品质量与设计工作质量的控制。对三维协同设计的质量控制而言，产品质量是基础与重点，而工作质量的控制为设计质量的实现提供了重要的前提与保障。产品质量控制效果的明显特征，设计单位的设计水平等直接可以在产品质量中加以呈现。而工作质量与产品质量相比，具有一定的隐性特征，其实施效果直接反映着设计单位的协同能力、资源调配能力等。因此，对三维协同设计质量控制而言，产品质量与工作质量之间存在着紧密的联系，二者缺一不可。
        2三维实体的表示方法
        （1）空间单元表示法。空间单元表示法是将实体使用一系列的规则空间单元近似表示，该方法虽然没有点、线、面等形体单元的概念，但是算法简单，容易实现逻辑计算，易于检查实体之间的碰撞干涉。（2）边界表示法。边界表示法（BoundaryRep-resentation）将物体定义为面围成的封闭的几何空间，强调形体外表的细节，可以详细记录构成几何形体的拓扑信息，显示速度较快。但是该方法的数据存储量较大，无法记录所有模型产生的过程。（3）构造实体法。构造实体法（ConstructiveSolidGeometry，CSG）是基于所有复杂的形体可以通过多种简单的形体按照一定的逻辑关系的组合来表示的原理。该方法可以记录模型产生的整个过程，有利于交、并、差等运算。（4）混合表示法。混合表示法是结合构造实体法和边界表示法的优势，以前者为主导，减少了中间环节的计算量，提高了显示的速度。
        3优化措施分析
        3.1模型优化处理
        模型的优化处理主要是指将模型的关键部位或需要详细表现的重点构件进行细节上的处理，类似平面制图中的大样图或详图，与之不同的是模型优化处理的内容更为丰富但在操作上却相对简单。比如赋与模型材质、光照效果、整体修饰和渲染等操作均可以很轻松的完成。像本例中涵闸以及城市建筑等对于需要结合地形的模型，优化处理还包括与现场结合的整体合理性和总体风格的一致性问题。就涵闸的外观样式、建筑风格等进行进一步的沟通，根据建设方反馈的意见可以进一步的细化，甚至推倒重新来过也花费不了多少时间（约1小时左右），这将大大减化设计师的设计工作量，有效提高效率，和建设方的沟通也会更为顺畅，既缩短了工程的设计周期、又进一步提高了设计质量。
        3.2DOM
        DOM是利用数字高程模型对扫描处理的数字化航空像片/遥感影像(单色/彩色)，经逐个象元进行投影差改正，再按影像镶嵌，根据图幅范围剪裁生成的影像数据。

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简单来说DOM就是具有一定分辨率、带有平面坐标信息和平面可量测性的反映区域客观现状的影像，它实际上是以数字栅格的形式存储各个像素灰度值的数据库。DOM的制作一般采用航天航空摄影测量方法，制作低分辨率(低于0.3m)、大面积的DOM可采用卫星拍摄的影像制作，简称卫片，而要制作高分辨率的DOM需采用有人飞机或者无人飞机搭载测量相机进行拍摄制作。由于目前制作DOM的软件发展较快，非测量相机也可以用于数据的采集，甚至可以采用消费级的无人机进行采集数据，后期使用VintuoZo、PhotoScan、APS、UASMaster等商业软件进行DOM制作，只是效率无法与前者相提并论。DOM具有精度高、信息丰富、直观逼真、获取快捷等优点，可作为工程布置的背景地图资料、地形提取地物及平面信息的材料、评价其他数据资料精度、现势性、完整性的工具，也可以制作各种专题图。
        3.3设计进度计划表
        水利水电工程三维协同设计过程中，设计进度计划表也是设计质量控制的有效手段。设计进度计划表的实施中，要求相关人员需要对不同时期的进展情况等加以实时掌握，在此基础上对项目的设计任务、进度等加以科学规划。因此，设计进度计划表是水利水电工程三维协同设计中项目进度控制的主要手段，有效保障了项目的顺利实施。在设计进度计划表的指导下，相关部门需要结合项目实施的具体情况，科学确定进度计划表。在后期设计过程中，要严格根据此计划表来实施，有关进度管理人员要检查工程实际情况与进度计划表之间的差异性，如果存在较大的偏差，需要及时对相关的工程问题加以分析与处理，采取必要措施等，保证水利水电工程三维协同设计可以在规定的工期范围内完成。
        3.43DM
        3DM(3DRealSceneModel，三维实景模型)是一个根据现实地形地貌依比例形成的、具有与现状相同色彩纹理的立体模型。3DM类似于DSM与DOM的叠加，但3DM同时还具有立面纹理信息。三维实景建模一般采用倾斜摄影测量手段获取影像数据，经过空三解算提取大量关键点，然后根据关键点形成不规则三角网模型，最后通过映射法则将纹理贴到三角网上而形成。倾斜摄影技术是国际摄影测量领域近十几年发展起来的一项高新技术，该技术利用多个照相机以不同视角同步采集影像，获取地物顶面和立面的真实纹理。它颠覆了传统的航空摄影测量模型，最主要的区别在于它需要尽可能多地获取地物的立面纹理。最开始倾斜摄影相机具有五个镜头:向下垂直，斜向前、后、左、右，随着技术的发展，陆续又出现了三镜头、四镜头、摆动双镜头、摆动三镜头、八镜头、十二镜头、二十四镜头等五花八门的倾斜摄影设备。甚至于大疆无人机搭载的单镜头也可以成为倾斜摄影设备。这一切都归功于三维实景建模软件的强大，目前行业内应用最广的是ContextCapture，它的前身正是Smart3D产品。近年来国产的三维实景建模软件也不断出现，如DP-Smart、PhotoScan、Pix4d、Mirauge3d、Altizure等等。无人机的不断发展、倾斜摄影测量设备的不断改进、三维实景建模软件的不断完善，共同推动了倾斜摄影测量技术的不断前进，推动了三维实景模型的普及与应用。三维实景模型具有高精度、高分辨率、高清晰度的特点，被广泛应用于各行各业。主要应用于测绘测量、地理信息系统、教学展示、城市规划、建筑建设、游戏制作、智慧城市、智慧景区、古文物数字化存档保护等。在水利工程设计中，它可以用作三维底图、方案布置、工程选址、效果展示、宣传动画等。
        结语
        三维协同设计是当前设计领域现代化发展的重要表现，在很多工程建设中，三维协同设计技术的应用极为普遍，这种设计方式与传统的二维设计相比，具有明显的优势，可以大大提升设计的效率，保证设计的质量，提升水利水电工程设计的效果。
参考文献
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