三維動畫技術(shù)在市政工程設(shè)計的應(yīng)用

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摘要：現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展迅速，在各行各業(yè)中的應(yīng)用都極為廣泛，尤其與設(shè)計方向。現(xiàn)代市政工程往往具有復(fù)雜的特點，源自工程中有較多與其他專業(yè)交互的現(xiàn)象，進(jìn)行設(shè)計的過程中，若不能進(jìn)行有效、細(xì)致的校對，就會造成施工過程問題重重。基于此本文提出在市政工程中應(yīng)用計算機(jī)三維動畫技術(shù)，以期為現(xiàn)代市政工程設(shè)計提供更加高效的設(shè)計方式。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)三維動畫技術(shù)；市政工程設(shè)計；應(yīng)用

一、計算機(jī)三維動畫技術(shù)概述

計算機(jī)三維動畫技術(shù)，主要研究運動控制技術(shù)；動畫相關(guān)造型、合成、繪制技術(shù)等。造型技術(shù)與CAGD及CAD中已經(jīng)得到了較為廣泛化的應(yīng)用，不過計算機(jī)三維動畫對于傳統(tǒng)曲面造型及實體造型有更加新穎的側(cè)重。計算機(jī)設(shè)計中的精度要求并不與工業(yè)設(shè)計要求相仿，相對要求更低；造型工具靈活、景物運動可控性更強(qiáng)。由此使得計算機(jī)三維動畫中的造型設(shè)計技術(shù)得到發(fā)展，比如隱函數(shù)曲面造型技術(shù)、Catmullclark離散性曲面造型技術(shù)等。計算機(jī)三維動畫技術(shù)相對兼容性更強(qiáng)，且操作更為簡單，本文所提出的三維動畫技術(shù)工程設(shè)計主要依托的多邊形網(wǎng)格模型，便是其中代表。

二、計算及三維動畫應(yīng)用支撐

（一）應(yīng)用軟件要求

計算機(jī)三維動畫技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展，還在于三維建模軟件的多樣性，能夠滿足各方向的設(shè)計工作。著名三維軟件有Discreet3dstudiomax、AvidSoftimage等。此類軟件均為可視化三維建模軟件，有相對完善的渲染系統(tǒng)，能夠?qū)τ脩舨僮鲗崟r展現(xiàn)在屏幕上，此類軟件公共接口調(diào)用掃描線算法等渲染器，完成后期的渲染。后期渲染會于三維場景完成后操作，將動畫渲染為視頻或者一幀一幀的圖像。

（二）應(yīng)用硬件要求

在進(jìn)行計算機(jī)三維動畫技術(shù)中，主要有建筑渲染及人物動畫兩個大的類別，相對于人物動畫根據(jù)人物建模的精致程度來判別計算機(jī)應(yīng)用配置，建筑渲染要求則更為低，普通計算機(jī)便能達(dá)成應(yīng)用要求。三維建模動態(tài)規(guī)律檢查，僅需要計算機(jī)在承受面數(shù)上能夠達(dá)成要求即可，主要集中在計算機(jī)顯卡及CPU、內(nèi)存的要求。

三、市政路橋工程設(shè)計中的應(yīng)用

（一）自動生成三維視圖

使用三維繪圖軟件，根據(jù)建模的設(shè)計，進(jìn)行組裝件及零件設(shè)計，完成此類組裝件及零件基本特征繪制，就可以生成要求零件，進(jìn)行二維工程圖轉(zhuǎn)換過程中，能夠自動的生成三視圖需要的線條，從而使得繪圖工作量得到極大的削減，提高了的設(shè)計質(zhì)量及設(shè)計效率。由最為基本的圖形單元達(dá)成特征的圖形，之后再合成具有特征的實體，同時將其編制成特征數(shù)據(jù)庫，比如圓、環(huán)、矩形及體素等。調(diào)用特征數(shù)據(jù)庫能夠?qū)崿F(xiàn)對實體造型的制作以及修改，便于后期的調(diào)整及加速三維建模的過程。現(xiàn)代計算機(jī)圖形技術(shù)及計算及硬件技術(shù)的發(fā)展，為三維動畫技術(shù)提供了堅實的基礎(chǔ)，進(jìn)而才能完成模型的快速建立。同時，在進(jìn)行三維實體造型的設(shè)計中，使用參數(shù)化的設(shè)計，和傳統(tǒng)的設(shè)計方式相較，最大不同在于對設(shè)計過程的存儲。在進(jìn)行參數(shù)值的改變過程中，3D造型以及2D工作圖中進(jìn)行修改結(jié)果都一樣，會使得2D工作圖、3D造型根據(jù)參數(shù)值的改變進(jìn)行重新生成，根據(jù)力學(xué)分析程序檢查，設(shè)計的修改及更新相對更為有效、可靠。比如在進(jìn)行工程中項目規(guī)格的變化及組件的造型改變時，通過參數(shù)的調(diào)整，對幾何形狀進(jìn)行控制及修改，從而自動達(dá)成對產(chǎn)品的精確造型。

