結構工程虛擬現實可視化仿真方法及其應用

前言

　　隨著計算機系統(tǒng)硬件的快速發(fā)展及軟件計算能力和范圍的擴大，所得出的豐富的計算結果，必須更直觀、更準確和更及時地反映出來，單純以計算數據，表格和簡單曲線的平面表示方法已遠遠不能適應人們對復雜過程和結果分析的需要，于是三維可視化動態(tài)仿真系統(tǒng)便應運而生，尤其在設計、計算與控制方面。在結構工程領域，利用先進的計算機技術、圖形技術、網絡技術、虛擬現實技術和專業(yè)標準規(guī)范相結合，開展結構工程的可視化仿真應用。本書就是為了結構工程可視化仿真技術的應用提供理論、手段和方法以及方案的一本書。　　可視化仿真（Visual Simulation）是計算機可視化技術和系統(tǒng)仿真技術結合的產物，這一新型的手段，它把復雜工程規(guī)劃、設計及與施工過程等復雜的空間n維數據（幾何位置、形狀、邊界條件、時間、溫度、應力、應變材料特性、外部影響）結合起來，計算機輸入和計算過程擬人化和形象化，采用直觀和客觀的計算機圖形顯示技術實時、準確和形象地表達計算過程中的變化和最終成果，通過靈活的人機交互處理方式，可以駕馭整個分析處理過程，容易發(fā)現隱藏于數據中的科學規(guī)律，領會復雜數據間的空間關系，實現附加價值（例如工程項目范圍的數據綜合化，改善對三維圖形的理解，可充分進行模擬預演，減少工程重復設計，增加工程的可靠性和各個環(huán)節(jié)的聯合作用）?！　∪珪卜謨刹糠?個章節(jié)以及兩個附錄內容，第一部分內容主要介紹可視化仿真的基本理論、手段和方法，包括可視化仿真的概述、可視化仿真的圖形與方法、結構工程的建模技術、結構CAD圖形轉化為虛擬現實文件的方法、CAD圖形轉化為3DSMAx的方法。第二部分主要介紹作者團隊在工程結構可視化仿真的應用與研究成果，包括壩陵河特大鋼桁橋梁可視化三維建模技術及工程詳圖、北盤江特大橋梁仿真分析與虛擬現實模型及施工過程可視化、矮寨特大鋼構橋梁的工程動畫制作、落腳河水電站仿真分析與虛擬現實模型及施工過程可視化?！　”緯晌喝骸⒅x曉堯、張國新、王穎、魏魯雙、孫凱編著，研究生王鎮(zhèn)岳、王寧波、王亮、趙乙軻、趙賀來、姬廣坤參加了研究工作并進行了部分章節(jié)的編寫，全書由魏群教授統(tǒng)稿?！　”緯械馁Y料來源于華北水利水電學院鋼結構與工程研究所、河南奧斯派克科技有限公司、中科院研究生院、貴州師范大學、中國水科院結構所的科研成果，在此感謝上述單位的工作人員?！　”緯玫絿易匀豢茖W基金（50749030）、水利部公益性行業(yè)科研專項（200801007）、“十一五”國家科技支撐計劃（2006BAC14806）、鄭州市科技創(chuàng)新團隊（096SYJ：H210810）、西部交通建設科技項目壩陵河特大橋梁建設關鍵技術研究子課題、鄭州市鋼結構工程技術研究中心的資金資助。

內容概要

本書共分兩部分9個章節(jié)以及兩個附錄內容，第一部分內容主要介紹可視化仿真的基本理論、手段和方法，包括可視化仿真的概述、可視化仿真的圖形與方法、結構工程的建模技術、結構CAD圖形轉化為虛擬現實文件的方法、CAD圖形轉化為3DS MAX的方法。第二部分主要介紹作者團隊在工程結構可視化仿真的應用與研究成果，包括壩陵河特大鋼桁橋梁可視化三維建模技術及工程詳圖、北盤江特大橋梁仿真分析與虛擬現實模型及施工過程可視化、矮寨特大鋼構橋梁的工程動畫制作、落腳河水電站仿真分析與虛擬現實模型及施工過程可視化。

