古建筑保护中参数化建模及仿真系统的研究.pdf

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1、第25卷第3期华中科技大学学报(城市科学版)Vo1．25NO．32008年9月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Sep．2008古建筑保护中参数化建模及仿真系统的研究王婉，谢步瀛(同济大学建筑工程系，上海200092)摘要：仿真技术是古建筑保护的重要手段。本文在对亭台楼阁等中国典型古建筑进行结构化分析的基础上，提出了参数化建模的方法。应用数据库技术组织管理数据，应用编程语言建立一个古建筑造型系统，生成不同类型古建筑三维模型的脚本文件，在AutoCAD系统中运行后生成三维模型；对模型进

2、行优化处理后，再运用漫游技术，实现古建筑的实时虚拟漫游。参数化建模有效解决了不同古建筑数据模型不能共享的问题，有助于对古建筑保护方案进行更有效地设计和评估。关键词：古建筑保护；虚拟仿真；参数建模；脚本文件中圈分类号：TU311．4l文献标识码：A文章编号：1672—7037(2008)03—0121—03我国的传统建筑以其深厚的文化底蕴、独特些数据自动建模，目前还没有成熟的系统。而应的木结构体系、标准的模数制系统、艺术与功能用现有的通用建模软件~ITAutoCAD、3DMax等，并重的建筑造型、讲究哲理结构严

3、谨的空间组合对一座大型的古建筑，采用手工方式直接建模，形式而独具特色。在修缮和重现古建筑的过程中，工作量过大，而且所建模型同样不具通用性。采用传统的工程图样，效率较低且无法给人以直参数化建模可以克服上述不足。本课题是在观的感觉。利用计算机仿真和虚拟现实技术能有利用现有的通用建模软件的基础上，结合编程设效地解决这一问题。计，对古建筑进行参数化分析，找出其内在结构的规律性及各构件之间的参数关系，力求以较少1仿真技术在古建筑保护中的应用的参数来表达对古建筑形体的数据描述，生成参数可修改的结构化三维模型。参数化程序建

4、模最古建筑数字仿真由于成本低、效率高、应用大的优越性在于，在程序中改变不同结构的有关面广而成为古建筑保护和研究的重要方法之一。参数，可以生成不同的模型，而工作量并不会重随着计算机技术的发展，古建筑的外形、结构、复增加。古建筑参数建模及虚拟仿真系统实现的乃至力学特性等，都可以在计算机上展现出来。主要流程如图1。要在计算机中再现古建筑，需要大量的建筑参数分骶数据晖技术物几何数据，必须对古建筑进行非常详密的测量。以三维激光扫描、数字化近景测量等为基础的现代测量技术在古建筑保护与修复过程中发挥着重系统编程汁、生成脚小

5、殳件要作用，通过这种方式，我们可以快速精确地获占取大量的数据，通过计算机对已获得的坐标点或AutoCAD系统下生成^筑；模掣摄影图像进行处理，自动得到古建筑模型。但这种自动建模方式的不足之处在于，所得到的数据I3DMax系统F优化模只有单纯的几何信息，没有一定的结构，且获取的数据不具通用性，所采集的数据不能用于其它I缃建J、拟场景实班实时漫游结构相似的建筑，只针对被测量的古建筑。要得到有层次结构的古建筑数据，并利用这图1古建筑参数建模流程收稿日期：2008—6—23作者简介：王婉(1968一)，女，江苏泰州人

6、，讲师，博士研究生，研究方向为土木工程仿真，wangwan@tongji．edu．ca。基金项目：“十一五”国家科技支撑计划(2006BAJ03A07)。·122·华中科技大学学报(城市科学版)2008年可由用户直接交互输入，同时程序调用数据库有2古建筑的参数分析关数据，运行后生成相应古建筑的AutoCAD脚本文件。要建立古建筑的三维参数化模型，首先要对系统操作界面由主菜单引导，针对亭、台、其进行结构分析，研究用哪些参数可以比较完整楼、阁、牌楼等不同结构形式的古建筑，每种类地表达古建筑的特点。参数越多，古建筑

7、的特点型分别对应不同的窗体，选中某种结构类型后便表达得越完整，但过多的参数也会使通用性较差，可切换到该结构形式的设计窗体，如图2所示。生成的模型过于庞大，影响运行速度。我国古建筑，尤其是现存最多的明、清两代古建筑，在建筑结构形式、用材、工艺技术以及法式则例等方面，形成了较为统一成熟的风格，逐步趋于定型化。研究古建筑的模数制、标准化、定型化等特点，可使描述的参数得到极大简化。中国古建筑的平面布局简明而有规律性。通常以“间”为单位构成单体建筑，然后以单体建筑组成庭院，进而以庭院为单元组成多种形式的建筑组群。结构形

8、式则多采用木构架体系，以立柱和梁架构成基本受力体系，承托屋顶重量，墙不承重。另外，屋檐与梁柱交接处的斗棋，是中图2古建筑造型系统总界面国古建筑木构架体系特有的结构构件，它不仅具以宫殿造型设计窗体为例，主要设计了四个有承重和装饰的双重作用，也是中国古建筑中建功能区，分别为：数据输入区，主要包括面宽、筑等级的象征。进深等平面尺寸的数据输入；简图绘制区，可根宫殿、庙宇等带斗棋的大式建筑，以“斗口”据所输入