在水利水电工程建设及地质勘探中,所包含的人工对象有大坝、建基面、地下工程(包括地下厂房系统、导流洞等)等与地质条件密切相关的水工建筑物以及钻孔、平硐等相关勘探对象。为了能够与地质对象进行布尔操作运算,所有人工对象亦均采用NURBS技术建模,具有精度高且数据量小的优点。相对于上述地质对象,人工对象的几何建模相对简单,而且若已有CAD或其他常用数据格式的三维模型,则可直接利用其三维参数进行NURBS建模,效率极高。
对于土石坝,首先根据填筑材料、结构型式及功能的不同划分为几个区;然后根据各分区形体参数(包括高度、宽度、坡度)、控制高程和内部结构形态进行NURBS图形建模;最后按照分区间层次拓扑关系连接组合,通过布尔合并运算完成整体大坝模型的构建。
对于混凝土坝,则可以直接根据描述其体形的一系列函数或曲线方程及相应的控制点坐标,生成其三维几何模型;若得不到曲线方程,可以提取各平切面图中不同高程的大坝平切轮廓线,利用NURBS技术拟合大坝实体模型,但是这必然导致其精度降低。
对于地下工程,是由若干条地下洞室组成的集合;对于每一个地下洞室对象,洞室断面形态控制洞室的几何形态,洞室中心线则控制其空间位置。洞室断面是地下工程几何建模的重要参数,主要有城门洞形、圆形、矩形和梯形等,用符号Cross_Sec_Curves表示;而洞室中心线则是洞室底板的轴线,用符号Rail_Curve表示。根据这两项数据,再加上控制坐标,可利用路径扫描法快速实现洞室三维建模,这可通过Sweep(Rail_Curve,Cross_Sec_Curves)函数完成。最后将所有完成的洞室实体集合,清除多余的曲线或曲面,合并重复部分,得到完整的地下洞室群三维几何模型。(www.xing528.com)
图5.25分别给出了利用NURBS数据结构建立的堆石坝、拱坝和地下洞室三种典型水工建筑物的实体模型,其中堆石坝模型涉及与地形相交的布尔运算,拱坝和地下洞室模型均可通过参数化建模完成。
图5.25 典型水工建筑物的NURBS模型
(a)堆石坝模型;(b)拱坝模型;(c)地下洞室模型
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