基于CATIA三維地質(zhì)模型屬性可視化表達研究與開發(fā)

羅登昌，韓 旭，于起超，盧樹盛，王 銳

(1.長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責任公司，湖北 武漢 430010；2.長江巖土工程有限公司，湖北 武漢 430010)

1 研究背景

CATIA是由法國達索公司開發(fā)出來的一款可完成三維設(shè)計和模擬解決方案的軟件，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空航天、機械制造、船舶制造等領(lǐng)域。該軟件功能強大，具有先進的混合建模技術(shù)，在設(shè)計環(huán)境中實現(xiàn)了曲面和實體的互操作，2003年首次被應(yīng)用于水利水電行業(yè)大壩、廠房和機電設(shè)備安裝的三維設(shè)計，2006年在國內(nèi)水電行業(yè)開始推廣。

對于CATIA在國內(nèi)水電行業(yè)的應(yīng)用，目前主要在于快速精準的建模、二維出圖及三維可視化仿真等方面，例如，李小帥等[1]在CATIA V5環(huán)境下，通過CG知識庫的運用，可快速搭建三維可視化仿真場景，縮短同類項目的制作周期，提高應(yīng)用自動化的程度；羅通等[2]基于CATIA二次開發(fā)研發(fā)出一種比較實用且自動化程度較高的渠道三維設(shè)計應(yīng)用程序，減輕渠道設(shè)計工作量，縮短渠道設(shè)計周期，降低渠道工程設(shè)計難度；杜飛龍等[3]基于CATIA二次開發(fā)實現(xiàn)了重力壩三維模型的快速構(gòu)建；王文進等[4]基于CATIA二次開發(fā)提出了一種重力壩三維參數(shù)化設(shè)計方法，實現(xiàn)了高效快速進行重力壩的設(shè)計；樓濤等[5]基于3DEXPERIENCE平臺的CATIA二次開發(fā)提出了一種拱壩三維建模方法，提高了建模效率，減少建模過程中的重復工作；胡瑞華等[6]基于CATIA二次開發(fā)，并應(yīng)用克里金插值法實現(xiàn)了多源數(shù)據(jù)條件下滑坡基巖覆蓋層分界面的建模。

雖然水利水電行業(yè)學者對CATIA軟件應(yīng)用的研究很深入，但對于每一個模型體額外賦予相應(yīng)工程屬性的研究卻很少見，現(xiàn)有三維模型體仍僅有系統(tǒng)自帶的一些通用屬性。

文章根據(jù)地質(zhì)專業(yè)的特點，基于CATIA軟件針對三維模型地質(zhì)屬性的可視化表達進行了研究與開發(fā)。

2 軟件開發(fā)環(huán)境及語言選擇

文章采用的軟件開發(fā)環(huán)境為Window 7及以上版本操作系統(tǒng)，使用Visual Basic.NET編程語言，以Microsoft Visual Studio 2008作為開發(fā)平臺，通過自動化接口(Automation的API)連接CATIA模塊，并引用CATIA的類庫，通過代碼即可完成開發(fā)平臺與CATIA的連接。

3 軟件設(shè)計

3.1 設(shè)計思路

軟件的設(shè)計是為了提高三維地質(zhì)模型可視化程度，便于模型流通與使用，增強模型通用性。圍繞這一目的，結(jié)合每一個地質(zhì)體屬性的差異性，需對每一實體分別賦予相應(yīng)的地質(zhì)屬性，讓模型使用者可以快速查詢到所需的屬性信息，從而全面了解模型的地質(zhì)特性，具體設(shè)計思路如圖1所示。

圖1 軟件設(shè)計思路圖

3.2 設(shè)計流程及關(guān)鍵代碼

(1)選擇實體

每個實體模型地質(zhì)屬性不盡相同，在實體選擇時需要確保所選擇的實體為單個模型，具體設(shè)計流程如圖2所示，關(guān)鍵代碼如下：

If selectType=1 Then

If mcount>1 Then

Dim msg As String

msg=“選擇了”+Str(mcount)+“個實體，一次只能選擇單個實體!”

