公路三维建模简介

三维建模在公路方面的应用

目前就国内公路工程行业来看，基本上还是停留在以AutoCAD 等软件手工绘制、编辑二维图纸和人工采集结构信息的阶段，在可视化、智能化、工作效率等诸多方面都还处于较低的层次。而且，在工程数据库已经广泛的应用到各个工程领域的同时，国内的公路工程平台设计方面还处于一个起步阶段。目前，还没有一个较为完善和系统的工程数据库系统被运用。对于大量的工程原始数据的处理都是依靠人力手工来完成，数据的管理也比较混乱。建立一个合理的工程数据库可以大大的提高设计的速度和质量。在实际的工程项目当中，设计方案不可能一次性的确定、通过，经常会因为建造、施工和运营的过程中修改。而目前二维设计图纸和人工管理工程数据的设计方式并不支持动态的修改、补充方案，其工作量往往会很大，甚至不亚于重新设计。

对于平台的建造、施工和拆除方面，现在基本是通过设计人员的图纸和以往的经验来确定，远远落后于国外企业。而平台模拟建造拆除技术，可以充分考虑到建造工程中平台占位、加叉情况，更能将在设计阶段就模拟建造、施工、拆除阶段的情况，可以帮助设计人员提前预测各种可能出现的情况的方案，避免不必要的损失和浪费。

随着中国公路交通事业的迅速发展，对公路的设计提出了新的要求，不再局限于单纯的几何设计和结构设计，而是强调公路三维实体的整体设计，同时注重公路与环境的协调性、美观性。这就要求将公路作为三维实体来设计。路线的立体形状及相关诸要素的组台设计称

为线形设计。将公路及其周围的设施纳入景观范围，为改善舒适程度和消除公路对景观的破坏，综台考虑公路与环境的关系，称为景观设计。无论是线形设计还是景观设计，目前都是将公路分为平、纵、横进行二维设计，尽管在设计时要相互考虑，但仍然不能很好地考虑设计后的公路的立体形状，设计者不能及时了解自己的设计中还存在那些不足和需要进一步修改的地方。

利用三维模型来检验、评价和修改公路的线形设计、景观设计，无疑是最方便、最直观和最生动的。三维模型是工程展示时的直观手段，可以用于评价公路设计以及与环境的协调性，发现设计中的不足之处，以便设计者能及时更正，使设计更加完美，有利于优化线形设计和景观设计。目前，许多路线辅助设计系统具有绘制公路透视图的功能，但这些软件所绘制的透视图是平面的线条或线框，不容易更换视角和方位，制作动画困难。原因是平面的线框只有二维坐标，它产

生的不是三维模型。公路三维建模是根据公路的平纵横基本数据以及地形数据等建立公路及其周围地形地物的三维空间模型，反映公路在空间上的立体形状，反映公路与周围地形以及地物的位置关系，为从视觉上、运动感觉上和时间变化上对公路设计评价提供直观模型的一种方法。

三维图形图像的处理是一个庞大的、不断发展的专业知识体系。在开发区内用户可从不同观察位置(空中或地上)任意选择路径以漫游方式视察整个工程，在一些特定的位置或区域有声音、文字、网片或录象资料详细介绍此处的特点，并可查询工程项目中的各种信息。此系统根据需要可实时改变建筑结构，也可改变当时天空的气象条件。

作为一个合理、实用的建模系统，必须根据国情出发，满足国内的设计和建造需求，能够进行维护和管理。所以，本系统达到的总目标和总功能如下：

1．开发出的软件系统应该满足成武项目的设计和建造需求。

2．软件系统具备操作简单明了、实用性强、价格合理、技术支持好等特点，易于广大技术人员使用。

3．软件系统具备三维建模和模拟建造、拆除等功能

4．软件系统配备有完善的工程数据库，具有强大的数据库管理和共享功能以及模犁数据转化。

5．软件系统可以为用户提供图形交互式，支持图形的动态显示和模拟。

在此次成武项目三维软件的应用中，我们始终贯彻原形法，原型法具有以下的特点：

1．原型法引入了迭代的概念。

2．原型法自始至终强调用户的参与。

3．原型法在用户需求分析、系统功能描述以及系统实现方法等方面允许有较大的灵活性。用户需求可以不十分明确，系统功能描述也可以不完整，对于界面的要求也可以逐步完善。

4．原型法可以用来评价几种不同的设计方案。

5．原型法可以用来建立系统的某个部分。

6．原型法不排斥传统生命周期法中采用的大量行之有效的方法、工具，它是与传统方法互为补充的方法。

对于成武公路工程形象进度三维演示的介绍：

1 公路三维建模的模型原理

在计算机中，一般用线框、表面和实体3种表示模型对几何形体进行描述，将形体模型化后，形成定量描述，再将这些信息以数字方式输给计算机，由计算机处理后生成图形。在建模时，只对几何形体进行数字化，然后用相应的软件来处理。

线框模型是用顶点及其斜边来表示形体，即用平面的二维线条来表示形体在某个视点视角方向上的轮廓线。轮廓线的生成、消隐处理需要用户自己计算处理，特别对于不规则的形体，这种处理将更复杂，无法利用现有的三维处理，用户需要花费很大精力在消隐上。如果需要变换角度来观察形体，则必须重新生成轮廓线和消隐。而且用线框模型生成的透视图不能进行渲染(即得不到效果图)。表面模型是用有向棱边围成的部分(区域)来定义物体表面，即用若干空间平面或曲面来模拟物体的表面特征。在建模时，用户只需确定用以模拟物体表面的每个小平面的空间位置，就能完成三维建模。对于不规则形体可以通过增加模拟的小平面的个数来实现模拟物体的表面特征(即逼近的方法)。至于要生成形体在某个方向上的透视图以及对透视图进行消隐，则可以交给具有对三维模型处理功能的计算机软件来完成。实体模型是在表面模型的基础上，明确定义实体存在于表面的哪一侧，既描述形体的外表特征，又描述形体的内部特征。这是一种较先进的几何造型方法，描述形体的能力最强，但存在着数据量大、需要的存储空间大的缺点，而且对不规则形体的描述也存在困难，仍有一些理论

和实际问题有待进一步去研究解决。对于公路三维建模来讲，只要把公路及其地形各部分的表面形状描述出来，不需要每部分的内部结构特征。而且公路及其周围的地形是不规则的形体，数据量大。采用线框模型虽然数据量要减少许多，但需要变换角度来观察形体，则必须重新生成轮廓线和消隐，且生成的透视图不能进行渲染从某种意义上讲，线框模型所建立的不是三维模型，是形体的透视投影平面图。采用实体模型虽然能较好地描述形体，但它的数据量很大，对计算机的硬件要求很高，一般无法在微机上实现；况且公路是不规则形体，对它的描述存在一定困难。综上所述，通过比较分析，再结合公路三维建模数据量大、不规则的特点．用表面模型来建立公路的三维模型是合适的，易于在微机上实现。

2 公路三维建模的实现公路三维模型大体上可以分为公路实体