摘  要： 通過對儲油罐進行分類，以立罐為建模對象,，就立罐構(gòu)模元素進行分析,，提出立罐的三維數(shù)據(jù)模型，并給出了其基本構(gòu)模元素的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義,。根據(jù)上述的數(shù)據(jù)模型與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),，先將立罐空間剖分成底面、側(cè)面和頂面等易于建模的部分,，然后對其剖分后各個部分的三維建模方法,、步驟進行了詳細探討。最后將這些剖分的部分集成起來,，構(gòu)成了立罐的三維空間實體模型,。以VC++為程序設計語言，采用OpenGL三維圖形函數(shù)包做為圖形顯示工具,，開發(fā)出儲油罐三維建模實驗系統(tǒng),，并以立罐和臥罐為例進行三維建模，實驗證明了三維數(shù)據(jù)模型,、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),、建模方法及步驟是可行的，為研究“數(shù)字石化”提供了理論基礎,。
關鍵詞： 儲油罐,；立罐；數(shù)據(jù)模型；三維建模,；數(shù)字石化

    數(shù)字石化是指以計算機信息技術為手段全面實現(xiàn)石化設備,、石化設施和企業(yè)的數(shù)字化、網(wǎng)絡化,、智能化和可視化[1-3],。石化企業(yè)設備、設施以及廠區(qū)的三維可視化以及相應的管理信息系統(tǒng)都是數(shù)字石化的一部分內(nèi)容?，F(xiàn)如今,，三維建模已經(jīng)在很多領域得到了發(fā)展和應用，如地礦部門[4-6],、石油存儲地層建模[7-9],、數(shù)字城市[10-11]等，卻鮮有石化方面的三維模擬研究見諸公眾,。
    大型儲油罐是石化企業(yè)最重要的設備之一,，它具有很大的容積，有著廣泛的應用,。一些大的石化企業(yè)都有專門的場地存放儲油罐,，其數(shù)量往往達到幾百甚至上千個，這為石化企業(yè)的管理帶來了困難,。為了能夠在短時間內(nèi)對這些儲油罐進行動態(tài)管理(例如儲油罐的儲油量,、消防等)，研究儲油罐的三維模擬就顯得十分重要和有意義,，這也為“數(shù)字石化”的發(fā)展提供了理論基礎,。本文將以最常見的儲油罐——圓柱形立罐為例,，主要針對其三維數(shù)據(jù)模型,、三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及建模方法進行研究，并以VC++為程序設計語言,，以OpenGL為三維圖形顯示工具,，對所研究的數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及構(gòu)模方法進行驗證,。
1 儲油罐的分類及三維數(shù)據(jù)模型
1.1 儲油罐的分類
    儲油罐是儲存油品的容器,，它是石油庫的主要設備。儲油罐按材質(zhì)可分金屬油罐和非金屬油罐,；按所處位置可分地下油罐,、半地下油罐和地上油罐；按安裝形式可分立式,、臥式,；按形狀可分圓柱形、方箱形和球形[12]。由于立罐具有代表性,，本文將以圓柱形的立罐為研究對象,，進行三維模型的構(gòu)建。
1.2 儲油罐的三維數(shù)據(jù)模型
    三維空間構(gòu)模方法研究是目前3DGIS領域研究的熱點問題,。許多專家和學者在此領域都做了有益的探索,，總共提出了20多種空間構(gòu)模方法，可分為基于面模型,、基于體模型和基于混合模型的三大類構(gòu)模體系[4,，13-14]。由于儲油罐是一種空間實體,，具有規(guī)則的邊界,，而內(nèi)部又是中空的實體，所以基于體元模型的構(gòu)模方法不適用于構(gòu)建三維儲油罐,。本文利用面向?qū)ο蠓治龅姆椒▽⒘⒐奕S建模的基本元素抽象為點,、線、面三大類,，如圖1所示,。