書籍目錄

第一部分  可視化仿真的基本理論、手段和方法　第1章  可視化仿真的概述　　1．1 可視化仿真的基本概念　　1．2 可視化仿真的基本手段和方法　　1．3 可視化仿真的數據庫與網絡技術　　1．4 基于物理模型的計算機動畫技術　　1．5 結構工程可視化仿真技術發(fā)展及現狀　第2章  可視化仿真的圖形與方法　　2．1 面向對象技術的概念與方法　　2．2 面向對象的圖形方法　　2．3 AutoCAD圖形單元的基本分類與數據結構　　2．4 AutoCAD開發(fā)環(huán)境與應用　　2．5 3D引擎介紹　第3章  結構工程的建模技術　　3．1 常用結構材料圖形數據庫　　3．2 三維空間建模技術　　3．3 結構構件制作加工的圖形拓撲技術　　3．4 構件圖形的數據存取方法　第4章  結構GAD圖形轉化為虛擬現實文件的方法　　4．1 虛擬現實文件VRML的格式與語法　　4．2 虛擬現實文件VRML功能與特點　　4．3 CAD圖形轉化為VRML的一般方法　　4．4 虛擬現實文件的逆向讀取數據與圖形域　第5章  GAD圖形轉化為3DS MAX的方法　　5．1 CAD圖形與3DS MAX圖形的一般轉換　　5．2 3DS MAX中MAXScript腳本語言的語法基礎　　5．3 MAXScript操作場景對象　　5．4 MAXScript語言在模擬結構工程中的編程應用第二部分  可視化仿真的應用實例　第6章  應用實例一——壩陵河特大鋼桁橋梁可視化三維建模技術及工程詳圖　　6．1 壩陵河特大橋工程概況　　6．2 鋼桁橋梁結構建模技術細節(jié)　　6．3 鋼桁架橋梁的結構設計與圖形處理技術　　6．4 三維結構圖形轉化為二維工程圖的處理技術　　6．5 三維模型與有限元結構計算的結合與成果分析　　6．6 三維模型的信息存貯與數據庫的連結技術　　6．7 壩陵河特大大橋橋梁的仿真可視化分析　第7章  應用實例二——北盤江特大橋梁仿真分析與虛擬現實模型及施工過程可視化　　7．1 北盤江特大鋼桁架橋梁工程概述　　7．2 北盤江大橋的虛擬現實模型介紹　　7．3 鋼構橋梁運輸吊裝過程中安全檢測的圖形分析　第8章  應用實例三——矮寨特大鋼構橋梁的工程動畫制作　　8．1 矮寨特大鋼桁橋梁概況　　8．2 矮寨特大鋼桁橋梁的CAD模型制作　　8．3 矮寨特大鋼桁梁懸索橋3I)SMAx模型制作　　8．4 矮寨特大鋼構橋梁施工過程的動畫制作方案　　8．5 矮寨特大鋼桁橋梁工程動畫合成過程　　8．6 工程動畫的應用效果　第9章  應用實例四——落腳河水電站仿真分析與虛擬現實模型及施工過程可視化　　9．1 落腳河水電站工程概況　　9．2 落腳河水電站的虛擬現實模型介紹　　9．3 落腳河水電站施工過程的可視化仿真分析附錄

章節(jié)摘錄

　　面向對象方法（Object-0riented Method）是一種把面向對象的思想應用于軟件開發(fā)過程中，指導開發(fā)活動的系統(tǒng)方法，簡稱00方法，是建立在“對象”概念基礎上的方法學。對象是由數據和容許的操作組成的封裝體，與客觀實體有直接對應關系，一個對象類定義了具有相似性質的一組對象。所謂面向對象就是基于對象概念，以對象為中心，以類和繼承為構造機制，來認識、理解、刻畫客觀世界和設計、構建相應的軟件系統(tǒng)。面向對象方法作為一種新型的獨具優(yōu)越性的新方法正引起全世界越來越廣泛的關注和高度的重視，它被譽為“研究高技術的好方法”，更是當前計算機界關心的重點。　　面向對象技術泛指根據生產實踐經驗和自然科學原理而發(fā)展起來的各種工藝操作方法與技能；廣義地講，還包括相應的生產工具和其他物質設備，以及生產的工藝過程或作業(yè)程序、方法。OO方法是程序設計新范型、系統(tǒng)開發(fā)的新方法學，作為一門新技術它就有了基本的依據，事實上，OO方法可支持種類不同的系統(tǒng)開發(fā)地，已經或正在許多方面得以應用，因此，可以說00方法是一門新的技術——面向對象技術。

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