計算機仿真在建筑工程設計中的應用

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摘要:計算機技術經(jīng)歷了一個不斷發(fā)展和完善的過程，逐漸在人們的生活中得到普及。在二十一世紀，形成了計算機仿真這一類新型的信息技術，計算機仿真技術顧名思義就是將計算機與仿真技術結合到一起，由于科學技術的進步，計算機仿真技術也得到了更為廣泛的應用，三維化的仿真系統(tǒng)有著非常廣闊的應用前景，促進了建筑工業(yè)設計等領域的發(fā)展，提高了環(huán)境設計的效果和要求。本文分析了計算機仿真技術運用到建筑工程設計中的重大意義，同時也探討了將各類仿真技術與建筑工程設計結合使用過程中遇到的各類問題，旨在計算機仿真技術能發(fā)展得更好，運用到更為廣泛的領域中。

關鍵詞:三維仿真技術;Multigen;實時交互技術;3dsMax0

前言

在21世紀，各種信息網(wǎng)絡技術、計算機技術、互聯(lián)網(wǎng)技術都得到了很好的發(fā)展，并逐漸普及到越來越多的普通人生活中。將先進的智能化方法運用到建筑工程中，可以提升施工技術和管理水平，對建筑設計領域的發(fā)展和進步做出了不少的貢獻［1］。計算機虛擬仿真技術作為世界上最為先進的科技之一，顛覆了我國原有的工程設計和施工方式，將其上升到一個新的層面。計算機技術和圖形技術第一次被聯(lián)系起來是在1963年，從此之后，數(shù)字技術開始直接影響二維和三維的所有設計種類。建筑技術是計算機仿真技術的重要代表，更是受到了數(shù)字技術非常大的影響［2］。在建筑工業(yè)中，計算機仿真技術可以模擬出比較接近真實情況的圖形圖像，因而得到了廣泛的應用，在技術方面的應用主要包括三維仿真軟件和三維建模工具，除此之外，還可以建立三維仿真的模擬平臺系統(tǒng)，這類系統(tǒng)能運用到很多不同的領域，例如模擬工業(yè)建筑物，模擬室內(nèi)設計裝飾系統(tǒng)替換之后的效果等，這樣的三維仿真系統(tǒng)往往是集聽覺與視覺一體的。至于在建筑環(huán)境的展示方面，可以先用計算機仿真技術對環(huán)境進行仿真模擬［3－4］，從而展示給人們接近真實建筑物的效果，讓人們能夠從不同的角度觀賞建筑的外觀和平面布局等。本文對目前被人們應用的比較廣泛的三維仿真技術、3DSMax、Multigen實時交互技術等進行了深刻分析，找出存在的現(xiàn)實問題，并為之開發(fā)出更好的應用前景［5］。

1計算機仿真技術的概述

1.1基本概念

什么是計算機仿真技術?簡單來說，它就是將生活中的物理現(xiàn)象借助適當?shù)臄?shù)學和物理模型在計算機中模擬出來，根據(jù)模擬得出的結論來分析實際場變量，這是人類科技上的一大突破，解決了傳統(tǒng)的仿真技術所解決不了的難題［6］。換句話說，計算機仿真技術是在多種技術如多媒體、傳感技術、仿真等的共同支持下，對系統(tǒng)模型的實驗技術。這種技術為建筑工程設計領域帶來了非常多的幫助，提高了建筑項目的安全性和經(jīng)濟性，一定程度上降低了施工過程中存在的風險［7］。不僅如此，由于計算機仿真技術可以重復進行多次高仿實驗，還有利于減少工期，提高工程的質(zhì)量。

1.2應用特征

受到傳統(tǒng)模式的影響，大多數(shù)人都是根據(jù)以往施工過程中獲取的經(jīng)驗來將施工方法和組織進行優(yōu)化的［8］。雖然經(jīng)驗豐富對于施工有一定的幫助，但實質(zhì)上也存在著非常多的局限，在這種情況下開展的建筑工程往往會伴隨有很多棘手的施工問題。例如:建筑風格和設計缺乏新意，表現(xiàn)得比較千篇一律，此外還難以控制施工過程中的成本消耗。值得高興的是，隨著計算機仿真技術的發(fā)展，人們將其融入建筑設計的領域中，改善了這個領域內(nèi)存在的諸多缺陷［9］?，F(xiàn)代社會中的很多企業(yè)，選擇利用計算機仿真技術的交互性和仿真性，依照所要建設工程的具體要求來建立虛擬的三維模型，并模擬出施工的全過程，這個模擬的全過程能夠被直接觀察到。如此一來，工作人員能夠清晰的了解各種構件的作用及其在實操中位置的重要性，并得出正確的施工安全控制參數(shù)［10］。計算機仿真技術是一門綜合性技術學科，能夠解決科學研究和工程設計中的種種難題，其主要的特點如下:(1)實用性。大型建筑系統(tǒng)往往成本較高，而應用計算機仿真技術之后成本可降低到原先的10%～20%，同時設備可反復利用;(2)隔離性。在實際建筑環(huán)境中，影響系統(tǒng)運行的因素較多，但是計算機仿真技術的應用可避免系統(tǒng)受到外界的干擾，從而在某種特定條件下，對建筑系統(tǒng)展開深入探究;(3)安全性。對建筑系統(tǒng)直接進行測試存在較大的風險，然而計算機仿真技術的應用能夠弱化危險系數(shù)，保證系統(tǒng)測試的安全性;(4)快速性。計算機仿真技術的應用可提升建筑設計的效率;(5)預見性。在建筑設計過程中，結構設計和參數(shù)設置通常是比較困難的環(huán)節(jié)，對于這種情況，計算機仿真技術可發(fā)揮其設計優(yōu)化功能，并提前分析了解系統(tǒng)后續(xù)設計工作。

