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计算机三维仿真技术

时间:2023-09-17 15:04:29

计算机三维仿真技术

计算机三维仿真技术范文1

    1生物建模技术的数据源

    计算机仿真技术平台系统从各个角度,不同路径设置,形象地展示集声音、粒子动画方案的设计效果展示。使客户可以身临其境的在三维虚拟空间感受到方案完成后的动态效果,有利于更加清晰的规划方案,确定方案的合理性与可行性。

    针对几何对象的设置方案和无缝编辑的生物建模技术的分类研究。

    创建对象的几何模型分为 stand primitie与 extended primitie两种创建方式为几何模型对象内部所固有的有着几何性质的可编辑的抽象模型,它们也可以作为基础模型辅助高级模型的创建,其精度线段细分都可以通过修改面板进行调节。几何模型所表现的属性性质可分为子层级,子层级内部可以分层编辑修改,最终完成基础模型的创建工作,修改包括三维几何体对象的基本点、线、面、多边形形态的子层级,反映几何体对象的面层级的特点;在三维仿真平台系统应用中体现要求的说明信息等。

    2 三维建模的技术分类

    我们通过不同的设计方案完成初步草图的设定,以及建筑模型的平面、立面设计,或是应用图形图像资源库中的标准几何体来完成初始模型的创建工作。细致模型的创建需要通过无缝编辑的生物模型来完成,或是根据不同的造型结构,通过物体合成命令来完成建筑模型的最终创建工作。建筑的不同环境效果和不同材质的划分以模型的不同面的表现来区分,并根据不同的分隔面来设置不同的ID号码,通过不同的ID号码由系统来区分不同的材质连接属性。

    目前,根据模型的分类差异,三维建模在计算机仿真领域中技术上分为几何建模类型和动态建模类型。

    3 静态三维模型库数据的获取

    模型库建立的难度主要在三维模型建模的精模与低模的转化过程,在三维模型创建之前,首先需要数字资源的收集整理,主要包括 DWG地图和地形的测量数据、航拍、设计图纸、以及常用模型的数据资源等数据资料。三维仿真系统中建立模型资源库,针对静态三维模型而创建的,为了方便静态模型资源的重复利用,以及方便静态模型的资源管理和模型信息升级,因此设置模型信息分类存储。

    静态模型资源库大致分为以下几类:建筑三维模型以及公共设施附属模型:地标性建筑模型;交通设施模型;公共模型设施;绿化植被模型;水体模型;景观及游乐设施;模型库资源的建立主要是由AutoCAD和3DSMAX来完成的。

    在 AutoCAD中完成三维场景的平面图创建后,将其导入3 DSMAX中,进行地面模型的创建,并且分割地形、地势,以便之后三维模型的面数与贴图的赋予不产生面的轴向 UV问题。应用3DSMAX进行初使模型的创建,由于造型能力强,并且可以很好的与仿真软件进行模型的应用导入,因此常用于虚拟仿真的三维建模部分,模型有很强的仿真立体效果。植物模型的创建,一般植物建模通常面数很高,也就产生了数据量的问题,因此现今植物建模的各种效果展示中真正的植物模型应用比较少,通常是应用大量的以面为单位的植物贴图以达到场景中需要的视觉效果,尤其是应用通道透明贴图。三维模型创建完成后,通过三维仿真资源数据库进行管理和操作的。

    三维模型资源库将模型分为:高精度模型、中精度模型、低精度模型,方便三维仿真场景中对于近景、中景、远景的不同需求,当摄影机跟随路径约束到视图远景时,所显示的模型为低精度模型,如此可以大量的节省场景中模型的计算量,以达到实时交互的刷新频率要求; 当摄影机跟随路径约束到视图近景时,所显示的模型为高精度模型, 保证了实时交互,对三维场景中的近景模型的高精度的视觉要求。三维场景数据库的模型资源表现了真实环境中的建筑模型合并到虚拟三维场景中的细节效果反应,包括三维场景中的天空作为一个球天模型的环境贴图对建筑模型群体的色彩影响。

    4 粒子动态现象的建模

    计算机仿真技术在虚拟环境中,创建静态的三维几何体模型的交互效果显示,对于实时仿真来说是无法满足用户的视觉显示效果要求的,三维物体的性质还涉及动态模型的应用,从三维物体运动的位置改变、以及物体之间的相互碰撞、三维模型的角度捕获、物体的缩放变形、以及三维模型的子层集表面变形等等。我们以视图坐标为中心,以运动的物体自身坐标进行轴向的运动变化。三维场景中的每个对象都有一个自身坐标,物体可以以自身为轴向进行运动,这样的坐标称为自身坐标系统。这个坐标系统的位置随物体的移动、旋转、缩放而改变。通过关键帧的设置,完成需要的动态模型创建。

    针对三维场景还有一个世界坐标,场景中的所有建筑模型都遵从于这个世界坐标。通常动态现象建模应用粒子系统,以及动力学系统,表现水景、云雾、风、火焰等,水体模型建造在地形变化中起着重要的作用,同时是建筑表现效果的重要内容,场景实时渲染的要求,通常应用粒子系统完成水景动态特效后输出动态文件,再将其以贴图纹理的方式附予场景中的建立好的面片中。虚拟对象 reactor的空间绑定,这是配合粒子系统的动力学系统,属于物理建模方式,通过对于虚拟物体的空间绑定,确定 reactor的质量、重量、摩擦力、惯性,以及物体的反弹参数值等等,这些特性与三维建模及其虚拟仿真平台结合起来,形成一个虚拟模型空间。

    5 结论

    三维场景中的物理建模涉及到动力学系统,是虚拟现实系统中比较高层次的模型创建,因为它需要物理学中动力学和重力系统与计算机图形学相结合,涉及到动力学系统中力的作用问题,主要是三维模型的重力、摩擦力、反弹值。

    除了人机交互中相互作用的系统程序应用外,还有在计算机模拟三维仿真系统平台中所呈现的粒子系统和动力学系统,创建粒子系统的动画运动行为模型。使得虚拟仿真系统平台可以自主性控制,也就是设定场景的动态信息后,用户不与之交互,指三维物体的活动变化以及周围环境和其它运动实体模型之间的动态关系,比如风效、雨景特效等,它们不受用户的输入控制(也就是说用户不与之交互)。

    参考文献

    [1]曾金发.虚拟现实复杂场景生成简化和优化技术研究[D]. 南京理工大学,2004.

    [2]张文君.城市规划中虚拟现实景观设计及其应用展望[J].计算机工程与应用,2005(35).

计算机三维仿真技术范文2

[关键词]三维仿真;实体造型;枪械设计

中图分类号:TM72 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)10-0387-01

引言

目前,计算机高技术的三维仿真技术已经在各个领域被运用,其中包括枪械设计的领域。三维仿真技术在枪械产品设计中有着较为重要的作用。在传统的机械设计遇到难题的时候,可利用三维仿真技术直观形象的逼真数据精确技术的特点,来使问题得到有效的解决。利用三维仿真设计,设计人员在方案设计期就可以直观形象精准的对对产品的三维立体全貌和设计尺寸数据有一定的了解。也降低了设计中出现失误的风险,使机械加工成本减少,也降低了设计工程量,同时在保证高设计质量的同时使产品设计的时间得到有效的降低。

一、三维仿真技术的含义

1、随着产品多样化的需求以及软件技术的布点发展,三维仿真技术也应时而生。三维仿真技术就是我们所说的3D动画。三维仿真技术一经推出便受到各界的欢迎,并且也快速的运用到各个领域种。三维仿真技术在枪械设计中的运用流程,对初步产品设计方案进行干涉,以及产品三维造型修改,设计方案装配仿真机构运动分析。

2、三维仿真技术的特点

在枪械进行三维仿真设计时,可以先在计算机上对每个仿真的模块进行拼装,根据客户的需求进行不同的拼装。通过三维仿真技术进行模块的拼装试验,这在一定程度上降低了整体性设计出现失误的风险。有效的减少的设计过程中需要的时间。对设计人员的工作效率进行了有效的提升,使机械加工成本减少,也降低了设计工程量,同时对在保证高设计质量的同r使产品设计的周期缩短。

二、枪械设计中的具体应用

三维仿真设计的主要构成部分是三维实体造型、装配仿真机构、运动分析和有限元分析及优化。三维仿真技术在枪械设计中的运用流程,对初步产品设计方案进行干涉,以及产品三维造型修改,设计方案装配仿真机构运动分析,仿真有限原色分析及优化这几个方面也有干涉。

2.1 三维仿真技术的基础便是三维造型,使现代实体建模能在很大程度上满足设计需求的建模需求。三维仿真技术可进行实体、特征、表面、、线框和参数化建模、自由曲面等建模需球。与此同时还支持孔槽、圆和倒角、体、球体、管、块、杆、型腔、圆柱、倒等标准的设计以及枪管套的三维造型。三维仿真技术的建模运用是较为广泛的。

2.2 在三维仿真技术中,现代装配提供了并行的自上而下的产品开发方法。在对产品进行三维造型结束之后,完成三维造型阶段后的产品设计进入装配阶段,这个阶段中,设计人员可对组成机构的各零部件进行模拟装配仿真,以确定装配定位的灵活性和相关性。还可以对装配是否存在设计尺寸干预进行及时的检查,以便于后续实际装配,为后续的实际装配奠定坚实基础。此外,在装配仿真的基础上,有利于配图和分解图的快捷绘制,也在一定程度上体现出了三维立体设计方便性的特点。

2.3 在进行三维仿真枪械设计时以及机构运动分析时,要注意其尺寸的正确性。在设计过程中要保证机械结构在工作时,每个零件部位都不会彼此干涉,并且有完好的结构性能,使机构安全得到一定的保障。对造型和装配仿真在机构运动模拟方面的不完善之处进行了有效的补充。在对机构动作最小距离进行分析时,可以利用模拟繁琐的二维和三维机械运动进行分析。

2.4 为了使产品的质量得到有效的提升,设计达到最理想的效果,在对需要模拟现实工况深入了解的情况之下,可以利用三维仿真有机融合的有限分析模块,对产品的机构实施特性的解析以及改良。

