道路桥梁模型3D特效动画制作设计开题报告

全文总字数：3469字

1. 研究目的与意义

一、研究目的 本设计拟在道路桥梁的动画制作中，结合现有的数字技术，并加入3D特效，通过比较3D特效的不同模式，研究寻找工程3D技术的最佳解决方案。二、研究意义 本设计弥补了现有工程展现方式的不足，在创新过程中，通过VR与BIM技术的融合，对图形化表达方式进行了全新的定义。

2. 国内外研究现状分析

一、国外研究现状Alcnia Z. Sampaio在《3D and 4D Models Used in Bridge Design and Education》（2016）中介绍了美学分析是桥梁设计中必须考虑的一个重要问题，自动生成三维（3D）几何模型的桥梁分析，并在步行和空中模拟允许它可以产生，有助于桥梁设计人员评价其美学概念和环境影响。桥梁施工过程也可以模拟，有助于设计者和施工人员对施工现场施工进度进行评审。为此，采用虚拟现实（VR）技术，生成了最常用的桥梁施工方法的4D（3d 时间）模型。通过交互式4D模型对施工活动进行模拟，有助于桥梁设计者分析整个施工过程。Claire Dormann在《Multimedia, Hypermedia, and Virtual Reality Models, Systems, and Applications》（2005）中介绍了动画实例仿真可以以易于理解的形式表现出实际信息的形式。然而，对于动画仿真的制作没有有效的设计准则；且大多数现有的动画都是基于仿真的。因此，动画特效仿真可以使我们缩小计算和动画世界之间的差距，并提供不同、更有效的设计解决方案。C.S. Shim; N.R. Yun; H.H. Song在《Application of 3D Bridge Information Modeling to Design and Construction of Bridges》（2011）中介绍了建筑信息模型（BIM）是桥梁建筑业新技术。三维模型可以从设计结果提供完美的数值表达式。三维信息模型的桥梁结构，提高设计质量的准确的图纸，施工性和协作。然而，将这些技术应用于实际的桥梁工程有许多障碍。从桥梁建设项目的规划阶段到施工阶段，建议采用桥梁信息模型来加强当前的实践。并提出了三维信息模型的设计准则，从而有效地利用BIM技术。

二、国内研究现状盛洪飞在《桥梁建筑美学》（1999）中根据其多年收集的资料，长期的分析研究心得，以美学的基本理论为引导，从各个侧面论述桥梁美学的理论和处理手法与技巧，列举了大量国内外著名桥梁，并评述其建筑艺术特点，研究桥梁建筑的设计美学。张建军、杨晓、马宏深、宿霄男、赵航在《基于Autodesk Revit软件进行桥梁BIM设计的方法研究》中以桥梁工程项目为背景，采用建筑信息模型(BIM)构建软件Autodesk Revit对桥梁外形、配筋以及桥位进行3D建模设计并输出施工图。总结在软件操作中一些要点和注意事项,为桥梁BIM设计提供思路。得出结论：采用Autodesk Revit进行桥梁BIM设计具有可视性强、易修改、工程量估算简便的优点,以及便于进行施工图纸的绘制修改,尤其能在复杂的桥梁构件配筋设计方面发挥作用。黄任远、杨明在《基于三维动态模型的桥梁与公路视觉安全协调性评价研究》中为了评价桥梁与公路系统视觉安全方面的协调性,保障交通安全,从道路使用者的视觉特性入手,深入分析桥梁与公路视觉安全协调性的各组成要素并建立三维动态仿真模型。在三维模型的基础上,研究桥梁与公路视觉安全协调性构成的要素,确定桥梁与公路视觉安全协调性影响评价的指标体系及其评价因子,提出以桥梁和公路视觉安全为评价尺度的桥梁与公路视觉安全协调性评价体系。

