水利工程设计中三维动画技术的应用

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水利工程建设周期长，投资规模大，工程设计复杂，在水利工程设计阶段应用三维动画技术能够精确地构建水利工程三维模型，真实地展现水利工程形态，直观显示水利工程建筑物及其内部形态，甚至可以展示水利工程工作原理与施工过程。同时，三维动画技术能够对水利工程不同部分结构与场景进行精准建模，从不同角度进行观察分析，以便发现水利工程设计中存在的问题与缺陷。《水利工程制图》结合工程实际和制图课程的教学特征，主要介绍制图的基本知识，投影的基本知识，点、直线、平面的投影，立体的投影，轴测图，立体表面的交线，组合体，图样画法，标高投影，建筑物中常见曲面，水利工程图和房屋建筑图等内容。

该书对三维动画在水利工程中的应用有着重要的参考价值。《水利工程制图》一书提出，三维动画技术是基于计算机技术的虚拟现实展示技术，能够将物体的形体、规格、质感、运动与形态变化展现出来。在水利工程设计中运用三维动画技术，能够在水利工程设计前期选择合理的工程方案，明确重点施工对象，并且对竣工后的水利工程效果进行虚拟展示，为优化水利工程设计提供参考。三维动画技术在水利工程设计中的应用能够起到以下几个方面的作用:一是展现水利工程建筑的形态结构。三维动画在展示水利工程本身的基础上还能够详细说明其功能，通过不同角度对水利工程的细节进行深入观察，显现水利工程的结构、外形、材质等。还可以利用三维动画的动态展示功能来展示水利工程运行时的状态。二是展现水利工程的工作原理与施工过程，详细展示水利工程技术要点。

正如《水利工程制图》一书中提到的，利用三维动画展示水利工程及其工作原理是十分理想的表现形式。以往二维平面设计展示具有一定的局限性，难以准确表达三维空间中的真实情况，而利用三维动画则能够直接构建水利工程建筑的三维模型，展现水利工程在三维空间中的真实状态。通过动画动态变化还能够调整三维模型在空间中的位置与状态，使得展示过程更加直观。另外，利用三维动画技术还可以借助剖面、消除等方式来展现工程的内部结构。Civil3D软件是当前水利工程三维动画应用的常用软件，也是一项主流的工程设计软件，能够按照不同专业的需求进行三维动画设计。三维动态工程模型能够快速进行道路、场地与排水系统的模拟，Civil3D技术中的纵断面、曲面、标注与横断面能够利用动态的方式连接，且可以在短时间内设计多种方案供选择，为工程决策提供可靠的依据。第一，Civil3D技术能够处理纵横断面数据。经过导入纵横断面数据能够建立曲面，在进行水利工程设计中通过提交EXCEL表格数据就可以经过转换软件得出需求的数据格式与类型。水利工程设计的数据量非常庞大，利用Civil3D技术对其进行数据处理转换速度很快。第二，生成原始地形曲面。在处理水利工程纵断面与横断面的数据后，就可以创建原始地形曲面形式，创建水利工程路线。Civil3D软件中路线的生长不仅可以通过手工绘制，还可以针对不同对象进行自定义创建，利用原始地形数据可以添加等高线，生成原始地形曲面。将生成曲面作为参考数据，构建与源数据有动态关系的智能对象。在完成三角网地形曲面后，可以利用Civil3D软件中的“对象查看器”功能来查看三维地形曲面，并且在查看过程中分析汇流状况等。第三，装配大坝断面。

利用Civil3D软件中的道路工具进行设计，利用“坡度与宽度”与“链接坡度与垂直偏转角”等功能，将配件加载至装配系统中，以形成大坝的标准断面形式。通过调整不同部位的参数来优化大坝顶部宽度、上下游坝坡、马道位置等数据。Civil3D软件为水利工程设计提供了多元化的常用配件，在水利工程设计中相同坝体的断面形式大多一致，仅参数存在些许差异，为了提升水利工程设计效率，可以将设计好的装配形式进行另存，在需要再次使用装配时只需要打开设计中心，选择另存的图形，Civil3D软件就会自动加载相关配件，设计人员只需要针对部件参数进行微调就可以形成新的断面，大大提升了创建装配的效率。

整体来看，三维动画技术在水利工程中的应用，能够对水利工程的地理位置、建筑物形态等进行全方位的立体展示，弥补了传统方式下水利水电工程中设计方案的展现缺陷，使得水利工程在设计时以三维动画形式进行展现。鉴于三维动画在水利工程中应用的广泛性，在未来发展中，三维动画技术可以通过完善水利工程模型库，强化其在水利工程规划、设计、施工中的应用。

作者：杨芳 单位：河南省气象服务中心工程师