一種工程結(jié)構(gòu)物病害信息的三維可視化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工程結(jié)構(gòu)物查勘計(jì)算機(jī)相關(guān)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種工程結(jié)構(gòu)物查勘信息的展示方法，具體涉及一種工程結(jié)構(gòu)物病害信息三維可視化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國城市、交通等領(lǐng)域大規(guī)模建設(shè)期的結(jié)束，房屋、橋梁、涵洞等工程結(jié)構(gòu)物的鑒定、評(píng)定工作日益增多。房屋、橋梁、涵洞等工程結(jié)構(gòu)物，在其安全性、使用性鑒定或評(píng)定過程中，都需對(duì)結(jié)構(gòu)本身的情況予以調(diào)查，記錄病害發(fā)生情況。相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)(如《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》、《工業(yè)建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》、《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》和《公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》等)對(duì)房屋、橋梁等各類工程結(jié)構(gòu)物的病害有較為全面的描述。結(jié)構(gòu)病害多為局部現(xiàn)象，如混凝土結(jié)構(gòu)的開裂、破損、漏筋，鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕、涂層剝落、焊縫開裂等。
[0003]在實(shí)際的結(jié)構(gòu)評(píng)定工作中，病害的空間分布對(duì)于了解結(jié)構(gòu)服役狀況、分析病害成因、制定維修方案都是非常重要的。目前的位置記錄一般采用文本描述或者二維圖紙標(biāo)記的方式，對(duì)于病害的空間分布，工程人員通常根據(jù)病害記錄中所載的病害信息，利用大腦思維構(gòu)建病害的空間分布圖；對(duì)于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、病害較多的情況，工程人員以二維圖紙為輔助，逐條查看病害記錄后，將其標(biāo)記在結(jié)構(gòu)圖紙上，再想象其三維空間分布情況。這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且不能根據(jù)需求動(dòng)態(tài)查看不同類別、不同程度病害的分布情況?？梢?，目前病害信息的利用效率很低，急需一種結(jié)構(gòu)病害信息的三維可視化方法來改善這一現(xiàn)狀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有工程結(jié)構(gòu)物病害信息利用效率低、用戶思維負(fù)擔(dān)重的缺陷，提供一種用于工程結(jié)構(gòu)物病害信息顯示的三維可視化方法，該方法可以有效提高工程結(jié)構(gòu)物病害信息的利用效率，提供更便捷的信息展示手段。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種工程結(jié)構(gòu)物病害信息的三維可視化方法，包括如下步驟:
1)根據(jù)圖紙資料建立工程結(jié)構(gòu)物三維模型，將其放置并固定在三維場(chǎng)景坐標(biāo)系內(nèi)；
2)根據(jù)病害的自身屬性信息和位置信息，確定三維場(chǎng)景中的病害標(biāo)記體，具體包括: 2a)根據(jù)病害的自身屬性信息確定病害標(biāo)記體的外觀屬性并指定病害標(biāo)記體的基占.V，
2b)根據(jù)病害的位置信息確定病害標(biāo)記體基點(diǎn)在三維場(chǎng)景中的三維坐標(biāo)；
其中步驟2a)和步驟2b)不分先后；
3)將病害標(biāo)記體添加到三維場(chǎng)景，對(duì)此三維空間進(jìn)行展示。
[0006]進(jìn)一步的，所述步驟2)中所述病害標(biāo)記體的外觀屬性包含形狀、大小、朝向和表面顏色。
[0007]進(jìn)一步的，所述步驟2)中，將病害自身屬性信息進(jìn)行離散化，再將病害標(biāo)記體的外觀屬性與離散后的病害屬性信息關(guān)聯(lián)，生成病害標(biāo)記體。
[0008]進(jìn)一步的，所述2)中，所述病害標(biāo)記體基點(diǎn)在三維場(chǎng)景中的三維坐標(biāo)采用模型拾取或者手工錄入的方法取得:
模型點(diǎn)擊拾取方法:通過三維模型在顯示平面上的投影上的點(diǎn)擊病害標(biāo)記體的期望顯示位置，通過三維引擎中的射線與物體相交檢測(cè)功能，計(jì)算病害標(biāo)記體基點(diǎn)在三維場(chǎng)景中的坐標(biāo)，然后將該三維坐標(biāo)與病害信息掛接并存儲(chǔ)；
手工錄入方法:當(dāng)已獲得病害信息在三維場(chǎng)景中的三維坐標(biāo)時(shí)，直接通過表單輸入，與病害信息掛接并存儲(chǔ)。
[0009]進(jìn)一步的，其中的步驟3)中結(jié)構(gòu)物的顏色設(shè)為半透明或者結(jié)構(gòu)物只顯示線框，實(shí)現(xiàn)被結(jié)構(gòu)物遮擋的病害標(biāo)記體可見。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