三、三维仿真在枪械中运用的意义

集成性是三维仿真的特点,三维仿真技术是结合三维实体造型仿真装配和仿真机构运动仿真以及有限元分析等来进行三维实体模型统一运用。以三维实体造型的形成为基础,对装配仿真机构运动分析与仿真和有限元分析提供一定的便利。很大程度上降低了设计人员在进行产品设计中的周期,也使产品结构得到了有效的优化结果。

计算机三维仿真技术范文3

关键词:仿真;高效切削;远程在线

0引言

近些年来,随着计算机技术的日新月异,一些机器设备也在不断的更新换代,其中的零部件得到不断的完善和提高,逐渐向一体化的方向发展[1]。在当今时代,数控加工是一个比较流行复杂的工艺,它不仅仅是一个简单的加工程序,还贯穿着整个生产加工过程,因此它在连铸机设备制造过程中有着非常重要的作用[2-3]。过去的机器设备已经明显满足不了人们多样化的需求,同样也不适应于钢铁工业的发展。在当前激烈的市场竞争的环境下,必须由专业研究人员对以往所用的机械设备进行不断的更新和研发,才能在激烈的市场上保留自己的一席之地,才能不断的提升自己的经济效益[4]。同时也要注意在操作连铸机等机械设备的过程中可以利用一些最新研发的技术,例如计算机仿真技术、高效切削加工技术等[5-6],不仅可以提高设备的效率,还能大大减轻工作人员繁重的任务量,这是两全其美的事情何乐不为。本文主要从计算机仿真技术入手,介绍三维仿真技术在提高连铸机设备加工高效化方面的应用,进而分析计算机领域内的新技术在钢铁工业中的应用与发展,从而促使机械加工进入一个新的发展阶段。计算机数据的远程操作技术,不仅会给公司省去很多不必要的麻烦,还能为公司生产加工提供必要的依据。

1高效切削加工与计算机仿真加工技术

1.1高效切削加工技术的需求

高效切削是一个比较复杂的综合性技术,它设计的范围方面比较广,主要包括高速主轴单元、材质管理以及速度控制等,从运用的技术理念方面来讲,它主要包括机器设备运转的理念、新的技术方法和手段等[7]。高效切削加工技术作为连铸机运行过程中重要的技术,它对整个设备的运行都有着重要的影响。企业的连铸机设备正常运行的时候,如果只是一味的提高机器设备的运转速率就可能出现两个比较明显的问题:一是随着机器运转速度的加快,生产效率也会随着提升,这会延长非刀削的时间;二是由于机器设备进入高速运转阶段,严重超出了它的工作限度,会导致机器提前报废或者要进行维修会加大花费成本[8]。因此,要不断熟悉高效切削技术,进而熟练的掌握运用,才能提高该企业的经济效益。

1.2计算机三维仿真加工技术的应用

近些年来,我国连铸机发设备的生产加工越来越受到工厂企业的重视。在对每套设备进行生产加工之前,首先都会对其设计的图纸进行仔细的探进探讨,确保设备结构的科学合理。由于一些图纸设计的比较复杂,施工人员往往会在了解图纸方面花费一些时间,然后在检查图式设计的合理性、有效性,来确保图纸上的每块设计都科学合理,这样会节省大量的时间和精力。效率问题一直是众多工厂企业都非常关注的一个问题,我厂通过运用最新的技术和管理方法,针对效率这一问题制定相应的解决措施[9]。例如通过运用计算机仿真技术,来模拟生产过程,完善计算机编制程序。通过对常用的零部件进行加工、完善,从而能够准确的实现加工工艺和切削参数的稳定化,逐步实现机器设备的批量化生产,这样不仅仅能够节省大量的人力、物力、财力,还能够大大提升生产效率。(1)利用计算机技术建立一个三维模型,能够准确的表现出物体的结构特征;(2)选择合适的工艺进行加工,同时编制好程序以便能够顺利的操作,还要确定好加工的内容,包括图形、语言等,从而促使工作人员更加了解熟悉流程;(3)运用VERICUT软件建立三维模型,确定合理的走刀路线,找出加工过程中影响效率的问题加以解决,既可以提高生产效率,同时也减少花费成本;(4)在切削过程中,一定要选择合理的切削参数,同时利用计算机的仿真技术,不仅仅能够减少工作人员的任务量,还能提高生产效率;(5)在选择合理的参数之后,还要运用仿真技术建立一个三维模型,来模拟产品的生产加工情况,从而能够减少一些问题的发生,同时根据产品的结构、材质来设置合理的参数,从而促进产品加工的顺利进行。

2计算机仿真技术在高效化连铸机设备中的应用

2.1计算机三维仿真配管

扇形段是连铸机的重要组成零件之一,同时也是我常生产加工的产品,它在连铸机运行过程中主要发挥的作用是:能够降低气温迅速冷却尚未干透的模型,或者将设备内的水气迅速冷却,接着进入下一生产环节[10-11]。面对我厂的生产效率这一问题,应该如何制定相应的解决措施,来保证厂商的正常运行,尽量减少我厂在生产过程所遭受的损失,仍然需要工作人员的不断探讨和研究。下面以首秦三号机、京唐四号机的图纸为例进行仔细分析,通过综合分析后,发现这家厂商的扇形设备的处理只按照图纸进行机械的操作,没有过多的考虑实际情况以及厂家的需求。在这一方面,这两个工厂都有待完善和提高[13]。我厂吸取了它的缺点,并检查自己生产的设备中有无此问题,有则调整,没有加勉,从而进一步提高产品的品质和质量水平。三维管路设计的基本步骤:(1)选择合理的数据,建立一个三维模型;(2)运用计算机仿真技术,进行调整;(3)编制合理的程序,进行合理的调控;(4)真管的加工及最终的检查;

2.2三维仿真管路设计、干涉检测及调整

在进行三维仿真管路设计时,首先要了解线管的整体框架以及主要功能,在此基础上进行不断的完善和创新,设计出一个完整的管线路图[14]。设计的线路图不仅要科学合理,各线路以及零部件的安置都要合理有效,比如线管的长度、材质以及配置等都能通过计算机技术能够提前预知,发现线管的问题就及时的调整或解决,避免浪费大量的财力、物力而且还大大减轻了相关工作人员的任务量,从而提高操作的生产效率。通过利用计算机仿真技术应用于三维仿真管路设计,从而使设计的管路更加符合人们多样化的需求。

2.3管路的预制加工与装配

在管路进行加工之前,要对管路的直径、长度以及材质等因素进行严格的检查,确定一切都正常的情况下,才能够进入管路的生产加工过程。工作人员根据专业人士绘制的图纸进行开展工作。可以选用金属材质的圆锯机进行切割线管,切出的线管不仅长度精准、接口完美,可以省去后面很多繁琐的细节调整,切的面还比较光滑,不需要进行再次调整[15]。用三维仿真技术的线路数据与弯管机相结合,通常选择半径20mm以下的线管进行调整布置,进一步克服在以往线路管排设布置的过程中遇到的问题,从而使线管与设备更好的衔接配合,进而消除后面可能遇到的问题或困难。在用三维仿真技术安置线路管的过程中要标有明显的记号,要与施工人员手中拿的线路图上的标记相一致,工作人员可以把复杂困难的线路图通过共同的商议进行适当的调整,使其变得更为简单明了,这种做法不仅能够提高工作人员的积极性,还能节省成本,提高企业的经济效益。

3结论

综上所述,本文通过分析计算机仿真技术、切削技术等在钢铁行业的运用,不断的调整我国连铸设备的发展战略以及创新手段,通过借鉴国内外相关经验,使该技术不断的提高和完善。进一步分析我国的仿真技术对我国连铸设备的发展进步做出的巨大贡献,以及工厂企业带来的巨大效益。

参考文献

[1]赵佳,张天笑.模块化配管技术研究[J].山东工业技术,2016,(16):294-295.

[2]李源,李明,马玲,王升.智能测控技术在连铸机设备优钢化升级改造中的研究与应用[J].自动化与仪器仪表,2013,(4):166-167.

[3]兰殿振.连铸机定尺数据跟踪检测设计及自动控制功能优化[J].自动化与仪器仪表,2014(4).

[4]胡命杰.谈计算机仿真技术的新发展[J].信息安全与技术,2015,(02):126-127.

[5]李永祥,胡秀阳,汪洪,黄凯龙,南立文.计算机虚拟仿真技术在数控加工中的应用研究[J].浙江师范大学学报(自然科学版),2013,(04):427-431.

[6]费腾.基于驾驭式计算的电生理仿真系统的设计与实现[D].哈尔滨工业大学,2013.

[7]鹿亮.发动机轴承仿真系统可信度评估方法和系统实现[D].大连理工大学,2013.

[8]庞志锋,姚云峰.机械可靠性工程研究体系及发展方向[J].河北工业科技,2013(04):272-275.

[9]呼刚义,王荪馨,杨鹏.虚拟加工仿真软件在数控加工技术中的应用和发展[J].机电工程技术,2013,(01):16-18.

[10]袁晶.《数控加工技术》的信息化教学设计与探索[J].教育教学论坛,2013,(40):178-179.

[11]王品悦.基于eM-Plant的车间人员配置仿真研究[J].广东广播电视大学学报,2013,(03):110-112.

[12]昝磊生.,板坯连铸机长寿化改造措施探讨[J].湖南农机,2014,(09):97-98.

[13]刘君,吴晓燕,陈永兴,刘力.基于熵权的仿真可信度模糊综合评估方法研究[J].现代防御技术,2012,(05):162-166.

[14]周教生.单片机编程仿真实验系统的设计与开发[J].自动化与仪器仪表,2016,(11):202-205.

[15]李学伟,赵万华,卢秉恒.基于误差模型的三轴联动加工轨迹预补偿方法[J].中国机械工程,2014,(21):2918-2924.

[16]QingqiLong,JieLin,ZhixunSun.Agentschedulingmodelforadaptivedynamicloadbalancinginagent-baseddistributedsimulations[J].SimulationModellingPracticeandTheory,2011,(4):102-107.

