淺析動(dòng)態(tài)透視圖在公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
2012-10-19 來源：作者：郭景堂 來源：中國(guó)論文網(wǎng)
1、概述
隨著道路等級(jí)的提高，人們對(duì)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在公路景觀設(shè)計(jì)過程中將占有越來越重要的位置，把最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計(jì)工作中將有助于更直觀的反映設(shè)計(jì)內(nèi)容，提高設(shè)計(jì)和周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)性，同時(shí)還能大幅提高設(shè)計(jì)效率。
道路透視圖是路線計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分，它可以使設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)階段獲得形象逼真的道路全貌，用以檢查路線設(shè)計(jì)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(jì)的依據(jù)。采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助軟件系統(tǒng)建立公路三維模型動(dòng)態(tài)透視圖技術(shù)可更方便、快速地檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)公路設(shè)計(jì)方案，利用動(dòng)態(tài)透視實(shí)時(shí)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(dòng)態(tài)透視圖技術(shù)在公路景觀設(shè)計(jì)中有著廣泛的應(yīng)用前景，利用該項(xiàng)技術(shù)能夠在公路建成之前就對(duì)沿線公路景觀有較為真實(shí)的反映，對(duì)于行車的舒適性和安全性有較為直觀的展示。對(duì)公路設(shè)計(jì)，交通規(guī)劃和標(biāo)志標(biāo)線設(shè)計(jì)等也有著參考作用，為領(lǐng)導(dǎo)決策和工程實(shí)踐提供了依據(jù)。
2、動(dòng)態(tài)透視圖系統(tǒng)的主要內(nèi)容
在外業(yè)勘測(cè)方面，原始數(shù)據(jù)主要從航測(cè)、遙感、UYS等高新技術(shù)的綜合應(yīng)用進(jìn)行地形、地質(zhì)數(shù)據(jù)的采集與處理;在內(nèi)業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了勘測(cè)設(shè)計(jì)一體化。內(nèi)業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了勘測(cè)設(shè)計(jì)一體化。
動(dòng)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(chǎng)調(diào)查收集野外圖片資料、通過什算機(jī)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(gè)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(jì)資料、沿線地形資料與沿線景觀素材，采集處理真實(shí)準(zhǔn)確的原始資料是制作符合實(shí)際情況的動(dòng)態(tài)透視圖的基礎(chǔ)。進(jìn)行公路線形透視圖檢查，首先要建立一個(gè)設(shè)計(jì)公路的立體模型，設(shè)計(jì)公路模型可分為兩類:一類只是單純地設(shè)計(jì)公路模型;另一類是含有地形的設(shè)計(jì)公路模型。第一類模型的建立:直接進(jìn)人計(jì)算機(jī)數(shù)模管理中，創(chuàng)建一個(gè)新的數(shù)模編號(hào)，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(jì)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(diǎn)讀人數(shù)模，并將公路邊界內(nèi)的俄地形點(diǎn)剔除，然后，用全部點(diǎn)在構(gòu)網(wǎng)建立模型。
2. 2動(dòng)態(tài)透視圖的一般原理及制作過程所用的計(jì)算機(jī)軟件
對(duì)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(shí)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(dòng)態(tài)透視圖的核心，一個(gè)完整的三維模型應(yīng)包含完整的三維場(chǎng)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(jì)軟件建立。捷力平面三維動(dòng)畫系統(tǒng)可以在平縱橫一體化設(shè)計(jì)完畢后根據(jù)地?；蚩v橫地面線文件及路線設(shè)計(jì)信息自動(dòng)生成真實(shí)三維模型，自動(dòng)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(shí)的三維效果圖及動(dòng)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(jìn)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)公路三維的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)瀏覽。可按指定路徑播放三維動(dòng)畫，從不同角度、高度觀察道路設(shè)計(jì)效果，對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行檢查和評(píng)價(jià)。