基于三维协同设计平台的三维成果展示之道

2014-09-05

中国建设信息化 2014年18期

随着计算机技术和三维设计软件的发展，包括三维动画、三维效果图、三维虚拟现实和仿真等三维成果展示技术也逐渐应用到水利工程中，并且具有传统展示方式所不具备的直观、真实、交互等特点。目前在水利工程勘测、设计、施工过程中，仍主要以传统二维形式来展示规划设计成果，设计成果主要以文字报告、表格数据、平面图纸等二维形式展示，缺乏直观性，非专业人员往往难以看懂，尤其对大型复杂的水利枢纽工程，传统的二维图纸往往难以对建筑物各部位形状和空间位置进行直观描述，需要相关人员具备较强的空间想象能力，对项目成果汇报、项目审批、设计交底等工作造成障碍。

为此，亟需一种直观、立体、逼真的工程设计成果展示方式。各类三维成果展示方式如三维动画等就可以满足这方面的要求，它可以将物体的形态、空间位置、表面材质、运动过程等直观展现出来，能够在工程规划设计初期对工程的方案比选、重点建筑物以及工程建成后的效果进行仿真模拟，也可以在工程具体设计过程中，把深入水下、地下、山体等无法直接观察的工程内容模拟出来，经过不同角度，不同层次的观察与分析，找出设计中存在的不足和缺陷，及时纠正工程设计中存在的问题，为设计人员提供正确的决策依据，从而提高工程的设计质量和效率。

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以南水北调沙河渡槽、前坪水库工程、尼日利亚公路、咸阳漆水河渡槽等工程为例，项目基于相关三维协同设计平台软件，介绍工程三维成果展示的方法与技巧，其中以三维动画制作为重点，为相关工程三维设计人员制作实用、美观的三维展示成果提供参考和借鉴。

三维成果展示的主要型式

三维动画作为三维成果展示的重要方式之一，对工程设计和施工具有重要作用和意义。在实际设计工作中，对具体工程进行三维成果展示的手段和方法是多种多样的，目前工程技术人员采用较多的主要有如下几种型式。

（1）直接展示三维软件中组装的信息三维模型（如图1）；

（2）剖切成平面或三维图纸（如图2）；

（3）制作三维动画（如图3）；

（4）制作效果图（如图4）；

（5）发布成三维PDF（如图5）；

（6）制作成虚拟现实、仿真系统进行演示（如图6）。

这几种常用的三维成果展示方式各具特色、各有优势，但是在工程设计成果汇报展示时最常用、最直观、效果最好的是三维动画。

三维展示的内容和效果

要想通过三维手段将工程展示清楚，其三维展示成果应包含两方面的内容。一方面是对工程设计进行介绍，即技术展示。根据工程设计的不同阶段，有重点的对工程设计情况进行展示介绍，如对工程的水文地质条件、工程的布置结构、所采取的施工工艺、各方案的比选、建成后运行原理和工程投资等进行介绍展示（如图7至图12所示）。

应用三维动画对工程设计进行技术展示介绍的时候要想达到预期效果，应该做到目标明确，重点突出，思路清晰，深入浅出，易于理解。另一方面是对工程形象进行展示，即效果展示。

在工程设计的不同阶段，通过三维动画可以对工程重点部位乃至整体成果进行仿真模拟展示，生动直观的向人们展示工程建成后的效果（如图13至图16所示）。

应用三维动画对工程形象进行效果展示介绍的时候要想达到预期效果，三维动画场景应该做到大气，令人心旷神怡；或唯美，令人赏心悦目；或新颖，令人耳目一新；或巧妙，令人叹为观止。总之，通过三维动画对工程进行效果展示需要有创新，有探索，有风格，不能毫无思想。

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图16

三维动画制作要点

三维动画的效果受到多种因素的影响与制约，包括材质和配景的选择。一些工程技术人员认为工程三维动画的材质随便贴就行，配景简单地插两棵树就可以，这种做法得不到好的动画效果。如图17所示，如果这个山体的材质随便找个山体图来贴，那么山坡上这些清晰的冲沟就表达不出来，就会缺乏真实感。如图18所示，反映的是非洲公路场景，虽然非洲很荒凉，但树木等配景必须有，而且要做到数量选取适度，树种选择合理，树的大小搭配协调。因此，材质和配景的选取得当是一个工程动画取得优异效果的基础和保障。

成功的灯光设置也必不可少，灯光的选取和设置是工程三维动画制作过程中是最为复杂和繁琐的工作，灯光的选择一定要根据模型材质的不同和动画场景的需要来选取（如图19至图22），灯光的设置是在选定灯光的基础上对灯光的色彩、强度、衰减、阴影等各种效果和参数进行相应的调整和设置，直至达到理想的效果。想要取得良好的灯光设置效果需要制作人员耐心细致的工作，需要付出大量的时间和精力，要有对平时生活中自然光线的观察和领悟，更要具有一定的经验积累。如果说材质和配景的选取得当是一个工程动画取得成功的基础和保障，那么灯光的选取和设置是工程三维动画取得成功的关键和根本，因此需必须重视灯光的选取和设置工作。

图17

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在三维动画制作过程中相机视角的选择也很重要。相机视角不能随便设置，简单的走直线、转圈让人久看会头晕；独到相机视角的选择，会给人不拘一格，耳目一新的感觉。比如通过让相机在俯瞰时左右摇摆，能做出一种像坐在飞机上一样的动感效果，也可以通过对相机视角的设置，在全景漫游时做出像苍鹰凤翔一样的感觉（如图23）。独到的相机视角需要制作者在三维动画制作过程的大胆摸索和尝试，也可以借鉴一些优秀电影里相机视角的选取。独特的相机视角会使三维动画的效果更加真实和动感。

想要工程三维动画的效果与众不同、脱颖而出仅靠材质和配景的选取得当以及灯光和相机视角的设置独到是远远不够的，还需要有新颖的展示创意。好的创意需要制作人员充分发挥想象力，对自己想要表达的工程有深入的思考。每个人对创意的理解不尽相同，但是没有创意的工程三维动画是枯燥无味的，必然不能取得预期的效果，好的创意会使三维动画的效果栩栩如生，令人过目难忘，起到锦上添花的效果。（如图24）