基于TChart的大坝位移场可视化李子阳1,2,包腾飞1,2,朱赵辉1,2(1.河海大学水利水电工程学院,江苏南京210098;2.河海大学水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心,江苏南京210098)摘要:为了从整体上了解坝体位移规律,提高监测资料的分析效率,借助Delphi开发环境,提出了一种运用TChart控件来实现大坝三维位移场可视化以及交互操作的有效手段.即将大坝位移测点及监测数据构成的体数据,以等参单元形函数插值生成坝体位移的3D规则数据场,再根据位移值大小赋予相应部分的颜色并设置Chart和Series相关属性,继而调用TChart的相应图件进行图像的绘制与编辑.结合某坝实测数据,将这些方法与技术集成实现,取得了良好效果,说明了TChart控件在大坝位移场可视化技术研究中的有效性.中图分类号:TV698文献标识码:A文章编号:1000Ο1980(2008)04Ο0496Ο05在大坝安全监控中,为了判断大坝的安全状态,需要对大量的监测数据进行分析评判1.由于数据量太大,分析工作需要大量的时间和人力.另外,传统的规律分析方法仅限于对单个测点过程线进行绘制,难以产生坝体整体变形的效果.相对于数据和文字,人们对图形图像具有更强的信息获取能力.如果将大坝安全监测中存在的大量数据通过可视化手段变成图像,就能更好地看出其中的规律.所以,可视化技术正成为大坝安全监测数据处理与分析越来越重要的一种工具.TChart控件作为一种有效的图形开发工具,在图像处理上有着非常强大的功能,它通过便捷的编程接口,不仅可以降低实现数据可视化的难度和复杂性,还能大大提高效率2.本文以大坝位移监测为例,运用有效的数学方法对监测数据进行处理,通过Delphi环境和TChart控件,实现对大坝位移场的三维可视化动态仿真.大坝监测中的体数据及可视化体数据可以定义为一个离散有界的三维空间上的采样函数,如果采样是规则有结构的,即在空间的3个方向上采样是均匀的,则称这种体数据为规则有结构3.借助体数据可视化技术研究体数据的表示、操作和显示方法,就可以看出体数据复杂的内部结构.由文献4可知,大坝监测的体数据可以定义为大坝安全监测从垂线、引张线、测压管或应变计等监测仪器中获取的坝体点的三维数据,其可视化就是运用计算机图形学和图像处理技术,将监测所得的体数据在三维空间上生成坝体性态的三维图像,通过人机交互,监测人员可以对图像进行缩放、旋转、移动、整体或局部显示等一系列操作.相应地,所有位移测点与监测数据就构成了大坝的位移体数据.如果测点均匀地分布在坝体三维网格上,即在x,y,z3个方向上,测点之间的距离均相等,这种结构化体数据就构成了规则数据场.但在实际测点布置中,沿坝轴线和高程方向不可能完全均匀分布,而坝体的大尺度特征,使得监测数据只能是对三维位移连续数据场的有限采样.如此取得的监测数据,具有明显的离散性和稀疏性,为了生成规则的网格数据,以适应可视化输入要求并取得较好的三维图像显示效果,首先应对已有位移体数据进行图像三维插值,重构3D1收稿日期:2007Ο10Ο22基金项目:国家科技支撑计划(2006BAC14B03);国家自然科学基金(50579010);中国水电工程顾问集团公司科技项目(CHCΟKJΟ2007Ο02);国家自然科学基金委员会、二滩水电开发有限责任公司雅砻江水电开发联合研究基金(50539030Ο1Ο3)作者简介:李子阳(1983—),男,安徽亳州人,博士研究生,主要从事大坝安全监测研究.第4期李子阳,等基于TChart的大坝位移场可视化497规则数据场.2形函数图像插值2.1图像插值算法目前,对图像进行插值运算的常用方法有最邻近插值、线性插值、样条插值和克里金插值等5.但这些插值方法没有考虑到物体几何形状的变化,间距较大时插值精度不高,可能会使图形的细节产生退化(如边缘模糊等),由此重建出的三维图像表面往往会产生伪像.其他的插值方法还有最小曲率法6和信号抽样插值算法7等,在改善体数据的三维可视化图像质量方面均有较好的效果,但算法较为复杂或应用较为单一,基本限于医学、地质等领域.鉴于大坝形状的不规则性以及图像观察分析对局部或细节的要求较高,本文插值运算采用有限元位移模式思想,按照绘图精度要求,以位移测点并选取部分坝基点作为单元节点将坝体离散化,并以形函数的形式用节点位移来表示坝体内任一点位移....