馮美芳+王曉磊+莫云中+蔡云杰+錢斌

摘 要 隨著網(wǎng)絡(luò)及三維技術(shù)的發(fā)展，三維虛擬仿真技術(shù)越來(lái)越受到人們的青睞，逐漸的已經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域之中。針對(duì)用戶三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行和開發(fā)需求，設(shè)計(jì)并開發(fā)了基于3D Studio Max + Windows NT組合技術(shù)的三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可支持三維虛擬場(chǎng)景實(shí)時(shí)渲染，同時(shí)能夠更好地呈現(xiàn)仿真對(duì)象的數(shù)量、虛擬設(shè)備三維模型的精細(xì)程度以及實(shí)時(shí)操作狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化等特點(diǎn)。配電房三維設(shè)計(jì)虛擬場(chǎng)景，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了支持操作者復(fù)雜操作交互過程邏輯控制，允許操作者根據(jù)自我認(rèn)知進(jìn)行自由的組合操作，使配電房三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)更加符合真實(shí)操作情境及滿足用戶要求。

【關(guān)鍵詞】配電房 三維 設(shè)計(jì)

1 引言

針對(duì)于傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)，三維配電房設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有結(jié)果真實(shí)、效果逼真及易于維護(hù)和升級(jí)等特點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)硬件成本的不斷下降及計(jì)算性能的不斷增強(qiáng)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已逐步應(yīng)用于電力培訓(xùn)仿真系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)，三維虛擬場(chǎng)景提高了三維配電房設(shè)計(jì)方式的現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)力和真實(shí)感現(xiàn)。這要求三維設(shè)計(jì)軟件在三維視景規(guī)模、表現(xiàn)逼真性及模擬操作控制復(fù)雜性和靈活性等方面大幅度提高性能，因此，面向電力設(shè)計(jì)的配電房三維設(shè)計(jì)軟件能滿足上述系統(tǒng)開發(fā)要求。

2 配電房三維模型制作

配電房三維模型的制作目的是根據(jù)需求選擇模塊并將其放置于相應(yīng)的位置上，組合完成配電房整體設(shè)計(jì)，并形成效果圖。設(shè)計(jì)人員在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)實(shí)際需求選擇項(xiàng)目模塊進(jìn)行組合定位，即可形成配電房包括建筑、電氣設(shè)備的總平面圖、正視圖、俯視圖、側(cè)視圖，亦可360度旋轉(zhuǎn)觀察，多效果圖比較選擇最優(yōu)方案。

2.1 配電房三維模型建立

對(duì)用戶配電房的房屋結(jié)構(gòu)、預(yù)設(shè)溝管、電氣設(shè)備等進(jìn)行分解，形成一套模塊系統(tǒng)，能全方位分析各處環(huán)節(jié)，可以直觀的對(duì)施工項(xiàng)目的可行性加以分析。

2.1.1 配電房建設(shè)分為三個(gè)步驟

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三維虛擬仿真配電房建設(shè)分為三個(gè)步驟：建模、交互和后期效果、網(wǎng)站動(dòng)態(tài)展示。具體細(xì)化步驟為以下：

（1）收集素材，對(duì)要做的配電房結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類整理；

（2）運(yùn)用3DMAX軟件建模并貼圖，導(dǎo)出文件；

（3）建立一套模型庫(kù)，包括GGD，GCK，變壓器，電纜、中置柜、環(huán)網(wǎng)柜等；

（4）將整理過的圖片在面命令層貼圖；

（5）把制作的產(chǎn)品打好組，重新命名，最后導(dǎo)出虛擬現(xiàn)實(shí)軟件VRP中能用的文件；

（6）為了方便后面的設(shè)計(jì)，把每個(gè)物體都用默認(rèn)的渲染器從各個(gè)角度渲染出四到五張圖片。

2.2 總體設(shè)計(jì)方案

配電房三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)要對(duì)配電房和電氣設(shè)備進(jìn)行三維仿真，仿真場(chǎng)景具有規(guī)模大、節(jié)點(diǎn)多、操作邏輯復(fù)雜等特點(diǎn)，基于框架的程序設(shè)計(jì)一個(gè)最重要的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了模型-視圖-控制器模式（MVC），模型組件封裝了內(nèi)核數(shù)據(jù)和功能，從而使核心的功能獨(dú)立于輸出表示和輸入方式。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