MsgBox(msg，vbInformation+vbOKOnly，title)

Else

MsgBox(“未選擇實體!”，vbInformation+vbOKOnly，title)

圖2 選擇實體設(shè)計流程

(2)地質(zhì)屬性添加

地質(zhì)屬性信息是指地質(zhì)體的巖性、時代、物理力學參數(shù)及典型照片等，其屬性值多由數(shù)值、字符和圖片構(gòu)成。每條屬性信息均包含屬性名稱和屬性值，在對每條屬性信息進行添加時，名稱和屬性值需要一一對應(yīng)，將屬性信息逐一添加到數(shù)據(jù)表單中，具體設(shè)計流程如圖3所示，關(guān)鍵代碼如下：

Dim endrow As Integer=mView.Rows.Count- 1

mView.Rows.Insert(endrow)

mView.Item(0，endrow).Value=TB_Name.Text.Trim

mView.Item(1，endrow).Value=TB_value.Text.Trim

圖3 地質(zhì)屬性添加設(shè)計流程

(3)地質(zhì)屬性編輯

地質(zhì)屬性編輯主要針對一些輸入有誤的數(shù)據(jù)進行調(diào)整。每條屬性信息僅包含兩個字段，對于有誤的屬性信息直接刪除該行，重新添加即可。對于不是圖像類型的屬性，所有信息均包含在屬性表單中，直接刪除表單中的屬性行即可，但對于圖像信息的屬性，需在數(shù)據(jù)庫中刪除縮略圖照片以及上傳的原始照片，具體設(shè)計流程如圖4所示，關(guān)鍵代碼如下：

If Mid(PName，1，2)=“圖像” Then

ListViewLargeImage.Images.RemoveByKey(PName)

For i=0 To Me.ListViewImg.Items.Count- 1

Dim nm As

String=UCase(ListViewImg.Items(i).ImageKey. ToString.Trim)

If nm=PName Then ListViewImg.Items.RemoveAt(i)

ThumbnailImageCode.RemoveAt(i)

圖4 地質(zhì)屬性編輯設(shè)計流程

(4)地質(zhì)屬性保存

地質(zhì)屬性保存是將已添加的地質(zhì)屬性信息傳遞到CATIA模型中的文檔系統(tǒng)與模型一起保存，而在傳遞屬性信息前需將屬性名稱和屬性值統(tǒng)一轉(zhuǎn)成字符串格式，并且將兩個參數(shù)合成一個，中間用特定分隔符分開，這樣可以增加參數(shù)傳遞效率，方便后期屬性展示。對于新添加屬性需與已有屬性進行對比，如果已經(jīng)存在，可以選擇更新或是延用以前信息；若不存在，可以重新創(chuàng)建新的屬性信息，具體設(shè)計流程如圖5所示。

屬性值存儲都是將屬性信息轉(zhuǎn)成字符串格式進行存儲，關(guān)鍵代碼如下：

If Mid(proname，1，2)=“圖像” Then

For j=0 To ThumbnailImageCode.Count- 1

Dim mstu As Imglist=ThumbnailImageCode.Item(j)

If proname=mstu.ImglistName Then

provalue=mstu.ImglistValue

provalue=mDataGridView.Item(1，i).Value

propertyvalue=propertyvalue+proname+“===”+provalue+“||”

當屬性信息為文字或是數(shù)字時，將統(tǒng)一轉(zhuǎn)成字符串類型進行存儲，并在存儲時，屬性名稱和屬性值之間加入“===”和“||”兩個特殊符號，后期展示時方便分開屬性名稱和屬性值；當屬性信息為圖片時，需進行圖片轉(zhuǎn)換，首先將圖片轉(zhuǎn)成byte，再由byte轉(zhuǎn)到base64string，然后對base64string進行存儲；當需要展示圖片屬性信息時，需進行逆向轉(zhuǎn)換，由base64string到byte再到圖片。

