淺析動態(tài)透視圖在公路設(shè)計中的應(yīng)用
2012-10-19 來源：作者：郭景堂 來源：中國論文網(wǎng)
1、概述
隨著道路等級的提高，人們對道路線形的審美要求與周圍景觀的協(xié)調(diào)性越來越重視，從過去的二維圖紙到現(xiàn)在的三維模型空間的分析，計算機輔助設(shè)計在公路景觀設(shè)計過程中將占有越來越重要的位置，把最新的計算機技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計工作中將有助于更直觀的反映設(shè)計內(nèi)容，提高設(shè)計和周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性，同時還能大幅提高設(shè)計效率。
道路透視圖是路線計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計的重要組成部分，它可以使設(shè)計者在設(shè)計階段獲得形象逼真的道路全貌，用以檢查路線設(shè)計的線形質(zhì)量以及道路與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)程度，并以此作為修改設(shè)計的依據(jù)。采用先進的計算機輔助軟件系統(tǒng)建立公路三維模型動態(tài)透視圖技術(shù)可更方便、快速地檢驗和評價公路設(shè)計方案，利用動態(tài)透視實時漫游系統(tǒng)可提前讓駕駛員感受到在公路上行駛的舒適性及安全性。動態(tài)透視圖技術(shù)在公路景觀設(shè)計中有著廣泛的應(yīng)用前景，利用該項技術(shù)能夠在公路建成之前就對沿線公路景觀有較為真實的反映，對于行車的舒適性和安全性有較為直觀的展示。對公路設(shè)計，交通規(guī)劃和標(biāo)志標(biāo)線設(shè)計等也有著參考作用，為領(lǐng)導(dǎo)決策和工程實踐提供了依據(jù)。
2、動態(tài)透視圖系統(tǒng)的主要內(nèi)容
在外業(yè)勘測方面，原始數(shù)據(jù)主要從航測、遙感、UYS等高新技術(shù)的綜合應(yīng)用進行地形、地質(zhì)數(shù)據(jù)的采集與處理;在內(nèi)業(yè)設(shè)計方面，主要是三維數(shù)字地面模型的建立、公路CAI）一體化技術(shù)及道路三維可視化技術(shù)等，并將上述技術(shù)集成，實現(xiàn)了勘測設(shè)計一體化。內(nèi)業(yè)設(shè)計階段主要是三維數(shù)字地面模型的建立、公路CAD一體化技術(shù)及道路三維可視化技術(shù)等，并將上述技術(shù)集成，實現(xiàn)了勘測設(shè)計一體化。
動態(tài)三維透視圖的工作主要的工作流程包括原始資料的收集整理、現(xiàn)場調(diào)查收集野外圖片資料、通過什算機輔助系統(tǒng)軟件建立三維模型、渲染制作和最終合成等幾個部分。
2. 1原始資料的搜集及數(shù)字地面模型的建立
原始資料主要包括公路設(shè)計資料、沿線地形資料與沿線景觀素材，采集處理真實準(zhǔn)確的原始資料是制作符合實際情況的動態(tài)透視圖的基礎(chǔ)。進行公路線形透視圖檢查，首先要建立一個設(shè)計公路的立體模型，設(shè)計公路模型可分為兩類:一類只是單純地設(shè)計公路模型;另一類是含有地形的設(shè)計公路模型。第一類模型的建立:直接進人計算機數(shù)模管理中，創(chuàng)建一個新的數(shù)模編號，然后從橫斷面數(shù)據(jù)庫及縱斷面數(shù)據(jù)庫中讀人設(shè)計公路的數(shù)據(jù)，構(gòu)網(wǎng)、建模即可;第二類模型的建立:在第一類模型的建立基礎(chǔ)上，還要將地形圖數(shù)據(jù)庫中的地形點讀人數(shù)模，并將公路邊界內(nèi)的俄地形點剔除，然后，用全部點在構(gòu)網(wǎng)建立模型。
2. 2動態(tài)透視圖的一般原理及制作過程所用的計算機軟件
對于道路本身的建模工作，可利用AutoCAl軟件下的二次開發(fā)軟件如維地5. 6完成，通過以上構(gòu)建的數(shù)模三角網(wǎng)還可以按照n}格式輸出，該功能可以給第三方渲染軟件如3I?max渲染巨匠（ lightscape）等提供數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)。為了更好地建立模型，還需要采集地物、植物、路面等圖質(zhì)，以建立更接近真實的材質(zhì)庫，而處理采集的圖像資料一般可采用Photoshop, CORELDRAW等圖像編輯軟件。
