基于Sketchup建立水利工程模型若干要点

关键词:Sketchup 水利工程模型

2014-01-08 17:27:10  查看次数:5721次

 

基于SketchUp建立水利工程模型的若干要点

 

                                                       毛燕阳,姚叶萍,周俊,谭建

                                  (海南图语地理信息技术有限公司,海南 海口 570203)

                              (该论文被发表在《海南地理信息》学术论文专刊第13期)

 

摘要:本文以实际的水利工程模型建模项目,介绍以SketchUp为建模平台,构建各种水利工程模型的流程以及若干要点。SketchUp三维建模方法已广泛应用于房地产、城市造景以及城市规划等工作中。

关键词: SketchUp软件、三维建模、三维GIS

 

0 引言

      随着信息化浪潮席卷全球,GIS技术以其无可比拟的可视化优势在各个领域发挥着越来越重要的作用。随着美国推出的Google Earth、Skyline、ArcGIS Explorer,我国也推出了EV-Globe、IMAGIS、ConverseEarth等软件竞争国内市场。国内建筑行业常用建模软件有3ds Max、Maya、Softimage等,这些软件在构建精细模型时具有明显优势,但其操作复杂对计算机配置要求较高,不符合大众化原则。与3ds Max等软件不同,SketchUp具有简便的操作功能,适合进行批量建模,SketchUp成为现今炙手可热的建模软件是必然的。

    海南岛上分布的水利工程设施数目众多,形态各异,建立水利工程模型极具意义。本文对SketchUp软件特点进行简要分析;结合海南省水利工程设施建模项目,浅谈利用SketchUp建立水利工程设施三维模型的若干要点。

1 SketchUp软件概述

      SketchUp是一套直接面向设计方案创作过程的设计工具,它使设计者直能接在电脑上进行直观的模型构思。其操作简易,对计算机配置要求不高,是三维建模优选工具之一。SketchUp功能特点如下:

1.1 SketchUp功能特点

    (1)多个模块功能技术支撑;
    (2)三维的构建环境;
    (3)独特的几何体创建与编辑技术;
    (4)组和组件的运用;
    (5)功能的可扩展性;

2 国内水利行业应用软件现状

      目前CATIA/SimuPower 软件在我国水利行业应用较为成熟。运用该软件,可以在三维地形和地质表述的基础上,建立水利工程的三维模型,真实的反映工程的实际情况。由于 CATIA/SimuPower 软件价格昂贵、对操作人员要求较高。在我国也只有极少数大型设计院能够使用,远不能普及[1]

3 水利工程模型特点分析

      每种水利工程设施都有其特点,要建立各水利工程设施的模型,需先将各类水利工程设施模型的特点分析归类。

3.1 水库堤坝模型

    (1)不同等级的水库堤坝长度及宽度不同,一般按等级大小排列;

    (2)根据水库堤坝的与地形的关系可分为嵌入型和长条型。

     嵌入型:水库坝身嵌入山体之间,坝身较短;

     长条型:水库坝身沿道路而建,从影像上看为长条状,坝身较长。

    (3)剖面一般为梯形,迎水面材质为水泥混凝土材质,背水面为草地材质,坝顶最高处背水面与地面相切之处有梯形状的反滤体;堤坝两端高度与地面水平。

    (4)水库堤坝上附有溢洪道、交通桥、以及机房等附属设施。

3.2 堤防模型

    (1)跨度较长。

    (2)剖面可分为梯形、矩形;其中河堤、江堤剖面多为梯形,海堤为矩形。

    (3)迎水面材质一般为水泥混凝土或用石头堆砌而成,背水面一般为草地材质。

3.3 水闸模型

      水闸结构组成与水库类似,由各种附属设施组成。

3.4 水电站模型

    (1)水电站模型一般由各类厂房模型组合而成。

    (2)坝后水电站一般与其所属水库模型背水面相连接。

3.5 防洪楼模型

      防洪楼一般由村小学或村委会办公楼充当,或当地政府投资建设的专用防洪楼。前者构造简易;后者构造复杂。

4 水利工程模型建模流程

      由于SketchUp具有操作便捷、支持多种格式文件、优质贴图功能等优点,特采用SketchUp作为本次海南省水利工程设施建模项目的建模软件。建模流程路线如图4.1所示:

                                                 