计算机三维仿真技术范文4

关键词 立交桥 三维 虚拟场景

中图分类号:TP391.9 文献标识码:A

1 项目学术价值

该项目是立交桥三维虚拟场景建模与指定路径的实时漫游,基于图像的绘制技术,应用三维视景仿真建模软件(MultiGen Creator)和三维实时仿真软件(MultiGen Vega)对场景建模和路径漫游,相对于传统的基于多边形绘制技术具有更加简单的三维建模工作,同时使场景更加真实,图形生成速度更快。利用高性能的计算机、计算机图形学及纹理技术,对立交桥场景建模和路径的实时漫游,使计算机图形学、计算机视觉、虚拟实时漫游等理论知识得到深入和完善。对立交桥虚拟场景建模的研究者具有一定的参考价值。

2 应用价值

应用领域:三维车载导航、城市规划、城市信息化交通网络、游戏、桥梁设计、电影等虚拟场景,通过虚拟技术实现,减少了人力、物力、财力等直接的损失。在现实生活中,可以应用到基于二维电子地图的车载系统,提供一个交互式的高逼真的虚拟场景,有效解决了司机们在复杂道路交叉口面对简单的路径引导无能为力的现状。同时对立交桥桥面维护进行场景虚拟,大大减少了政府的财务支出。

3 具体研究

3.1 研究目标

利用微型计算机设计出立交桥三维虚拟场景漫游仿真软件,实现对立交桥三维虚拟场景建模和路径的实时漫游。

3.2 研究内容

(1)对现实中,某座立交桥的设计方式的简单分析;(2)对这座立交桥上的各个路线的简单分析;(3)建立立交桥三维虚拟模型,分别对四个桥面段建模;(4)对立交桥周围部分环境的建模,包括树木、标志性性建筑等;(5)基于道路中心线的指定路径实时漫游实现。

3.3 研究方法

(1)基于计算机图形学,应用MultiGen Creator,建立基于图像绘制的立交桥场景模型,对直线桥面段、下坡弯道桥面段、平直下坡桥面段、平直弯道桥面段四个模型的建立;(2)为了增加立交桥三维虚拟的逼真性,对立交桥周围部分景物场景建模,树木、建筑物;(3)对立交桥上车辆各个路线的分析,建立汽车在立交桥上指定路径的实时漫游;(4)最后对立交桥虚拟漫游软件测试,保证其的逼真性和稳定性。

4 创新点

基于图像绘制技术构建三维的立交桥仿真模型,使得虚拟场景更具逼真性、交互性。利用微型计算机将现实与虚拟结合起来,对立交桥及其周围环境进行完美仿真。同时在微型计算机中将成果生成软件,并应用于汽车导航系统当中,弥补了汽车导航系统在立交桥复杂路口的不足之处。

5 特色

该项目是计算机图形学与计算机视觉的结合,一方面能促进这两门交叉学科理论知识的深入发展和完善,另外,该项目使虚拟场景在美观的基础上更具逼真,在仿真领域取得了新的突破。

6 关键技术

第一、基于图像绘制技术的三维立交桥及其周围环境的建模;第二、应用三维视景仿真建模软件(Multi Creator)对立交桥场景模拟中直线桥面段、下坡弯道桥面段、平直下坡桥面段、平直弯道桥面段四个模型的建立;第三、桥面建模当中要求桥面两端的参考线为共面平行或交错平行,因此在建立交桥面参考线时使用创建平行线的工具来保证参考线的绝对平行;第四、两段桥面连接时,为了保证桥面之间的圆滑过渡要求,第一桥面段的出口坡度参数与第二桥面段的入口坡度参数一致;第五、在绘制过程中的纹理技术、动态生成视点替用特效技术和处理技术;第六、应用三维实时仿真软件(MultiGen Vega)对指定路径的实时漫游的具体实现,包括创建立交桥对象、添加汽车场景、设置碰撞检测、设置运动方式、创建角色对象、设置角色对象运动方式、设置漫游路径、设置路线导航器、指定漫游路径实现路径的实时漫游;第七、后期的绘制、渲染、检测及维护。

7 实验方案和技术路线

(1)查阅相关资料,全面的了解和认识计算机图形学、计算机视觉、基于图像绘制的技术等理论知识,收集立交桥的设计方式、立交桥上各个路线等相关资料,进一步对立交桥的场景模型、其周围环境的场(下转第32页)(上接第30页)景模型、指定路径的实时漫游进行深刻的理论探讨研究;在认真理解基于图像绘制方法的基础上,研究如何更简单、逼真、美观的建立出各个场景的三维虚拟模型。

(2)应用三维视景仿真建模软件(MultiGen Creator)对立交桥场景模型建立,分四个模块:直线桥面段、下坡弯道桥面段、平直下坡桥面段、平直弯道桥面段四个模型的建立。

(3)基于图像绘制技术,应用三维实时仿真软件(MultiGen Vega)通过创建立交桥对象、添加场景、设置碰撞检测、设置运动方式、创建角色对象、设置角色对象运动方式、设置漫游路径、设置路线导航器、指定漫游路径实现路径的实时漫游。

(4)利用VC++软件系统设计和实现,在绘制过程中使用纹理映射技术进行场景渲染,动态生成视点替用特效技术和混色处理技术增强真实感同时又提高仿真的实时性。

8 国内外研究现状分析

当今社会经济快速发展,城市人口越来越多,交通压力越来越大,立交桥在城市交通中发挥着重要的作用。随着虚拟技术的发展,基于图像绘制的场景建模和实时漫游,是目前虚拟场景漫游设计的主流技术。虚拟漫游技术已广泛应用于各个领域,如虚拟校园系统,建筑领域尤其是对房屋、桥梁的虚拟漫游,但对立交桥的虚拟漫游是近来的热点,有较强的应用价值。

参考文献

[1] 张曦.王国权.龚国庆.基于Mulitigen Creator场景模型的建立[J].北京机械工业学院学报,2006.21(2):21-26.

[2] 陈涛.魏朗.人-车-路虚拟仿真系统研究[J].交通与计算机.2006.24(5);12-16.

[3] 宋明志.康凤举.Vega开发环境的扩展研究[J].系统仿真学报.2004.16(1):178-179.

计算机三维仿真技术范文5

关键词:城市人民防空计算机仿真系统 模型设计 仿真技术 体系结构

中图分类号:TP391.9 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2014)01-0149-01

1 人民防空计算机仿真系统结构

防空计算机仿真系统以仿真建筑模型和三维场景仿真等技术,建立三维动态演示的演习场景,并进行各类预案演练以及评估检测为主要内容。该系统的主要技术手段为HLA技术,并辅佐以高速LAN作为信息传输基础、城市场景三维显示效果和三维模型制作等技术,系统总体结构设计由三维场景与管理模块、专业数据查询模块、地理信息系统查询模块、标绘模块、预案演示模块、辅助决策模块组成。

(1)三维场景与管理模块。该模块是利用卫星数据、航空影像、数字模型和其他3D信息源,快速建立一个交换式三维平台。该模块最大的特点是可以融合数据后更新现有数据库,展现实时3D效果的地理空间影像,帮助使用者得到所需要的地理数据。(2)专业数据查询模块。专业数据查询模块是用于存储演练需要的各类专业信息和评测信息等内容的模块。该模块最大的特点就是可以对各种基本数据进行加工处理,并对相关数据进行综合编辑和系统分析,并且还具有增添、删除和修改数据,自动检验当前数据和提示操作的功能。(3)地理信息系统查询模块。本模块提供了最基本的地理查询功能,可以提供地图放大缩小、地理坐标定位、高度量算、距离量算、坡度量算,路径分析等技术支持。(4)标绘模块。该系统主要用于静态情况下的指挥作业,也可以为动态演示模拟提供最基础的势态图,而且在该系统中存储了大量三维符合,例如重点目标、人民防空专业队、地下工事等等。(5)预案演示模块。本系统根据预案进行可视化3D模拟预案进行系统之后,然后根据不同的预案类型进行分类存储于管理。(6)辅助决策模块。该模块不仅可以动态展现指挥行动,还可以建立多个辅决策模型,例如人民防空警报器优化模型、智能选择疏通与隐蔽路线模型、重点防护目标、行动部署模型等。

2 人民防空计算机仿真系统的关键性技术

2.1 城市场景三维显示效果

由于建立城市人民防空计算机系统是为了保护人民的生命与财产的安全,那么主要行动的重点就应当放在城市地域上,所以城市场景三维显示效果是该系统开发的一项重要研究指标。在三维场景效果下进行演示,可以达到最真实的演练效果,使得仿真过程更加形象、逼真、直观,现场富有感染力,增强现场感的真实效果。

该技术的系统主要由三维矢量模型、DEM、纹理影像和属性数据组成,系统采用矢量一体化的数据组织策略和细层次LOD技术,来控制场景复杂度和真实度,快速可视化三维模型系统,并且随时准备简化物体模型。

城市场景环境主要可包括为自然环境、气象环境、电磁环境和核化环境等。在该系统中,可根据可视化处理的场景数据实施实时交换显示。其中针对不同的地形场景、环境场景、武器装备以及声效特征,运用了矢量数据一体化的组织策略。

2.2 HLA技术

HLA是目前最新型的分布仿真框架,特点是可支持互操作和可重用,能够提供更多大型规模的结构仿真、数据分发管理和实况仿真等于一体的综合环境。

(1)HLA技术的分析。HLA包含了6种管理服务,而且关于HLA包含数据分发管理服务与时间管理服务由于其自身的复杂性,成为了当下研究的热点。(2)HLA组成部分。HLA主要由规则、对象模型样本、运行支撑结构构成。(3)HLA的主要作用。HLA是该系统技术框架的核心内容,其作用在于促进模型资源的高效开发,解决仿真系统设计上的集成问题。HLA作为系统总体规划的标准,可以实现系统内各个部件的独立开发,使得系统具备了更高的可扩展性能。并且,HLA对建立仿真系统的效率和质量等方面提高标准做出来重大的贡献。

2.3 三维模型制作与分析

该技术最大的优点是从实际应用需求出发,通过人民防空专业知识进行归纳与总结,并且根据不同的类型模式实施分类,统共可分为如下几类:城市人民防空地下工程和专业队伍、城市人民防空警报通信系统、疏散路线、隐蔽区域、重点防护目标、物质储备、可能的危险源等。最后按照设计得来的人们防空专业符号体系,制作系统所需的三维模型库。

