基于ArcGIS和3DS Max的房屋震害三维可视化方法研究

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地震是人类面临的最为严重的自然灾害之一,我国又是世界上地震多发的国家。因此如何有效地减轻地震带来的巨大经济损失和人员伤亡便是地震领域直接面临的一个问题。随着GIS技术的发展,出现了许多基于GIS技术的震害预测系统,为震害预测提供良好的技术支持。但限于当时的技术条件,绝大多数震害预测系统的预测结果都是采用表格、直方图、饼图等二维方式进行表示,难以充分反映建筑物震害的实体特征。随着虚拟现实技术、仿真技术的不断发展,已经涌现出大量的虚拟现实和仿真技术在防灾减灾方面成功应用的例子,且国内外对房屋震害可视化方面的研究并不多见。因此,本文就对如何实现建筑物震害三维可视化并使之与主流的GIS软件相结合的方法进行探讨研究。本文首先介绍了虚拟现实技术、可视化仿真技术和GIS技术的基本概念、特征和研究现状,并用大量的实例说明其在地震领域中的应用,通过对实例的分析总结,提出了本文将探索使用主流的GIS软件ArcGIS9.0和3DS Max相结合的方式来实现房屋震害的三维可视化。接着通过对房屋破坏等级的划分标准和平房震害特征的分析总结了平房震害的典型特征,为平房震害模型的建立奠定了良好的基础。通过对3DS Max建模方法、材质和贴图的详细讨论,找到了适合房屋震害模型的建模方式和建筑物纹理信息与房屋震害信息相结合并能最大限度的还原破坏的真实感的方法,即使用基础形体建模、二维形建模、组合对象建模、多边形建模等多种建模方式相结合的方式进行建筑物三维建模,然后利用3DS Max的“UVW展开”(“Unwrap UVW”)编辑修改器,将建筑物的贴图坐标进行展开,然后使用Texporter插件将展开后的图形输出到Photoshop中,利用Photoshop强大的图形编辑功能进行建筑物的纹理和震害特征进行合成,从而完成建筑物震害信息的表达,将合成好的纹理重新返回到3DS Max中以贴图的方式映射到建筑物的三维模型上,这样便完成了建筑物震害模型的建立并将结果导出为.3ds格式,供震害可视化程序调用。文中以平房中等破坏为例对震害模型的建模过程做了详细的叙述。此外,本文还对房屋倒塌模型进行了研究,由于房屋倒塌涉及到许多碎片,因此很难通过上述方法进行建模,通过对3DS Max中自带的插件Reactor的研究发现可以使用Reactor中的刚体(rigid body)破裂(fracture)进行模拟,并通过实
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