提出在公路設計中采用動(dòng)態(tài)透視圖設計對公路設計進(jìn)行輔助設計、評價(jià)、校核;并針對公路三維動(dòng)態(tài)設計的動(dòng)態(tài)透視圖的一般原理及制作過(guò)程所用的計算機軟件等技術(shù)進(jìn)行闡述。

 

　　1概述

 

　　隨著(zhù)道路等級的提高，人們對道路線(xiàn)形的審美要求與周?chē)坝^(guān)的協(xié)調性越來(lái)越重視，從過(guò)去的二維圖紙到現在的三維模型空間的分析，計算機輔助設計在公路景觀(guān)設計過(guò)程中將占有越來(lái)越重要的位置，把最新的計算機技術(shù)應用于設計工作中將有助于更直觀(guān)的反映設計內容，提高設計和周邊環(huán)境的協(xié)調性，同時(shí)還能大幅提高設計效率。

 

　　道路透視圖是路線(xiàn)計算機輔助設計系統設計的重要組成部分，它可以使設計者在設計階段獲得形象逼真的道路全貌，用以檢查路線(xiàn)設計的線(xiàn)形質(zhì)量以及道路與周?chē)h(huán)境的協(xié)調程度，并以此作為修改設計的依據。采用先進(jìn)的計算機輔助軟件系統建立公路三維模型動(dòng)態(tài)透視圖技術(shù)可更方便、快速地檢驗和評價(jià)公路設計方案，利用動(dòng)態(tài)透視實(shí)時(shí)漫游系統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(guān)設計中有著(zhù)廣泛的應用前景，利用該項技術(shù)能夠在公路建成之前就對沿線(xiàn)公路景觀(guān)有較為真實(shí)的反映，對于行車(chē)的舒適性和安全性有較為直觀(guān)的展示。對公路設計，交通規劃和標志標線(xiàn)設計等也有著(zhù)參考作用，為領(lǐng)導決策和工程實(shí)踐提供了依據。

 

　　2動(dòng)態(tài)透視圖系統的主要內容

 

　　在外業(yè)勘測方面，原始數據主要從航測、遙感、UYS等高新技術(shù)的綜合應用進(jìn)行地形、地質(zhì)數據的采集與處理;在內業(yè)設計方面，主要是三維數字地面模型的建立、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)現了勘測設計一體化。內業(yè)設計階段主要是三維數字地面模型的建立、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)現了勘測設計一體化。

 

　　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、現場(chǎng)調查收集野外圖片資料、通過(guò)什算機輔助系統軟件建立三維模型、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字地面模型的建立

 

　　原始資料主要包括公路設計資料、沿線(xiàn)地形資料與沿線(xiàn)景觀(guān)素材，采集處理真實(shí)準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。進(jìn)行公路線(xiàn)形透視圖檢查，首先要建立一個(gè)設計公路的立體模型，設計公路模型可分為兩類(lèi):一類(lèi)只是單純地設計公路模型;另一類(lèi)是含有地形的設計公路模型。第一類(lèi)模型的建立:直接進(jìn)人計算機數模管理中，創(chuàng )建一個(gè)新的數模編號，然后從橫斷面數據庫及縱斷面數據庫中讀人設計公路的數據，構網(wǎng)、建模即可;第二類(lèi)模型的建立:在第一類(lèi)模型的建立基礎上，還要將地形圖數據庫中的地形點(diǎn)讀人數模，并將公路邊界內的俄地形點(diǎn)剔除，然后，用全部點(diǎn)在構網(wǎng)建立模型。

 

　　2.2動(dòng)態(tài)透視圖的一般原理及制作過(guò)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(kāi)發(fā)軟件如維地5.6完成，通過(guò)以上構建的數模三角網(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)等提供數據模型數據。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(guò)有關(guān)程序在A(yíng)u-toCAD下面快速構建公路立體模型，構建公路立體模型可應用相關(guān)專(zhuān)業(yè)軟件如:HinCADS.6、海地公路軟件、武漢捷力的公路一體化設計軟件建立。捷力平面三維動(dòng)畫(huà)系統可以在平縱橫一體化設計完畢后根據地?；蚩v橫地面線(xiàn)文件及路線(xiàn)設計信息自動(dòng)生成真實(shí)三維模型，自動(dòng)生成欄桿、行車(chē)道、中央分隔帶等構造物，任意設定背景材質(zhì)，直接將模型轉換到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(xiàn)路透視圖與三維全景圖，利用先進(jìn)的虛擬現實(shí)技術(shù)實(shí)現公路三維的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)瀏覽?？砂粗付窂讲シ湃S動(dòng)畫(huà)，從不同角度、高度觀(guān)察道路設計效果，對設計成果進(jìn)行檢查和評價(jià)。中交第二公路勘察設計研究院研制開(kāi)發(fā)的公路虛擬景觀(guān)實(shí)時(shí)漫游系統BID-VRS，直接接受數字攝影測量系統產(chǎn)生的正射影像數據，將影像同數字地面模型、公路路線(xiàn)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)地對公路設計的虛擬景觀(guān)進(jìn)行動(dòng)態(tài)漫游。動(dòng)態(tài)透視圖的真實(shí)影像與公路設計相結合，真實(shí)、動(dòng)態(tài)地反映公路勘察設計的成果，為設計成果評審和環(huán)境保護提供了全新的可視化手段和工具。斷