3 城市人民防空计算机系统的实现

该系统采用COM技术与TCP协议开发,利用SQL Server数据库平台,实现了城市人民防空预案的三维动态演习,系统通过模拟空袭场景、模拟城市人口疏散和隐蔽路线、模拟重点防护目标等来实现预案的网上模拟,并且配以视频演示,其中地形仿真要求与被模仿地区外形相近,而战场地形则以合理选用典型战术训练场为蓝本,逼真的模拟战斗中的声音以及火力攻击等效果,然后根据作战情况仿真的进行变化,伴随敌军袭击我军重点防护目标时,系统会自动根据有关数据进行计算损失,得到精确的损伤结论,同时将会根据部署情况进行及时调用,得出最优化的行动方案。并且还可以对某些难以进行实际操作研究的军事行动进行模拟,得到相应的估算评测结果,以达到体现敌我双方实力对抗和交战情况的随机性。这样一来,可以增强我军人民防空指挥人员的组织指挥能力,综合判断防空能力是否达到相应水平,并且还可以提高机会机关人员之间的合作协调能力和有效检验专业技能是否达标,从而得到最精确的评测结果。

计算机三维仿真技术范文6

[关键词]游戏引擎;机械动力仿真;虚拟现实技术

中图分类号:TP391.9;TD672 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)33-0225-02

一、引言

三维游戏由于引擎技术在建模技术、物理引擎技术、复杂环境的高质量实时渲染技术、动画技术、人工智能技术、对象的行为控制技术等各方面不断的完善和强大,已经极大地引起了人们的关注和重视。游戏引擎不再仅用于游戏娱乐产业的开发,更多的渗透到了教育软件开发、虚拟现实应用、动画影视(特技)制作、军事训练、实时模拟等人类生活的各个领域。极大地改变了人们的生活方式和思维方式。

游戏引擎技术尤其物理引擎技术不断的研究发展,让我们意识到仿真虚拟机械动力的可能性。利用游戏引擎虚拟机械运动,将为开发教育游戏中的虚拟物理实验、网上数字科技馆、娱乐型游戏中的机械道具和多样化游戏任务等具有重要的应用价值和研究意义。

传统的机械动力仿真技术和虚拟现实技术虽然在一定程度上也能虚拟机械的运动,但是由于那些技术不可避免的弊端对机械动力仿真技术应用在其他领域形成了瓶颈。传统的机械工业仿真技术缺乏交互性,设计复杂,表现单调。随着多媒体技术、计算机动画技术、虚拟现实技术、网络技术等技术的渗入,以VRML(Virtual Reality Modeling Language虚拟现实造型语言)或Cult3D为代表的技术给机械仿真领域带来了交互性,但是由于传统的虚拟现实技术固有的特性,如运动行为的硬编码、交互性差、画面不流畅、系统实现复杂等,使得基于游戏引擎技术虚拟机械动力的技术具有很大的优势和更大的发展前景。

本论文研究的技术充分利用了游戏平台的优势,它不仅具有传统虚拟现实系统所有的优点,而且具有3D游戏般的交互性和逼真的动力学模拟。从开发角度而言,游戏引擎的实时渲染能力、快速的计算能力、组件化、可重用性以及面向对象的编程方式等,都使得应用游戏引擎成为一种非常便捷和有效的仿真技术手段。本文描述了利用游戏引擎模拟简单的机械动力实例的核心技术。

二、机械动力仿真技术研究背景

概念设计是机械设计过程中的最初阶段,主要目的是获得产品的本质形状。[3]机械仿真技术的发展为机械工业概念设计注入了新的活力。计算机运算处理能力的提高为机械系统的仿真提供了更好的基础。

我国机械系统传统的计算机辅助工具多数是AutoCAD, Pro/E, Solid Works, Solid Edge, 3D MAX等2D和3D软件,此类建模软件含有大量的图形文件,容量较大,不利于网上传输和远程控制。同时这种方式建立的三维模型是静态的,动画是设计者事先设计好的一副副二维动画,用户只是被动的接受,而不能按照自己的意愿进行实时交互式仿真。

虚拟现实技术作为一种更为人性化的交互技术,近几年来逐渐渗透到各个应用领域。虚拟现实技术的沉浸特征、交互特征和构想特征,刚好弥补了上述传统方法的不足。因此,运用虚拟现实的方法实现机械设计系统成为必然。传统的机械仿真都是代码编写控制的运动效果,没有实现通过物体间力的作用而让物体产生运动,所以不免比较生硬,不能具有可复用性和柔性。

综上可知,机械工业虚拟仿真技术由于其复杂性、综合性决定了开发的困难,因此势必需要一些工具来辅助开发,游戏引擎由于其本身的特点,成为开发机械工业虚拟系统的有力工具。

三、游戏引擎技术

1.三维游戏引擎

一般而言,三维游戏引擎包括:引擎内核、三维图形引擎、物理引擎、人工智能系统、3D模型和图像库、网络引擎、输入系统。三维游戏引擎中各子系统关系可由(图1)表示。

2.游戏引擎技术的优势

(1)利用游戏引擎可以简化系统制作的复杂度,缩短开发时间,降低制作成本。

(2)游戏引擎中强大的物理引擎为该机械动力仿真系统提供了保障,这也是不同于其他虚拟现实技术的闪光点。

(3)该游戏引擎能快速嵌入到网页中运行,因此,极大的活跃了网页式三维虚拟现实技术,因为传统的三维网页虚拟技术在WEB中运行效果不是很好,运行缓慢,效果单调,交互性差,游戏引擎技术的支持在一定程度上可弥补这些不足。

(4)游戏引擎的最大特点是可以实时渲染,这样使得开发者可以及时浏览和调整系统。Unity3D游戏引擎甚至可以支持在程序运行时改动场景中物体的属性。这样的实时性改变,使得开发者能迅速获得最佳的设置效果值。

(5)基于游戏引擎技术开发的机械动力仿真系统,具有游戏般的交互能力,活跃了机械展示的表达方式。

(6)在游戏引擎平台上的二次编程代码被称为“脚本”,大多数脚本语言都是面向对象的编程特点,具有封装、多态、可复用性等特性。简单易学,使虚拟系统设计者易于开发应用。

四、主要结论

3D游戏引擎技术最大的特点就是它把一个程序中可以重复利用的部分,以精巧的模块组织起来,将其规格化、最佳化,以利于程序重用技术。利用引擎不仅可以开发出“景物真实、动作真实、感觉真实”的三维系统,更重要的是利用它我们可以节省大量的人员和资金,简化系统制作的复杂度,缩短开发时间,降低制作成本,并且游戏引擎普遍具有的FPS(First Person Shooting第一人称射击游戏)特性,这一特点可以巧妙的应用于交互设计中。游戏引擎的实时渲染、动态编译和可视化编辑功能有效解决了传统的虚拟现实技术中存在的渲染耗费时间和硬件成本的问题。

3D游戏引擎最吸引人的是它的强大的PhysX物理引擎和真实的图形渲染引擎。强大的功能会提升研究的成功性。从开发方面考虑,该引擎的脚本语言近似c#或javascript,使得开发轻车熟路,而且脚本是动态编译的,运行速度和汇编接近,不会因为脚本的问题而影响系统的执行效率。从方面考虑,该引擎支持跨平台,而且用该引擎开发的作品可以通过网页直接运行,是3D虚拟现实作品轻松实现网页漫游的良好解决方案。

参考文献

[1] 杨红娟,周以齐,石柏成,陈成军.机械系统虚拟现实建模方法的研究.中国图像图形学会.642~646.

[2] 刘强,刘春全.机械动力仿真软件在抽油机运动学上的应用.装备制造技术,2008年,第12期.49~51.

[3] 石其乐.简易型虚拟现实技术的实现.宁夏工程技术,2003 年8 月,第2 卷第3期:227~245

计算机三维仿真技术范文7

关键词:虚拟仿真技术;实践教学;学习场景;教学训练

一、概述

虚拟仿真技术是对虚拟现实技术和系统仿真技术的合称。虚拟现实技术是先进的人――计算机接口技术,其实质是利用计算机产生一个三维的、基于感知信息的临场环境。人可以参与和控制环境,同时环境能够对人的控制行为做出动态的交互反应。系统仿真技术是随着计算机技术的发展而形成的新兴学科,它是通过建立真实系统的数学模型,利用计算机来达成对系统的分析、研究、设计等目的。目前,虚拟仿真技术在军事、教育、医学、工业设计等多个领域都得到了应用。在教育教学领域,虚拟仿真技术能够进行教学活动或实验操作的模拟,具有经济性好、安全性高以及可重复等多种优势,已经开始替代某些费时、费力、费钱的真实试验和教学演示,对传统的教学活动产生了强烈冲击,引发了教学领域产生一系列深刻的变化。

虚拟现实仿真技术在高职实践教学中应用研究的意义:利用虚拟仿真技术可以构建一个虚拟的实训场地和教学场景,在没有实际设备的情况下可以有效提高教学效果。并且可以减少高职院校因设备不足的高额开支。通过仿真技术可以进一步整合教学资源,提高实训设备的利用率,提高学生知识和技能。在教学中对仿真技术感兴趣的学生可以做再次开发,这样能更好的提高实践教学效果和学生的实践应用能力。

二、虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的研究内容

传统设计是设计者根据产品用户的需要,将所设计产品的结构通过图纸表现出来,经过计算或者经验认证后,再投入生产试制中进一步检验其结构设计的正确性与合理性。而虚拟现实仿真技术在实践教学应用研究中主要体现在以下几个方面:

1. 利用虚拟现实仿真技术开展三维模块实践教学的应用研究

Solidworks作为一款三维设计软件,功能强大,组件繁多。Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点,这使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。对于熟悉微软的Windows系统的用户,基本上就可以用SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器,用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ,学生能在比较短的时间内完成更多的工作,能够更快地将高质量的设计应用到虚拟设备中。

在强大的设计功能和易学易用的操作(包括Windows风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴)协同下,使用SolidWorks ,整个产品设计是可百分之百可编辑的,零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。

(1)全动感用户界面:

