虛擬環(huán)境線路方案展現(xiàn)與論證

吳耀良 張 靜 時(shí) 濤 劉芷辰

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司, 天津 300142)

《利用Google Earth進(jìn)行虛擬環(huán)境線路設(shè)計(jì)方案論證及方案演示》項(xiàng)目開(kāi)發(fā)是基于GE免費(fèi)的平臺(tái),利用現(xiàn)有的資料及技術(shù),通過(guò)Google Sketch Up建模軟件，在GE所提供的衛(wèi)星影像圖上進(jìn)行建模,再將Google Sketch Up軟件建好的模型導(dǎo)入到GE當(dāng)中去,這樣在GE軟件中與工程相關(guān)的建筑、線路及地形環(huán)境就會(huì)拔地而起,通過(guò)在GE軟件環(huán)境中制作線路環(huán)境瀏覽,從而構(gòu)成虛擬環(huán)境線路方案論證及方案演示系統(tǒng)。

1 京津城際(天津段)的應(yīng)用

京津城際(天津段)是在地形信息相對(duì)比較平緩的基礎(chǔ)上選線論證的實(shí)例,主要設(shè)計(jì)城市路網(wǎng)、立交橋和地標(biāo)建筑,特點(diǎn)是大部分建筑工作是規(guī)則模型和平滑路徑。

圖1 京津城際(天津段)真實(shí)照片

圖2 京津城際(天津段)GE上圖片

圖3 京津城際(天津段)三維建模圖片

圖4 京津城際(天津段)三維動(dòng)畫(huà)漫游路徑圖片

圖1～圖4展示了京津城際(天津段)應(yīng)用的一個(gè)過(guò)程。圖1是京津城際(天津段)新開(kāi)路橋及周?chē)ㄖ镎鎸?shí)照片。圖2顯示京津城際(天津段)GE上圖片,在圖片上用色塊表示了一些建筑物，用紅色線條表示了京津城際線位。圖3展示了京津城際(天津段)三維建模圖片,在圖2上對(duì)色塊表示的建筑物,通過(guò)Google Sketch Up建模軟件，在GE所提供的衛(wèi)星影像圖上進(jìn)行三維建模,貼好材質(zhì),進(jìn)行真實(shí)感處理,再把建好的模型導(dǎo)入到GE當(dāng)中去。圖4展現(xiàn)了京津城際(天津段)三維動(dòng)畫(huà)漫游路徑圖片,在圖3基礎(chǔ)上,定好路徑和調(diào)整攝像機(jī)位置與高度,然后進(jìn)行三維動(dòng)畫(huà)漫游。

京津城際(天津段)的應(yīng)用,是在京津城際開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后,運(yùn)用《利用Google Earth進(jìn)行虛擬環(huán)境線路設(shè)計(jì)方案論證及方案演示》項(xiàng)目后第一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。該成果實(shí)現(xiàn)了京津城際(天津段)動(dòng)態(tài)三維可視化游覽,游覽方式可采用人機(jī)交互與自動(dòng)方式，全面和準(zhǔn)確地展現(xiàn)京津城際(天津段)鐵路設(shè)計(jì)方案和對(duì)沿線地區(qū)所產(chǎn)生的影響。真正地再現(xiàn)京津城際(天津段)與周?chē)h(huán)境之間的相互融合、協(xié)調(diào)、交相輝映的景觀。

2 石太客運(yùn)專線隧道與橋梁工程的應(yīng)用

石太客運(yùn)專線隧道與橋梁工程虛擬環(huán)境方案,展示了這項(xiàng)技術(shù)在多山復(fù)雜地形上的完美應(yīng)用。通過(guò)在這種山區(qū)地形之上建立山區(qū)、隧道、高架橋梁的模型，并將模型與地形達(dá)到完美融合后,通過(guò)GE的全方位、多視角的演示來(lái)充分論證線路選擇的合理性。

圖5 石太客運(yùn)專線在GE上位置

圖5展現(xiàn)了石太客運(yùn)專線在GE上真實(shí)位置,并把石太客運(yùn)專線線路平面示意圖疊加到GE上。圖6表示了石太客運(yùn)專線太行山隧道、南梁隧道以及相應(yīng)模型圖片。這些模型基于設(shè)計(jì)資料與實(shí)際地形,通過(guò)Google Sketch Up建模軟件在GE所提供的衛(wèi)星影像圖上進(jìn)行三維建模而形成。圖7展示了石太客運(yùn)專線孤山大橋以及相應(yīng)模型圖片,這些模型基于設(shè)計(jì)資料與實(shí)際地形,通過(guò)Google Sketch Up建模軟件在GE所提供的衛(wèi)星影像圖上進(jìn)行三維建模而形成。

石太客運(yùn)專線隧道與橋梁工程的應(yīng)用,是在石太客運(yùn)專線開(kāi)通運(yùn)營(yíng)之前,運(yùn)用《利用Google Earth進(jìn)行虛擬環(huán)境線路設(shè)計(jì)方案論證及方案演示》項(xiàng)目后第二個(gè)應(yīng)用實(shí)例。可通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)手段,來(lái)充分論證隧道與橋梁工程設(shè)計(jì)的合理性、完美性以及準(zhǔn)確性。全面和準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)隧道與橋梁工程設(shè)計(jì)方案對(duì)沿線地區(qū)所產(chǎn)生的影響。盡可能協(xié)調(diào)、避免及解決隧道與橋梁工程設(shè)計(jì)方案中出現(xiàn)大量切割山坡、開(kāi)挖山岳崗地、填平溝壑、砍伐樹(shù)林、侵占濕地、分割草地等侵害自然地貌與生態(tài)環(huán)境的問(wèn)題,使我國(guó)的鐵路設(shè)計(jì)真正形成與周?chē)h(huán)境之間的相互融合、協(xié)調(diào)。

