趙善利
吳 睿等著中國水利水電出版社出版ISBN:9787508410838定價(jià):¥193.00
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,三維動(dòng)畫技術(shù)得以在諸多行業(yè)、領(lǐng)域得到應(yīng)用,并被引入水利工程設(shè)計(jì)中。三維動(dòng)畫技術(shù)在水利工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,可實(shí)現(xiàn)對(duì)水利工程三維模型的精確建立,實(shí)現(xiàn)對(duì)水利工程形態(tài)的具體模擬,進(jìn)而全面呈現(xiàn)水利工程的建筑物形態(tài)、運(yùn)行及施工過程等。水利工程具有投資大、建設(shè)周期長及結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特征,涉及面廣,而通過在水利工程決策階段或建設(shè)前期引入三維動(dòng)畫技術(shù),便可實(shí)現(xiàn)對(duì)水利工程項(xiàng)目中存在的問題進(jìn)行有效評(píng)估并提供解決方案。三維動(dòng)畫技術(shù)憑借其諸多優(yōu)勢(shì),近年來得以在水利工程設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用。三維動(dòng)畫技術(shù)是一項(xiàng)呈現(xiàn)工程設(shè)計(jì)成果的多媒體表現(xiàn)方式,其同時(shí)還可用于指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)及施工。依托對(duì)工程各個(gè)結(jié)構(gòu)、局部場景的精準(zhǔn)建模,從多個(gè)角度、層面進(jìn)行觀察分析,可找出工程設(shè)計(jì)中存在的不足之處,進(jìn)而及時(shí)解決工程設(shè)計(jì)中存在的問題。除此之外,在工程竣工后的運(yùn)行管理階段,依托三維動(dòng)畫還可實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)設(shè)施運(yùn)行過程及運(yùn)行效果的直觀監(jiān)測?;诖?,結(jié)合《軟土水利基坑工程的設(shè)計(jì)與應(yīng)用》一書,對(duì)三維動(dòng)畫技術(shù)在水利工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用展開研究探討。
由吳睿主編的《軟土水利基坑工程的設(shè)計(jì)與應(yīng)用》一書,既可作為從事基坑工程施工、監(jiān)理、監(jiān)測等的技術(shù)人員和高等院校相關(guān)專業(yè)師生學(xué)習(xí)使用,還可供從事基坑工程設(shè)計(jì)尤其是軟土水利基坑設(shè)計(jì)的技術(shù)人員學(xué)習(xí)參考。作者從軟土水利基坑工程特征出發(fā),全面論述了軟土水利基坑工程的設(shè)計(jì)理論和方法,并從滿足設(shè)計(jì)人員知識(shí)結(jié)構(gòu)要求的角度,介紹了軟土水利基坑工程的施工及其質(zhì)量控制,施工過程中的監(jiān)測和環(huán)境保護(hù)等內(nèi)容,并引入了4個(gè)軟土水利基坑工程的實(shí)例。《軟土水利基坑工程的設(shè)計(jì)與應(yīng)用》一書共六章,第一章為概論部分,涉及軟土水利基坑工程的發(fā)展、軟土水利基坑工程的特殊性等內(nèi)容;第二章論述了軟土的工程性質(zhì)及土壓力計(jì)算,涉及工程勘察和測試、土壓力計(jì)算等內(nèi)容;第三章論述了軟土水利基坑工程的設(shè)計(jì),涉及軟土水利基坑工程的基本形式與方案設(shè)計(jì)原則、基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算、重力式擋墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計(jì)算等內(nèi)容;第四章論述了軟土水利基坑工程的施工和質(zhì)量檢測,涉及邊坡降水和開挖、水泥土攪拌樁和SMW工法施工、鉆孔灌注樁的施工、板樁施工等內(nèi)容;第五章論述了監(jiān)測與環(huán)境保護(hù),涉及基礎(chǔ)理論概述、監(jiān)測儀器和方法、監(jiān)測方案設(shè)計(jì)等內(nèi)容;第六章是工程實(shí)例部分,涉及木瀆港泵閘工程基坑工程、張家塘泵閘樞紐工程基坑圍護(hù)、上海化學(xué)工業(yè)區(qū)二級(jí)排水工程一期泵涵基坑圍護(hù)工程等內(nèi)容。該書針對(duì)實(shí)際工程設(shè)計(jì)中就施工質(zhì)量、施工監(jiān)測、環(huán)境保護(hù)等諸多方面所提出的相關(guān)要求及建議都是十分有價(jià)值的。另外,該書做到了理論與實(shí)踐的有效結(jié)合,由此可促進(jìn)對(duì)相關(guān)工程實(shí)際問題的有效解決。
