水利工程設計中三維動畫技術的應用

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水利工程建設周期長，投資規模大，工程設計復雜，在水利工程設計階段應用三維動畫技術能夠精確地構建水利工程三維模型，真實地展現水利工程形態，直觀顯示水利工程建筑物及其內部形態，甚至可以展示水利工程工作原理與施工過程。同時，三維動畫技術能夠對水利工程不同部分結構與場景進行精準建模，從不同角度進行觀察分析，以便發現水利工程設計中存在的問題與缺陷。《水利工程制圖》結合工程實際和制圖課程的教學特征，主要介紹制圖的基本知識，投影的基本知識，點、直線、平面的投影，立體的投影，軸測圖，立體表面的交線，組合體，圖樣畫法，標高投影，建筑物中常見曲面，水利工程圖和房屋建筑圖等內容。

該書對三維動畫在水利工程中的應用有著重要的參考價值。《水利工程制圖》一書提出，三維動畫技術是基于計算機技術的虛擬現實展示技術，能夠將物體的形體、規格、質感、運動與形態變化展現出來。在水利工程設計中運用三維動畫技術，能夠在水利工程設計前期選擇合理的工程方案，明確重點施工對象，并且對竣工后的水利工程效果進行虛擬展示，為優化水利工程設計提供參考。三維動畫技術在水利工程設計中的應用能夠起到以下幾個方面的作用:一是展現水利工程建筑的形態結構。三維動畫在展示水利工程本身的基礎上還能夠詳細說明其功能，通過不同角度對水利工程的細節進行深入觀察，顯現水利工程的結構、外形、材質等。還可以利用三維動畫的動態展示功能來展示水利工程運行時的狀態。二是展現水利工程的工作原理與施工過程，詳細展示水利工程技術要點。

正如《水利工程制圖》一書中提到的，利用三維動畫展示水利工程及其工作原理是十分理想的表現形式。以往二維平面設計展示具有一定的局限性，難以準確表達三維空間中的真實情況，而利用三維動畫則能夠直接構建水利工程建筑的三維模型，展現水利工程在三維空間中的真實狀態。通過動畫動態變化還能夠調整三維模型在空間中的位置與狀態，使得展示過程更加直觀。另外，利用三維動畫技術還可以借助剖面、消除等方式來展現工程的內部結構。Civil3D軟件是當前水利工程三維動畫應用的常用軟件，也是一項主流的工程設計軟件，能夠按照不同專業的需求進行三維動畫設計。三維動態工程模型能夠快速進行道路、場地與排水系統的模擬，Civil3D技術中的縱斷面、曲面、標注與橫斷面能夠利用動態的方式連接，且可以在短時間內設計多種方案供選擇，為工程決策提供可靠的依據。第一，Civil3D技術能夠處理縱橫斷面數據。經過導入縱橫斷面數據能夠建立曲面，在進行水利工程設計中通過提交EXCEL表格數據就可以經過轉換軟件得出需求的數據格式與類型。水利工程設計的數據量非常龐大，利用Civil3D技術對其進行數據處理轉換速度很快。第二，生成原始地形曲面。在處理水利工程縱斷面與橫斷面的數據后，就可以創建原始地形曲面形式，創建水利工程路線。Civil3D軟件中路線的生長不僅可以通過手工繪制，還可以針對不同對象進行自定義創建，利用原始地形數據可以添加等高線，生成原始地形曲面。將生成曲面作為參考數據，構建與源數據有動態關系的智能對象。在完成三角網地形曲面后，可以利用Civil3D軟件中的“對象查看器”功能來查看三維地形曲面，并且在查看過程中分析匯流狀況等。第三，裝配大壩斷面。

利用Civil3D軟件中的道路工具進行設計，利用“坡度與寬度”與“鏈接坡度與垂直偏轉角”等功能，將配件加載至裝配系統中，以形成大壩的標準斷面形式。通過調整不同部位的參數來優化大壩頂部寬度、上下游壩坡、馬道位置等數據。Civil3D軟件為水利工程設計提供了多元化的常用配件，在水利工程設計中相同壩體的斷面形式大多一致，僅參數存在些許差異，為了提升水利工程設計效率，可以將設計好的裝配形式進行另存，在需要再次使用裝配時只需要打開設計中心，選擇另存的圖形，Civil3D軟件就會自動加載相關配件，設計人員只需要針對部件參數進行微調就可以形成新的斷面，大大提升了創建裝配的效率。

整體來看，三維動畫技術在水利工程中的應用，能夠對水利工程的地理位置、建筑物形態等進行全方位的立體展示，彌補了傳統方式下水利水電工程中設計方案的展現缺陷，使得水利工程在設計時以三維動畫形式進行展現。鑒于三維動畫在水利工程中應用的廣泛性，在未來發展中，三維動畫技術可以通過完善水利工程模型庫，強化其在水利工程規劃、設計、施工中的應用。

作者：楊芳 單位：河南省氣象服務中心工程師