（二）自動校核施工方案

三維模型的設(shè)計過程中，與人思維是相一致的，設(shè)計過程中要求設(shè)計者能夠?qū)Ξa(chǎn)品各個細(xì)節(jié)足夠了解。在傳統(tǒng)設(shè)計中，由于二維工作圖相對不夠立體，因此盡管能夠?qū)Σ糠謫栴}有效解決，但在空間上的沖突問題，仍無法保證完全解決。三維動畫在進(jìn)行設(shè)計的過程中，根據(jù)相關(guān)的校核參數(shù)添加，能夠有效對工程設(shè)計中的問題進(jìn)行審核，進(jìn)而達(dá)成自動化校核的目的。現(xiàn)代市政橋梁公路工程設(shè)計中，由于在市區(qū)范圍中，為了避免工程設(shè)計造成城市運行影響，尤其是交通運行，需要進(jìn)行交通路線的參數(shù)設(shè)計，嚴(yán)格根據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)置，進(jìn)而達(dá)成施工要求。為了保證質(zhì)量達(dá)成需要，也需要積極對橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行檢查，保證能夠達(dá)成橋梁承載要求。通過三維裝配，旋轉(zhuǎn)視圖及色差調(diào)整，能夠使得三維裝配圖清晰且完整的展現(xiàn)于設(shè)計者面前，不僅在外觀上明確，且在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上清晰明了。

（三）管線交叉檢查

在計算機(jī)三維動畫設(shè)計中，還能夠明確的展示不同專業(yè)的設(shè)備布置。市政道路橋梁工程中，最大的專業(yè)問題，往往在于管線，不僅道路及橋梁工程需要沿線布置電纜、排水管道系統(tǒng)等，且在與其他專業(yè)的管線交叉也是較為繁瑣的問題。使用三維動畫技術(shù)，輸出相應(yīng)路段的道路管線設(shè)計，并在此基礎(chǔ)上加設(shè)道路及橋梁的管道設(shè)計，綜合性的對管線交叉問題進(jìn)行校核。二維圖紙僅能對各專業(yè)具體位置介紹，通過標(biāo)高對設(shè)備布置高程進(jìn)行識別。三維動畫設(shè)計則能夠表達(dá)各專業(yè)實際情況的交互關(guān)系，甚至是運動性的專業(yè)，也能夠模擬其工作過程，實體進(jìn)行表達(dá)。

（四）動靜態(tài)干涉檢查

在所有組件設(shè)計完成并進(jìn)行建立之后，通過對相關(guān)組件關(guān)系的確定，進(jìn)行組件組裝，對各個組件尺寸及裝配關(guān)系進(jìn)行查核實，對其動靜態(tài)干涉情況進(jìn)行檢查，便于更早對組件單獨設(shè)計繪圖中不合理部分及隱蔽部分的錯誤狀況進(jìn)行檢查，進(jìn)而及時進(jìn)行改正。此方式主要在施工中進(jìn)行應(yīng)用，對施工工序的合理性進(jìn)行檢查，保證施工連續(xù)性強(qiáng)，過渡平滑。

四、結(jié)束語

本文對計算機(jī)三維動畫技術(shù)與市政工程中的應(yīng)用展開了探討，首先對三維動畫概念進(jìn)行闡述，并介紹了的三維動畫技術(shù)應(yīng)用的軟件及硬件要求，最后對計算機(jī)三維動畫在工程設(shè)計中的各個方向應(yīng)用，主要有三維視圖生成、施工方案校核、管線交叉檢查及動靜態(tài)干涉檢查，能夠為市政工程設(shè)計提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]馬新影.淺析計算機(jī)虛擬仿真技術(shù)在三維動畫制作中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2018,435(03):167-169.

作者：王識智 關(guān)曉琪 牟雅欣 單位：長春市市政工程設(shè)計研究院