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1、水电工程施工过程多媒体仿真系统开发与研究1、市场及产业关联度分析水电事业是国民经济的基础，在本世纪相当长的时期内水电是国家优先发展的战略重点，开发一套通用的水电工程施工过程多媒体仿真系统，具有广阔的市场前景。随着计算机技术的突飞猛进发展，i分辨率十算机设备的硬件成本的不断卜.降，计算机处理数据的速度成倍提高，而且，由于多媒体技术的出现，使得计算机具有处理声音、图象、文字等多种媒体信息的综合功能，计算机成为人们交流和传播信息的媒介。开发具有实时动画追踪功能的仿真软件系统将成为仿真技术的发展趋势，而Ib基于三维图形图象技术的多媒体仿真技术将会被更多地采用.以虚拟现实技术为代表的计算:机图形、图像技
2、术的新成果、新发展将被应用丁计算机仿真技术中，必将成为计克机三维实时交互动画仿炙研究的发展方向。在本项目的研究基础之上进一步发展计算机多媒体辅助工程技术对计算机界与工程界都具有十分重要的作用，它是将科学技术转化为生产力的具体体现，不仅能发展具有我国特色的水电工程施工仿真模拟与决策支持系统，而JI能够使我国计算机科学理论得到深化、发展、丰富与提高。2、该项技术的特点本项目的研究应用计克机图形图象学和多媒体技术，在计算机上实现对水利水电工程施工的.维动态仿真,用计算机模拟整个水利水电工程施工的全过程。通过计算机试验，对水利水电枢纽工程施工这样一个复杂的系统按既定的作业规程由一个系统状态推进到另一个
3、系统状态的动态行为进行描述和分析。它是一种特殊试验手段，它以实际系统的映像系统及其相应的人工环境为依据，具有不破坏、不影响实际系统运行情况下达到安全、价廉并能在多方案中选优的特点，同时，它可以作为计算机辅助设计及辅助决策的一种手段，在设计阶段和施工方案具体实施过程中对施工方案存在的问题进行及时调整和修改，达到优化设计方案、节约工程投资、加快工程建设的目的。3、技术展望旭若计算机技术的突七猛进发展，高分辨率计算机设备的硬件成本的不断下降，计算机处理数据的速度成倍提高，而且，由丁多媒体技术的出现，使得计算机具有处理声音、图象、文字等多种媒体信息的综合功能，计算机成为人们交流和传播信息的媒介。开发具
4、有实时动画追踪功能的仿或软件系统将成为仿典技术的发展趋势，而且，基于三维图形图象技术的多媒体仿真技术将会被更多地采用。以虚拟现实技术为代表的计算机图形、图像技术的新成果、新发展将被应用于计算机仿真技术中，必将成为计算机三维实时交互动画仿真研究的发展方向。虚拟现实技术在水电工程施工中的应用主要表现在以下几个方面：1）施工方案优化研究在水电工程的施工过程中,先期技术成果演示和论证技术有其广阔的应用前景。利用虚拟现实的先期演示和论证技术，则可以在计算机模拟系统中以“其实”的角度去观察任何新技术的预演，避免了风险，提高了成功率，同时也节省了不必要的浪费。再如大型水工建筑物的混凝土浇筑往往需要一次成电，
5、这就需要解决混凝土的运愉问题。混凝土的浇灌和输送方法，对建筑主体结构的经济性和顺星仃重要影响。众所周知，建筑物的高度越高，混凝十.输送的距离随高度增加，如何合理地选用混凝土的输送设备，对提高施工效率，保证混凝上工程的用量及加快整个工程的进度有若池要作用。因而在选择输送方法时，应对许多因素综合地加以考虑。然而运输计划是否可行，不可能去实际演习，只能在计免机中进行仿其模拟。作为一个决策者和管理者为了处理其中可能出现的问题，也需沉浸到虚拟的环境中去解决。还有，大型混凝土浇注后的散热等问题都需要一个虚拟的环境会进行先期的技术演示论证，而这些就需要运用虚拟现实技术。新型的施工方案，设计者往往为自己的大胆
6、设想而激动，但是我们不可能实际去要试、验证其是否正确.如何验证其可行性？先期技术演示论证为大胆的设想提供了个演示的舞台，而虚拟现实技术则是其实现的重耍支拄技术和手段。虚拟现实技术与计算机多媒体技术的结合为我们提供r一个建立工程多维信息感知模型，使工程专家获得先进的认识世界与改造世界的工具，发展虚拟现实技术在这方面的应用，必将给整个建筑业带来一场革命。(2)施工过程仿真模拟以混凝土浇筑为例，它通常包括立模、架设纲筋、浇筑、振捣、拆模。养护等多道工序,而这些工序中涉及的因素繁多，其间关系发杂，直接影响着混凝土浇筑的进程，是复杂的大型的动态系统。模拟施工过程是为了通过仿真手段，去发现实际施工中存在的