存儲圖像屬性信息過程：圖片轉(zhuǎn)byte再轉(zhuǎn)base64string，關(guān)鍵代碼如下：

Dim bty()As Byte

Dim ms As New IO.MemoryStream

myMap.Save(ms，System.Drawing.Imaging.ImageFormat.Jpeg)

bty=ms.ToArray

Dim btytxt As String=System.Convert.ToBase64String(bty)

Dim d As Integer=btytxt.Length

Return btytxt

展示圖像屬性信息過程：base64string到byte再到圖片，關(guān)鍵代碼如下：

Dim mymap As Bitmap

Dim bty()As Byte

bty=System.Convert.FromBase64String(ByteTxt)

Dim ms As New IO.MemoryStream(bty)

mymap=Bitmap.FromStream(ms)

′mMap=mymap

Return mymap

圖5 地質(zhì)屬性保存設(shè)計流程

(5)地質(zhì)屬性展示

地質(zhì)屬性展示是將已經(jīng)保存好的地質(zhì)屬性通過數(shù)據(jù)表單和圖像顯示框的形式展示出來，具體設(shè)計流程如圖6所示，關(guān)鍵代碼如下：

Dim pv As String=mstrParam.Value

If pv.Length=0 Then Exit Sub

pv=System.Text.Encoding.Unicode.GetString(Convert.FromBase64String(pv))

Dim propertyStr()As String=Split(pv，“||”)

For i=0 To propertyStr.Length- 1

If propertyStr(i)<> “” And

propertyStr(i)<>“===”Then

Dim endrow As Integer=

mDataGridView.Rows.Count- 1

mDataGridView.Rows.Insert(endrow)

Dim propertyStr1()As String=

Split(propertyStr(i)，“===”)

mDataGridView.Item(0，endrow).Value=

propertyStr1(0).Trim

If Mid(propertyStr1(0).Trim，1，2)=“圖像” Then

ShowIMG(propertyStr1(0).Trim，

propertyStr1(1).Trim，endrow)

Else

mDataGridView.Item(1，endrow).Value=

propertyStr1(1).Trim

在圖像框中展示，先在屬性表中雙擊縮略圖，圖片會放大顯示在圖像框中，關(guān)鍵代碼如下：

Dim ImgItem As Integer=ListViewImg. FocusedItem. Index

showPicture(ListViewImg. Items(ImgItem). ImageKey. ToString. Trim)

圖6 地質(zhì)屬性展示設(shè)計流程圖

4 實例應(yīng)用

重慶市某水庫是一座以防洪、城鄉(xiāng)供水、灌溉為主，兼顧改善生態(tài)環(huán)境和發(fā)電等綜合利用為一體的大型水利工程。工程區(qū)出露地層有元古界、古生界、中生界及新生界，區(qū)內(nèi)出露地層均為沉積巖類，地層總厚度為4890～10750m，除缺失泥盆、石炭系及第三系外，尚缺志留系上統(tǒng)和白堊系下統(tǒng)地層?；贑ATIA軟件完成了該項目的三維地質(zhì)建模工作，三維模型如圖7所示。

圖7 三維模型圖

現(xiàn)擬給三維模型中每個地質(zhì)體賦予相應(yīng)的地質(zhì)屬性信息，選取其中一個三維模型體(編號J/2S//1- 2|ak)作為代表，利用開發(fā)的軟件進行模型屬性賦值，擬賦地質(zhì)屬性見表1。

表1 擬賦地質(zhì)屬性表

首先啟動軟件，然后按照擬添加的屬性列表添加屬性。

5 結(jié)論

(1)通過運用VB編程語言對CATIA軟件進行二次開發(fā)，首次實現(xiàn)了在三維模型上定制屬性信息，成功解決了特有地質(zhì)屬性信息在三維地質(zhì)模型上可視化表達。

(2)將新增的屬性信息隨三維模型一同存儲，提高了三維地質(zhì)模型可視化程度，更有利于模型流通和使用。

(3)本軟件的成功開發(fā)與應(yīng)用，其開發(fā)思路以及功能實現(xiàn)代碼，均可為后來學者在進行類似軟件的開發(fā)提供借鑒和參考。