中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院研制開發(fā)的公路虛擬景觀實(shí)時(shí)漫游系統(tǒng)BID- VRS，直接接受數(shù)字?jǐn)z影測(cè)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(jìn)行場(chǎng)景布置，并實(shí)時(shí)地對(duì)公路設(shè)計(jì)的虛擬景觀進(jìn)行動(dòng)態(tài)漫游。動(dòng)態(tài)透視圖的真實(shí)影像與公路設(shè)計(jì)相結(jié)合，真實(shí)、動(dòng)態(tài)地反映公路勘察設(shè)計(jì)的成果，為設(shè)計(jì)成果評(píng)審和環(huán)境保護(hù)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(jì)算機(jī)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(dòng)態(tài)播放的實(shí)時(shí)三維圖形生成及渲染系統(tǒng)。它具有使用簡(jiǎn)便、制作效率高、畫面清晰以及生成的動(dòng)畫具有可操作性、能夠真實(shí)可靠的反映設(shè)計(jì)意圖，在實(shí)時(shí)動(dòng)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(shí)掌握各個(gè)斷面的信息，在動(dòng)態(tài)播放過程中，用戶可隨時(shí)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(dòng)畫、錄制聲音包括背景音樂以及設(shè)計(jì)人員的解說，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行影音合成（生成avi文件）。具有動(dòng)畫的可操作性、路線各類信息的可動(dòng)態(tài)顯示性以及此系統(tǒng)可廣泛用于公路工程項(xiàng)目的三維演示、效果圖制作、項(xiàng)目評(píng)審、工程設(shè)計(jì)召投標(biāo)過程當(dāng)中，能夠盡現(xiàn)您的實(shí)力，為工程的合理優(yōu)化提供強(qiáng)有力的視覺支持等。由于Hard3D所基于3D圖形引擎提供了強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)建模、動(dòng)態(tài)渲染和模型管理功能，并且獲益于微軟公司不斷對(duì)DirectX圖形驅(qū)動(dòng)性能的升級(jí)，從而使Hard3D在圖形的動(dòng)態(tài)渲染和模型的動(dòng)態(tài)測(cè)試達(dá)到了國(guó)內(nèi)絕對(duì)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(jìn)人了一個(gè)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(jìn)行，具體的內(nèi)容包括:設(shè)置燈光、架設(shè)攝像機(jī)、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(duì)制作高質(zhì)量的渲染圖很重要。
2. 5動(dòng)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(jī)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(yùn)動(dòng)速度確定）播放出來就成了動(dòng)態(tài)全景透視圖，最后一步是通過有關(guān)軟件對(duì)動(dòng)畫片斷進(jìn)行剪輯、合成、配音，最終得到成品。
3、實(shí)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(duì)全線進(jìn)行了動(dòng)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(diǎn)路段的動(dòng)態(tài)三維透視圖的工作，在初步設(shè)計(jì)階段及施工圖設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)透視圖，對(duì)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(jìn)行模型建立所必需準(zhǔn)備的文件:橫斷面帽子文件、地形點(diǎn)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(diǎn)文件、平面線文件、平曲線文件、橫斷面文件。利用公路設(shè)計(jì)及平面三維動(dòng)畫系統(tǒng)制作動(dòng)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(shí)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(dòng)畫。
4、結(jié)語
動(dòng)態(tài)透視圖原理提供一種逼真展示三維虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的嶄新方法，它能通過對(duì)一個(gè)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行拍攝得到的圖像進(jìn)行處理，自動(dòng)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(shí)圖形和可視化項(xiàng)目記錄的解決方案.動(dòng)態(tài)透視圖技術(shù)系統(tǒng)可廣泛用于公路工程項(xiàng)目的三維演示、效果圖制作、項(xiàng)目評(píng)審、工程設(shè)計(jì)招投標(biāo)過程當(dāng)中，給工程建設(shè)項(xiàng)目的展示和記錄注人了的新的活力。
