基于3DMAX的用户配电房三维设计软件系统的开发

冯美芳+王晓磊+莫云中+蔡云杰+钱斌

摘 要 随着网络及三维技术的发展，三维虚拟仿真技术越来越受到人们的青睐，逐渐的已经应用到各个领域之中。针对用户三维设计系统的运行和开发需求，设计并开发了基于3D Studio Max + Windows NT组合技术的三维设计系统。该系统可支持三维虚拟场景实时渲染，同时能够更好地呈现仿真对象的数量、虚拟设备三维模型的精细程度以及实时操作状态的动态变化等特点。配电房三维设计虚拟场景，设计并实现了支持操作者复杂操作交互过程逻辑控制，允许操作者根据自我认知进行自由的组合操作，使配电房三维设计系统更加符合真实操作情境及满足用户要求。

【关键词】配电房 三维 设计

1 引言

针对于传统的二维设计，三维配电房设计系统具有结果真实、效果逼真及易于维护和升级等特点。随着计算机硬件成本的不断下降及计算性能的不断增强，虚拟现实技术已逐步应用于电力培训仿真系统的开发与实现，三维虚拟场景提高了三维配电房设计方式的现场表现力和真实感现。这要求三维设计软件在三维视景规模、表现逼真性及模拟操作控制复杂性和灵活性等方面大幅度提高性能，因此，面向电力设计的配电房三维设计软件能满足上述系统开发要求。

2 配电房三维模型制作

配电房三维模型的制作目的是根据需求选择模块并将其放置于相应的位置上，组合完成配电房整体设计，并形成效果图。设计人员在项目设计过程中，根据实际需求选择项目模块进行组合定位，即可形成配电房包括建筑、电气设备的总平面图、正视图、俯视图、侧视图，亦可360度旋转观察，多效果图比较选择最优方案。

2.1 配电房三维模型建立

对用户配电房的房屋结构、预设沟管、电气设备等进行分解，形成一套模块系统，能全方位分析各处环节，可以直观的对施工项目的可行性加以分析。

2.1.1 配电房建设分为三个步骤

基于虚拟现实技术的三维虚拟仿真配电房建设分为三个步骤：建模、交互和后期效果、网站动态展示。具体细化步骤为以下：

（1）收集素材，对要做的配电房结构进行分类整理；

（2）运用3DMAX软件建模并贴图，导出文件；

（3）建立一套模型库，包括GGD，GCK，变压器，电缆、中置柜、环网柜等；

（4）将整理过的图片在面命令层贴图；

（5）把制作的产品打好组，重新命名，最后导出虚拟现实软件VRP中能用的文件；

（6）为了方便后面的设计，把每个物体都用默认的渲染器从各个角度渲染出四到五张图片。

2.2 总体设计方案

配电房三维设计系统要对配电房和电气设备进行三维仿真，仿真场景具有规模大、节点多、操作逻辑复杂等特点，基于框架的程序设计一个最重要的特点是实现了模型-视图-控制器模式（MVC），模型组件封装了内核数据和功能，从而使核心的功能独立于输出表示和输入方式。

系统结构：

本系统采用C#和javascript语言开发，以C/S和B/S两种方式实现相关功能，C/S系统采用Visual Studio 2008工具、B/S系统采用IntelliJ IDEA 12.0.1完成业务建模和编码工作。

3 平台实现关键技术和方法

3.1 面向服务的架构体系

本系统采用面向服务架构体系，采用HTTP作为传输访问协议，以XML作为信息交换格式，将各个基础服务封装成单独的接口，包括：

（1）三维数据服务：提供DEM、DOM、Model、Billbord、Actor、Pipeline等数据服务；

（2）本地搜索（LBS）服务：提供POI、Bulding服务；

（3）精细场景服务。

3.2 三维空间组织技术

三维数据组织基本出发点就是分类组织、分层组织与分区组织三种不同的策略。

首先将栅格数据与矢量数据区别对待既是数据类型之分，也是特征类型之分，这与将几何数据与属性数据分开进行组织一样都属于最直接的分类组织方法。电气设备数据按照设备类别分为GCK、GGD、环网柜、中置柜等。通过分类组织，使得每类对象都只是整个数据库很小的一部分，并有利于聚合特征相近的对象，从而大大提高数据选择、重组和处理的效率。

数据组织整体的思路是采用数据分块索引架构，统一DEM/DOM/DM/DLG的数据组织模式。这种组织模式即：

（1）在存储，管理，维护上采用基于图幅方式进行管理，图幅划分原则遵循客户原则及国家标准；

（2）DEM/DOM/DLG/DM的数据存储均支持Oracle/SQLServer/文件模式；

（3）浏览/服务端的请求协议基于统一的HTTP/File协议；

对数据按性质分大类之后，对相通的数据进行分幅管理，通过获取指定图幅的数据实现数据的局部更新。服务器端建立相应的数据锁定机制，从而实现多用户维护数据。

4 应用开发系统

配电房三维设计系统，基于三维技术+gis平台，完美的实现了配电房及电气设备在三维场景中的设计，将原始的二维设计图纸，通过3D的技术，呈现在三维场景中，以真实的设备+真实场景，使设计出的效果与真实效果达到一模一样，避免在设计中出现问题，如图1所示。

通过三维设计系统，用户可以将电气设备添加进入配电房，并且可以实现复杂的逻辑控制，实现任意排放、旋转、缩放、合并等功能，如图2所示。

5 结论

结合3D Studio Max + Windows NT是针对配电房三维设计特点和仿真需求开发的三维交互仿真開发项目，它较好地整合了大规模场景实时渲染、复杂人机交互及复杂操作过程逻辑控制等功能，能够很好地支持配电房三维设计系统的开发和运行。通过对模块的移动、替换，形成多个配电房设计方案，便于设计人员与用户的技术沟通、选择更加实用、经济的设计方案：用户可以根据所设多种方案，进行选择，并提出自己的要求，设计人员根据用户要求进行可行性调配，使设计员和用户能全方面沟通到位，避免实际工作中出现和设计初衷不一致的现象。

参考文献

[1]《计算机软件配置管理计划规范》（GB/T 12505-90）.

[2]《计算机信息系统安全保护等级划分准则》（GB17859-1999）.

[3]《计算机软件开发规范》（GB-8566）.

[4]《三维地理信息模型数据产品规范》（CH/T 9015-2012）.

[5]《三维地理信息模型生产规范》（CH/T 9016-2012）.

[6]《三维地理信息模型数据库规范》（CH/T 9016-2012）.

作者单位

国网浙江平湖市供电公司 浙江省平湖市 314200