大型水利工程往往建设周期长、投资大、结构复杂、涉及问题多,因此在决策阶段或建设前期如能预测工程项目存在的问题并及时加以纠正,降低工程投资的风险,无疑会避免许多困扰。上世纪八十年代,信息科技开始在我国水利建设行业广泛开展应用,范围涉及到OA、计算分析、CAD设计、可视化、多媒体等方面。这些应用成果提高了我们在某些方面的工作效率,减轻了人的劳动强度。但是,就整个工程项目来说,它所起的作用还只是局部的,还没有为整个水利工程项目提供一个集成的信息化平台;特别是在可视化、协同工作及多元数据间融合上还很弱,这在一定程度上抵消了我们的整体工作效率和管理水平。
因此,提供具有高度临场感的可视化系统,使技术人员实现交互协同设计,将是完成工程设计评估、多维数字分析、人员培训等的最佳手段。而虚拟仿真作为研究动态系统的方法,越来越多地为虚拟产品的开发服务。通过虚拟仿真技术,人们在产品早期的规划阶段就可预示产品的特性,并及早发现问题和错误;这无疑有助于节省成本,提高效率。
虚拟仿真技术将我们的视野从二维平面上升到三维主体空间,采用已获取的基础数据,针对工程项目建立三维的、动态的、实时的、可视的虚拟仿真环境。它以水利工程的勘测设计、施工、运行管理为对象而建立,贯穿方案论证、CAD设计、工程进度控制、运行管理全过程,使项目参与各方都能在此环境下直观、清晰地看到该项目过程的整体或局部、动态或静态、历史的或现实的以及将来的真实场景;同时提出自己的意见要求,并可进行各类信息查询。决策层可在最短的时间内获得最新、最准确的信息,以便对未来事件作出快速的判断并采取相应对策。
虚拟仿真技术将数据管理、几何建模、物理属性建模、应用建模、模型试验、虚拟可视分析等集成于一个环境,利用已有的信息建立高精度的水利工程三维模型;分析研究规划设计中的关心问题,如:水利工程规划、方案比选、枢纽总体布置和设计协调等,在虚拟仿真环境中对所关心的问题进行观察、修改、决策、调度或重组等,使项目在决策或实施过程中更具科学性、经济性和可靠性。
仿真的目的就是通过对系统仿真模型的运行过程进行观察和统计,来掌握系统模型的基本特征,找出仿真系统的最佳设计参数,实现对真实系统设计的改善或优化。随着多媒体技术、计算机可视化、传感技术的发展,计算机模拟外界环境对人的感官刺激开始成为可能。把虚拟现实技术引入系统模拟仿真的各个阶段,可使人沉浸其中,对所需解决的问题有清晰的认识,而不必单纯被动的去观察仿真的结果,将使模型的建立和验证更加方便。通过三维数字模型和显示头盔进行该领域的视觉模拟,通过传感机制和触觉手套来进行该领域的触觉模拟,通过音响制作和音效卡进行声音模拟,通过机械控制和传动装置进行动感模拟。虚拟现实技术使设计人员从“空间+时间+感受或意念”即“五度空间”感受世界,人成为参加者。
济南科明数码技术股份有限公司研发的水利学科虚拟仿真教学资源,包括水力学、小区域地形和工程高程测量、混凝土重力坝施工与运行管理、河道断面流速及流量监测等多套虚拟仿真实验教学系统。这些实验系统的应用,丰富了实验内容,拓展了实验领域,实现了绿色实验的目的,提高了学生参与实验的热情和效果。
虚拟仿真技术在水利工程中具有广阔的应用前景。它为宏观决策和项目管理提供了快速、系统、准确的信息与技术支持,可大大提高各项工作的及时反应能力,适时调整规划布局和在工程实施过程中对进度、质量进行控制,减少了因工程执行过程中的失误而造成的经济损失。
虚拟仿真系统为水利工程规划设计提供了一个全新的研究平台,它具有安全、经济、可控、便于观察、便于参与、实用、无破坏性、可多次重复、整体性等特点,可以对各种决策的效果与作用进行分析比较,以作出科学合理的选择。因此,水利工程虚拟仿真技术将是向水利现代化方向发展的一个重大突破。 (相关内容综合整理自长江水利网)