Web3D模型開發(fā)土木工程論文
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土木工程專業(yè)的Web3D模型制作開發(fā)流程如下:
1)根據(jù)專業(yè)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)圖集和施工圖紙確定結(jié)構(gòu)構(gòu)造。
2)采用AutoCAD或3dsMax軟件，根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造建立三維模型。
3)采用3dsMax軟件，將三維模型導(dǎo)出為FBX文件格式。
4)將FBX格式的三維模型導(dǎo)入Unity引擎。
5)在Unity中，為三維模型開發(fā)交互功能。
6)利用Unity，將Web3D模型為網(wǎng)頁或可執(zhí)行文件。
2主要功能與實現(xiàn)方法
采用Unity引擎，通過相關(guān)設(shè)置和編寫C#，JavaScript腳本，為Web3D模型實現(xiàn)了視圖切換、視圖控制、顯示與隱藏物體、自動演示、顯示物體說明、移動物體與物體復(fù)位等交互功能。
1)視圖切換
視圖切換功能允許用戶任意切換自由視圖、俯視圖、前視圖、左視圖，可以方便地觀察三維模型與其平面投影之間的關(guān)系。該功能的實現(xiàn)方法為:在場景中分別設(shè)置主攝像機(jī)、俯視攝像機(jī)、前視攝像機(jī)、左視攝像機(jī)各一臺，其中主攝像機(jī)為透視投影模式，其余攝像機(jī)為正交投影模式;根據(jù)用戶的選擇，打開相應(yīng)的攝像機(jī)，同時關(guān)閉其余的攝像機(jī)，從而切換到相應(yīng)的視圖。
2)視圖控制
視圖控制功能允許用戶自由縮放、移動、旋轉(zhuǎn)視圖，從而可以從任意位置、任意角度觀察三維模型。在自由視圖中，縮放視圖功能通過改變攝像機(jī)與目標(biāo)點之間的距離實現(xiàn)，移動視圖功能通過改變攝像機(jī)的位置實現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)視圖功能通過攝像機(jī)圍繞目標(biāo)點旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)。在俯視圖、前視圖、左視圖中，僅可以縮放、移動視圖，縮放視圖功能通過改變攝像機(jī)的視口尺寸實現(xiàn)，移動視圖功能的實現(xiàn)方法與在自由視圖中的相同。
3)顯示與隱藏物體
該功能允許用戶通過點擊用戶界面的按鈕，顯示或隱藏對應(yīng)的物體，從而可以根據(jù)用戶的意愿，僅顯示需要觀察的物體，而隱藏其余的物體。用戶還可以通過點擊“全部顯示”或“全部隱藏”按鈕，顯示或隱藏全部的物體。該功能的實現(xiàn)方法為:將所有的物體分類存儲到變量中，根據(jù)用戶的操作，打開或關(guān)閉對應(yīng)的物體。
4)自動演示
自動演示功能可按指定的時間間隔，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的順序顯示物體，從而模擬結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或節(jié)點的施工流程。
5)顯示物體說明
當(dāng)鼠標(biāo)移動到物體上時，該物體的顏色變?yōu)樗{(lán)色，并顯示相關(guān)說明，在鼠標(biāo)移出后，物體恢復(fù)為原有的顏色。利用該功能，可清晰地顯示物體的相關(guān)信息，便于用戶了解和學(xué)習(xí)。
6)移動物體與物體復(fù)位
移動物體功能允許用戶通過按住鼠標(biāo)左鍵并移動鼠標(biāo)，自由拖動鼠標(biāo)指向的物體，從而對模型進(jìn)行拆解和拼裝。物體復(fù)位功能可以將所有物體恢復(fù)到原有位置，該功能的實現(xiàn)方法為:將所有物體的初始坐標(biāo)存儲到變量中，當(dāng)用戶點擊“物體復(fù)位”按鈕時，將所有物體的坐標(biāo)修改為其初始坐標(biāo)。
3已開發(fā)的Web3D模型
利用Unity引擎，采用上述的開發(fā)流程和實現(xiàn)方法，目前已開發(fā)完成了10個土木工程專業(yè)的Web3D模型。土木工程制圖課程對抽象思維和空間想象力要求較高，為其制作了圓柱—圓錐相貫、同坡屋面交線兩個Web3D模型，用戶可以通過移動模型中各個物體的位置，觀察不同的圓柱—圓錐相貫線、同坡屋面交線。簡支梁配筋、螺旋箍筋柱、工字形截面柱配筋、杯口獨立基礎(chǔ)配筋、獨立基礎(chǔ)配筋、雙柱聯(lián)合基礎(chǔ)配筋等6個模型直觀地顯示了各類構(gòu)件中的鋼筋配置和構(gòu)造要求，便于用戶理解和掌握。利用框架三維模型，用戶可以熟悉組成混凝土框架結(jié)構(gòu)的各類構(gòu)件。梯形鋼屋架支座節(jié)點模型清晰地顯示了該節(jié)
4結(jié)語
采用Unity引擎開發(fā)的土木工程專業(yè)Web3D模型克服了圖片、視頻、三維動畫等傳統(tǒng)教學(xué)媒體的不足，能夠直觀清晰地顯示教學(xué)內(nèi)容，在教學(xué)實踐中取得了良好的效果，具有廣闊的應(yīng)用前景。在已有工作的基礎(chǔ)上，可以針對土木工程專業(yè)的相關(guān)課程，開發(fā)制作更多的Web3D模型，還應(yīng)提高三維模型的質(zhì)量，并開發(fā)更加豐富的交互功能。
作者：陸永濤 袁繼峰 汪健人 單位：南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院