①只有SolidWorks 才提供了一整套完整的动态界面和鼠标拖动控制。“全动感的”的用户界面减少设计步骤,减少了多余的对话框,从而避免了界面的零乱。

②崭新的属性管理员用来高效地管理整个设计过程和步骤。属性管理员包含所有的设计数据和参数,而且操作方便、界面直观。

③用SolidWorks资源管理器可以方便地管理CAD文件。SolidWorks资源管理器是唯一一个同Windows资源器类似的CAD文件管理器。

④特征模版为标准件和标准特征,提供了良好的环境。用户可以直接从特征模版上调用标准的零件和特征,并与同事共享。

⑤SolidWorks 提供的AutoCAD模拟器,使得AutoCAD用户可以保持原有的作图习惯,顺利地从二维设计转向三维实体设计。

(2)装配设计:

①在SolidWorks 中,当生成新零件时,你可以直接参考其他零件并保持这种参考关系。在装配的环境里,可以方便地设计和修改零部件。对于超过一万个零部件的大型装配体,SolidWorks 的性能得到极大的提高。

②SolidWorks 可以动态地查看装配体的所有运动,并且可以对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测。

③用智能零件技术自动完成重复设计。智能零件技术是一种崭新的技术,用来完成诸如将一个标准的螺栓装入螺孔中,而同时按照正确的顺序完成垫片和螺母的装配。

④镜像部件是SolidWorks技术的巨大突破。镜像部件能产生基于已有零部件(包括具有派生关系或与其他零件具有关联关系的零件)的新的零部件。

2. 利用虚拟现实仿真技术开展三维动画交互实践教学的应用研究

虚拟现实系统的目的是为了开发虚拟现实应用,所以任何一个完整的细腻显示系统都需要有一套功能完备的虚拟现实应用开发平台,一般包括两个部分,一是硬件开发平台,即高性能的图像生成及处理系统,通常为高性能的图形计算机或者虚拟现实工作站;另一部分为软件开发平台,即面向应用对象的虚拟显示应用软件开发平台。VRP(Virtual Reality Platform,简称VR-Platform或VRP)即虚拟现实平台,VRP是一款由中视典数字科技有限公司独立开发的具有完全自主知识产权的直接面向三维美工的一款虚拟现实软件。VRP可广泛的应用于城市规划、室内设计、工业仿真、古迹复原、桥梁道路设计、房地产销售、旅游教学、水利电力、地质灾害等众多领域,为其提供切实可行的解决方案。

三、虚拟现实仿真技术在实践教学中拟解决的关键问题

1. 虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的应用与研究,有效地避免了高校实验实训设备不足的影响因素。学生通过虚拟实验项目的学习与训练,减少其真机操作时出现许多失误问题。

2. 虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的应用与研究,教师利用虚拟现实仿真技术教学时,与实训室技师经常切磋技艺、探讨操作问题,提高了教师的实践教学水平。

3. 虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的应用与研究,改变了学生被动学习的方式,提高了学生学习兴趣、综合实践能力和高职实践课堂教学效果。

四、结束语

随着科学技术的不断进步,虚拟现实仿真技术也进入了一个充满活力和具有广阔市场前景的高新技术领域,它的出现也渐渐取代了传统模式中许多教学的新方法与新手段。目前,利用我院现有和二次开发虚拟现实仿真实训软件系统,进一步完善学院虚拟仿真实训室的硬件和软件设施,构建虚拟实训室崭新的教学与学习场景,实施机电产品虚拟仿真设计、制造、装配等模块实践教学的应用与研究。对提高我院课堂教学改革实践效果,具有深远的意义。

参考文献

[1] 尹湛华,朱海洋. 虚拟仿真技术在高职实践教学中的比较优势[J]. 南昌高专学报,2008(08)

[2] 王岚等. 虚拟实现EON Studio应用教程[M]. 天津:南开大学出版社,2007

计算机三维仿真技术范文8

(北京理工大学软件学院,北京100081)

摘要:在信息时代,网络交流无论在深度还是在广度上都颠覆了传统意义上的交流,成为人们生活的重要组成部分,它不但满足了人们的内在需要,扩大了人们的社交范围,而且改变了人们的生活方式。计算机仿真技术作为一门专门利用计算机软件模拟实际环境进行科学实验的技术,为促进网络社会的交流提供了较好的技术基础。本文通过对计算机仿真技术和网络虚拟交流平台的研究,对仿真技术在促进网络交流方面的技术突破点进行了详细的介绍。

关键词 :仿真技术;网络交流;虚拟;关键突破

DOI:10.16083/j.cnki.-1296/G4.2015.02.066

中图分类号:O245文献标识码:A文章编号:1671—1580(2015)02—0151—02

本文受国家科技支撑计划项目(2012BAH38F01-05)资助。

收稿日期:2014—09—12

作者简介:张福泉(1975— ),男,福建福州人。北京理工大学软件学院在读博士,闽江学院计算机科学系,副教授,研究方向:流媒体智能存取技术,智能化数字表演与仿真技术。

一、虚拟网络交流的重要平台及其发展趋势

随着网络技术的发展,人们的交流方式发生了巨大的变化,低效率的传统交流方式逐渐被网络交流方式所取代。网络交流以网络作为信息的载体,将互联网作为交流分享的平台,极大地提升了交流的即时性和效率。

当前,网络交流平台主要包括即时通信交流平台、信息互动平台、网络商品交易平台和在线交流平台。无论人们在哪一个平台进行网络交流,对交流过程的快速、真实、便利的追求都永无止境,这极大地推动了仿真技术等计算机网络技术的进一步发展,也为仿真技术的发展指明了方向。首先,虽然网络交流平台的种类越来越多,网络交流的方式越来越繁杂,但是,单一的网络交流平台无法满足人们的需要,未来网络交流平台不仅能实现“现实人”与“虚拟人”的交流,还将实现“现实人”、“虚拟人”以及“虚拟物”之间的交流。其次,网络交流平台毕竟都是虚拟环境下的交流,无法满足人们相互之间真实的精神情感交流的需要。随着计算机网络技术的发展,网络交流的可视化、智慧化以及无障碍交流必将成为新的发展趋势,追求虚拟现实世界成为计算机仿真技术的发展方向。

二、可视化仿真技术在虚拟网络交流中的技术突破

可视化仿真技术指的是将仿真中的数字信息变为直观的、以图形图像形式表示的、随时间和空间变化的仿真过程呈现的技术手段。可视化仿真技术是仿真领域的重要研究分支,包括了可视化算法、实时绘制、图像生成、多通道及多视点显示、人机交互、分布式与并行计算、软件工程学、效果评估等理论技术以及各行业相关的建模技术,等等。

(一)可视化仿真软件的智能化、自动化。随着网络交流的不断深化和发展,实体动态、智能视点选取成为可视化软件的发展潮流。1.实体动态生成。在仿真开始前先在想定仿真节点编制好态势变化的想定文件,在仿真过程中通过节点的仿真软件对想定文件进行动态解析,从而实现对不同仿真节点的动态匹配。实体动态生成技术的优点在于将网络交流的不同需求进行分散化建模,简化了仿真建模的复杂性。2.视点智能选取。Vega是可视化视点选取使用较为广泛的工具,带有静止、运动模式等多种视点方式,但是,Vega等工具的固定观看模式无法充分体现复杂系统仿真过程中各个实体、事件、环境、场景、系统的实时运动变化情况,要实现对虚拟环境的实时、动态的视点管理,就需要全局漫游、俯视以及智能眼视点等模式。

(二)可视化仿真建模的三维实体柔性技术。智能视点实现了对具有固定实体的动态实时仿真,对于没有固定形状,并且随着时间和过程不断变化的实体,例如云、风、烟雾弹等柔性体,则需要采用柔性仿真技术,通过对物体的运动特性、机理以及作用建立起这些柔性体特殊的动力学和运动学模型,进行可视化绘制,实现对柔性体的三维仿真。

(三)可视化仿真实时性和逼真度的技术实现。实时和逼真是虚拟网络交流追求的两个重点,在技术进步的基础上实现两者的最大突破成为可视化仿真技术不断进步的动力。在硬件方面,通过提升计算机运行芯片的计算性能和处理模式来实现快速绘制;在软件方面,借助网络技术以及网格技术的并行计算、分布式计算,可以逐步优化软件结构和代码,减少计算量,从而提升绘制速度。

(四)非视觉物理量的可视化技术。在现实社会中不仅存在看得见、摸得到的实体,还存在不可见的非视觉物理量

(例如磁场、温度场、水声场、电场等)

。要实现虚拟社会交流的真实性,非视觉物理量的可视化技术也是非常重要的突破。非视觉物理量可视化仿真的关键技术是三维数据场仿真,一般通过两个途径来实现:1.对三维数据生成的等值面进行绘制,这是基于面的可视化,主要方法有切片技术、几何变形曲面法以及网格划分法等。2.将三维数据投影到计算机,再通过体绘制技术进行绘制,这是基于投影的可视化。

三、虚拟现实技术在促进虚拟网络交流中的关键突破

虚拟现实(VR)技术通过虚拟的“现实人”体验来表达、获取信息,集合了多种计算机技术,例如人工智能、控制论、数据库、计算机图形学、实时计算技术、人机接口技术、电子传感技术、机器人、多媒体以及遥现技术,等等,是一种最有效模拟“现实人”在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术。通过VR技术,创造出一个“现实人”可以与虚拟世界进行对话、虚拟世界对“现实人”的行为作出反应的人机交互环境,同时,表现出虚拟世界的自律、临场感,使得“现实人”具有身临其境的感觉,这也正是人们在进行虚拟网络社会交流时所极力追求的体验。

(一)VR的视觉表现技术。真实感以及图形图像实时绘制是实现VR视觉感知的重要手段之一,也是构造虚拟环境的核心,更高、更强的真实感和实时性不但保证了VR系统的沉浸感和交互性,而且也是VR视觉表现技术所追逐的重要目标。图形图像绘制是VR视觉表现的基础,一般可以分为:1.图形绘制技术,主要研究真实感光照计算、自然景物绘制以及纹理映射等;2.场景绘制技术,包括全光函数、光场计算、同心拼图、全景拼图等研究内容;3.图像与图像相结合的绘制技术,包括几何一致性以及光照一致性等方面的内容。