水利工程作為我國國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分,長期以來是我國重點(diǎn)發(fā)展的方向。水利工程不論是其建筑結(jié)構(gòu)還是所處地形均存在一定的特殊復(fù)雜性,二維圖紙可傳遞的信息量十分有限,不僅對(duì)施工技術(shù)人員空間想象能力提出了較高的要求,而且會(huì)造成較大的人力物力浪費(fèi)。相較于傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)軟件,三維動(dòng)畫的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為:其一,設(shè)計(jì)成果直觀清晰,便于使用者理解運(yùn)用。三維動(dòng)畫不僅可提供傳統(tǒng)的平面圖紙,還可呈現(xiàn)三維模型,可從不同方位、層次呈現(xiàn)工程的整體面貌或者局部特征,描述建筑物與周邊環(huán)境、其他建筑物相互間的空間邏輯關(guān)系,進(jìn)一步提高使用者的認(rèn)知水平,為設(shè)計(jì)工作提供諸多便利。其二,參數(shù)化設(shè)計(jì),可實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用,便捷修改。參數(shù)化設(shè)計(jì)指的是將設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要素轉(zhuǎn)化為某一函數(shù)的變量,依托轉(zhuǎn)變函數(shù)來獲取不同的設(shè)計(jì)方案。參數(shù)化設(shè)計(jì)使設(shè)計(jì)人員對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容所做的任意改變均可自動(dòng)在其對(duì)應(yīng)的部分予以呈現(xiàn)。構(gòu)件的刪除、移動(dòng)以及尺寸的調(diào)節(jié)所造成的參數(shù)轉(zhuǎn)變,均使得對(duì)應(yīng)構(gòu)件的參數(shù)發(fā)生相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)變,所有視圖下所發(fā)生的變化均可參數(shù)化、雙向傳播至各個(gè)視圖,從而確保所有視圖的統(tǒng)一性,而無須分別對(duì)各個(gè)視圖進(jìn)行修改調(diào)整。其三,為各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)提供便利,提高工作效率。水利工程設(shè)計(jì)涉及多個(gè)專業(yè),不同專業(yè)相互間的溝通配合至關(guān)重要。傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)環(huán)境下,不同專業(yè)相互間的交流通常要反復(fù)開展,甚至在工程實(shí)施過程中會(huì)出現(xiàn)因?yàn)闇贤ú坏轿欢斐稍O(shè)計(jì)失誤。在三維動(dòng)畫技術(shù)支持下,不同專業(yè)的技術(shù)人員均可對(duì)工程有直觀的了解,由此為相互間的溝通帶來極大的便利。最為關(guān)鍵的是將不同專業(yè)的設(shè)計(jì)成果集中于同一三維動(dòng)畫中,進(jìn)而可消除一系列諸如高程、尺寸等不相符的問題。此外,在開展設(shè)計(jì)工作時(shí),不同專業(yè)設(shè)計(jì)既可逐一開展,也可在相互間進(jìn)行有效溝通后同步開展,提高了設(shè)計(jì)效率。綜上,三維動(dòng)畫技術(shù)具備一系列傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)軟件無法比擬的優(yōu)點(diǎn),表現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景,但因?yàn)槿S動(dòng)畫技術(shù)依舊處在發(fā)展階段,設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)有待積累,標(biāo)準(zhǔn)欠缺,還需要進(jìn)一步投入相應(yīng)的人力物力進(jìn)行推廣。
