基于VRP虚拟平台的水利枢纽裂缝统计仿真系统的应用研究

付翔　李香兰

摘要：利用虚拟现实平台软件VR-Platform建立了某水利枢纽裂缝统计仿真系统，该系统具有大坝各部位裂缝三维模型显示、漫游功能，以及各部位裂缝按条件要求统计显示等功能，直观反映了某水利枢纽工程的规模及裂缝分布的现状，通过虚拟现实仿真技术提供的交互功能，实时观测查看裂缝的位置以及属性信息（裂缝编号、缝长、缝宽、缝深、检查时间、嵌缝埋管时间等备注信息），为该大坝专项安全鉴定提供更加准确、直观、信息化的判断依据。

关键词：虚拟现实;裂缝仿真;水利工程

VR-P1atform（简称VRP），即虚拟现实平台，是由中视典数字科技独立开发的具有完全自主知识产权的直接面向三维美工的一款用于实现三维虚拟现实的软件。这款软件被广泛地应用于室内设计、古迹复原、工业仿真、城市规划和军事模拟等行业。VRP作为主流的虚拟现实开发引擎之一，具有简单化、人性化的操作界面，VR场景材质的编辑模块，真实的场景特效，独立的界面设计模块，支持脚本编程等特点。

1 系统模拟目标和功能

混凝土坝体结构三维裂缝统计仿真系统平台由数据库模块、虚拟现实模型模块、交互驱动模块组成，本系统能够对裂缝的参数信息和图形进行三维可视化描述，具有形象的图像输出功能。系统功能结构框架如下图1所示：

本系统建立主要为水库运行管理者提供数字化信息平台，通过对裂缝的三维可视化查询做好相应的裂缝缺陷处理工作。主要目标有：

（1）对III类、IV类裂缝的相关参数信息用户可以直接在操作界面内获取，并结合虚拟模型显示出裂缝的空间位置信息，以及在加高工程后大坝的三维构造模型;

（2）对于典型坝段进行单独的显示与危害性裂缝的实时查询;

（3）模拟精确，操作简便，用户无需记忆太多复杂繁琐的命令即可进行系统操作;

（4）对计算机硬件要求较低;

2 系统界面设计

应用型系统具有什么功能，归根到底都是用户的操作使用。系统界面时系统与用户之间的衔接，是信息传递的媒介，也是信息输出、输入的主要途径。因此，构建一个合理的用户界面在管理信息系统中尤为重要，一般来说，系统界面设计应遵循以下几个原则：

（1）界面要简洁明了，过于复杂的界面无形中会给用户使用人员带来操作障碍;

（2）对于经常操作的控件摆放在左右边侧显眼的位置易于操作;

（3）合理利用界面空间，设置控件按钮的大小，使其井然有序;

（4）体现交互性，合理利用透明度、颜色、图像显示效果使界面操作起来没有单调枯燥感。

本系统主界面设计如下图2：

菜单功能区：主要提供虚拟现实仿真系统基本的功能要求，包括文件的读取、显示方式控制、相机控制、以及必要的配置设置等功能。

场景显示区：主要提供虚拟现实模型多种浏览模式功能，包括行走、飞行、静物观察、摄像机动画，用户不需要定义很复杂的参数，即可实现不同方式的浏览。本系统使用鼠标事件触发，与三维场景中的物体或属性进行各种模式的互动。

场景切换按钮区：主要提供虚拟现实模型多种浏览模式功能，包括鸟瞰全局、自动漫游、手动漫游、场景切换，用户不需要定义很复杂的参数只需设置各种定位相机的切换，即可实现不同方式的浏览。本系统使用鼠标事件触发，与三维场景中的物体或属性进行各种模式的互动。

裂缝统计按钮区：主要提供大坝裂缝统计仿真的文字说明功能及调出裂缝统计面板区。

裂缝统计面板区：主要提供裂缝信息的统计以及按条件要求统计显示裂缝以及实时观测查看裂缝的位置以及属性信息等功能。

3 系统界面制作

虚拟现实场景界面分为两部分：启动界面和操作界面。

启动界面是系统给用户的第一视觉画面，对于用户对整个系统的认识有很大的帮助。主要用来介绍系统简介、操作方式、制作单位等相关信息。

在VR中最大的交互功能除了可以通过鼠标、键盘在VR场景中自主漫游外，还可以在其操作界面上创建一些用于交互的按钮，以使用户可以更深入地体验VR交互功能的强大。对这些按钮控件进行脚本编辑，可以实现不同功能效果。在本项目系统中操作界面制作主要进行交互式按钮功能实现，动画相机、定位相机、消隐查询等设置。

3.1创建裂缝信息ACCESS数据库

本系统裂缝信息数据库采用Access数据库来建立。数据库建立的主要工作流程为：裂缝普查信息数据的归纳与收集→建立Excel数据表格→将Excel表格数据导入Access数据库中→采用Visual Basic编程技术连接到Access数据库→建立裂缝查询系统。所详述的裂缝数据信息主要包括：裂缝编号、缝长、缝深、缝宽、检查时间段、嵌缝埋管时间段、灌浆时间段、压水时间段、备注等数据信息，由此建立混凝土坝体结构裂缝信息数据库。

