基于3DMAX的用戶配電房三維設計軟件系統的開發

馮美芳+王曉磊+莫云中+蔡云杰+錢斌

摘 要 隨著網絡及三維技術的發展，三維虛擬仿真技術越來越受到人們的青睞，逐漸的已經應用到各個領域之中。針對用戶三維設計系統的運行和開發需求，設計并開發了基于3D Studio Max + Windows NT組合技術的三維設計系統。該系統可支持三維虛擬場景實時渲染，同時能夠更好地呈現仿真對象的數量、虛擬設備三維模型的精細程度以及實時操作狀態的動態變化等特點。配電房三維設計虛擬場景，設計并實現了支持操作者復雜操作交互過程邏輯控制，允許操作者根據自我認知進行自由的組合操作，使配電房三維設計系統更加符合真實操作情境及滿足用戶要求。

【關鍵詞】配電房 三維 設計

1 引言

針對于傳統的二維設計，三維配電房設計系統具有結果真實、效果逼真及易于維護和升級等特點。隨著計算機硬件成本的不斷下降及計算性能的不斷增強，虛擬現實技術已逐步應用于電力培訓仿真系統的開發與實現，三維虛擬場景提高了三維配電房設計方式的現場表現力和真實感現。這要求三維設計軟件在三維視景規模、表現逼真性及模擬操作控制復雜性和靈活性等方面大幅度提高性能，因此，面向電力設計的配電房三維設計軟件能滿足上述系統開發要求。

2 配電房三維模型制作

配電房三維模型的制作目的是根據需求選擇模塊并將其放置于相應的位置上，組合完成配電房整體設計，并形成效果圖。設計人員在項目設計過程中，根據實際需求選擇項目模塊進行組合定位，即可形成配電房包括建筑、電氣設備的總平面圖、正視圖、俯視圖、側視圖，亦可360度旋轉觀察，多效果圖比較選擇最優方案。

2.1 配電房三維模型建立

對用戶配電房的房屋結構、預設溝管、電氣設備等進行分解，形成一套模塊系統，能全方位分析各處環節，可以直觀的對施工項目的可行性加以分析。

2.1.1 配電房建設分為三個步驟

基于虛擬現實技術的三維虛擬仿真配電房建設分為三個步驟：建模、交互和后期效果、網站動態展示。具體細化步驟為以下：

（1）收集素材，對要做的配電房結構進行分類整理；

（2）運用3DMAX軟件建模并貼圖，導出文件；

（3）建立一套模型庫，包括GGD，GCK，變壓器，電纜、中置柜、環網柜等；

（4）將整理過的圖片在面命令層貼圖；

（5）把制作的產品打好組，重新命名，最后導出虛擬現實軟件VRP中能用的文件；

（6）為了方便后面的設計，把每個物體都用默認的渲染器從各個角度渲染出四到五張圖片。

2.2 總體設計方案

配電房三維設計系統要對配電房和電氣設備進行三維仿真，仿真場景具有規模大、節點多、操作邏輯復雜等特點，基于框架的程序設計一個最重要的特點是實現了模型-視圖-控制器模式（MVC），模型組件封裝了內核數據和功能，從而使核心的功能獨立于輸出表示和輸入方式。

系統結構：

本系統采用C#和javascript語言開發，以C/S和B/S兩種方式實現相關功能，C/S系統采用Visual Studio 2008工具、B/S系統采用IntelliJ IDEA 12.0.1完成業務建模和編碼工作。

3 平臺實現關鍵技術和方法

3.1 面向服務的架構體系

本系統采用面向服務架構體系，采用HTTP作為傳輸訪問協議，以XML作為信息交換格式，將各個基礎服務封裝成單獨的接口，包括：

（1）三維數據服務：提供DEM、DOM、Model、Billbord、Actor、Pipeline等數據服務；

（2）本地搜索（LBS）服務：提供POI、Bulding服務；

（3）精細場景服務。

3.2 三維空間組織技術

三維數據組織基本出發點就是分類組織、分層組織與分區組織三種不同的策略。

首先將柵格數據與矢量數據區別對待既是數據類型之分，也是特征類型之分，這與將幾何數據與屬性數據分開進行組織一樣都屬于最直接的分類組織方法。電氣設備數據按照設備類別分為GCK、GGD、環網柜、中置柜等。通過分類組織，使得每類對象都只是整個數據庫很小的一部分，并有利于聚合特征相近的對象，從而大大提高數據選擇、重組和處理的效率。

數據組織整體的思路是采用數據分塊索引架構，統一DEM/DOM/DM/DLG的數據組織模式。這種組織模式即：

（1）在存儲，管理，維護上采用基于圖幅方式進行管理，圖幅劃分原則遵循客戶原則及國家標準；

（2）DEM/DOM/DLG/DM的數據存儲均支持Oracle/SQLServer/文件模式；

（3）瀏覽/服務端的請求協議基于統一的HTTP/File協議；

對數據按性質分大類之后，對相通的數據進行分幅管理，通過獲取指定圖幅的數據實現數據的局部更新。服務器端建立相應的數據鎖定機制，從而實現多用戶維護數據。

4 應用開發系統

配電房三維設計系統，基于三維技術+gis平臺，完美的實現了配電房及電氣設備在三維場景中的設計，將原始的二維設計圖紙，通過3D的技術，呈現在三維場景中，以真實的設備+真實場景，使設計出的效果與真實效果達到一模一樣，避免在設計中出現問題，如圖1所示。

通過三維設計系統，用戶可以將電氣設備添加進入配電房，并且可以實現復雜的邏輯控制，實現任意排放、旋轉、縮放、合并等功能，如圖2所示。

5 結論

結合3D Studio Max + Windows NT是針對配電房三維設計特點和仿真需求開發的三維交互仿真開發項目，它較好地整合了大規模場景實時渲染、復雜人機交互及復雜操作過程邏輯控制等功能，能夠很好地支持配電房三維設計系統的開發和運行。通過對模塊的移動、替換，形成多個配電房設計方案，便于設計人員與用戶的技術溝通、選擇更加實用、經濟的設計方案：用戶可以根據所設多種方案，進行選擇，并提出自己的要求，設計人員根據用戶要求進行可行性調配，使設計員和用戶能全方面溝通到位，避免實際工作中出現和設計初衷不一致的現象。

參考文獻

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[5]《三維地理信息模型生產規范》（CH/T 9016-2012）.

[6]《三維地理信息模型數據庫規范》（CH/T 9016-2012）.

作者單位

國網浙江平湖市供電公司 浙江省平湖市 314200