  图4.1  建模流程图

5 水利工程设施建模要点探讨

5.1建模精度

    模型的精度是决定模型是否准确的一个决定性因素。模型的精度可分为模型位置精度、模型形状及走向精度、模型尺寸精度等。模型位置坐标可通过GPS采集获得,模型的形状及走向可参照模型影像底图,模型尺寸则参照模型工程建设图纸。

5.2模型相似性

    模型的相似性可以理解为模型与真实建筑体的结构外观相似、体量大小相当。结合模型影像底图、平面施工图、剖面图可确保模型的结构、体量与真实建筑体的相似性。而为了让模型更接近于真实,外观材质是一个不可或缺的因素,模型纹理贴图是保证模型相似性的关键。

    纹理贴图有两种方法:其一是全部使用采集的纹理,将经过Photoshop 处理后,覆盖在整个模型的各个表面;其二是局部使用真实纹理,其他位置使用软件自带的材质纹理。整体贴图后模型文件比较大,而且采集到建筑物的整体纹理也比较困难[2]为了体现模型的真实感而又能加快模型贴图的进度,一般采用局部外业采集贴图和软件自带材质相结合的贴图方法,对于实景照片纹理,贴图内不能存在人、车、植物等非建筑物体。模型贴图后效果如图5.2所示:

 

 图5.2  纹理贴图后模型效果

5.3 模型与环境匹配性

    水利工程设施在建模过程中还应考虑模型与周边环境的匹配程度即模型与地形的贴合。为了让模型与地形达到合理的贴合,较好的处理的方法是将地形数据导入参与建模。在SketchUp进行地形建模,有两种方法:一是基于等高线创建地形,二是基于格网创建地形。方法一用于对地形要求较高的地形建模,方法二则常用于景观设计造景时的辅助地形生成。由于水利设施模型要求精度较高,故采用方法一进行地形建模;将处理好的等高线文件导入SketchUp中。通过SketchUp中沙盒工具的根据等高线创建功能,由等高线生成地形模型。

    在三维场景中,三维模型与地形的结合主要分为面状模型与地形结合和建筑体与地形结合两大类。面状模型为水库堤坝、堤防,建筑体为防洪楼、水电站。SketchUp中沙盒工具曲面投射功能及曲面平整功能完成模型与地形贴合处理工作。

6 结语

   本文简要的阐述了SketchUp建模软件的特点及国内水利虚拟仿真技术现状,并探讨了基于SketchUp软件的水利设施工程模型构建的若干要点。从实际效果来看,采用SketchUp软件来进行水利工程设施建模是一个可行的模型构建方式。但在采用SketchUp建模中仍然存在一些不足:如SketchUp导出的3ds文件缺失坐标信息、在软件中存有正反面,将材质贴到反面时导出的3ds无法显示反面上的纹理等。

   在地理信息技术不断发展的今天,三维已成为GIS技术重要一环,三维建模将服务于创建三维数字城市、三维数字地球。当前海南国际旅游岛的建设发展必将需要投资建设大量重要设施,而三维建模可将各类设施实现立体化,由此可见三维建模技术对于城市建设发展扮演着举足轻重的角色。

 

 

参考文献:

[1]  曾巧.基于SketchUp中小型平原水闸建筑信息模型研究[D].内蒙古:内蒙古农业大学硕士学位论文,2009.

[2]  金仲秋,陈凯. 基于Google SketchUp 的虚拟城市三维景观构建技术研究[J].宁波职业技术学院学报,12(02).

[3]  李永泉,韩文泉,黄志洲.数字城市三维建模方法比较分析[J] .现代测绘,2010,(2).

[4]  许捍卫,房晓亮,任家勇,范小虎. 基于SketchUp的城市三维建模技术[J]. 测绘科学,2011,36(01).

[5]  艾丽双.三维可视化GIS在城市规划中的应用研究[D].北京:清华大学,2004.

[6]  程亚宾.SketchUp 软件在建筑设计构思中的应用研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学硕士学位论文,2007.

[7]  韦春夏.基于ArcGIS和SketchUp的三维GIS及其在洪水演进可视化中的应用研究[D].武汉:华中科技大学硕士学位论文,2011.

[8]  佚名.国内外主流的三维GIS软件.百度文库

 

 

第一作者简介:毛燕阳,女,海南人,汉族,大学本科,助理工程师,海南图语地理信息技术有限公司,主要从事地理信息系统、三维建模等工作。电话:13278950091   E-mail:mapsaymyyj@163.com   地址:海南省海口市海府路16号亚希大厦1207室。邮编:570203。