堤壩透視投影及圖形可視化研究.pdf

1、堤壩透視投影及圖形可視化研究是數(shù)字水利，實現(xiàn)水利工程設計現(xiàn)代化的重要課題。它關系到水資源的合理開發(fā)利用、防災減災及工程建成后的實時管理。 該文針對眾多中小型堤壩設計施工中存在的堤壩坡腳線和基坑開挖線的快速準確的確定、堤壩平面圖可視化輔助設計、堤壩三維透視圖全景顯示等迫切需要解決的問題，從數(shù)值計算、透視投影的新視角開展了研究，建立了相對比較完整、簡單易用的堤壩透視投影及圖形可視化方法。 主要研究內(nèi)容和研究成果： (

2、1)求解堤壩坡腳線是堤壩計算機輔助設計中一個十分重要的工程問題，而這一問題的求解一直采用傳統(tǒng)的圖解法。圖解法作圖繁瑣、費時、不精確，不適合用計算機編程求解，從而限制了計算機輔助設計的自動化與集成化。為解決傳統(tǒng)圖解法所存在的問題，提出堤壩坡腳線的數(shù)值解法，以地面數(shù)據(jù)和壩體設計數(shù)據(jù)為基礎，建立了數(shù)學模型，解決了判別交點真?zhèn)巍⑶蠼馄履_線上特殊點及其收斂等問題。并按該文建立的堤壩坡腳線的數(shù)值解法，研究開發(fā)了相應的求解系統(tǒng)及參數(shù)化二維圖形顯示系統(tǒng)

3、，可以實現(xiàn)交互式設計及求解結(jié)果的可視化。這種方法完全改變了傳統(tǒng)的圖解法手工作業(yè)的缺陷，為解決堤壩設計中坡腳線快速確定、壩型方案設計比較及施工放樣等問題提供了一種簡便易行的方法。此種方法對求解同類問題普遍適用。 (2)針對大量中小型水利工程建設與施工的需要，提供一種新的堤壩三維模型構(gòu)建方法。將地形、壩體采取用點來描述的方法。指出地形地物數(shù)據(jù)的變換，就是點的變換。應用標高投影與透視投影，建立矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為透視數(shù)據(jù)的數(shù)學模型，在點與點

4、之間建立拓撲關系后，采用壩體與地形相一致的三維透視數(shù)學模型，用面向?qū)ο蟮木幊膛c圖形動態(tài)顯示技術，開發(fā)出堤壩三維透視圖可視化軟件。并以面板堆石壩為例，在壩體選型、方案比較上進行了應用研究，得出了相應的圖形顯示效果。證實該方法在理論上是嚴密的，實用性強，可產(chǎn)生多種視角條件下的三維堤壩線劃透視圖。而且該方法具有繪圖速度快、經(jīng)濟、方便、快捷的特點，不需要其它商業(yè)軟件的支持，在普通微機上就能實現(xiàn)。對中小型水利工程設計、方案選擇、決策分析等經(jīng)濟適用

5、。 (3)結(jié)合大壩特殊地形，研究了重影點定位法和同高點隱顯(遠近)判別法解決地物、地形透視圖消隱問題。將確定隱藏線的工作轉(zhuǎn)變?yōu)榇_定隱藏點的工作，將復雜的消隱問題轉(zhuǎn)化為判斷空間點對視點的遠近距離問題。并建立判別可見性的數(shù)學表達式。對于山頭、山脊或隆起地貌的消隱，提供了同高點隱顯(遠近)判別法，建立了同高點隱顯消隱的數(shù)學模型。給出了同高點隱顯消隱的判別式。 按該文建立的消隱方法，對土壩、面板堆石壩進行了例證，用計算機生成了不

6、同方向、不同視角的堤壩三維線劃透視圖。該消隱模型理論正確，消隱原理簡單、直觀、編程易于實現(xiàn)。與其他方法相比，避免了繁瑣計算等缺陷，加快了繪圖速度，提高了數(shù)學模型解決實際工程建筑物消隱問題的效率，為解決地形地物透視投影消隱提供了一種新的方法與手段的支持。 (4)研究了堤壩透視渲染圖的生成方法。解決了空間基礎數(shù)據(jù)的組織與管理問題。提出按角優(yōu)選法建立地貌三角網(wǎng)，利用坐標增量確定第一邊檢索范圍，利用傾角確定三角形起始邊的方向，并定義其左

7、右進行第二邊檢索，具有計算工作量簡單快捷的特點。研究了系統(tǒng)設計的集成技術。建立了地形三角網(wǎng)類、壩體四邊形類和系統(tǒng)集成控制類的三大類共同完成系統(tǒng)的核心功能設計，解決了基礎數(shù)據(jù)成份復雜，數(shù)據(jù)存儲和讀取要求高；三維模型的繪制模式較多，繪制函數(shù)程序編寫復雜；三維透視圖人機交互漫游和多角度觀察功能編程設計實現(xiàn)的困難。形象直觀地描述了堤壩設計效果，為中小型堤壩工程設計施工提供了新的表現(xiàn)方式和技術手段。 最后對全文作了總結(jié)，并對有待于進一步研