海地公路三維仿真系統(Hard3D)是西安海地計算機軟件開(kāi)發(fā)有限公司自主開(kāi)發(fā)研制的一套專(zhuān)門(mén)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。它具有使用簡(jiǎn)便、制作效率高、畫(huà)面清晰以及生成的動(dòng)畫(huà)具有可操作性、能夠真實(shí)可靠的反映設計意圖，在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)播放過(guò)程中，系統能夠逐樁顯示出該斷面的所有技術(shù)指標(包括斷面填挖面積、填挖高度、路基寬度、超高、大地坐標等等技術(shù)指標)，使觀(guān)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(guò)程中，用戶(hù)可隨時(shí)抓取精彩畫(huà)面(生bmp文件)并保存到硬盤(pán)上，用于制作工程效果圖，系統也可以連續錄制動(dòng)畫(huà)、錄制聲音包括背景音樂(lè )以及設計人員的解說(shuō)，系統自動(dòng)進(jìn)行影音合成(生成avi文件)。具有動(dòng)畫(huà)的可操作性、路線(xiàn)各類(lèi)信息的可動(dòng)態(tài)顯示性以及此系統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、工程設計召投標過(guò)程當中，能夠盡現您的實(shí)力，為工程的合理優(yōu)化提供強有力的視覺(jué)支持等。由于Hard3D所基于3D圖形引擎提供了強大的動(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DirectX圖形驅動(dòng)性能的升級，從而使Hard3D在圖形的動(dòng)態(tài)渲染和模型的動(dòng)態(tài)測試達到了國內絕對的領(lǐng)先水平，徹底擺脫了用3DMAX預渲染然后播放的傳統做法，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，具體的內容包括:設置燈光、架設攝像機、貼材質(zhì)、設背景、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(dòng)畫(huà)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(可根據汽車(chē)的運動(dòng)速度確定)播放出來(lái)就成了動(dòng)態(tài)全景透視圖，最后一步是通過(guò)有關(guān)軟件對動(dòng)畫(huà)片斷進(jìn)行剪輯、合成、配音，最終得到成品。

 

　　3實(shí)際應用

 

　　依托西藏自治區那曲地區布龍至比如通縣油路工程，對全線(xiàn)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)透視圖的研究并完成了全線(xiàn)的三維模型和約10Km的重點(diǎn)路段的動(dòng)態(tài)三維透視圖的工作，在初步設計階段及施工圖設計階段，生成公路復雜地段全景透視渲染圖和模擬汽車(chē)行駛的公路動(dòng)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作用。

 

　　進(jìn)行模型建立所必需準備的文件:橫斷面帽子文件、地形點(diǎn)數據。其他文件有:構造物文件、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(xiàn)文件、平曲線(xiàn)文件、橫斷面文件。利用公路設計及平面三維動(dòng)畫(huà)系統制作動(dòng)態(tài)透視圖的詳細過(guò)程，因篇幅所限在此就不作介紹，現就其形成的一般制作流程說(shuō)明如下:(1)建立數字地面模型(2)建立路線(xiàn)真實(shí)三維模型((03)生成標線(xiàn)構造物等(4)顏色及材質(zhì)設置(5)輸出3DS文件(6)形成三維動(dòng)畫(huà)。

 

　　4結語(yǔ)

 

　　動(dòng)態(tài)透視圖原理提供一種逼真展示三維虛擬現實(shí)場(chǎng)景的嶄新方法，它能通過(guò)對一個(gè)現實(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(hù)方便地從多角度交互觀(guān)看三維全景，提供一套全面的虛擬現實(shí)圖形和可視化項目記錄的解決方案.動(dòng)態(tài)透視圖技術(shù)系統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、工程設計招投標過(guò)程當中，給工程建設項目的展示和記錄注人了的新的活力。