淺談虛擬現(xiàn)實技術(shù)在軌道交通工程投標(biāo)中的應(yīng)用

黃曉梅

(中鐵第四勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063)

某軌道交通首期工程是地鐵線網(wǎng)最重要的線網(wǎng)基線,對于后續(xù)地鐵工程的建設(shè)有重大示范作用。線路全長42 km,共設(shè)置車站31座,其中高架車站6座,地下車站25座,建成后,將貫穿主城,連接新城,有力地支撐新城的發(fā)展。其中一期工程全長18 km,共4站3區(qū)間，如果采用傳統(tǒng)設(shè)計模式對項目說明有相當(dāng)大的局限性,不夠直觀,限制較多。為了取得此工程的勘察設(shè)計總承包，采用虛擬現(xiàn)實等多媒體技術(shù)運(yùn)用于首期工程的前期投標(biāo)、方案評審、三維動畫制作,通過創(chuàng)建虛擬場景達(dá)到現(xiàn)實中效果,使以往只能借助傳統(tǒng)的設(shè)計模式提升到數(shù)字化即看即所得的完美境界,大大提高了設(shè)計和規(guī)劃的質(zhì)量與效率。

1 虛擬現(xiàn)實

虛擬現(xiàn)實技術(shù),英文名Virtual Reality,簡稱VR,也稱靈境技術(shù),是近年來出現(xiàn)的高新技術(shù),是以交互性、沉浸性和構(gòu)想性為三大突出特征，計算機(jī)生成的可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的高技能模擬系統(tǒng)。它綜合利用計算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù),模擬人的感覺器官功能,構(gòu)成三維數(shù)字模型,編制到計算機(jī)中去產(chǎn)生一個逼真的，具有視、聽、觸等多種感知的虛擬環(huán)境,如同身臨其境。借助人的感知和認(rèn)知能力,啟發(fā)人的思維,以全方位地獲取虛擬環(huán)境所蘊(yùn)涵的各種空間信息和邏輯信息。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)旨在突破系統(tǒng)和用戶環(huán)境的界限， 突破用傳統(tǒng)方法表達(dá)事物局限,使人們可以實現(xiàn)任何想象的環(huán)境虛擬并與其自然地進(jìn)行交流。此技術(shù)已被推廣到科學(xué)、技術(shù)、工程、醫(yī)學(xué)、娛樂等不同領(lǐng)域,廣泛應(yīng)用到大型工程漫游、城市規(guī)劃、展會等領(lǐng)域,慮擬現(xiàn)實技術(shù)在這些領(lǐng)域所表現(xiàn)出的效果比起其他技術(shù)要優(yōu)秀得多。

2 虛擬現(xiàn)實在工程中的作用與意義

工程項目一般采用傳統(tǒng)的、靜止的成效圖,只能向觀者展示項目某一個或某幾個方面,對業(yè)主所提出的其他問題與要求，必須以相近的圖像或文字加以說明,運(yùn)作起來不直觀、不全面,具有相當(dāng)大的局限性。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)為核心的多媒體介紹程序,通過最新的多媒體信息技術(shù)和創(chuàng)意為項目投標(biāo)提供最優(yōu)秀的方案演示技術(shù)服務(wù)，為工程設(shè)計模擬提供更多的技術(shù)解決方案,將包含大量晦澀術(shù)語的專業(yè)項目,難以通過文字想象的項目規(guī)劃和工程技術(shù)場景,以及專業(yè)技術(shù)人員精心的方案策劃構(gòu)思,采用三維動畫及多媒體技術(shù)展現(xiàn)出來,以獲得對項目直觀的理解和感受。在產(chǎn)品中運(yùn)用各種表現(xiàn)方式對相關(guān)素材進(jìn)行集成,在最短時間內(nèi)傳遞盡可能充分的信息,使相對枯燥的設(shè)計方案、項目的周邊環(huán)境(重要的地形、外觀)得以生動直觀的表現(xiàn),以獲得其最大程度上的理解和反饋,實現(xiàn)設(shè)計方案的完美表達(dá)和詮釋。

虛擬現(xiàn)實又提供了一個通向虛擬工程空間的途徑。要達(dá)到增強(qiáng)現(xiàn)實的目的,即用虛擬物體來豐富、增強(qiáng)真實的環(huán)境。將真實環(huán)境和虛擬現(xiàn)實的景象結(jié)合起來,既便于生成復(fù)雜環(huán)境,又便于對實際物體的操作。

3 虛擬現(xiàn)實在軌道交通工程投標(biāo)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實作用可表現(xiàn)為不同的形式,用得比較多的是將工程中的某種概念設(shè)計或構(gòu)思可視化,主要用到實物虛化、虛物實化和高性能的計算機(jī)處理技術(shù),目的是通過將現(xiàn)實世界向多維信息化空間映射,使甲方及其評委從虛擬環(huán)境中獲取同真實環(huán)境中一樣或相似的視覺、聽覺等客觀認(rèn)知。

