[发明专利]三维空间结构的数字图形介质模拟方法

说明书

 

（一）、技术领域：本发明涉及一种数字图形介质模拟方法，特别是涉及一种三维空间结构的数字图形介质模拟方法。

（二）、背景技术: 当前，随着我国经济的持续有效发展，也带动了工程建设事业的蓬勃发展，一大批重大的工程相继进入开发的日程，因此，发展交叉学科并将相应的技术理论方法和各专业标准规范融合成体系，研究具有发展潜力和应用前景的高新技术方法显得尤为突出和必要，这是行业发展的需要。

随着信息化技术的发展，图形技术开始在水电工程、土木工程及相关领域中得以应用，之后又有数字图形的概念，但这些研究仅仅表现的是图形本身的几何属性，要么是将图形作最终计算结果的显示形式，没有将除几何属性之外的物理属性、拓扑等信息融入到图形之中，忽略或没有挖掘出数字图形和信息工程的融合统一。目前，有一些关于空间结构三维模拟方面的研究，包括设计、分析、施工、管理，但这些研究未形成比较全面的体系研究，同时缺少图形与信息的融合，应用范围有限。现实应用中需要一种更为理论化、系统化的表现形式，将空间结构不只是仅包括几何坐标的三维表达，还要包括表达模拟物体的更多的非几何属性，用更多维的系统进行描述和模拟方法，以满足工程建设对新技术的应用需求。

（三）、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的缺陷，提供一种三维空间结构的数字图形介质模拟方法，该方法能在计算机虚拟空间里用图形来模拟三维空间结构。

本发明的技术方案：

一种三维空间结构的数字图形介质模拟方法，具体为：在计算机虚拟空间里，用图形这一载体介质模拟自然界的物理实体的真实自然状态，根据计算机图形学方法，用图形表达自然界的物理实体的外观，该图形具有可视的外形、相应的角点、边、面和体的构造和拓扑关系，用数字化、参数化方式对图形进行语言描述，形成数字化图形，自然界的物理实体的几何属性和物理属性也一并存入数字化图形的图形元素之间，将数字化图形作为一种具有几何属性和物理属性的载体，数据附着于数字化图形，而数字化图形中又隐含有数据，同时以自然界的物理方程来控制数字化图形的动作和相应的变化，各数字化图形之间的相互作用基于物理定律，反映真实自然界的运动规律和结果，数字化图形具备完善的定义、构造和表达方式、数据存储方法，因而是行之有效的模拟真实自然状态的全新方法手段。

利用计算机图形学方法产生数字图形介质模型文件，将数字图形介质模型文件均存储成统一的Model-XML数据格式；

采用复杂结构图形的截面关键点模型、关键点连线的骨骼网架模型建模方法，这样易于获得实体轮廓，克服了由于实体模型数据过于臃肿带来的数据存储问题，还可方便地判断多段线与指定的空间平面的交点，为判断实体的几何位置提供了方便，将复杂图形结构的拓扑计算简单化；

通过计算机网络传递数字图形介质模型文件，数字图形介质模型文件含有图形数据信息和基于OOP技术的图形数据模板库；

利用复杂结构图形的截面关键点模型、关键点连线的骨骼网架模型和模型的存储方法将图形结构简单化，用直线包络线控制图形结构的形状与延伸的位置，将复杂的拓扑计算变为直线与平面的交点计算；加快了计算速度，提高了精度，加大了图形处理能力，可保证获得数字图形所有属性和信息，为图形数据之间的无缝集成提供了强有力的保障，提供了复杂物体空间剖面的简捷可靠的图形数字方法。

Model-XML数据格式的骨骼网架模型的具体规则为：

命名名称_实体句柄_控制点个数_控制点连接形式

_{_Pnt1_Pnt2_......._Pnt1’_Pnt2’_........_}_{_放样形式_路径控制点个数_UCS原点_UCSX轴矢量_UCSY轴矢量_PPnt1_PPnt2_......_}_{_剖面类型_剖面名称_参数1_参数1值_......_参数n_参数n值_}

采用统一的XML方式对数字图形介质模型中的各子模型的命名、属性、分类进行定义，并对延续、遗传和关联主体模型的内容进行表述，采用XML方式标记数据、定义数据类型，使同一工程的不同部门、不同专业、不同时段内的工程信息具有统一的表达方式；

采用XML方式的数据构件不受软件平台的限制，适合在计算机网络上传输以及协同管理。

将复杂工程中的各个构件和部位实体图形的可视特征与非图形属性融为一体，采用图形的扩展数据方法将各专业所需的属性和标识符附加于图形之中，通过超链接或超链接程序加以调用修改，使图形本身包括了空间坐标、时间坐标、非几何信息的五维空间信息；