7、问题或可能出现的问题,这就需要对实际施工进行仿真。而目前施工过程的模拟只是从几何形体方面模拟施工的过程，即按浇筑次序由下而上，根据几何形状加以着色来实现对施工过程的模拟。现有的模拟只是对进度汴划起到了一定作用，并没有对施工过程起到真正的作用。基于以上原因，需对施工过程建立合适的模型，以达到模拟仿真的效果。例如，大型水利枢纽混凝土在运输浇筑系统的模拟仿真模型，是由运输子系统和浇筑子系统构成，模型按进程交互的仿真策略来建立，按这种条件建立的模型能与仿真程序间保持竣密的对应关系，程序所要模仿的行为比较直观。清晰U程序流程直接与模型结构和系统状态相对应。如果在其中引入虚拟现实技术，使其实现对施工过程的
8、仿真模拟，并且通过人机接口（头热、立体眼镜以及数据手套等）使得决策者处于这一虚拟的环境之中，则达到了模拟与控制施工过程，发现与解决问题的目的。计算机多媒体技术、虚拟现实技术与分布式网络通讯技术的结合，能充分体现现代工程建设群体化、协同化、国际化等基木特征，在未来工程建设中具有十分广阔的应用前以。在本项目的研究基础之上进步发展计算机多媒体辅助工程技术对，计算机界与工程界都具有十分里耍的作用，它是将科学技术转化为生产力的具体体现，不仅能发展具有我国特色的水电工程施工仿真模拟与决策支持系统，而且能够使我国计算机科学理论得到深化、发展、丰富与提高。在发展技术与进行理论研究的同时，也开展硕士和博士研充生
9、的培养工作,争取培养出一批高质量的科研和软件开发技术人才。3、技术珞线及所需设备技术路线：首先将史杂的系统分解成了系统，然后建立子系统的输入、图形编辑、数值模拟、动画显示系统和施工进程动态查询系统，再根据各子系统之间的相互制约关系和顺序,建立整个系统友好的人机界面和输入、图形编辑、数值模拟、动画显示以及施工信息的动态查询系统.所需硬件： IIPVisuasi1.zeJ5600图形工作站; 视频捕捉卡： 数码相机 非线性编辑系统; Ca1comp9100数字化仪： HPA41800及清华紫光A4彩色扫描仪： Cbntex工程图纸扫描仪： ENCadNovaJet1.11彩色喷眼绘图仪: Epso
10、n-MJ1500彩色喷/打印机：所需软件： Unix/1.inux操作平台： WindowsNT/2000操作平台： Windows98/m。操作平台： MicroStationFORWIN95；AutoCADR2000:3I)MX3.0forWindowsNT； AdobePhotoshop6.0： MacromediaAuthorware5.0； Visua1.Basic6.0系统： Visua1.C+6.0系统： AdobePrcmicrc5.0系统:G1.VN5.0：4、项目实施建设内容、所需经费及规模该项目实施建设的主要内容及所需经拢(万元)：购置设备150流动资金2()其它10合计
11、：180从事该项目的研究初步拟订需要15人。5、经济效益分析(I)项目风险本项目推广应用的风险较小。仅需要作好以下几方面的工作，就可基本消除其风险:目前已成功完成“XX工程施工过程多媒体仿典”项目，以该项目作为样板工程，通过技术鉴定和现场参观等方式，大力宣传应用该项技术的优越性，以激起应用该项技术的欲望。采取灵活的方式与业主合作，主动承担风险，通过实践消除用户创疑虑。2）利润简析二十一世纪我国计划有30个大型水电工程上马，如果该系统应用在这些水电工程上，将带来巨大的经济效益和社会效益.从中心的资金运作的角度而言，每个水电工程进行该项研究后带来的利润初步考虑按40万元人民币计算，则为中心可创造100o多万元的经济效益。事实上，不仅仪是大型水电工程需要做施工过程多媒体仿真系统的研究，几乎所有的中小型水电工程也需要做该项研究，可见为中心创造的经济效益远高于上述值。如果将该项技术推广到国外市场，将取得更大的效益。