三維模型的建立是動態(tài)透視圖的核心，一個完整的三維模型應(yīng)包含完整的三維場景，包含各元素的三維模型和相關(guān)的配套材質(zhì)貼圖。通過有關(guān)程序在Au-toCAD下面快速構(gòu)建公路立體模型，構(gòu)建公路立體模型可應(yīng)用相關(guān)專業(yè)軟件如:HinCADS. 6、海地公路軟件、武漢捷力的公路一體化設(shè)計軟件建立。捷力平面三維動畫系統(tǒng)可以在平縱橫一體化設(shè)計完畢后根據(jù)地模或縱橫地面線文件及路線設(shè)計信息自動生成真實三維模型，自動生成欄桿、行車道、中央分隔帶等構(gòu)造物，任意設(shè)定背景材質(zhì)，直接將模型轉(zhuǎn)換到3DMAX渲染巨匠（lightscape）軟件做效果處理，最后再生成真實的三維效果圖及動態(tài)的AVI文件，很快就可以生成線路透視圖與三維全景圖，利用先進的虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)公路三維的動態(tài)實時瀏覽?？砂粗付窂讲シ湃S動畫，從不同角度、高度觀察道路設(shè)計效果，對設(shè)計成果進行檢查和評價。中交第二公路勘察設(shè)計研究院研制開發(fā)的公路虛擬景觀實時漫游系統(tǒng)BID- VRS，直接接受數(shù)字?jǐn)z影測量系統(tǒng)產(chǎn)生的正射影像數(shù)據(jù)，將影像同數(shù)字地面模型、公路路線與互通立交三維幾何模型、公路橋梁三維幾何模型形成的綜合模型疊加，進行場景布置，并實時地對公路設(shè)計的虛擬景觀進行動態(tài)漫游。動態(tài)透視圖的真實影像與公路設(shè)計相結(jié)合，真實、動態(tài)地反映公路勘察設(shè)計的成果，為設(shè)計成果評審和環(huán)境保護提供了全新的可視化手段和工具。
海地公路三維仿真系統(tǒng)（Hard3D）是西安海地計算機軟件開發(fā)有限公司自主開發(fā)研制的一套專門用于公路三維模型制作及動態(tài)播放的實時三維圖形生成及渲染系統(tǒng)。它具有使用簡便、制作效率高、畫面清晰以及生成的動畫具有可操作性、能夠真實可靠的反映設(shè)計意圖，在實時動態(tài)播放過程中，系統(tǒng)能夠逐樁顯示出該斷面的所有技術(shù)指標(biāo)（包括斷面填挖面積、填挖高度、路基寬度、超高、大地坐標(biāo)等等技術(shù)指標(biāo)），使觀看人員可以隨時掌握各個斷面的信息，在動態(tài)播放過程中，用戶可隨時抓取精彩畫面（生bmp文件）并保存到硬盤上，用于制作工程效果圖，系統(tǒng)也可以連續(xù)錄制動畫、錄制聲音包括背景音樂以及設(shè)計人員的解說，系統(tǒng)自動進行影音合成（生成avi文件）。具有動畫的可操作性、路線各類信息的可動態(tài)顯示性以及此系統(tǒng)可廣泛用于公路工程項目的三維演示、效果圖制作、項目評審、工程設(shè)計召投標(biāo)過程當(dāng)中，能夠盡現(xiàn)您的實力，為工程的合理優(yōu)化提供強有力的視覺支持等。由于Hard3D所基于3D圖形引擎提供了強大的動態(tài)建模、動態(tài)渲染和模型管理功能，并且獲益于微軟公司不斷對DirectX圖形驅(qū)動性能的升級，從而使Hard3D在圖形的動態(tài)渲染和模型的動態(tài)測試達(dá)到了國內(nèi)絕對的領(lǐng)先水平，徹底擺脫了用3DMAX預(yù)渲染然后播放的傳統(tǒng)做法，使公路三維進人了一個嶄新的階段。
2. 3三維模型的渲染
三維模型的渲染在3DS系列軟件 3DS}MAX}VIZ}中進行，具體的內(nèi)容包括:設(shè)置燈光、架設(shè)攝像機、貼材質(zhì)、設(shè)背景、最后渲染成靜態(tài)全景透視圖。
2. 4渲染圖的后期處理
后期處理對制作高質(zhì)量的渲染圖很重要。
2. 5動畫制作和視頻輸出
除了跟靜態(tài)渲染圖有相同的要求外，還需要設(shè)置攝像機路徑，然后逐幀渲染。渲染后的圖片以每秒一定幀數(shù)（可根據(jù)汽車的運動速度確定）播放出來就成了動態(tài)全景透視圖，最后一步是通過有關(guān)軟件對動畫片斷進行剪輯、合成、配音，最終得到成品。
3、實際應(yīng)用
依托西藏自治區(qū)那曲地區(qū)布龍至比如通縣油路工程，對全線進行了動態(tài)透視圖的研究并完成了全線的三維模型和約10 Km的重點路段的動態(tài)三維透視圖的工作，在初步設(shè)計階段及施工圖設(shè)計階段，生成公路復(fù)雜地段全景透視渲染圖和模擬汽車行駛的公路動態(tài)透視圖，對方案的比選、視距的好壞、平縱組合是否合適等起到指導(dǎo)作用。
進行模型建立所必需準(zhǔn)備的文件:橫斷面帽子文件、地形點數(shù)據(jù)。其他文件有:構(gòu)造物文件、橫斷面文件、超高文件、超高圖文件、地質(zhì)概況文件、特征點文件、平面線文件、平曲線文件、橫斷面文件。利用公路設(shè)計及平面三維動畫系統(tǒng)制作動態(tài)透視圖的詳細(xì)過程，因篇幅所限在此就不作介紹，現(xiàn)就其形成的一般制作流程說明如下:（1）建立數(shù)字地面模型（2）建立路線真實三維模型（（03）生成標(biāo)線構(gòu)造物等（4）顏色及材質(zhì)設(shè)置（5）輸出3DS文件（6）形成三維動畫。
4、結(jié)語
動態(tài)透視圖原理提供一種逼真展示三維虛擬現(xiàn)實場景的嶄新方法，它能通過對一個現(xiàn)實場景進行拍攝得到的圖像進行處理，自動生成交互式三維全景，使用戶方便地從多角度交互觀看三維全景，提供一套全面的虛擬現(xiàn)實圖形和可視化項目記錄的解決方案.動態(tài)透視圖技術(shù)系統(tǒng)可廣泛用于公路工程項目的三維演示、效果圖制作、項目評審、工程設(shè)計招投標(biāo)過程當(dāng)中，給工程建設(shè)項目的展示和記錄注人了的新的活力。