三維動(dòng)畫技術(shù)作為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一項(xiàng)重要技術(shù)手段,其可實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的形體、運(yùn)動(dòng)、質(zhì)感等方面的有效呈現(xiàn)。借助該項(xiàng)技術(shù)對(duì)水利工程項(xiàng)目開展計(jì)算機(jī)多媒體制作,可在工程設(shè)計(jì)前期對(duì)工程的方案選擇、重點(diǎn)施工對(duì)象等予以虛擬處理,還可在工程竣工后,對(duì)深水中、山體內(nèi)等難以直觀呈現(xiàn)的相關(guān)工程內(nèi)容進(jìn)行模擬,依托不同角度、不同層次的觀測分析,找出工程設(shè)計(jì)中存在的問題與不足,為設(shè)計(jì)提供有力依據(jù)。三維動(dòng)畫技術(shù)作為一種呈現(xiàn)工程設(shè)計(jì)成果的多媒體表現(xiàn)方式,在水利工程設(shè)計(jì)中可發(fā)揮至關(guān)重要的作用,具體而言:其一,實(shí)現(xiàn)對(duì)工程建筑物主體結(jié)構(gòu)的明確呈現(xiàn)。三維動(dòng)畫可從不同角度呈現(xiàn)工程建筑的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等,在模型支撐下,可實(shí)現(xiàn)對(duì)廠房、壩體等建筑結(jié)構(gòu)的便捷觀察。其二,實(shí)現(xiàn)對(duì)各專業(yè)設(shè)備布置的直觀呈現(xiàn)。通過三維動(dòng)畫技術(shù),可直觀呈現(xiàn)水利工程廠房中設(shè)置的各類專業(yè)設(shè)備,并明確不同專業(yè)設(shè)備在實(shí)際場景中所存在的相互關(guān)系,為工程設(shè)計(jì)工作提供可靠依據(jù)。其三,實(shí)現(xiàn)對(duì)工程運(yùn)行原理及施工過程的動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)。通過三維動(dòng)畫,可動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)水利工程的運(yùn)行及施工過程,由此還可作為相關(guān)工程項(xiàng)目技術(shù)、工藝研究的有效延伸。
近年來,三維動(dòng)畫技術(shù)在水利工程設(shè)計(jì)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。水利工程設(shè)計(jì)三維動(dòng)畫的制作,通常要經(jīng)過以下過程:其一,建立模型。即從一個(gè)基本結(jié)合物著手,引入各式各樣的建模命令、方法以建立起最終模型的過程。現(xiàn)階段,結(jié)合水利工程建筑物模型特征,較為常用的建模技術(shù)包括細(xì)分建模技術(shù)、基礎(chǔ)投影建模技術(shù)等。其二,材質(zhì)賦予。建模完成后,渲染獲取的畫面與實(shí)際物體還存在一定差異,這是因?yàn)樯形礊槟P唾x予真實(shí)的材質(zhì)、紋理。材質(zhì)、紋理作為三維動(dòng)畫制作的關(guān)鍵要素,可結(jié)合實(shí)際需求,為該階段的模型賦予材質(zhì),進(jìn)一步增強(qiáng)模型的真實(shí)感。其三,燈光布設(shè)。對(duì)一個(gè)動(dòng)畫場景開展燈光設(shè)置不單是為了展示場景細(xì)節(jié),同時(shí)還應(yīng)當(dāng)注重營造出一定的藝術(shù)效果,比如合理的明暗對(duì)比,需要由燈光營造出相應(yīng)的氛圍,由此要求對(duì)燈光強(qiáng)度、光源所處部位等進(jìn)行合理調(diào)節(jié)。對(duì)于三維動(dòng)畫制作而言,可采用一種快速高效的布光方法,也就是兩點(diǎn)布光技術(shù)。