基于VRP虛擬平臺的水利樞紐裂縫統計仿真系統的應用研究

付翔　李香蘭

摘要：利用虛擬現實平臺軟件VR-Platform建立了某水利樞紐裂縫統計仿真系統，該系統具有大壩各部位裂縫三維模型顯示、漫游功能，以及各部位裂縫按條件要求統計顯示等功能，直觀反映了某水利樞紐工程的規模及裂縫分布的現狀，通過虛擬現實仿真技術提供的交互功能，實時觀測查看裂縫的位置以及屬性信息（裂縫編號、縫長、縫寬、縫深、檢查時間、嵌縫埋管時間等備注信息），為該大壩專項安全鑒定提供更加準確、直觀、信息化的判斷依據。

關鍵詞：虛擬現實;裂縫仿真;水利工程

VR-P1atform（簡稱VRP），即虛擬現實平臺，是由中視典數字科技獨立開發的具有完全自主知識產權的直接面向三維美工的一款用于實現三維虛擬現實的軟件。這款軟件被廣泛地應用于室內設計、古跡復原、工業仿真、城市規劃和軍事模擬等行業。VRP作為主流的虛擬現實開發引擎之一，具有簡單化、人性化的操作界面，VR場景材質的編輯模塊，真實的場景特效，獨立的界面設計模塊，支持腳本編程等特點。

1 系統模擬目標和功能

混凝土壩體結構三維裂縫統計仿真系統平臺由數據庫模塊、虛擬現實模型模塊、交互驅動模塊組成，本系統能夠對裂縫的參數信息和圖形進行三維可視化描述，具有形象的圖像輸出功能。系統功能結構框架如下圖1所示：

本系統建立主要為水庫運行管理者提供數字化信息平臺，通過對裂縫的三維可視化查詢做好相應的裂縫缺陷處理工作。主要目標有：

（1）對III類、IV類裂縫的相關參數信息用戶可以直接在操作界面內獲取，并結合虛擬模型顯示出裂縫的空間位置信息，以及在加高工程后大壩的三維構造模型;

（2）對于典型壩段進行單獨的顯示與危害性裂縫的實時查詢;

（3）模擬精確，操作簡便，用戶無需記憶太多復雜繁瑣的命令即可進行系統操作;

（4）對計算機硬件要求較低;

2 系統界面設計

應用型系統具有什么功能，歸根到底都是用戶的操作使用。系統界面時系統與用戶之間的銜接，是信息傳遞的媒介，也是信息輸出、輸入的主要途徑。因此，構建一個合理的用戶界面在管理信息系統中尤為重要，一般來說，系統界面設計應遵循以下幾個原則：

（1）界面要簡潔明了，過于復雜的界面無形中會給用戶使用人員帶來操作障礙;

（2）對于經常操作的控件擺放在左右邊側顯眼的位置易于操作;

（3）合理利用界面空間，設置控件按鈕的大小，使其井然有序;

（4）體現交互性，合理利用透明度、顏色、圖像顯示效果使界面操作起來沒有單調枯燥感。

本系統主界面設計如下圖2：

菜單功能區：主要提供虛擬現實仿真系統基本的功能要求，包括文件的讀取、顯示方式控制、相機控制、以及必要的配置設置等功能。

場景顯示區：主要提供虛擬現實模型多種瀏覽模式功能，包括行走、飛行、靜物觀察、攝像機動畫，用戶不需要定義很復雜的參數，即可實現不同方式的瀏覽。本系統使用鼠標事件觸發，與三維場景中的物體或屬性進行各種模式的互動。

場景切換按鈕區：主要提供虛擬現實模型多種瀏覽模式功能，包括鳥瞰全局、自動漫游、手動漫游、場景切換，用戶不需要定義很復雜的參數只需設置各種定位相機的切換，即可實現不同方式的瀏覽。本系統使用鼠標事件觸發，與三維場景中的物體或屬性進行各種模式的互動。

裂縫統計按鈕區：主要提供大壩裂縫統計仿真的文字說明功能及調出裂縫統計面板區。

裂縫統計面板區：主要提供裂縫信息的統計以及按條件要求統計顯示裂縫以及實時觀測查看裂縫的位置以及屬性信息等功能。

3 系統界面制作

虛擬現實場景界面分為兩部分：啟動界面和操作界面。

啟動界面是系統給用戶的第一視覺畫面，對于用戶對整個系統的認識有很大的幫助。主要用來介紹系統簡介、操作方式、制作單位等相關信息。

在VR中最大的交互功能除了可以通過鼠標、鍵盤在VR場景中自主漫游外，還可以在其操作界面上創建一些用于交互的按鈕，以使用戶可以更深入地體驗VR交互功能的強大。對這些按鈕控件進行腳本編輯，可以實現不同功能效果。在本項目系統中操作界面制作主要進行交互式按鈕功能實現，動畫相機、定位相機、消隱查詢等設置。