(二)VR的听觉表现技术。听觉是人类感知世界的重要信息来源,虚拟社会中的每一个发声体都是“现实人”感知虚拟社会信息的一个重要来源。事实上,我们在网络上感知的声音素材大部分都是数字化音频,由于不具有空间信息,无法体现虚拟社会听觉空间的真实感和立体感,而通过描述人的听觉系统对不同方位声音的不同频谱特性(头部相关传输函数:HRTF),例如双耳时间差、声级差等,可以建立起虚拟听觉空间(VAS),其中的声音定位技术是实现三维逼真音效的关键技术。

(三)VR的力/触觉表现技术。VR通过力/触觉设备对力/触觉信息(主要包括碰撞检测和碰撞响应)进行高效处理,在客户操作力/触觉设备时,碰撞检测算法对“现实人”与虚拟对象的碰撞情况进行检测,并在发生碰撞后运行碰撞响应策略。

(四)VR的嗅/味觉表现技术。在现实社会,人的嗅觉是由化学刺激产生的,而且气味间细微的差别都会引发不同人的不同反应,显然,要对虚拟社会的嗅/味觉进行高仿真,现在还存在一定的困难,这也将成为未来VR技术研究的重要方向,现阶段有许多科学家进行了有益的探索。例如:Amoore J.E就曾想用基本的七种气味来进行合成,但真实度不高。

虽然仿真技术为促进虚拟网络交流进行了各种关键技术的突破,实现了虚拟社会的可视化和可交流,但离现实社会中人与人的真实交往还存在一定的差距,而且虚拟社会中“现实人”、“虚拟人”以及“虚拟物”的相互交流还存在一定的障碍,需要进行进一步的仿真技术研究才能更好地实现。

参考文献]

[1]穆雪.可视化交互性虚拟电梯的设计与实现[J].黑龙江科技信息,2013(18).

[2]王平,陈智刚,郭光全,孙玉振,李益强.基于Vega的爆炸毁伤视景仿真技术研究[J].爆破器材,2013(4).

[3]王涛.基于UDK的数字校园虚拟现实引擎关键技术的研究[J].软件工程师,2014(4).

计算机三维仿真技术范文9

1.1多媒体仿真技术的理论与方法

现代信息技术的快速发展和新的突破,都对以其为基础的相关技术产生强有力的推动和改造。多媒体技术对传统数字仿真技术,从概念、方法和体系上不仅是具有改造、拓展,甚至有重新构造的影响意义,这一点已为越来越多的事实所证明,被越来越多的人所重视。

多媒体系统方法最重要的贡献是将不同界面上运载的各类媒体信息能够作统一的,或叫归一化的处理,构造适人化的多维信息空间。这就根本改变了仿真系统的运行环境条件。多媒体系统与数学物理模型一起所形成的仿真新体系,扩展了仿真系统的效能和应用领域。特别是多媒体使仿真扩展到非数字模型所描述的事物领域,对工程中场景设计研究、结构系统定性分析等问题,都能有效地实现模型建立、模态比较、仿真效果表达。

概括起来,所谓多媒体仿真,是指采用不同媒体形态描述不同性质的模型信息,建立反映系统内在运动规律和外在表现形式的仿真模型,在仿真运行时可产生定性、定量相结合的系统动态演变过程,以多维信息综合表达仿真结果。多媒体仿真使人们可以较自然地按照实际系统的固有特点和认识方法,来建立和表达其模型状态和演变行为,以尽可能直接的最具普适性的手段,来认识和表达客观对象,应当说这更能体现“仿真”的原义。

多媒体仿真将整个过程都建立在信息技术基础上,这并没降低传统的数学模型的作用。相反的是使之更强化、更有声有色、更生动具体。多媒体系统模型,从统一的角度对各种媒体的信息进行时间和空间表达,它把数学模型作为一种时变数字媒体,有效地集成在系统中,使外在媒体表现和内在规律有机结合,相得益彰。在这里,我们强调仿真系统中抽象演算与直观形式结合,强调定量方法与定性方法结合,在求解仿真对象的时态运动描述方法上,更适合科学研究和工程设计的需要。

1.2多媒体仿真环境的主要特点

多媒体技术对仿真环境的建立产生重大的影响。主要表现在:建立仿真对象的多媒体信息库、多种媒体综合表现模型及其与运动方程的协同显示机制、仿真过程和求解结果的演播与交互查询等。多媒体仿真建模与传统的建模方式不同。首先,在建模初期,就基本确定了模型的声、文、图等多种媒体的综合属性和相互关系,使模型在表达个体固有属性时运用多种表现手段,生动深刻的展现其本征。其次,多媒体仿真建模采用面向对象的建模方式。模型中的各个成分以对象的形式表现,对象自身的属性和状态是私有的,各个对象之间依靠事件驱动(消息)发生联系。这更加符合人们对自然界的认识和理解过程。

多媒体仿真表现环境是以信息和多种媒体的集成为基础,将仿真对象的属性、运行的过程以及仿真结果以多媒体的形式表现出来的一种系统。其具体内容包括对仿真实体和环境的可视化描述以及对它们的动态表现和控制等。

多媒体仿真表现环境充分利用多媒体交互处理多种媒体信息的特点,将仿真对象和仿真过程生动的展现于屏幕上,使技术人员得到仿真结果和运行过程的定性与定量相结合的直观演示,大大减轻了技术人员的行为难度。

2建筑工程多媒体仿真环境设计的核心技术

多媒体仿真与传统数字仿真在系统环境设计要求上有很大的不同。从功能目标看,主要有以下几方面:

(1)支持媒体对象从建模到仿真过程的多种媒体的表现。

(2)所建对象运行模型在一定仿真机制下运行时,能体现其固有的或虚拟媒体特征,包括自动生成运动方程。

(3)支持仿真系统的实验校正和交互控制。

(4)支持多媒体数据库系统管理操作及其版本进化。

(5)支持仿真演播、观看或查询求解结果及仿真过程,编创演播脚本。

多媒体仿真环境要求多媒体平台能有效地支持客观对象的虚拟表现技术,就建筑工程仿真而论,特别是要求支持如下核心技术:三维工程数据场的显示;计算机层析技术;四维曲面空间的场静态显示及动态显示控制技术;不同媒体对象的归一化处理和集成技术。

2.1三维工程数据场的显示

三维工程数据场的可视化是实现建筑结构多媒体仿真的基础。我们在建筑结构力场的显示和场景表现(如风力场)中,主要以体绘制技术为基础。

2.1.1体绘制技术

体绘制技术是指经重采样和图象重建后,将连续的三维源数据场映射到屏幕图象空间,形成连续的二维屏幕图象的技术。三维数据场重采样的目的是将连续的三维图象离散化,为将三维物体空间映射到二维屏幕空间提供离散的数据点阵,同时确定观察方向。对重采样数据进行平移、旋转、缩放等空间变换,用插值法求出各点的图象空间坐标和灰度值,即完成由实体空间到图象空间的重建。

2.2.2多维工程数据场的显示

为研究建筑结构在外力作用下的受力状况和时程响应,实现结构内力场的可视化,我们在三维空间的基础上引用了结构受力特性,构成四维工程数据场。四维数据场的显示采用计算机层析技术。已知物体某点的空间坐标为f(x,y,z)∈V,引入该点的某一特定属性作为一维投影数据S,S可以代表该点的应力、应变、位移等。以S为基线,运用一定的重建算法重构出物体在四维空间的三维图象。

2.2三维数据场的动态显示控制

在建筑结构的动力学仿真中,仅实现三维数据场的显示是不够的。为达到荷载作用下结构随机振动的效果,必须对体数据场进行显示控制和动态实现。

2.2.1显示控制

为了观察建筑结构各个角度所受荷载的方向、速度及建筑物表面压力,需要对视角方向进行控制。我们知道,空间一点的位置可以用它与三个坐标轴x,y,z的夹角α、β、γ来表示。如所示,设视点为S,α、β、γ的变化直接反映出S的变化。因此,只要控制α、β、γ三个角度,即可实现从不同方位观察物体。

2.2.2工程结构的动态仿真——工程图变形技术

实现多媒体仿真的另一关键问题是实现三维动画效果。在建筑结构的多媒体仿真中就是要模拟结构的随机运动过程。由于实验采样数据离散程度大,采样率低,而且一般只知道振动的初始状态和最后状态。要想做到完全仿真,必须采用工程图变形技术,使计算机自动在原图和目标图之间产生一系列中间图,以实现平稳而光滑的变形。变形技术的算法原理是以实测数据为基础进行插值。这种插值与一般数学意义上的插值有所不同,需要根据表达对象的拓扑结构、约束条件和动力学特性等因素,选择恰当有效的插值模型和插值方法。在结构工程中,我们采用形态特征模型作为基本插值模型。插值法采用非线性自由变形算法,同时考虑结构的受力状况,保证各个阶段的变形都满足允许位移场条件。

3建筑工程多媒体仿真环境架构

建筑工程多媒体仿真环境基本架构。

3.1基本管理模块

负责对仿真系统的数据资料、接口设备和工作平台进行管理。针对建筑工程系统,除需配备基本的多媒体计算机以外,还要有以下几个软、硬件辅助设备。

3.1.1数据采集设备

采集实验数据,为仿真工作的展开提供原始资料。

3.1.2数据接口子模块

将实验中的电脉冲数据转换成绘图软件所需的数据格式。

3.1.3绘图设备

用于输出拷贝仿真结果的绘图仪等图形设备。

3.1.4其他设备

为各种特定要求所配置的设备,如打印机、扫描仪等。

3.2仿真环境设计工具箱

是仿真系统的工具集成模块。

3.2.1图素集

可以快速生成点、线、圆、立方体、圆柱和圆锥等基本图形单元。

3.2.2渲染工具

负责场景渲染和纹理映射。包括:

(1)纹理生成器:自动生成如砖墙、混凝土、木材、玻璃等建筑工程中常用的材料纹理,并完成对实体的帖制。

(2)场景生成器:自动生成阴、晴、雨、雪等气候描绘,并包含有建筑场景渲染中常用的树、人等实体集。

(3)调色板(Palette)编辑器等工具:允许用户改善图象质量,改变图象深度,提供特殊深色效果表达能力;分离、重组局部构件;同时显示多幅图象等。

允许用户对原有模型进行改造,如:设置、改变参数,增加新的数据等。也允许用户重建新的模型。编辑模块同时还提供数据变量与图形单元的连接对应机制。

3.2.4查询工具

允许用户实时查询结构的各种媒体特性、静力特性和动力特性等数据资料。

3.2.5实验校正工具

可信性是系统仿真的关键,其发展日益得到重视。在建筑工程多媒体仿真系统中,实验校正工具是不可少的一个组成部分。该工具集成丰富而宝贵的专家经验,将已有物理实验、破坏实验和历史数据作为校验依据,对系统建模的逼真性、参数输入的正确性、仿真效果的有效性等进行检验,并依此不断改进系统,逐步提高仿真实验的准确性和置信度。

3.3演示模块

计算机三维仿真技术范文10

数字化虚拟样机技术是缩短产品开发周期,降低开发成本,提高产品设计和制造的重要途径。长期以来,印刷机的送纸机构的分析和设计处于图解、公式计算分析的基础上,以简化性为前提,不仅效率低下,结果难免具有近似性和粗糙性。采用计算机辅助技术不能设计系统的优化程序和模型,给工程设计带了一个难题,而采用虚拟样机技术可有效的解决以上问题。

【关键词】虚拟样机技术 三维建模 印刷机输纸机构

上世纪90年代以前大部分的机械设计都是采用传统的静态设计,即主要是根据经验和实验数据反复进行修改调整而做的设计。其遵循的设计理念就是设计―实验―改进设计―再实验―再设计。很明显,这样的设计理念不仅不充分系统,也没有创新;另外在这样的设计中,仅仅是对重要的零部件根据简化的力学模型或公式进行实验计算,其它只是做类比设计,与实际情况相差甚远;最后,这样的设计在设计开发周期上也是一种浪费。

近30年,随着科学技术的迅猛发展,尤其是计算机技术的发展和应用,这给机械设计带来了革命性的变化。虚拟样机技术就是在这样的一个大环境下应运而生。

1 虚拟样机技术的概念

虚拟样机技术是一种崭新的产品开发方法,它是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法。这些数字模型即虚拟样机(VP:virtual prototype),将不同工程领域的开发模型结合在一起,从外观、管理和行为上模拟真实产品,支持并行工程方法学[1]。

在机械设计领域,虚拟样机主要指利用计算机三维设计软件建立样机模型,并进行一些列的性能模拟仿真,以便为后期能方便地进行改进和优化设计。因此,虚拟样机技术实际上是包含了多体系统力学、系统建模技术、多领域协同仿真、工程设计分析技术以及狡猾式用户界面技术等多种应用技术,其内涵是非常之丰富的。

首先,虚拟样机技术是以三维建模技术和多体系统运动学与动力学建模技术为基础。利用虚拟样机技术,设计人员可以直接应用计算机辅助设计软件在计算机上对机械、电气系统进行三维建模和虚拟装配,从而获得虚拟样机,并可以在计算机上根据各种工作情况的运行和受力情况进行仿真分析,最终对样机的性能有所了解,进而为生产物理样机提供可靠的数据分析。CAD特征造型能力的逐步完善,为产品集信息模型的建立奠定了基础。

其次,虚拟样机技术以协同仿真技术为核心。计算机仿真是指在研究中利用数学模型来获取系统的一些重要特性参数,这些数学模型通常是由以时间为便来那个的常微分方程来描述,并用数值方法进行计算机仿真求解的[2]。

2 印刷机输纸机构组成介绍

单张纸胶印机的输纸机构是胶印机一个重要组成部件,它的作用是将飞达部分分离出来的纸张平稳、准确、无划痕地输送到前规及侧规初进行定位。印刷速度越高对输纸机构的要求也越高。

常用输纸机构有两类:一是传送带匀速式输纸机构;一类是真空吸气带式减速输纸机构。这两类机构工作原理不同性能上也各有千秋。但总体而言他们的构成组件都差不多。针对印刷机输纸机构的共同特性以及中国印刷职业教育现今所用设备,本课题采用人民机械制造厂制造的08机型为研究对象。

印刷机输纸机构大致分成五个子模块,在设计过程中可以根据子模块一一建模构造。

3 需求分析

经过调研分析,系统需要以下几点需求:1.输纸机构五模块分布组成能实现三维造型;2.各子模块能实现组成部分工作原理解构视图、调节要求以及具体装配过程;3.对子模块有侧重点,其中以纸张分离机构和升降台为工作重点,双张、空张检测及气路构成作为了解部分;4.部分关键模块组成能形成动画演示,达到教学示范效果。如能显示零件装配详细过程;5.关键部件及模块能显示解构组装,能方便学生了解不解详细零件构成;6.部分零件能生成工程图,标明尺寸、标注,为后续课程打下基础,如各子模块中共同的零件弹簧、螺母、轴承、销等形成标件库,方便再次开发。

4 设计流程

虚拟样机的设计开发过程本质上是一种基于模型的不断提炼与完善的过程。[3]

(1)三维实体建模。三维建模就是利用几何形状来描述零部件的结构特征和装配关系。建模一般包括零件创建、给模型施加约束和运动和给模型施加各种作用力三个步骤;

(2)模型装配。通过相互关联定义装配体之间的关系,可以使用不同类型的配合将零件配合在一起。部分零件的装配形成子装配,各子装配进一步装配形成最终的设备;

(3)设备测试。又可以称为模型的校验和细化。它是指通过仿真软件对模型进行反复的仿真校验,查看各零件的约束和力是否正确。

本系统结合实际情况最终采取以下的设计流程:

5 系统设计及实现

由于SolidWorks本身不带有支持国家标准的标准件库,但是在系统设计中,要用到很多众多的标准件。因此要想减少重复的绘图工作量,我们必须对这个系统常用的标准件进行分析,并利用软件制作标准件库。只有建立了标准件库,我们在使用时只需要标准库中的零件调用,修改好尺寸、形状等参数就可以或侧新的所需三维实体模型,从而能将大量的重复建模工作减少,提高设计质量,缩短设计周期。

本系统标准零件库建立过程如下:1.在本系统根目录下建立标准零件子目录;2.按照国家标准将所需零件按类型尺寸建立好参数化几何模型。3.将不同类型存入指定目录,且每一系列具有不同的尺寸和外形参数。

6 测试结果

本系统基本完成整体设计,其优点在于利用三维软件真实再现了印刷机输纸机构5大模块的构成。同时能实现设备的组装、拆卸演示,能满足职业学校实践课程的需要,同时生成的工程图也能满足后续相关课程的需要。

参考文献

[1]熊光楞,李伯虎,柴旭东.虚拟样机技术.系统仿真学报,2001(01).

[2]王永超.基于Matlab的机构运动仿真方法及其比较[J].计算机仿真,2004.

[3]温莉娜,王雷刚,.基于UG/WAVE技术的自顶向下产品建模[J].模具技,2006(06).

作者简介

王志华(1978-),女,汉族,湖北省天门市人,本科,辽宁省新闻出版学校教师。

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关键词:布局 三维仿真 虚拟现实 OpenGL

一、引言

布局就是如何在一个有限的空间内按一定要求摆放多个具有一定几何形状的物体。布局问题在很多方面都存在应用,如生活小区内建筑物的布局、城市里供排水管管道的布局、港口设备建筑的布局、航天器仓的布局、工厂厂房和车间内机器设备的布局等。

在工业生产领域,布局问题显得尤为突出。在制造企业中,多台生产单元就构成了一个生产制造系统,如何确定制造单元的相互关系和摆放位置,即车间布局问题是一个首先要解决的问题。一个好的车间布局不仅可以提高物流效率、降低物料搬运成本,而且可以通过改善人机环境而大幅提高生产效率。试验表明,在一个多生产单元的生产制造系统中,过优化的车间布局与物料搬运设计则可降低企业总生产成本的10%~30%。

本文基于敏捷制造和虚拟制造的理念,研究用于柔性生产的布局三维仿真系统,通过一定的算法和虚拟仿真,使布局者能参与布局过程并将布局结果逼真地呈现在管理和技术人员面前,为车间布局提供参考。

二、布局三维仿真的研究

系统仿真是近30年在系统科学、控制理论、计算技术等多种技术基础上发展起来的一门综合性很强的新兴技术。计算机系统仿真就是以计算机为工具,以相似原理、仿真技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础,利用系统模型对实际或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术[1]。

由于车间布局问题属于NP问题,且布局过程中的许多要求是一种主观的判断和模糊的要求,如布局美观、安全等,直接采用计算机算法求解布局方案具有很大难度,因此采用虚拟现实的仿真系统来实现布局者的亲身参与布局过程,以达到人机接合的目的。

1.OpenGL技术

对计算机可视化及仿真技术的研究已经历了一个很长的历程,而且形成了许多可视化工具;其中SGI公司推出的OpenGL三维图形库表现突出,易于使用而且功能强大。利用OpenGL开发出来的三维应用软件颇受许多专业技术人员的喜爱,这些三维应用软件已涉及建筑、医学、产品设计、地球科学等领域。OpenGL被认为是高性能图形和交互式视景处理的标准,目前包括ATT公司UNIX软件实验室、IBM等大公司都采用了OpenGL图形标准。

OpenGL提供直观的三维图形开发环境,实际上是一种图形与硬件的接口,包括120个图形函数。开发者可以用这些函数来建立三维模型和进行三维实时交互。OpenGL强有力的图形函数不要求开发者把三维物体模型数据写成固定数据格式,这样开发者可以利用其他不同格式的数据源并获得许多软件的支持。这样就极大地提高了三维图形软件开发的效率。转贴于

2.三维建模技术

OpenGL提供了120个图形函数用于绘制各种点、直线和多边形等基本图元。如果直接利用OpenGL的绘图指令建立三维实体模型是非常繁杂的一个过程,在本文研究中采用3DS Max软件来建立机床的模型;通过3DS Max软件强大的画基本几何体,三维方向的分段调整,三维实体的布尔运算,NURBS曲线调整及壳变换等功能,可以方便的建立出较为逼真的三维机床模型;导出为.3ds格式的文件。然后使用Deep Exploration这个软件,可以直接将.3ds格式的文件转换为OpenGL显示列表格式的文件;这种建模转换方式的效率很高。

