付翔　李香蘭

摘要：利用虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)軟件VR-Platform建立了某水利樞紐裂縫統(tǒng)計(jì)仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有大壩各部位裂縫三維模型顯示、漫游功能，以及各部位裂縫按條件要求統(tǒng)計(jì)顯示等功能，直觀反映了某水利樞紐工程的規(guī)模及裂縫分布的現(xiàn)狀，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)提供的交互功能，實(shí)時(shí)觀測(cè)查看裂縫的位置以及屬性信息（裂縫編號(hào)、縫長(zhǎng)、縫寬、縫深、檢查時(shí)間、嵌縫埋管時(shí)間等備注信息），為該大壩專項(xiàng)安全鑒定提供更加準(zhǔn)確、直觀、信息化的判斷依據(jù)。

關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實(shí);裂縫仿真;水利工程

VR-P1atform（簡(jiǎn)稱VRP），即虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)，是由中視典數(shù)字科技獨(dú)立開(kāi)發(fā)的具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的直接面向三維美工的一款用于實(shí)現(xiàn)三維虛擬現(xiàn)實(shí)的軟件。這款軟件被廣泛地應(yīng)用于室內(nèi)設(shè)計(jì)、古跡復(fù)原、工業(yè)仿真、城市規(guī)劃和軍事模擬等行業(yè)。VRP作為主流的虛擬現(xiàn)實(shí)開(kāi)發(fā)引擎之一，具有簡(jiǎn)單化、人性化的操作界面，VR場(chǎng)景材質(zhì)的編輯模塊，真實(shí)的場(chǎng)景特效，獨(dú)立的界面設(shè)計(jì)模塊，支持腳本編程等特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)模擬目標(biāo)和功能

混凝土壩體結(jié)構(gòu)三維裂縫統(tǒng)計(jì)仿真系統(tǒng)平臺(tái)由數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、虛擬現(xiàn)實(shí)模型模塊、交互驅(qū)動(dòng)模塊組成，本系統(tǒng)能夠?qū)α芽p的參數(shù)信息和圖形進(jìn)行三維可視化描述，具有形象的圖像輸出功能。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框架如下圖1所示：

本系統(tǒng)建立主要為水庫(kù)運(yùn)行管理者提供數(shù)字化信息平臺(tái)，通過(guò)對(duì)裂縫的三維可視化查詢做好相應(yīng)的裂縫缺陷處理工作。主要目標(biāo)有：

（1）對(duì)III類(lèi)、IV類(lèi)裂縫的相關(guān)參數(shù)信息用戶可以直接在操作界面內(nèi)獲取，并結(jié)合虛擬模型顯示出裂縫的空間位置信息，以及在加高工程后大壩的三維構(gòu)造模型;

（2）對(duì)于典型壩段進(jìn)行單獨(dú)的顯示與危害性裂縫的實(shí)時(shí)查詢;

（3）模擬精確，操作簡(jiǎn)便，用戶無(wú)需記憶太多復(fù)雜繁瑣的命令即可進(jìn)行系統(tǒng)操作;

（4）對(duì)計(jì)算機(jī)硬件要求較低;

2 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

應(yīng)用型系統(tǒng)具有什么功能，歸根到底都是用戶的操作使用。系統(tǒng)界面時(shí)系統(tǒng)與用戶之間的銜接，是信息傳遞的媒介，也是信息輸出、輸入的主要途徑。因此，構(gòu)建一個(gè)合理的用戶界面在管理信息系統(tǒng)中尤為重要，一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：

（1）界面要簡(jiǎn)潔明了，過(guò)于復(fù)雜的界面無(wú)形中會(huì)給用戶使用人員帶來(lái)操作障礙;

（2）對(duì)于經(jīng)常操作的控件擺放在左右邊側(cè)顯眼的位置易于操作;

（3）合理利用界面空間，設(shè)置控件按鈕的大小，使其井然有序;

（4）體現(xiàn)交互性，合理利用透明度、顏色、圖像顯示效果使界面操作起來(lái)沒(méi)有單調(diào)枯燥感。

本系統(tǒng)主界面設(shè)計(jì)如下圖2：

菜單功能區(qū)：主要提供虛擬現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)基本的功能要求，包括文件的讀取、顯示方式控制、相機(jī)控制、以及必要的配置設(shè)置等功能。

場(chǎng)景顯示區(qū)：主要提供虛擬現(xiàn)實(shí)模型多種瀏覽模式功能，包括行走、飛行、靜物觀察、攝像機(jī)動(dòng)畫(huà)，用戶不需要定義很復(fù)雜的參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)不同方式的瀏覽。本系統(tǒng)使用鼠標(biāo)事件觸發(fā)，與三維場(chǎng)景中的物體或?qū)傩赃M(jìn)行各種模式的互動(dòng)。