3.1創建裂縫信息ACCESS數據庫

本系統裂縫信息數據庫采用Access數據庫來建立。數據庫建立的主要工作流程為：裂縫普查信息數據的歸納與收集→建立Excel數據表格→將Excel表格數據導入Access數據庫中→采用Visual Basic編程技術連接到Access數據庫→建立裂縫查詢系統。所詳述的裂縫數據信息主要包括：裂縫編號、縫長、縫深、縫寬、檢查時間段、嵌縫埋管時間段、灌漿時間段、壓水時間段、備注等數據信息，由此建立混凝土壩體結構裂縫信息數據庫。

數據庫格式說明：

II：表示I、II類裂縫;III、IV：表示III、IV類裂縫;D：壩頂平面裂縫;Y：上游迎水面裂縫;X：下游貼坡面裂縫;Y：廊道裂縫;如裂縫編號：IV_25Y_6表示是25壩段迎水面第IV類6號裂縫。

3.2鏈接和訪問數據庫方法

VB本身集成了微軟ADO、RDO、DAO三種數據庫訪問技術，使用這些技術可以訪問Access數據庫。

本系統使用ADO訪問Access數據庫，語句方法：

Dim DJKstr As New ADODB.Connection

Dim LX As New ADODB.Recordset

Dim MyYP As String‘對帶密碼的數據庫的訪問

MyYP= "Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;Data Source_ =DJK.mdb;

Persist Security Info=False;Jet OLEDB：_ _Database_password=000000"

DJKstr.ConnectionString = "Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;

Data Source = D：＼xiangmu＼DJK.mdb;Persist Security Info=False"

DJKstr.Open MyYP（）??? ‘打開數據庫文件

MyLX = "select * from 目錄 "

LX.Open yp（），DJK，adOpenStatic，adLockReadOnly

…

Close LX（）?? ‘關閉對表操作

Close DJKstr（）????? ‘關閉數據庫

本段程序（部分代碼）實現了Access數據庫與裂縫系統應用程序的鏈接，由于ADO控件不是VB內部控件，注意在使用前需要將“Microsoft ADO Data Control 4.0（SP6）（OLE DB）”添加到工具箱中。

4 系統裂縫信息查詢

系統中對各部位裂縫的編號、屬性信息、空間特征、總數、檢查時間、備注等信息數據是通過系統界面左側裂縫統計面板進行編輯查詢。具體操作步驟為：

（1）單擊鼠標左鍵裂縫統計按鈕區的【裂縫統計】按鈕，裂縫統計面板顯示，右擊鼠標面板消隱。該按鈕功能實現是通過在VRP平臺中給按鈕添加自定義函數來實現，語句繁多就不在此寫入。

（2）單擊裂縫統計面板區【顯示裂縫】按鈕，按照條件1、條件2進行裂縫顯示控制。條件1：裂縫所在部位，條件2：裂縫的類別與顏色控制，這是顯示裂縫的限定條件，系統會根據這兩個條件進行篩選，來顯示符合條件的裂縫。

（3）顯示裂縫以后，可以拖動滾輪滑桿控制壩體結構的透明程度，到達直觀的查看裂縫沿及的深度與走向情況。單擊鼠標左鍵裂縫統計面板區的【統計】按鈕，按照條件1、條件2進行裂縫統計分析，列出相應條件的裂縫信息，顯示【III、IV裂縫詳細列表】子項。

（4）在【III、IV裂縫詳細列表】子項，通過點擊裂縫ID編號就可場景定位到裂縫位置。以及獲得相應裂縫的屬性信息，而圖3是單擊裂縫獲取屬性圖。

以上各項條件控件都是在VRP平臺中設置與之關聯的腳本語言，其語句插入如上面控制壩體透明度問題而在VRP編輯器中插入語句的方法一樣，只是針對不同的目的要求插入不同的腳本函數語句來實現其功能，VRP平臺擁有其集成化的腳步控制使用方便簡單易學，讓系統設計者有更多的精力用于考慮系統結構框架與界面設計中。

5 結論

基于VRP虛擬現實引擎開發某水利樞紐裂縫統計仿真系統，并實現了：典型壩段模型消隱及虛擬場景漫游等功能;將裂縫以頂平面、上游面、下游面和廊道內分類進行展示;將各類裂縫不同級別（危害程度）、不同顏色清楚地標示，并做到了由任意角度、形式直觀的展示出來;使Access數據庫分類數據與虛擬現實模型實現聯動控制，由此將數據附著于虛擬現實模型而數據信息則通過虛擬現實模型，身臨其境表達出來，為結構工程的施工、檢查布置、處理措施以及壩體裂縫數值分析等提供模型資料，為工程安全監測、判斷壩體結構裂縫問題提供綜合信息，為工程可信息化管理服務。

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作者簡介：付翔（1987-），男，籍江西南昌市，講師，研究生，研究方向為水利工程三維可視化。

基金項目：江西省教育廳科技一般項目：基于VR技術的大壩裂縫仿真系統研究（GJJ180981）。