圖6 石太客運(yùn)專線太行山隧道與南梁隧道

圖7 石太客運(yùn)專線孤山大橋

3 合肥“空中列車(chē)”項(xiàng)目的應(yīng)用

合肥“空中列車(chē)”項(xiàng)目是鐵三院前期投標(biāo)項(xiàng)目。合肥作為安徽省會(huì)城市,要在城市中心建立空中客車(chē),其項(xiàng)目本身在全國(guó)尚屬首例,沒(méi)有任何借鑒之處。為了做好這個(gè)項(xiàng)目,我們充分做好了項(xiàng)目前期工作,前往合肥進(jìn)行項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)踏勘,對(duì)項(xiàng)目涉及地點(diǎn)、建筑物進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拍照與攝像,設(shè)計(jì)和制定項(xiàng)目腳本。把合肥“空中列車(chē)”項(xiàng)目所涉及地點(diǎn)范圍及線路,疊加到GE上。并針對(duì)“空中客車(chē)”實(shí)際的高度,按比例調(diào)整好線路的高度。在設(shè)定好的線路上,加設(shè)8個(gè)站點(diǎn),用圖標(biāo)的方式顯示。

運(yùn)用SketchUP在設(shè)定好線路與在站位的GE上截圖建模。截圖只有平面輪廓,并未涉及高度與建筑物詳細(xì)外形,這就涉及到模型真實(shí)性的問(wèn)題。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)照片與攝像資料的采集,可獲得建筑物層數(shù)、外觀基本數(shù)據(jù)。以此,為使建模更具真實(shí)性,采用合成照片制成模型貼圖,較真實(shí)的還原了建筑物原貌。沿著線位區(qū)域性建模,過(guò)多的模型會(huì)影響后期GE的瀏覽速度。把全部模型引入GE,對(duì)不合適的線路和站點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)。調(diào)整好線路與站點(diǎn)后,利用GE地標(biāo)的說(shuō)明功能,對(duì)重點(diǎn)站點(diǎn)加入已制作好的渲染圖。點(diǎn)擊突出標(biāo)示的重點(diǎn)站點(diǎn),即彈出站位名稱與圖片。在此基礎(chǔ)上,定好路徑和調(diào)整攝像機(jī)位置與高度,然后進(jìn)行三維動(dòng)畫(huà)漫游。記錄三維動(dòng)畫(huà)漫游過(guò)程,形成.avi文件。

圖8 合肥空中列車(chē)線路在GE上位置

圖9 合肥空中列車(chē)線路沿途的部分三維建筑模型

圖10 合肥空中列車(chē)阜陽(yáng)路橋站效果

圖8～圖12展示了合肥“空中列車(chē)”項(xiàng)目應(yīng)用的一個(gè)過(guò)程；圖8展現(xiàn)了合肥“空中列車(chē)”線路在GE上真實(shí)位置；圖9表示合肥“空中列車(chē)”線路沿途的部分三維建筑模型,導(dǎo)入到合肥市GE上；圖10展示合肥“空中列車(chē)”阜陽(yáng)路橋站效果圖；圖11表示合肥“空中列車(chē)”阜陽(yáng)路橋站站點(diǎn)信息導(dǎo)入界面；圖12展示進(jìn)行三維動(dòng)畫(huà)漫游形成.avi文件過(guò)程。

通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)手段,充分展示合肥“空中列車(chē)”線路的走向,論證設(shè)計(jì)方案合理性、完美性以及準(zhǔn)確性，全面和準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)合肥“空中列車(chē)”項(xiàng)目對(duì)沿線地區(qū)所產(chǎn)生的影響，盡可能直觀地給甲方提供合肥“空中列車(chē)”項(xiàng)目技術(shù)可行性與工程預(yù)算。

圖11 合肥空中列車(chē)阜陽(yáng)路橋站站點(diǎn)信息導(dǎo)入

圖12 進(jìn)行三維動(dòng)畫(huà)漫游形成.avi文件

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上三個(gè)應(yīng)用實(shí)例,充分顯示了運(yùn)用《利用Google Earth進(jìn)行虛擬環(huán)境線路設(shè)計(jì)方案論證及方案演示》項(xiàng)目，在鐵路、公路、城市軌道交通及市政設(shè)計(jì)等領(lǐng)域中發(fā)揮的重要作用,并成為必不可少的技術(shù)手段。它不僅給設(shè)計(jì)者在足不出戶的情況下提供模擬現(xiàn)場(chǎng)踏勘選線論證的方式,同時(shí)也使選線方案演示更加形象、生動(dòng)和逼真,能為選線前期方案比選及方案論證提供更好的論證支持。目前深圳地鐵7號(hào)線等項(xiàng)目都相繼采用《利用Google Earth進(jìn)行虛擬環(huán)境線路設(shè)計(jì)方案論證及方案演示》來(lái)進(jìn)行項(xiàng)目前期方案比選及方案論證。

[1]劉強(qiáng),漆波.sketchup效果圖設(shè)計(jì)完全解析[M].北京：兵器工業(yè)出版社,2007

[2]江寬，等.Google API開(kāi)發(fā)詳解：Google Maps與Google Earth雙劍合璧[M].北京：電子工業(yè)出版社,2008

[3]周元興,等.Google入門(mén)與實(shí)例教程[M].北京：電子工業(yè)出版社,2007

[4]張金霞.HTML網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)參考手冊(cè)[M].北京：清華大學(xué)出版社,2006