場(chǎng)景切換按鈕區(qū)：主要提供虛擬現(xiàn)實(shí)模型多種瀏覽模式功能，包括鳥(niǎo)瞰全局、自動(dòng)漫游、手動(dòng)漫游、場(chǎng)景切換，用戶不需要定義很復(fù)雜的參數(shù)只需設(shè)置各種定位相機(jī)的切換，即可實(shí)現(xiàn)不同方式的瀏覽。本系統(tǒng)使用鼠標(biāo)事件觸發(fā)，與三維場(chǎng)景中的物體或?qū)傩赃M(jìn)行各種模式的互動(dòng)。

裂縫統(tǒng)計(jì)按鈕區(qū)：主要提供大壩裂縫統(tǒng)計(jì)仿真的文字說(shuō)明功能及調(diào)出裂縫統(tǒng)計(jì)面板區(qū)。

裂縫統(tǒng)計(jì)面板區(qū)：主要提供裂縫信息的統(tǒng)計(jì)以及按條件要求統(tǒng)計(jì)顯示裂縫以及實(shí)時(shí)觀測(cè)查看裂縫的位置以及屬性信息等功能。

3 系統(tǒng)界面制作

虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景界面分為兩部分：?jiǎn)?dòng)界面和操作界面。

啟動(dòng)界面是系統(tǒng)給用戶的第一視覺(jué)畫(huà)面，對(duì)于用戶對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)有很大的幫助。主要用來(lái)介紹系統(tǒng)簡(jiǎn)介、操作方式、制作單位等相關(guān)信息。

在VR中最大的交互功能除了可以通過(guò)鼠標(biāo)、鍵盤(pán)在VR場(chǎng)景中自主漫游外，還可以在其操作界面上創(chuàng)建一些用于交互的按鈕，以使用戶可以更深入地體驗(yàn)VR交互功能的強(qiáng)大。對(duì)這些按鈕控件進(jìn)行腳本編輯，可以實(shí)現(xiàn)不同功能效果。在本項(xiàng)目系統(tǒng)中操作界面制作主要進(jìn)行交互式按鈕功能實(shí)現(xiàn)，動(dòng)畫(huà)相機(jī)、定位相機(jī)、消隱查詢等設(shè)置。

3.1創(chuàng)建裂縫信息ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)

本系統(tǒng)裂縫信息數(shù)據(jù)庫(kù)采用Access數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)建立。數(shù)據(jù)庫(kù)建立的主要工作流程為：裂縫普查信息數(shù)據(jù)的歸納與收集→建立Excel數(shù)據(jù)表格→將Excel表格數(shù)據(jù)導(dǎo)入Access數(shù)據(jù)庫(kù)中→采用Visual Basic編程技術(shù)連接到Access數(shù)據(jù)庫(kù)→建立裂縫查詢系統(tǒng)。所詳述的裂縫數(shù)據(jù)信息主要包括：裂縫編號(hào)、縫長(zhǎng)、縫深、縫寬、檢查時(shí)間段、嵌縫埋管時(shí)間段、灌漿時(shí)間段、壓水時(shí)間段、備注等數(shù)據(jù)信息，由此建立混凝土壩體結(jié)構(gòu)裂縫信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

數(shù)據(jù)庫(kù)格式說(shuō)明：

II：表示I、II類(lèi)裂縫;III、IV：表示III、IV類(lèi)裂縫;D：壩頂平面裂縫;Y：上游迎水面裂縫;X：下游貼坡面裂縫;Y：廊道裂縫;如裂縫編號(hào)：IV_25Y_6表示是25壩段迎水面第IV類(lèi)6號(hào)裂縫。

3.2鏈接和訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)方法

VB本身集成了微軟ADO、RDO、DAO三種數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)，使用這些技術(shù)可以訪問(wèn)Access數(shù)據(jù)庫(kù)。

本系統(tǒng)使用ADO訪問(wèn)Access數(shù)據(jù)庫(kù)，語(yǔ)句方法：

Dim DJKstr As New ADODB.Connection

Dim LX As New ADODB.Recordset

Dim MyYP As String‘對(duì)帶密碼的數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)

MyYP= "Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;Data Source_ =DJK.mdb;

Persist Security Info=False;Jet OLEDB：_ _Database_password=000000"

DJKstr.ConnectionString = "Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;

Data Source = D：＼xiangmu＼DJK.mdb;Persist Security Info=False"

DJKstr.Open MyYP（）??? ‘打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)文件

MyLX = "select * from 目錄 "