本系統(tǒng)采用C#和javascript語(yǔ)言開發(fā)，以C/S和B/S兩種方式實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，C/S系統(tǒng)采用Visual Studio 2008工具、B/S系統(tǒng)采用IntelliJ IDEA 12.0.1完成業(yè)務(wù)建模和編碼工作。

3 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)和方法

3.1 面向服務(wù)的架構(gòu)體系

本系統(tǒng)采用面向服務(wù)架構(gòu)體系，采用HTTP作為傳輸訪問協(xié)議，以XML作為信息交換格式，將各個(gè)基礎(chǔ)服務(wù)封裝成單獨(dú)的接口，包括：

（1）三維數(shù)據(jù)服務(wù)：提供DEM、DOM、Model、Billbord、Actor、Pipeline等數(shù)據(jù)服務(wù)；

（2）本地搜索（LBS）服務(wù)：提供POI、Bulding服務(wù)；

（3）精細(xì)場(chǎng)景服務(wù)。

3.2 三維空間組織技術(shù)

三維數(shù)據(jù)組織基本出發(fā)點(diǎn)就是分類組織、分層組織與分區(qū)組織三種不同的策略。

首先將柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)區(qū)別對(duì)待既是數(shù)據(jù)類型之分，也是特征類型之分，這與將幾何數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)分開進(jìn)行組織一樣都屬于最直接的分類組織方法。電氣設(shè)備數(shù)據(jù)按照設(shè)備類別分為GCK、GGD、環(huán)網(wǎng)柜、中置柜等。通過分類組織，使得每類對(duì)象都只是整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)很小的一部分，并有利于聚合特征相近的對(duì)象，從而大大提高數(shù)據(jù)選擇、重組和處理的效率。

數(shù)據(jù)組織整體的思路是采用數(shù)據(jù)分塊索引架構(gòu)，統(tǒng)一DEM/DOM/DM/DLG的數(shù)據(jù)組織模式。這種組織模式即：

（1）在存儲(chǔ)，管理，維護(hù)上采用基于圖幅方式進(jìn)行管理，圖幅劃分原則遵循客戶原則及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；

（2）DEM/DOM/DLG/DM的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)均支持Oracle/SQLServer/文件模式；

（3）瀏覽/服務(wù)端的請(qǐng)求協(xié)議基于統(tǒng)一的HTTP/File協(xié)議；

對(duì)數(shù)據(jù)按性質(zhì)分大類之后，對(duì)相通的數(shù)據(jù)進(jìn)行分幅管理，通過獲取指定圖幅的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的局部更新。服務(wù)器端建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)鎖定機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)多用戶維護(hù)數(shù)據(jù)。

4 應(yīng)用開發(fā)系統(tǒng)

配電房三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)，基于三維技術(shù)+gis平臺(tái)，完美的實(shí)現(xiàn)了配電房及電氣設(shè)備在三維場(chǎng)景中的設(shè)計(jì)，將原始的二維設(shè)計(jì)圖紙，通過3D的技術(shù)，呈現(xiàn)在三維場(chǎng)景中，以真實(shí)的設(shè)備+真實(shí)場(chǎng)景，使設(shè)計(jì)出的效果與真實(shí)效果達(dá)到一模一樣，避免在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)問題，如圖1所示。

通過三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)，用戶可以將電氣設(shè)備添加進(jìn)入配電房，并且可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯控制，實(shí)現(xiàn)任意排放、旋轉(zhuǎn)、縮放、合并等功能，如圖2所示。

5 結(jié)論

結(jié)合3D Studio Max + Windows NT是針對(duì)配電房三維設(shè)計(jì)特點(diǎn)和仿真需求開發(fā)的三維交互仿真開發(fā)項(xiàng)目，它較好地整合了大規(guī)模場(chǎng)景實(shí)時(shí)渲染、復(fù)雜人機(jī)交互及復(fù)雜操作過程邏輯控制等功能，能夠很好地支持配電房三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)和運(yùn)行。通過對(duì)模塊的移動(dòng)、替換，形成多個(gè)配電房設(shè)計(jì)方案，便于設(shè)計(jì)人員與用戶的技術(shù)溝通、選擇更加實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方案：用戶可以根據(jù)所設(shè)多種方案，進(jìn)行選擇，并提出自己的要求，設(shè)計(jì)人員根據(jù)用戶要求進(jìn)行可行性調(diào)配，使設(shè)計(jì)員和用戶能全方面溝通到位，避免實(shí)際工作中出現(xiàn)和設(shè)計(jì)初衷不一致的現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

國(guó)網(wǎng)浙江平湖市供電公司 浙江省平湖市 314200