3.各种优化技术

OpenGL中的优化技术包括双缓冲技术、反走样技术、背面消隐、多重纹理影射等。双缓冲技术是指OpenGL支持显示缓冲和非显示缓冲,缺省的情况是所有的OpenGL绘制命令在非显示缓冲中绘制,绘制完成后再将其内容拷贝到显示缓冲区中;双缓冲使图象转换更平滑,屏幕无闪烁。反走样技术就是OpenGL中利用混合技术,消除由于以离散点生成图形和曲线所带来的锯齿现象,提高了画面质量。

三、系统开发

本研究开发的系统是一个布局三维仿真系统,开发过程中要考虑到车间布局的各种相关因素,对布局流程进行分析、构思、规划和设计,通过对车间设备的布局来满足优化目标,使得车间物流效率得到优化。

C++ Builder程序设计语言是一种可视化编程语言,它是集开发、编译、为一体的集成开发环境,基础语言为面向对象的C++语言,并提供了强大的RAD(Rapid Application Development,快速应用程序开发)功能,使得开发者可以节约大量设计界面和实现程序底层支持功能的时间,将精力主要用于程序核心逻辑的设计上。

本软件充分利用C++ Builder程序面向对象易于开发的优点,实现了车间设备布局的计算机辅助设计,对于提高车间设备布局设计的效率、缩短设计周期和提高布局设计质量均具有社会价值和经济价值。

1.C++Builer 下的OpenGL编程框架

由于C++ Builder对Windows的消息机制进行了一定程度上的封装,在C++ Builder下进行OpenGL编程与其他C++环境下有较大区别;在C++ Builder中采用OpenGL编程的基本框架如下所述,用于本研究中车间布局仿真程序的开发[3]。

(1)在头文件中增加变量、函数声明和包含OpenGL头文件的语句;

(2)在窗体OnCreate()事件过程中初始化OpenGL;

(3)在窗体OnPaint()事件过程中绘制图形,调用自己编写的绘图函数;

(4)在窗体OnSize()事件过程中控制图形的显示视口;

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关键词:计算机技术;图形图像处理;应用

Abstract: The application of computer technology is more and more widely, the whole society into the information age, modern computer technology in the application of image processing on the break mode method of traditional image processing, so that it has good reappearance function, more flexible application, applicable scope is wide. Especially the BIM technology for the application of graphics and image building, is brought about a revolutionary upgrade. At the same time and the virtual simulation technology in the latest architectural aspects of the application, the computer image processing technology is becoming more and more important in building construction.

Key words: computer technology; image processing; application

中国分类号:TU71 文献标识码:A 文章标号:2095-2104(2012)03-0001-02

随着社会现代化的大发展,在很多的生产施工中,为了保证工作的高效、安全、准确,都趋向于生产的自动化。建筑业是国内经济的几大经济支柱之一,将计算机技术与工程建筑业结合在一起的趋势是有目共睹的。在追求低能耗、低污染、可持续发展的大背景下,工程建设信息化已成为时展的必然方向[1]。利用计算机技术对图形图像的处理就是通过计算机对图片进行修饰,分割,除噪等一系列的步骤,从而实现对图形图像的优化设计。计算机技术在建筑业方面的发展经历了两次重要的变革。早期出现的计算机辅助CAD技术使工程建筑业由传统的手工画图阶段转变为二维的计算机绘图阶段,给建筑业带来来了第一次的技术革命。随着建筑业与计算机技术的进一步的结合应用,又出现了专业应用于建筑业的3DStudio,FormZ,VIZ等技术。本文从工程建筑方面的角度出发,探讨几种计算机技术在施工图象处理的科学策略和应用,比如,虚拟仿真技术,BIM技术等。

BIM技术的应用研究

BIM(建筑信息模型)技术是在社会对工程建筑领域的管理技术的需求增长的条件下应运而生的,是建筑业图形图像处理的二次革命。在建筑制造行业,大概有三分之一的工程是需要再次返工的,这样就导致超过半数的劳动力以及资源流失,十分之一的材料损耗。不难察觉有数以亿万元的经济损失,而BIM技术就是针对该问题的突破性研究。对建筑业来说,BIM技术在建筑过程的应用可以设计出精确的三维模拟和能耗模型,高效的实现高效率、高质量、低风险的、低损耗的理念,轻松的完成建筑项目,从而带来更大的经济效益。BIM技术的应用是贯穿于建筑的整个过程。现今已有一些成功的应用案例,例如美国webcor公司,旧金山某基督教堂的虚拟施工模型。并且计算出后期施工的一系列数据(如图二)。只是应用简单的CAD是无法满足设计要求的。施工模型图如图一所示:

图一

图二

在施工阶段的应用主要体现在以下几个方面:

第一、可以创建三维逼真的设计方案图,给人以真实、直观的视觉感受,可以根据施工顺序的选择,形象的展示各个环节的施工方案,还可以进行四维的模拟,对比选择不同的施工方案建立好的BIM模型,大大提高了三维渲染精度与效率,最终给客户更为直观的图形图象展示。比如在地铁盖挖逆坐施工中起到了很大的作用。

第二、有效虚拟施工过程,协同作用强。三维直观的可视化功能加上时间维数,就可以虚拟施工过程,将施工计划与实际的工程进展做对比,这样有效的四维协同,可以让工程师对项目的各个过程都了解得很清楚,以便对施工过程中可能出现的问题进行提前的防备,BIM技术和施工方案、施工模拟有效的结合可以大大减少人力物力的损耗,减少返工和修整,提高建筑质量,节约资源成本,缩短工程建筑周期。

第三、优化设计方案,精确计划,提高质量。BIM技术最大的特点和优点就是三维立体逼真的可视化,它可以使图形图像形象地展示在人们的眼前。利用这个技术可以在施工前检测在施工过程中可能出现的碰撞和错误损失,进而进一步优化设计方案,尽量减少返工,提高施工的质量。

虚拟仿真技术在建筑施工中的应用研究

虚拟仿真技术包括虚拟和仿真两个方面,虚拟技术和仿真技术有效结合,并成功应用于设计施工中,打破了传统的设计和施工模式,它具有高度仿真性,无破坏性,可无数次反复试验,可控性高等优点,还具有高效、施工质量高、成本低等特点。其本身的软件平台是Revit软件,是基于上述的BIM信息模型而配套的技术。对于建筑设计中的结构和水暖加以概念性建模。它是迄今为止最经济有效的综合集成方法,是推动技术进步的战略技术。主要的虚拟仿真过程如图三所示;

图三

首先是利用现有的计算机水平建立三维模型,接着就是虚拟施工环境。某集团的新建住宅小区就是这一技术应用的实际案例,其平面是一个矩形图,建筑面积为24.3万m2。该建筑的设计造型需要使用很多的钢型结构,导致整个吊装工程巨大。只有通过虚拟仿真技术才能实际需求,得到一个可视化的虚拟模型,在施工前有一个准确的预估。建筑施工中图形图像的处理就是将设计出来的图形转化为更为直观的、形象的三维图像的过程,施工过程就是把图像转化为建筑实物的过程。在传统的建筑模式中,保证施工质量的条件是经验丰富的工程师,但这有很大的缺陷,光凭借经验往往使得在施工过程中出现缺乏全面性、客观性,具有主观性、盲目性等缺陷,也会出现很多难以控制的问题。虚拟技术在建筑领域的应用大大弥补了这一不足,虚拟技术下建立的图形具有高仿真性,交互性,沉浸性。工程师可以根据需要进行施工虚拟实验,从而在不断的实验中找到最佳的方案,实现设计图形的最优化,达到节约资源成本,缩短工程周期,提高质量等目的。

利用计算机技术对图形进行处理可以极大地提高形成图片的效率及提高图片的质量,也会给工作带来极大的方便,提高工作效率。图形的处理技术包括图形的屏幕显示,图形的字符处理以及成图。首先是利用CDI和位映像图来展现初步的绘图的效果,然后就是对图形的尺寸、特性用参数表示,所以在图片上进行尺寸的单位的标注也是图片处理的技术之一。

虚拟仿真技术为建筑的整个过程构造了一个整体、综合的环境,虚拟场景中的任何一个物体,都可以有高度仿真的声音、动作画面模拟,使画面的真实感强,它的三维动画的应用。如图四就是通过计算机仿真技术制作的该小区的外观效果图:

图四

虚拟仿真技术可以实现对施工全程的分析,施工过程中的细节都以高清晰的画面的形式展现出来,人们可以根据自己的需要在画面上做修改,并且这项技术在预防施工过程可能出现的安全隐患具有很好的预测性。未来的图象处理技术的发展,主要是朝着高度清晰、三维成像及多位成像、自动化、智能化的方向发展的,在技术的研究中,主要是将理论和实际操作结合起来,计算机技术在图象处理中的应用也将得到进一步的发展。

三、总论

图象处理技术的应用越来越广泛普遍,CAD、CAM技术对于建筑工程设计的基础构图中也有充分应用。在建筑施工中对图形图像的处理给我们的社会带来很大的经济效益,可以不费成本的无数次的反复试验施工过程,然后对施工过程进行细致的分析,尽量减少各种浪费,减少人力资源的耗损。BIM技术对图形图像的处理实质上也是对施工过程的一个模拟的过程,在计算机上近乎逼真的动态模拟,让我们如身临其境,达到一定实质性的效果。随着时代的进步,该技术所提供的数据会越来越详细和全面,对于建筑施工行业会带来巨大的革命。同时,5D技术也会在计算机图像处理中越来越多的应用。建筑设计等等中的问题依靠计算机技术的进一步发展来带动其变革。综上所述,计算机技术在建筑领域的应用有待于进一步的推广和深入的发展。

参考文献:

[1]刘刚,李鑫,王兴龙,等.建筑施工企业BIM应用浅析与建议[J].施工技术,2012,41(3):39-40,44.

[2]潘佳怡,赵源煜.中国建筑业BIM发展的阻碍因素分析[J].工程管理学报,201226(1):6-11