获奖情况：水力发电科学技术二等奖（2013年度）
任务来源：水利部“948”项目
河南省重大科技专项
郑州市科技攻关项目
起止时间：2009年1月～2012年12月
完成单位：华北水利水电大学，中国水利水电科学研究院
主要完成人：魏 群、刘有志、许 琰、魏鲁双、尚宝平、缪青海、赵艳霞、
李永江、高阳秋晔、范业庶
主要研究内容：
1）数字图形介质以数字图形作为具有几何属性和物理属性的载体，在计算机空间将其视为自然界的真实物体，构成了自然界空间和计算机空间两类空间转换与映射对应的格局和模式；定义了数据标准、构造方式，以自然界的物理方程来控制图形体的动作和相应的变化，真正在虚拟的空间里用图形这一载体表现了真实的自然状态和变化过程。
2）依据GML、CIS/2和IFC三个ISO国际标准，制定了工程结构的数十个数据类型、数百个描述方法、分类模型，使得结构在设计阶段、分析阶段、施工安装阶段的海量异构数据都有了可依据的标准套装，使得工程结构有了可以依赖的通用表达方式和框架。
3）以结构图形为基本载体，将图形的点、线、面、环、体及其五层拓扑关系的表现数字化，使得图形成为几何与物理属性的结合体，提出了图形计算力学的概念和方法，以计算机空间中的中三维实体模型模拟了实际分割岩块，并利用三维图形所具有的图形特性和直接利用图形的拓普运算能力，模拟复杂岩体的产状、形状及运动形态。
4）以数字图形介质理论为基础，将数字建模过程产生的图形信息组合体与数值分析系统的单元图形类型与格式相归类融合，使图形单元保留了数字化的特征，且满足数值计算的单元图形要求，构造一种适应建模和计算两种模型于一体的图形体系。
主要创新点：
1）提出数字图形介质的理论。
将图形以数字化的形式表现，把相关属性赋予图形之中，置入关联信息作为随动约束，称为数字图形；并将数字图形作为具有几何属性和物理属性的载体和目标实体，在计算机空间将其视为自然界的真实物体和研究介质，遵从自然界的物理方程以控制图形体的动作和相应的变化，用计算机图形学的表现方法在虚拟的空间里用图形这一介质诠释了真实的自然状态，以数字图形介质的相互运动结果代替某些复杂的纯数值计算，得到直观和简捷的结果。
2）提出数字图形介质的构造方法和描述标准。
提出“数据附着于图形，图形蕴含数据”方法，并将复杂结构工程中的各个构件和部件实体图形的可视特征与非图形属性融为一体，图形称为具有空间坐标(x,y,z)、时间坐标(t)、非几何信息(v)的五维空间的载体，并与数据库双向动态关联；以GML、CIS/2和IFC三个ISO国际标准为基础，定义了数字图形介质的描述标准，数百个Schema的定义对模型的定义、属性、分类、延续、遗传、关联等内容都做了严格规定与表述，对工程中常用的计算模型、分析模型、制作模型都进行了统一的描述，不仅使同一工程的不同部门、不同专业、在不同时段内的工程信息具有统一的表达方式，也为不同工程之间的信息交换与比较提供了有章可循的共享器平台。
3）提出数字图形介质构建的骨骼网架方法。
依据图形结构起始截面的关键点和终止截面的关键点以及延伸的路径可创建三维实用形式，随之产生用直线包络线控制的结构的形状与延伸的线框表面模型。
4）提出图形计算力学的概念和方法。
以AutoCAD 或CATIA、MicroStation为操作平台，利用三维实体模型模拟了各分割岩块，并利用其图形特性和图形拓普运算能力，模拟复杂岩体的产状、形状及运动形态；每个实体的几何形状、角点位置、边数、凸形体、凹形体以及带孔状的多面体，都可用CAD的三维实体块几何属性中显现出来，利用单纯形积分可将面积、体积、形心或更高阶积分均可用解析方法求得，其物理属性、力学参数附加于CAD图形之中，使得每个图形块可作为真实块体的自然映射体，依据物理方程的控制条件，在计算机空间进行运动和仿真。
5）提出各类数值计算网格产生的统一方法和基于图形介质的表面模型重构技术研究。
以数字图形介质理论为基础，将数字建模过程产生的图形信息组合体与数值分析系统的单元图形类型与格式相归类融合，构造了一种适应建模和计算两种模型于一体的图形体系。基于实体图形的几何特征的数字线框网格的生成方法只保留原图形单元的线框和拓扑关系，脱胎于实体而产生的纯点集线段围成的网络体系，每个线框体继承对应实体的几何形状和拓扑关系；对图形单元逐个排查，在给定冗余范围R内，发现奇异块体或尖点，则进行兼并，围绕该节点相关联的线框端点产生归并，线框产生偏转，但不会产生缝隙和交叉，这种消除奇异点的方法为数值网格带来了极大的便利，并易于计算程序的自动处理。
工程应用：
本课题研究成果在拉西瓦工程、武都引水工程、丹江口水源工程，落脚河水库、河口村水库的建模和虚拟现实、钢闸门设计软件、锦屏、鲁地拉、功果桥、小湾的有限元、DDA的数值计算网格中加以应用,产生了良好的经济和社会效益，节约建设资金1.65亿，各项目情况见下图。
（a）丹江口水利枢纽
（b）武都水库 （c）拉西瓦水电工程
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