2建筑工程設計中計算機仿真技術的具體應用

2.1建筑工業(yè)中三維仿真技術的應用

計算機仿真技術是將不同的技術結合在一起形成的，從而展現(xiàn)出強大的功能，具體的技術主要有如下幾種:(1)無縫編輯生物建模技術;(2)貼圖烘培技術;(3)粒子系統(tǒng)技術;(4)MultiGen實時交互技術。三維仿真技術作為一種先進的科學技術，有著眾多其他技術所沒有的優(yōu)點，比如效率高、安全保障性好、受環(huán)境的影響小等［11－12］。并且，人們可以根據(jù)不同項目的特定需求，對時間和模型的比例大小進行改進。此種技術具有鮮明的想象性、沉浸性和交互性［13］。利用仿真系統(tǒng)，將虛擬場景模擬出比較真實的感覺，往往需要由大量元素共同合成。一般情況下，是根據(jù)以下所敘述的步驟進行操作的.譬如在建設一所新的校園時，設計者在進行具體的設計改造前，都會預先提出幾種不同的設計方案［14］。這時可以利用計算機三維仿真系統(tǒng)，將不同設計方案進行模擬，觀察所設計校園的不同立面。在這個時候我們要以計算機仿真模擬的形象思維來思考研究。主要是使用AutoCAD和3DSMAX來模擬校園建筑物和各種設施，首先，用AutoCAD來創(chuàng)建三維場景的平面圖，再將平面圖導入3DSMAX中，創(chuàng)建地面模型，3DSMAX造型的立體效果很強，這樣最終得到的校園三維模型會有一個很好的仿真效果［15］。

2.2Multigen實時交互技術在構建建筑模型中的應用

由美國Multigen－Paradigm公司開發(fā)得到的Mul-tigenCreator系列軟件，不但可以仿真大型的視景效果，還可以創(chuàng)建能給人帶來身臨其境之感的娛樂游戲環(huán)境［16］。它擁有優(yōu)化了的OpenFlight數(shù)據(jù)格式，具有非常強大的功能，能夠高效地生成實時三維(RT3D)數(shù)據(jù)庫，在大部分實時仿真領域都占據(jù)著重要地位。

2.3建筑設計中3DSMax的應用

3DSMax可以以三維形式將建筑虛擬仿真出來，這是其最為顯著的優(yōu)點，利用高超的仿真技術，將建筑中提出的設想表現(xiàn)得更加直觀和清晰。3DSMax的渲染功能已經(jīng)發(fā)展得非常成熟，可以把建筑的環(huán)境場景都模擬的惟妙惟肖。在2012年，計算機仿真技術領域的專家對圓明園被燒毀的景區(qū)進行了復原再現(xiàn)，模擬出的數(shù)字三維景觀讓全世界都為之驚嘆?，F(xiàn)代仿真技術的科學家們根據(jù)清朝初期畫家惲壽平清淡飄逸的風格及其沒骨的畫風，借助3DSMax等先進的科學技術，將“三山五園”制作成一部唯美又真實的3D動畫，被稱為“夢幻圓明園”［17］。喜愛園林藝術和歷史遺跡的觀眾，不僅可以通過這部3D動畫觀賞圓明園的美妙景色，還可以使用“虛擬游園”的功能，領略“萬園之園”的精彩。各種技術的結合，使得觀眾不再是單純的觀賞動畫，還能通過自身的肢體動作控制屏幕中的花開花落，給人一種身臨其境之感。

3結語

在如今這個信息化社會，技術影響著人們生活的方方面面，不僅改變了人們從前的建筑工藝和都市生活，也使得設計形式煥然一新。不過，這對設計師和建筑師來說，又是一個新的挑戰(zhàn)，他們需要改變自己原來傳統(tǒng)的設計理念和思維，不斷適應信息化社會對建筑設計的新要求。

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作者:陳玉蘭 單位:蘭州鐵道設計院有限公司