3. 研究的基本内容与计划

一、研究内容：本课题是基于平转式开启桥模型，进行桥梁结构方案设计、桥梁细部方案设计、桥梁模型重建以及效果图、动画的渲染。桥梁结构方案设计：一座桥梁的规划设计涉及到很多因素，必须充分调查研究，从客观实际出发，遵照安全、适用、耐久、美观、环保等理念，提出合理的设计方案。桥梁结构方案设计主要包括：桥梁功能作用、桥梁建设位置、水文地质条件、其它资料收集四个方面：1、桥梁功能作用：根据远景使用要求，确定交通量、车辆荷载等级、车道数、人行道宽度、开启桥开启闭合时间等技术要求。2、桥梁建设位置：桥位选择是以节能、节约、可施工、可管养为原则，城市景观桥则同时应根据城市交通网建设规划来确定。3、水文地质条件：水文资料主要用以确定桥长、孔径及桥下净空等，这对桥梁造型是很重要的资料。地质资料主要是通过钻探调查桥位处地质情况，作为基础设计的重要依据。4、其它资料搜集：包括：施工机具设备及技术水平；材料供应及材质；城市规划及景观要求；国内外新的设计施工资料等。桥梁细部方案设计：细部设计主要包括截面设计、桥台设计、桥墩设计、栏杆设计、端柱设计、步梯设计、交通安全设施设计及景观小品设计。桥梁模型重建：桥梁模型根据CAD、3ds Max、Revit软件进行建模，建模基本步骤为：1、根据CAD中桥梁各细部结构截面，导入3ds Max中进行模型建构；2、对3ds Max中桥梁模型进行尺寸调整、细部结构的优化及完善；3、学习Revit建模，并将桥梁实际工程相关知识应用到Revit中，并进行施工阶段的模拟。效果图制作：在已有桥梁模型的基础上运用VRay、PS、PR等软件进行桥梁不同视角的渲染。绘制效果图思路如下：1、意于笔先，明确表现意图，找出将要作为重点表现的部分；2、分析桥梁建筑的特点，创建合理的摄影机角度；3、根据角度来选择主光灯的位置，并让它投射阴影。初步渲染，观察建筑物的光影关系，调整入射角度和光线范围等；4、根据粗渲的结果调整光线的色彩、强度等参数，并确定场景应表现的时间点；5、利用多盏灯光创建模拟天光的全局光源系统；6、选出一些重点材质，单独反复调整，然后调整各个材质间的关系；7、注意各个材质的质感、色彩、搭配关系等，最后要调整整个画面的光感、整体效果等；8、正图渲染完毕，渲染色块通道；9、使用Photoshop软件，依次由背景到前景进行后期处理。协调画面的明暗、色调等关系，把握好配景的尺度，完成制作。桥梁动画渲染：1、根据3ds Max桥梁模型，在适当位置设置摄像机；2、根据桥梁所在区位环境的灯光及桥梁路面灯具设施等光源设置不同类型、强度、照度的光源；3、设置关键帧，调整摄像机、车辆、行人、船舶的运行路径；4、将模型各部件赋予材质，反复调整材质的质感、色彩及搭配等；5、运行渲染后的动画并不断进行改进。

二、研究计划桥梁3D特效动画制作分为：设计，建模，渲染三大块，即前期进行桥梁的线型、桥面系、截面、桥墩及细节方面的设计，完成桥梁设计图纸（尺寸图及草图）和桥梁设计说明书；中期进行桥梁的模型建立（利用3ds max与revit相结合），尽可能做的精细；后期进行材质赋予、视角转换、动画渲染、效果图制作及后期处理。以下为具体时间计划安排：毕业设计共持续12周，主要包括一月上半月、三月份和四月份，在五月份进行毕业设计答辩。第一周（1.4~1.10）：相关资料收集；竞赛审题；毕设开题准备；第二周（1.11~1.17）：提交开题报告；拟定研究计划；外业调查（1.18~2.26）：各类桥梁现场调查与3ds Max软件建模学习；第三周（2.27~3.5）：完成桥梁设计初步图纸；第四周（3.6~3.12）：完善与确定桥梁设计图纸与桥梁细部设计；第五周（3.13~3.19）：3ds Max桥梁建模；第六周（3.20~3.26）：Revit建模；第七周（3.27~4.2）：桥梁相关效果图制作；第八周（4.3~4.9）：桥梁动画制作及渲染；第九周（4.10~4.16）：中期设计成果整理与完善；第十周（4.17~4.23）：撰写论文；第十一周（4.24~4.30）：完善毕设相关材料；第十二周（5.1~答辩）：根据老师意见修改论文及相关材料。

4. 研究创新点

本课题沿用墨尔本平转式开启桥的概念模型，在对过去墨尔本项目的简单模型进行重新建模、效果图的制作与动画仿真。本课题将提出符合桥梁工程截面、结构、线型方面的优化方法，并在软件中进行更高精度的建模，以模拟桥梁的运行状态及适用条件。本课题将采用桥梁建筑美学的思想，从桥梁建筑审美的角度对桥梁的造型、比例与尺度、线型、桥墩样式、行人步梯、栏杆形式等方面进行设计，并在动画运动中赋予动态美感的概念。