基于三維協同設計平臺的三維成果展示之道

隨著計算機技術和三維設計軟件的發展，包括三維動畫、三維效果圖、三維虛擬現實和仿真等三維成果展示技術也逐漸應用到水利工程中，并且具有傳統展示方式所不具備的直觀、真實、交互等特點。目前在水利工程勘測、設計、施工過程中，仍主要以傳統二維形式來展示規劃設計成果，設計成果主要以文字報告、表格數據、平面圖紙等二維形式展示，缺乏直觀性，非專業人員往往難以看懂， 尤其對大型復雜的水利樞紐工程，傳統的二維圖紙往往難以對建筑物各部位形狀和空間位置進行直觀描述，需要相關人員具備較強的空間想象能力，對項目成果匯報、項目審批、設計交底等工作造成障礙。

為此，亟需一種直觀、立體、逼真的工程設計成果展示方式。各類三維成果展示方式如三維動畫等就可以滿足這方面的要求，它可以將物體的形態、空間位置、表面材質、運動過程等直觀展現出來，能夠在工程規劃設計初期對工程的方案比選、重點建筑物以及工程建成后的效果進行仿真模擬，也可以在工程具體設計過程中，把深入水下、地下、山體等無法直接觀察的工程內容模擬出來，經過不同角度，不同層次的觀察與分析，找出設計中存在的不足和缺陷，及時糾正工程設計中存在的問題，為設計人員提供正確的決策依據，從而提高工程的設計質量和效率。

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以南水北調沙河渡槽、前坪水庫工程、尼日利亞公路、咸陽漆水河渡槽等工程為例，項目基于相關三維協同設計平臺軟件，介紹工程三維成果展示的方法與技巧，其中以三維動畫制作為重點，為相關工程三維設計人員制作實用、美觀的三維展示成果提供參考和借鑒。

三維成果展示的主要型式

三維動畫作為三維成果展示的重要方式之一，對工程設計和施工具有重要作用和意義。在實際設計工作中，對具體工程進行三維成果展示的手段和方法是多種多樣的，目前工程技術人員采用較多的主要有如下幾種型式。

（1）直接展示三維軟件中組裝的信息三維模型（如圖1）；

（2）剖切成平面或三維圖紙（如圖2）；

（3）制作三維動畫（如圖3）；

（4）制作效果圖（如圖4）；

（5）發布成三維PDF（如圖5）；

（6）制作成虛擬現實、仿真系統進行演示（如圖6）。

這幾種常用的三維成果展示方式各具特色、各有優勢，但是在工程設計成果匯報展示時最常用、最直觀、效果最好的是三維動畫。

三維展示的內容和效果

要想通過三維手段將工程展示清楚，其三維展示成果應包含兩方面的內容。一方面是對工程設計進行介紹，即技術展示。根據工程設計的不同階段，有重點的對工程設計情況進行展示介紹，如對工程的水文地質條件、工程的布置結構、所采取的施工工藝、各方案的比選、建成后運行原理和工程投資等進行介紹展示（如圖7至圖12所示）。

應用三維動畫對工程設計進行技術展示介紹的時候要想達到預期效果，應該做到目標明確，重點突出，思路清晰，深入淺出，易于理解。另一方面是對工程形象進行展示，即效果展示。

在工程設計的不同階段，通過三維動畫可以對工程重點部位乃至整體成果進行仿真模擬展示，生動直觀的向人們展示工程建成后的效果（如圖13至圖16所示）。

應用三維動畫對工程形象進行效果展示介紹的時候要想達到預期效果，三維動畫場景應該做到大氣，令人心曠神怡；或唯美，令人賞心悅目；或新穎，令人耳目一新；或巧妙，令人嘆為觀止。總之，通過三維動畫對工程進行效果展示需要有創新，有探索，有風格，不能毫無思想。

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三維動畫制作要點

三維動畫的效果受到多種因素的影響與制約，包括材質和配景的選擇。一些工程技術人員認為工程三維動畫的材質隨便貼就行，配景簡單地插兩棵樹就可以，這種做法得不到好的動畫效果。如圖17所示，如果這個山體的材質隨便找個山體圖來貼，那么山坡上這些清晰的沖溝就表達不出來，就會缺乏真實感。如圖18所示，反映的是非洲公路場景，雖然非洲很荒涼，但樹木等配景必須有，而且要做到數量選取適度，樹種選擇合理，樹的大小搭配協調。因此，材質和配景的選取得當是一個工程動畫取得優異效果的基礎和保障。

成功的燈光設置也必不可少，燈光的選取和設置是工程三維動畫制作過程中是最為復雜和繁瑣的工作，燈光的選擇一定要根據模型材質的不同和動畫場景的需要來選取（如圖19至圖22），燈光的設置是在選定燈光的基礎上對燈光的色彩、強度、衰減、陰影等各種效果和參數進行相應的調整和設置，直至達到理想的效果。想要取得良好的燈光設置效果需要制作人員耐心細致的工作，需要付出大量的時間和精力，要有對平時生活中自然光線的觀察和領悟，更要具有一定的經驗積累。如果說材質和配景的選取得當是一個工程動畫取得成功的基礎和保障，那么燈光的選取和設置是工程三維動畫取得成功的關鍵和根本，因此需必須重視燈光的選取和設置工作。

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在三維動畫制作過程中相機視角的選擇也很重要。相機視角不能隨便設置，簡單的走直線、轉圈讓人久看會頭暈；獨到相機視角的選擇，會給人不拘一格，耳目一新的感覺。比如通過讓相機在俯瞰時左右搖擺，能做出一種像坐在飛機上一樣的動感效果，也可以通過對相機視角的設置，在全景漫游時做出像蒼鷹鳳翔一樣的感覺（如圖23）。獨到的相機視角需要制作者在三維動畫制作過程的大膽摸索和嘗試，也可以借鑒一些優秀電影里相機視角的選取。獨特的相機視角會使三維動畫的效果更加真實和動感。

想要工程三維動畫的效果與眾不同、脫穎而出僅靠材質和配景的選取得當以及燈光和相機視角的設置獨到是遠遠不夠的，還需要有新穎的展示創意。好的創意需要制作人員充分發揮想象力，對自己想要表達的工程有深入的思考。每個人對創意的理解不盡相同，但是沒有創意的工程三維動畫是枯燥無味的，必然不能取得預期的效果，好的創意會使三維動畫的效果栩栩如生，令人過目難忘，起到錦上添花的效果。（如圖24）

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在工程三維動畫的后期制作過程中適當的添加特效是十分必要的，這可以使工程三維動畫的效果和質量上一個檔次。特效的添加和使用可以將工程三維動畫的品位和效果得到提高和升華，能夠取得妙筆生花的效果。（如圖25）

此外，音樂和音效在工程三維動畫中也是不可或缺的，在音樂和音效的選擇上要與動畫場景相匹配，要適合動畫的風格，音樂的快慢和節奏要與畫面合拍，對于復雜的大型工程項目的工程三維動畫應該添加講解。三維動畫的音樂和音效如果能夠選取得當會起到畫龍點睛作用。

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