1.傳統(tǒng)的病害記錄方式是不提供病害位置坐標(biāo)的，本發(fā)明通過先行引入工程結(jié)構(gòu)物模型，并固定在場(chǎng)景坐標(biāo)系內(nèi)，進(jìn)而使用計(jì)算圖形學(xué)中的射線相交檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了病害坐標(biāo)自動(dòng)捕獲，實(shí)現(xiàn)病害的三維可視化；
2.在展示方法上，用幾何體的形狀、顏色、大小等屬性來對(duì)應(yīng)表征病害的類型、尺寸、程度等屬性，可以快速、直觀的反映工程結(jié)構(gòu)物的病害情況。構(gòu)件的透明化處理，可以使工程結(jié)構(gòu)物病害分布情況一目了然；
3.對(duì)抽象的病害數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀、形象的三維展示，提高了信息利用效率，為病害成因分析、數(shù)據(jù)挖掘、知識(shí)發(fā)現(xiàn)等信息利用手段提供技術(shù)基礎(chǔ)。
[0011]
【附圖說明】
[0012]圖1:本發(fā)明工程結(jié)構(gòu)物病害信息三維可視化方法步驟流程圖；
圖2:本發(fā)明病害標(biāo)記體生成步驟流程圖；
圖3:帶病害的結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖4:放置在三維場(chǎng)景坐標(biāo)系中結(jié)構(gòu)模型示意圖；
圖5a:為病害I所對(duì)應(yīng)的病害標(biāo)記體不意圖；
圖5b:為病害2所對(duì)應(yīng)的病害標(biāo)記體不意圖；
圖6:三維模型在視口上的投影示意圖；
圖7:在屏幕上點(diǎn)擊獲取病害位置三維坐標(biāo)的示意圖；
圖8:病害信息三維可視化效果示意圖；
附圖標(biāo)記:
圖3、圖7、圖8中:BH1和BH2分別表示病害I和病害2 ；
圖4中:0為場(chǎng)景原點(diǎn)；X、Y、Z分別為坐標(biāo)軸；
圖5a中:B1為病害I的病害標(biāo)記體基點(diǎn)；
圖5b中:B2為病害2的病害標(biāo)記體基點(diǎn)；
圖6中:0為場(chǎng)景原點(diǎn)；0X、0Y、OZ分別為場(chǎng)景坐標(biāo)軸，三者構(gòu)成場(chǎng)景坐標(biāo)系；601為視口，一般性的可以理解為場(chǎng)景的顯示窗口 ；0’為視口坐標(biāo)系原點(diǎn)；0’U和O’V分別為視口坐標(biāo)軸，兩者構(gòu)成視口坐標(biāo)系；P1和P2分別為病害I和病害2位置的屏幕點(diǎn)擊點(diǎn)；
圖7中:VP為視點(diǎn)，可以理解為場(chǎng)景的觀察點(diǎn)；其余標(biāo)記含義與圖6中相同。
【具體實(shí)施方式】
[0013]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。本發(fā)明所提供的一種工程結(jié)構(gòu)物病害信息的三維可視化方法，如圖1所示，包括建立工程結(jié)構(gòu)物的數(shù)字模型、生成病害標(biāo)記體和病害信息三維展示3個(gè)步驟。各步驟具體按照如下方式實(shí)施:
步驟1:建立工程結(jié)構(gòu)物的數(shù)字模型。
[0014]病害的主體是工程結(jié)構(gòu)物本身，病害三維顯示中最基本的功能是在模型上將病害的位置標(biāo)記出來，因而結(jié)構(gòu)三維模型的建立是病害三維顯示的基礎(chǔ)。三維模型包含結(jié)構(gòu)的幾何信息，具體來說，就是點(diǎn)、線、面等信息。建模可用工程三維建模軟件，如Revit、MicroStat1n、Catia等，根據(jù)所選擇的三維圖形引擎，如DirectX、OpenGL等，導(dǎo)出對(duì)應(yīng)格式的模型文件。
[0015]模型建立后，將其載入三維場(chǎng)景內(nèi)，并將其移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)至用戶指定的位置，并固定下來，則模型上每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)就固定下來；以此為前提，即可以確定病害標(biāo)記體顯示位置的坐標(biāo)。建議將坐標(biāo)系原點(diǎn)和坐標(biāo)軸調(diào)整至便于理解的位置和方向，例如以某橋墩指定標(biāo)高處的中點(diǎn)作為原點(diǎn)，以豎直方向、橋梁縱向和橫向來定義坐標(biāo)軸，這樣便于工程人員核對(duì)各坐標(biāo)值的含義。
[0016]步驟2:病害標(biāo)記體生成。
[0017]病害信息包含病害自身屬性信息和位置信息。本發(fā)明的病害信息三維可視化方法中，病害信息根據(jù)其屬性值的不同，通過圖形的不同幾何特征和顏色特征來表達(dá)，這個(gè)圖形就是對(duì)應(yīng)病害的“病害標(biāo)記體”。病害標(biāo)記體在三維場(chǎng)景中的放置位置，根據(jù)病害的位置信息確定。
[0018]病害標(biāo)記體的生成包含兩部分內(nèi)容，一是確定病害標(biāo)記體的外觀特征，二是確定病害標(biāo)記體在三維場(chǎng)景內(nèi)的位置。具體實(shí)施步驟如圖2所示，實(shí)施方式如下:
a.確定病害標(biāo)記體的外觀。
[0019]al首先，病害自身屬性的離散化:
病害自身屬性，首先需要有病害類型屬性，例如“鋼筋銹蝕”、“混凝土裂縫”、“混凝土破損”等，對(duì)于病害的類型屬性，可以用病害類別ID來存儲(chǔ)；不同類型的病害，有對(duì)應(yīng)的描述信息，即參數(shù)信息，根據(jù)情況可以用數(shù)值、枚舉值、布爾值等類型記錄，舉例如下:數(shù)值型，如“裂縫長0.4m，寬0.15mm”中的“0.4”和“0.15”;枚舉值型，如描述病害類型的“鋼筋銹蝕”、“混凝土裂縫”等，再比如描述鋼筋銹蝕程度的“輕微”