沙盘模拟应用于岩土工程专业的研究

摘　要：目前，计算机+投影仪的教学模式已逐渐取代“手写”+讲解的传统方式，但由于教学内容多以文字解说、表格、扫描图片和效果图等为主，计算机+投影仪仍然缺乏直观性，特别是复杂的工程，更难达到预期的效果，因此引入一种更先进的技术进行岩土工程专业课的讲述显得尤为重要。电子沙盘可以直接表现出物体的形体、质感、运动、变形，应用这一技术对岩土工程专业的一些较难理解的章节进行计算机多媒体制作，能够将施工现场的情景再现到课堂，同学们可以充分理解施工建造过程。

关键词：电子沙盘；教学；计算机技术；岩土工程
引言
　　在全球信息技术飞速发展的今天，信息技术正日益成为推动人类社会发展的动力。信息产业的飞速发展已经给人们生活带来翻天覆地的变化，信息手段正越来越深入人心，越来越成为人们必不可少的生活方式。在教育教学领域，同样也引起了一场深刻的革命。传统的教育方式是：教师用粉笔誊抄自己的教学内容在黑板上教育学生；在计算机的影响下目前比较流行的是：教师利用PPT，Word，视频等电子式教学。电子式教学是教学技术与计算机技术相结合而产生的新教学方式，是教育教学适应现代信息技术的必然产物。
　　将军事演习的沙盘模拟演习应用到岩土工程专业课程的学习中，将一些复杂的施工过程利用电子沙盘模拟施工现场，将施工过程动态的表现出来，形成独特的“体验式教学”，使同学们在模拟实践中学更加轻松的学到知识。
　　电子沙盘应用于教学有利于教师教学，使一些无法用语言文字表达的过程以3D动态的形式表达出来，更容易使学生理解，同时避免了到施工现场而产生的经济费用以及时间、安全问题；电子沙盘模拟施工过程可以使同学们在体验式教学中自己发现工程勘察、设计、施工等过程中可能出现的问题，从而分析问题、解决问题，提高学习效率，增强学生的动手能力和团队合作能力。
1  主要技术路线
1.1  AutoCAD建模
　　利用AutoCAD绘制地形图，主要分为以下三个步骤：
　　(1) 用命令SKETCH，画任意形状；
　　(2) 用PEDIT，M，选全部线条，把刚才画的线条转成多段线。
　　(3) 用PEDIT，把多段线拟合或变为样条曲线。
　　利用AutoCAD绘制的地形图如图1所示。
　　　　　　　　　　　
图1  AutoCAD绘制的等高线生成的山脉
1.2  创建3D动态模型
1.2.1  绘制立体地形图
　　将用AutoCAD绘制好的地形图导入3ds Max中，该过程需要将AutoCAD对象的子集转换为相应的3ds Max对象。
　　选择要导出的绘图文件后，将显示“AutoCAD DWG/DXF 导入选项”对话框。导入后，将出现可编辑的网格、可编辑的样条线和 PRS 控制器。嵌套块保持其父子层次，并将作为“块/样式父级”导入。然后选择样条曲线进行拉伸，即可得到3维立体图，如图2所示。
　　　　　　　　
图2  渲染后的3维立体图
1.2.2  导流洞的挖取
　　根据渲染后的3维地形图，选取合适的位置挖取导流洞，导流洞的模型通过用一个圆柱体来进行建模，通过用关键帧来控制导流洞挖取的速度，最终制成AVI格式的小动画导出软件，然后进行文件命名和保存。
　　导流洞打挖取完成的截图如图3所示。
　　　　　　　　　
图3  导流洞挖取完成的截图
1.2.3  围堰的挖取
　　导流洞的建模完成以后，再进行围堰的挖去，围堰通过用隔板来表示，通过用隔板的伸长来模拟围堰的建造，用关键帧来控制隔板的伸长速度，最终制成AVI格式的小动画导出软件，然后进行文件命名和保存。
　　围堰挖取完成的截图如图4所示。
　　　　　　　　　
  图4  围堰挖取完成的截图
1.2.4  大坝的具体建造过程
　　围堰的完成以后，将在围堰包围的区域内进行大坝的建造，进行大坝施工的模拟，其中具体包括灌浆廊道、灌浆交通廊道、引水洞、坝上公路的建造，通过利用矩形均匀升起来模拟这个过程的建造过程，通过关键帧的掌控来控制建造速度，最终制成AVI格式的小动画导出软件，然后进行文件命名和保存。
　　最终建成的大坝模型如图5所示。
　　　　　　　　　
图5  大坝建成的最终模型
1.2.5  电子沙盘后期制作
　　在上述工作完成后，还需要进行必要的后期加工和制作：
　　(1) 利用绘声绘影软件给AVI格式的小动画添加音乐，解说；
　　(2) 利用PS和绘声绘影软件将一个个制作好的小视频合成一个完成的视频，完成整个电子沙盘的制作
　　先用PS软件对一些照片的做一些细节的处理，然后将AVI格式的小动画添加到PS软件中，然后排列好动画的顺序，然后进行视频合并，这样就完成了一个大视频，即电子沙盘的建模。
3  结论
　　通过电子沙盘应用于岩土工程专业有很强的实用性，将一些复杂的施工过程利用电子沙盘模拟施工现场，将施工过程动态的表现出来，形成独特的“体验式教学”，使同学们在模拟实践中学更加轻松的学到知识。电子沙盘应用于教学有利于教师教学，使一些无法用语言文字表达的过程以3D动态的形式表达出来，更容易使学生理解，同时避免了到施工现场而产生的经济费用以及时间、安全问题；电子沙盘模拟施工过程可以使同学们在体验式教学中自己发现工程勘察、设计、施工等过程中可能出现的问题，从而分析问题、解决问题，提高学习效率，增强学生的动手能力和团队合作能力。
　　随着科技的发展的，电子沙盘将会广泛应用在教学方面，因此，进行电子沙盘应用于教学的研究是必要的，并具有一定的理论和实践意义。
参考文献：
. 现代测绘, 2004, 27(3): 15-17.