LX.Open yp（），DJK，adOpenStatic，adLockReadOnly

…

Close LX（）?? ‘關(guān)閉對(duì)表操作

Close DJKstr（）????? ‘關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)

本段程序（部分代碼）實(shí)現(xiàn)了Access數(shù)據(jù)庫(kù)與裂縫系統(tǒng)應(yīng)用程序的鏈接，由于ADO控件不是VB內(nèi)部控件，注意在使用前需要將“Microsoft ADO Data Control 4.0（SP6）（OLE DB）”添加到工具箱中。

4 系統(tǒng)裂縫信息查詢

系統(tǒng)中對(duì)各部位裂縫的編號(hào)、屬性信息、空間特征、總數(shù)、檢查時(shí)間、備注等信息數(shù)據(jù)是通過(guò)系統(tǒng)界面左側(cè)裂縫統(tǒng)計(jì)面板進(jìn)行編輯查詢。具體操作步驟為：

（1）單擊鼠標(biāo)左鍵裂縫統(tǒng)計(jì)按鈕區(qū)的【裂縫統(tǒng)計(jì)】按鈕，裂縫統(tǒng)計(jì)面板顯示，右擊鼠標(biāo)面板消隱。該按鈕功能實(shí)現(xiàn)是通過(guò)在VRP平臺(tái)中給按鈕添加自定義函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，語(yǔ)句繁多就不在此寫(xiě)入。

（2）單擊裂縫統(tǒng)計(jì)面板區(qū)【顯示裂縫】按鈕，按照條件1、條件2進(jìn)行裂縫顯示控制。條件1：裂縫所在部位，條件2：裂縫的類(lèi)別與顏色控制，這是顯示裂縫的限定條件，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)這兩個(gè)條件進(jìn)行篩選，來(lái)顯示符合條件的裂縫。

（3）顯示裂縫以后，可以拖動(dòng)滾輪滑桿控制壩體結(jié)構(gòu)的透明程度，到達(dá)直觀的查看裂縫沿及的深度與走向情況。單擊鼠標(biāo)左鍵裂縫統(tǒng)計(jì)面板區(qū)的【統(tǒng)計(jì)】按鈕，按照條件1、條件2進(jìn)行裂縫統(tǒng)計(jì)分析，列出相應(yīng)條件的裂縫信息，顯示【III、IV裂縫詳細(xì)列表】子項(xiàng)。

（4）在【III、IV裂縫詳細(xì)列表】子項(xiàng)，通過(guò)點(diǎn)擊裂縫ID編號(hào)就可場(chǎng)景定位到裂縫位置。以及獲得相應(yīng)裂縫的屬性信息，而圖3是單擊裂縫獲取屬性圖。

以上各項(xiàng)條件控件都是在VRP平臺(tái)中設(shè)置與之關(guān)聯(lián)的腳本語(yǔ)言，其語(yǔ)句插入如上面控制壩體透明度問(wèn)題而在VRP編輯器中插入語(yǔ)句的方法一樣，只是針對(duì)不同的目的要求插入不同的腳本函數(shù)語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能，VRP平臺(tái)擁有其集成化的腳步控制使用方便簡(jiǎn)單易學(xué)，讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)者有更多的精力用于考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架與界面設(shè)計(jì)中。

5 結(jié)論

基于VRP虛擬現(xiàn)實(shí)引擎開(kāi)發(fā)某水利樞紐裂縫統(tǒng)計(jì)仿真系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了：典型壩段模型消隱及虛擬場(chǎng)景漫游等功能;將裂縫以頂平面、上游面、下游面和廊道內(nèi)分類(lèi)進(jìn)行展示;將各類(lèi)裂縫不同級(jí)別（危害程度）、不同顏色清楚地標(biāo)示，并做到了由任意角度、形式直觀的展示出來(lái);使Access數(shù)據(jù)庫(kù)分類(lèi)數(shù)據(jù)與虛擬現(xiàn)實(shí)模型實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制，由此將數(shù)據(jù)附著于虛擬現(xiàn)實(shí)模型而數(shù)據(jù)信息則通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)模型，身臨其境表達(dá)出來(lái)，為結(jié)構(gòu)工程的施工、檢查布置、處理措施以及壩體裂縫數(shù)值分析等提供模型資料，為工程安全監(jiān)測(cè)、判斷壩體結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題提供綜合信息，為工程可信息化管理服務(wù)。

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作者簡(jiǎn)介：付翔（1987-），男，籍江西南昌市，講師，研究生，研究方向?yàn)樗こ倘S可視化。

基金項(xiàng)目：江西省教育廳科技一般項(xiàng)目：基于VR技術(shù)的大壩裂縫仿真系統(tǒng)研究（GJJ180981）。