数据库格式说明：

II：表示I、II类裂缝;III、IV：表示III、IV类裂缝;D：坝顶平面裂缝;Y：上游迎水面裂缝;X：下游贴坡面裂缝;Y：廊道裂缝;如裂缝编号：IV_25Y_6表示是25坝段迎水面第IV类6号裂缝。

3.2链接和访问数据库方法

VB本身集成了微软ADO、RDO、DAO三种数据库访问技术，使用这些技术可以访问Access数据库。

本系统使用ADO访问Access数据库，语句方法：

Dim DJKstr As New ADODB.Connection

Dim LX As New ADODB.Recordset

Dim MyYP As String‘對带密码的数据库的访问

MyYP= "Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;Data Source_ =DJK.mdb;

Persist Security Info=False;Jet OLEDB：_ _Database_password=000000"

DJKstr.ConnectionString = "Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;

Data Source = D：＼xiangmu＼DJK.mdb;Persist Security Info=False"

DJKstr.Open MyYP（）    ‘打开数据库文件

MyLX = "select * from 目录 "

LX.Open yp（），DJK，adOpenStatic，adLockReadOnly

…

Close LX（）   ‘关闭对表操作

Close DJKstr（）      ‘关闭数据库

本段程序（部分代码）实现了Access数据库与裂缝系统应用程序的链接，由于ADO控件不是VB内部控件，注意在使用前需要将“Microsoft ADO Data Control 4.0（SP6）（OLE DB）”添加到工具箱中。

4 系统裂缝信息查询

系统中对各部位裂缝的编号、属性信息、空间特征、总数、检查时间、备注等信息数据是通过系统界面左侧裂缝统计面板进行编辑查询。具体操作步骤为：

（1）单击鼠标左键裂缝统计按钮区的【裂缝统计】按钮，裂缝统计面板显示，右击鼠标面板消隐。该按钮功能实现是通过在VRP平台中给按钮添加自定义函数来实现，语句繁多就不在此写入。

（2）单击裂缝统计面板区【显示裂缝】按钮，按照条件1、条件2进行裂缝显示控制。条件1：裂缝所在部位，条件2：裂缝的类别与颜色控制，这是显示裂缝的限定条件，系统会根据这两个条件进行筛选，来显示符合条件的裂缝。

（3）显示裂缝以后，可以拖动滚轮滑杆控制坝体结构的透明程度，到达直观的查看裂缝沿及的深度与走向情况。单击鼠标左键裂缝统计面板区的【统计】按钮，按照条件1、条件2进行裂缝统计分析，列出相应条件的裂缝信息，显示【III、IV裂缝详细列表】子项。

（4）在【III、IV裂缝详细列表】子项，通过点击裂缝ID编号就可场景定位到裂缝位置。以及获得相应裂缝的属性信息，而图3是单击裂缝获取属性图。

以上各项条件控件都是在VRP平台中设置与之关联的脚本语言，其语句插入如上面控制坝体透明度问题而在VRP编辑器中插入语句的方法一样，只是針对不同的目的要求插入不同的脚本函数语句来实现其功能，VRP平台拥有其集成化的脚步控制使用方便简单易学，让系统设计者有更多的精力用于考虑系统结构框架与界面设计中。

5 结论

基于VRP虚拟现实引擎开发某水利枢纽裂缝统计仿真系统，并实现了：典型坝段模型消隐及虚拟场景漫游等功能;将裂缝以顶平面、上游面、下游面和廊道内分类进行展示;将各类裂缝不同级别（危害程度）、不同颜色清楚地标示，并做到了由任意角度、形式直观的展示出来;使Access数据库分类数据与虚拟现实模型实现联动控制，由此将数据附着于虚拟现实模型而数据信息则通过虚拟现实模型，身临其境表达出来，为结构工程的施工、检查布置、处理措施以及坝体裂缝数值分析等提供模型资料，为工程安全监测、判断坝体结构裂缝问题提供综合信息，为工程可信息化管理服务。

参考文献：

[1]魏群，张国新，胡兴旺.虚拟现实[M].北京：科学出版社，2007.

[2]宋蔚.基于虚拟现实的虚拟实验研究[D].重庆：重庆大学，2005.

[3]钟登华，刘东海.大型地下洞室群施工系统仿真理论方法与应用[M].北京：中国水利水电出版社，2003.

[4]魏群.数字城市可视化仿真三维实体建模及虚拟现实软件系统的自主研发[C].//第二届中国国际数字城市建设技术研讨，北京：知识产权出版社，2006.

[5]李荣辉.三维建模技术在虚拟现实中的应用研究[D].大庆：大庆石油学院，2007.

作者简介：付翔（1987-），男，籍江西南昌市，讲师，研究生，研究方向为水利工程三维可视化。

基金项目：江西省教育厅科技一般项目：基于VR技术的大坝裂缝仿真系统研究（GJJ180981）。