針對國內船閘三維設計可視化效果不足的問題,嘗試對船閘閘首三維設計技術進行可視化結構設計的研究。采用C++的面向對象特性與AutoCAD提供的ObjectARX開發(fā)工具相結合，研究閘首三維模型算法、閘首穩(wěn)定性驗算程序算法，實現(xiàn)結構穩(wěn)定性計算結果輸出，開發(fā)閘首三維模型設計系統(tǒng)。通過工程實例進行驗證分析，成果直觀，能夠很好地輔助閘首結構設計，是對水工建筑物三維可視化設計技術的一種有益探討。

　　當前我國水運經(jīng)濟快速發(fā)展，但是內河航道開發(fā)里程偏少，而且等級偏低，這與經(jīng)濟的發(fā)展趨勢極不相稱，嚴重制約內河運輸?shù)陌l(fā)展。為解決內河水運的發(fā)展瓶頸，國家將大力發(fā)展內河航道建設，勢必要改擴建一批舊船閘和興建一批新船閘。

　　已有的船閘設計系統(tǒng)的結構模型較多采用二維幾何模型，模型表達信息詳細，但是設計過程抽象不直觀，給閘首這種帶有復雜廊道的結構設計表達、修改和后續(xù)計算帶來許多困難，系統(tǒng)的通用性和普遍性較差。而三維CAD技術的發(fā)展和應用為設計結構的表達、修改和后續(xù)計算提供了很多方便，但是現(xiàn)有的船閘設計三維模型多是出自商用有限元軟件，只考慮與力學相關的結構，為簡化模型，對細部結構的表達能力不足，同時因模型信息不全，造成模型數(shù)據(jù)可被其他軟件重復利用性差，常常導致相同數(shù)據(jù)的多次重建。

　　本文探討在船閘閘首設計中使用三維技術。由于閘首的類型多，以人字門船閘閘首研究為例，介紹通過AutoCAD 二次開發(fā)程序建立閘首三維模型的方法，程序建立的模型形象、修改容易、可表達的細節(jié)程度高、模型數(shù)據(jù)易于被用作其它用途。本文的算例利用模型數(shù)據(jù)進行閘首穩(wěn)定計算，以提高閘首設計的形象性和效率。

　　1、AutoCAD二次開發(fā)技術應用

　　1.1、AutoCAD二次開發(fā)工具選擇

　　AutoCAD 提供了4種常用的API開發(fā)工具，Visual Lisp、VBA(VB)、ObjectARX和.NET，開發(fā)工具的特點如下：LISP技術產生較早，但是其語法不常見不直觀，特別是對于復雜對象，其開發(fā)功能不強;VB(A)采用ActiveX接口，具有開發(fā)簡單直觀的特點，但是開發(fā)功能很有限，數(shù)據(jù)圖形創(chuàng)建速度慢;ObjectARX采用面向對象方法開發(fā),直接調用AutoCAD底層函數(shù)，其開發(fā)靈活，程序運行速度快;.NET通過封裝ObjectARX函數(shù)實現(xiàn)，開發(fā)方式使用較晚，未完全封裝ObjectARX函數(shù)，開發(fā)能力具有不確定性。

　　由于閘首三維結構復雜，結構對象的關聯(lián)因素較多，再加上三維模型數(shù)據(jù)量大，對程序運行速度要求高，因此采用ObjectARX作為閘首三維設計程序的開發(fā)工具。

　　1.2、ObjectARX程序三維模型創(chuàng)建

　　通過使用AcDb3dSolid類，創(chuàng)建三維模型主要有3種方法：

　　1)直接通過提供三維實體所需的參數(shù)創(chuàng)建，主要是生成基本的三維實體。此類函數(shù)創(chuàng)建的實體的形心為坐標原點，這類實體是指長方體、平截頭體、球體和楔形體等。

　　2)通過基本的二維對象生成三維實體。主要的方法是對二維對象的拉伸、掃掠、旋轉和通過一系列二維對象放樣。二維對象在此主要指面域。

　　3)通過對已有實體的變換、剖切和布爾運算等操作實現(xiàn)新實體的創(chuàng)建。

　　1.3、三維模型數(shù)據(jù)共享與模型信息提取

　　模型創(chuàng)建的參數(shù)保存于文件數(shù)據(jù)庫中，可被除建模之外的用途共享，建立的模型的信息可通過程序提取，也保存于數(shù)據(jù)庫可供多用途共享。利用模型數(shù)據(jù)進行閘首穩(wěn)定計算時，程序中提取可供共享的三維模型信息主要有實體的質量、質心、斷面的慣性距等。實體的質量、質心等參數(shù)通過使用實體對象的特性查詢函數(shù)getMassProp( )實現(xiàn)。

　　實體的斷面慣性距信息，通過剖切體實體獲得剖切斷面，通過使用剖切斷面特性信息查詢函數(shù)getMassProp()實現(xiàn)。斷面的創(chuàng)建與獲取主要用到以下3個函數(shù)：

　　1)實體切割函數(shù)：輸入?yún)?shù)為切割平面，輸出參數(shù)為切割獲得的兩個新實體。getSlice(const AcGePlane& plane, boolAdesk::Boolean getNegHalfToo, AcDb3dSolid*&negHalfSolid);

　　2)獲取實體斷面函數(shù)：輸入?yún)?shù)為切割平面，輸出平面切割實體形成的斷面。getSection(const AcGePlane& plane,AcDbRegion*& sectionRegion);

　　3)平面創(chuàng)建函數(shù)：在實體切割和取實體斷面時常用，此函數(shù)提供參數(shù)為面上點、X和Y向量。AcGePlane(const AcGePoint3d& or, constAcGeVector3d& uAxis, const AcGeVector3d& vAxis);

　　4、結語

　　本文使用AutoCAD軟件的ObjectARX開發(fā)工具，采用面向對象方法開發(fā)了相應的閘首三維可視化結構設計程序。本系統(tǒng)使用簡單，可進行批量優(yōu)化設計，可使用同一個數(shù)據(jù)模型自動完成多種設計任務，設計過程及其成果直觀形象，設計修改容易，可大大降低設計工作量，提高設計效率，有較高的實用價值。

　　本文開發(fā)的閘首三維設計程序的后續(xù)工作將進一步完善和細化閘首三維模型的構建，并把三維模型信息共享用于閘首結構二維施工圖出圖、閘首四維施工模擬和閘首結構有限元分析等功能。