    點類主要包括儲油罐測量點、離散點等,，線類有特征連接線,，面類主要有基礎面元、儲油罐的底面,、側(cè)面,、頂面等。這樣儲油罐的體模型就可以由這些基本構(gòu)模元素通過一定的構(gòu)模方法構(gòu)建,。這里需要強調(diào)的是,，特征連接線是由用戶指定的用于連接特征點的線段。在三維構(gòu)模過程中,，體的生成主要由特征連接線構(gòu)成,。基礎面元主要由特征連接線構(gòu)成,，通常有三角形面元和四邊形面元兩種類型,，在三維空間表面模型表達上，三角形面元要優(yōu)于四邊形面元[15],。這種通過面,、邊、點來定義實體的位置和形狀的數(shù)據(jù)模型就是邊界表示模型[4]（B_rep）,，圖1表達了立罐的三維邊界表示模型,。
2 儲油罐的三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
    根據(jù)上述的三維數(shù)據(jù)模型,，用C++語言描述立罐的三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：
struct 3DPOINT//空間點結(jié)構(gòu)
{
    long PointID;//點的ID號
    float x, y, z; //點的三維坐標
}
struct LINE//線結(jié)構(gòu)
{
    long LineID; //線的ID號
    3DPOINT StartPoint;//起點坐標
    3DPOINT EndPoint;//終點坐標
}
struct TRIANGLE//基礎面元
{
    long TriID;//三角形ID號
    3DPOINT p1, p2, p3;//三角形頂點坐標
    LINE line1, line2, line3; //三角形邊
}
struct SURFACE//面結(jié)構(gòu)
{
    Long SurfaceID;//面的ID號
    TRIANGLE *Tri;//三角形串
}
class LG
{
public:
    long LgID; //立罐的ID號
    3DPOINT CenterPoint;//立罐中心點三維坐標
    float h1;//立罐柱體高度
    float h2;//頂蓋高
    float r;//罐底半徑
    int precision;//罐頂模擬精度40
    int m_type;//罐頂模擬類型，1,，采用直線,；
//2，采用正弦曲線
    CString material;//材質(zhì)
    COLORREF rgb;//顏色
    …//其他一些屬性信息（自重,，容積等）
};
    立罐的三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)直接描述了構(gòu)成立罐模型的基礎元素,，有利于三維立罐程序的設計及三維可視化操作。
3 儲油罐的三維構(gòu)模方法及步驟
    儲油罐的三維模型構(gòu)建總的思路是化復雜為簡單,，即首先將罐體進行剖分,；然后對剖分后的各個部分分別建模；最后再將這些剖分的模型集成起來,。以立罐為例,，先將立罐剖分成底面、側(cè)面,、頂面,、斜梯等部分；再對剖分后的底面,、側(cè)面,、頂面等分別建模，此時,，已經(jīng)將復雜的立罐體模型簡化為面模型,；然后把這些面模型集成在一起構(gòu)成體模型。
    根據(jù)上述的邊界表示數(shù)據(jù)模型,，結(jié)合線框構(gòu)模原理對立罐三維模型進行構(gòu)建,。其構(gòu)模步驟如下：
    (1)把立罐剖分成底面、側(cè)面,、頂面和斜梯等,。
    (2)首先，對底面進行模型構(gòu)建,。由于底面是一圓面,，采用一正多邊形對其進行逼近,，本實例中,，以正四十邊形來模擬底面。假定底面圓心點的三維坐標為（x_center,，y_center,，z_center），半徑為r,，利用式（1）可以求出正四十邊形所有頂點的三維坐標,，再對底面進行三角化，即每兩個相鄰的頂點與圓心構(gòu)成一個三角形，如圖2所示,，A,、B為正四十邊形上的兩個頂點，這兩個頂點與圓心O就可以構(gòu)成三角形面ABO(基礎面元),，整個底面就可以由這樣40個三角形面片構(gòu)成,。
 

4 實驗模擬
    針對上述提出的儲油罐的三維數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及構(gòu)模方法,，在Windows XP環(huán)境下,，以VC++6.0為程序設計語言，以OpenGL三維圖形函數(shù)包為可視化工具[16]進行程序設計,，圖5為立罐三維模型構(gòu)建的參數(shù)設置對話框,，所構(gòu)模型如圖6所示。

    通過對立罐的數(shù)據(jù)模型,、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及建模方法的研究,，得出以下認識：(1)對儲油罐進行分類后，以立罐作為典型實例進行建模研究,，給出了其空間構(gòu)模的基本元素,，并對這些基本元素的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行了定義；(2)提出的先剖分后建模的思路是可行的,。對剖分后的各個部分分別進行建模和詳細探討,，并對復雜的頂部曲面采用正弦函數(shù)法進行模擬，達到了良好的效果,；(3)結(jié)合具體的建模方法及步驟,，經(jīng)過程序設計進行實驗模擬。實驗證實本文所提出的數(shù)據(jù)模型,、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及建模方法是可行的,。

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