3.1 用GOOGLE影像地圖打造軌道交通首期工程三維虛擬動畫

目前,軌道交通在全國各大中城市如雨后春筍、遍地開花,以前所未有的速度迅猛發(fā)展。而“用GOOGLE影像地圖打造軌道交通三維虛擬動畫”就是以Google影像地圖為依據(jù),通過下載和拼接軌道交通沿線的Google影像地圖之后,直接在其上精確勾勒出軌道交通線路的走向,進(jìn)而制作出高度逼真的軌道交通線路的走向動畫以及沿線各個站點的方位(如圖1)。其結(jié)果是更直觀地將軌道交通線路和沿線周邊環(huán)境融合在一起,看過之后讓人一目了然。因此,在方案評審和成果匯報過程中,運(yùn)用這一手段,更能以清晰而精確的畫面,能得到?jīng)Q策者們的青睞,且印象深刻。更有甚者,如將軌道交通平、縱面的平面動畫和Google影像地圖上的三維動畫結(jié)合在一起,做成平、縱、剖三度空間實時同步的動畫效果,可以更直觀的表現(xiàn)軌道交通的設(shè)計理念和設(shè)計思路,將復(fù)雜問題簡單化。從圖2可以看出,不僅主畫面上的影像動畫真實表現(xiàn)了城市軌道交通在現(xiàn)實環(huán)境中的運(yùn)營情景,而且,從右上角和下面的平、縱斷面線路走向動畫中,也實時同步展示了列車每時每刻的準(zhǔn)確位置。這樣,就可以在一副畫面上用三維虛擬動畫從三度空間表述軌道交通的實時運(yùn)行情景。

圖1 列車出站上高架

圖2 列車出隧道上高架并通過“世紀(jì)城站”

3.2 用三維實體和場景構(gòu)造地鐵線的三維虛擬動畫

虛擬現(xiàn)實技術(shù)的快速發(fā)展,使虛擬現(xiàn)實中的場景更加真實,虛擬顯示中的人物也更加形象生動。“用三維實體和場景構(gòu)造地鐵線的三維虛擬動畫” 是由基于真實數(shù)據(jù)建立的數(shù)字模型組合而成,嚴(yán)格遵循工程項目設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)和要求，建立逼真的三維數(shù)字場景,對軌道交通方案設(shè)計進(jìn)行真實的“再現(xiàn)”。在投標(biāo)過程中,建立軌道交通線路的走向與空間位置的三維景觀模型是實現(xiàn)仿真的關(guān)鍵。通過虛擬現(xiàn)實線路的選線與主要控制點,即線路及沿線周邊景觀模型,如地形、地貌、線路構(gòu)造物等,使設(shè)計人員對線路比選、車站分布、站址的選定、站房設(shè)計及人流分析等以高度可視化,強(qiáng)有力地展示設(shè)計者的各種設(shè)計方案是否符合軌道交通網(wǎng)絡(luò)的合理布置及其后的運(yùn)營效果。

其中合理地進(jìn)行換乘樞紐交通組織設(shè)計是保障軌道網(wǎng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)的前提,換乘交通樞紐是保障乘客能方便、舒適、快速實現(xiàn)不同線路的轉(zhuǎn)換。如圖1直觀體現(xiàn)綜合交通管理站軌道之間、軌道與地面公交的換乘及旅客進(jìn)出車站換乘狀況。大量的三維模型與紋理數(shù)據(jù)處理能力提高,虛擬現(xiàn)實技術(shù)在道路橋梁應(yīng)用現(xiàn)狀在高速公路與橋梁建設(shè)中虛擬現(xiàn)實技術(shù)也得到了充分地

應(yīng)用。圖3、圖4直觀地體現(xiàn)地鐵線穿過大板橋立交橋及周邊的大板橋車輛段、機(jī)場高速公路收費(fèi)站的情形。

圖3 綜合交通管理站的換乘分析

圖4 6號線通過大板橋立交周邊景觀

4 結(jié)束語

從軌道交通工程投標(biāo)情況的效果看,虛擬現(xiàn)實的引入,使得項目可行性探討變得愈加圖像化和具體化,互動性大為提高。它在工程設(shè)計領(lǐng)域的不斷滲透和應(yīng)用,使得設(shè)計者和用戶、業(yè)主之間的交流得以在更合理的平臺上進(jìn)行,大大提高了工作效率,節(jié)約了項目的認(rèn)證成本。可以預(yù)測,虛擬現(xiàn)實技術(shù)在工程設(shè)計投標(biāo)領(lǐng)域會有更大的施展空間。

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