鐵路三維景觀建模方法研究

董曉帆　徐嘉慧　聶曉源　任文超

摘要：線路三維景觀是實(shí)現(xiàn)鐵路三維可視化設(shè)計(jì)的重要組成部分，采用面向?qū)ο蟮膱D形仿真和單元模型建模方法，實(shí)現(xiàn)了鐵路線路三維景觀的快速構(gòu)建?；跀?shù)據(jù)庫管理技術(shù)，解決了景觀模型的一體化存儲(chǔ)、管理和調(diào)度問題。基于圖像的建模方法，實(shí)現(xiàn)了線路三維景觀環(huán)境中的樹木參數(shù)化建模，能夠靈活、逼真的展示三維樹木，提高了線路三維景觀的真實(shí)性。通過實(shí)例驗(yàn)證，證明了建模方法的有效性和實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：鐵路線路；三維景觀；建模方法；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）07-1547-03

1 概述

鐵路線路三維可視化設(shè)計(jì)對(duì)于提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、方便鐵路設(shè)計(jì)方案的審查有重要作用，建立鐵路三維景觀模型是實(shí)現(xiàn)三維可視化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，研究鐵路線路三維景觀模型的建立方法有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值[1]。因此研究線路三維景觀的建立方法有著重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。線路是由橋梁、隧道、涵洞等諸多構(gòu)造物以及接觸網(wǎng)等附屬設(shè)施組成，該文以橋梁、接觸網(wǎng)、三維景觀樹木為研究對(duì)象，在滿足逼真度和實(shí)用性前提下，提出一種通用的線路三維景觀建模方法。

2 線路三維景觀模型建模方法

2.1面向?qū)ο蟮膱D形仿真建模

面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，為人們研究現(xiàn)實(shí)世界提供了一種更為自然的框架。面向?qū)ο蟮慕０严到y(tǒng)看作是由相互作用的對(duì)象組成，為人們研究現(xiàn)實(shí)世界提供了一種更為自然的框架。其基礎(chǔ)是系統(tǒng)的可分性，即一個(gè)系統(tǒng)可以分成多個(gè)子系統(tǒng)，構(gòu)成線路的橋梁、隧道等對(duì)象就具有這種特性，能夠通過子模型間的組合構(gòu)成整體模型[3]。

即橋梁墩臺(tái)、橋梁支梁、橋梁橋面為橋梁模型的基本單元模型，如圖1所示。

由圖1可以看出，采用面向?qū)ο蟮膯卧Ｐ徒７椒?，通過單元模型的組合可以生成新的整體模型，能夠有效的減少模型的建模數(shù)量和工作量。同時(shí)，基于單元模型對(duì)象，使生成新的整體模型更直接、形象和快捷，提高三維模型建模效率。

2.2基于圖像方法的樹木三維景觀建模

目前在樹木的三維建模方面的研究主要有應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)現(xiàn)的分形理論方法、粒子系統(tǒng)、幾何設(shè)計(jì)法方法[4-5]以及基于圖像的建模方法[6]。采用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)現(xiàn)的樹木建模，計(jì)算量大，比較適合靜止的、小范圍的三維場(chǎng)景。而基于圖像的建模方法是從數(shù)字圖像的角度研究樹木可視化模擬，真實(shí)感強(qiáng)，易于交互控制，能有效的減少渲染時(shí)間的開銷，適合大范圍三維場(chǎng)景的應(yīng)用。因此，該文采用基于圖像的方法實(shí)現(xiàn)樹木三維景觀建模。

對(duì)要建模的樹木，需要利用圖像處理軟件將圖像周圍的顏色進(jìn)行處理，使樹木周圍的顏色變成單一的顏色如純黑色或純白色，處理后示意圖2所示。

3 模型數(shù)據(jù)庫管理

為了更加有效地對(duì)模型進(jìn)行管理和重用，加快建模速度，對(duì)模型、組成模型的元件以及建模所用到的紋理等采用數(shù)據(jù)庫管理是較好的解決方案，并實(shí)現(xiàn)三維模型或者元件的標(biāo)準(zhǔn)化。模型庫中的模型是按一定組織結(jié)構(gòu)形式存儲(chǔ)起來的，這種組織結(jié)構(gòu)形式便于對(duì)模型進(jìn)行有效的管理和使用，也提高了多模型的組合能力，從而提高了鐵路線路三維視景仿真建模的效果。模型庫管理模塊的主界面如圖3所示。

4 三維模型在三維景觀中的實(shí)現(xiàn)

三維模型應(yīng)用到線路三維景觀中涉及到模型與場(chǎng)景的匹配和控制兩個(gè)方面內(nèi)容。

4.1 三維模型與三維場(chǎng)景的匹配

三維模型與三維場(chǎng)景的匹配主要解決以下三個(gè)問題[7]：

1）大小匹配：在三維場(chǎng)景中需要對(duì)模型大小進(jìn)行控制，以達(dá)到匹配的要求，可通過比例變換解決（OpenGL glScale函數(shù)）。

2）方向匹配只有三維模型的方向和其相關(guān)聯(lián)的模型方向一致時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)模型位置的精確匹配，可通過旋轉(zhuǎn)變換解決（OpenGL glRotate函數(shù)）。

3）位置匹配：只有模型位置的精確匹配，才是正確的，可通過平移變換解決（OpenGL Translate函數(shù)）。

4.2 橋梁模型參數(shù)設(shè)置

5 結(jié)論

鐵路構(gòu)造物的建模在整個(gè)三維選線景觀摸型的建立當(dāng)中占有重要的作用，論文從線路三維景觀設(shè)計(jì)的需求出發(fā)，研究和探討了建立線路三維景觀所涉及的關(guān)鍵技術(shù)和方法。實(shí)驗(yàn)表明，建立的線路三維景觀，可輔助工程師在線路三維可視化設(shè)計(jì)中進(jìn)行景觀模型選擇，使建立具有較高真實(shí)度的三維線路景觀成為可能。而基于圖像的方法更適合線路三維景觀環(huán)境中的樹木建模，能夠靈活、逼真的展示三維樹木景觀，提高線路景觀的真實(shí)性。

參考文獻(xiàn)：

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