這一技術(shù)使用多種不同場景的燈光照明,諸如水工建筑物、科研示范工程等。兩點(diǎn)布光法主要包括主光源、輔助光源。其中,主光源可發(fā)揮照亮場景的作用,同時(shí)可為物體投射陰影,倘若需要對(duì)太陽光進(jìn)行模擬,則需要運(yùn)用無線平行光,主光源設(shè)置應(yīng)當(dāng)盡可能防止從物體正面進(jìn)行照射,而應(yīng)當(dāng)從物體側(cè)面開展布光;輔助光源主要是對(duì)表面沒有被主光源照射到的陰暗部位予以補(bǔ)光,防止暗部細(xì)節(jié)的缺損。通常情況下,輔助光源亮度設(shè)置要顯著低于主光源,并且不投射陰影,通常在與主光源對(duì)稱位置開展布光。其四,關(guān)鍵幀動(dòng)畫。幀,即影像動(dòng)畫中單幅影像畫面。影片是由若干連續(xù)的圖片組成的,每張圖片即為一幀,連續(xù)的幀即可形成動(dòng)畫。幀數(shù)為在1秒時(shí)間中對(duì)應(yīng)傳輸?shù)膱D片幀數(shù),可用fps表示。人眼視覺暫留時(shí)間為1/24秒,只要不超過這個(gè)時(shí)間,人眼所看到的便是連續(xù)畫面。我國現(xiàn)階段采用的是帕爾制制式標(biāo)準(zhǔn),即每秒25幀。在三維動(dòng)畫制作中,運(yùn)用的是25幀/秒。不管是哪一種動(dòng)畫,要想表現(xiàn)運(yùn)動(dòng)或者變化,前后最少要提供兩個(gè)不一樣的關(guān)鍵狀態(tài),而中間狀態(tài)的轉(zhuǎn)變及銜接,可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn),在三維動(dòng)畫技術(shù)中,表示關(guān)鍵狀態(tài)的幀稱作關(guān)鍵幀。在兩個(gè)關(guān)鍵幀之間,計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成過渡畫面的幀稱作過渡幀。關(guān)鍵幀動(dòng)畫是三維動(dòng)畫制作中較為常用的一種方法,其實(shí)際上為展現(xiàn)隨時(shí)間而轉(zhuǎn)變的動(dòng)畫數(shù)值的過程。而三維動(dòng)畫制作中關(guān)鍵幀動(dòng)畫即動(dòng)畫過程的兩端,中間幀的動(dòng)作是通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的。其五,渲染輸出。在三維動(dòng)畫制作中,渲染輸出指對(duì)三維動(dòng)畫場景自動(dòng)輸出圖片的過程。模型、材質(zhì)、燈光等設(shè)置完畢,便要開展渲染輸出工作。渲染輸出主要憑借計(jì)算機(jī)自主運(yùn)算進(jìn)行,渲染以幀為單位,每渲染一幀需要用時(shí)2分鐘,渲染出一秒的三維動(dòng)畫便需要50分鐘。其六,動(dòng)畫合成。渲染輸出完畢,目標(biāo)文件夾中均為圖片文件,一幀對(duì)應(yīng)一張圖片,還沒有生成視頻文件。在此期間,要求將所有圖片傳輸至視頻編輯合成軟件,應(yīng)用相關(guān)視頻編輯軟件,對(duì)動(dòng)畫開展處理、合成,便可獲取最終的視頻格式動(dòng)畫。
總而言之,在水利工程設(shè)計(jì)中引入三維動(dòng)畫技術(shù),可為技術(shù)人員提供確切真實(shí)的三維視覺模型,在水利工程實(shí)際設(shè)計(jì)過程中不僅可通過計(jì)算機(jī)了解到工程的未來景象,階段性成果匯報(bào)中也可呈現(xiàn)具有良好應(yīng)用價(jià)值的匯報(bào)信息。另外,依托計(jì)算機(jī)三維模型可對(duì)水利工程設(shè)計(jì)方案開展直觀分析、評(píng)價(jià),進(jìn)一步檢測設(shè)計(jì)方法合理與否、樞紐設(shè)置合理與否等。三維動(dòng)畫技術(shù)具有直觀、高效的特征,在水利工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用可促進(jìn)水利工程設(shè)計(jì)不斷向可視化、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展?!盾浲了庸こ痰脑O(shè)計(jì)與應(yīng)用》一書為我們系統(tǒng)梳理了軟土水利基坑工程的設(shè)計(jì)與應(yīng)用,為三維動(dòng)畫技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。