三维自动建模在轨道交通工程中的应用.doc

1、三维自动建模在轨道交通工程中的应用摘要：本文针对轨道交通工程结构、设备、病害等对象的特点，论述了三维自动建模在轨道交通工程三维模型生成方面的重要性，研究分析了相关建模信息，提出了三维自动化建模的流程及方法。根据上海轨道交通 13 号线设计和施工阶段的实际情况，生成了轨道交通 13 号线结构工程一期工程的隧道结构。目前，该三维自动建模功能已试用于上海地铁 13 号线，取得了较好的效果。 关键词：轨道交通三维模型自动建模 Abstract:In this paper, according to the characteristics of object track traffic engineer

2、ing structure, equipment, diseases, and discusses the importance of automatic 3D modeling in 3D model generation of rail traffic engineering, research and analysis of the related information model, presents the process and method of 3D automatic modeling. According to the actual situation of Shangha

3、i rail transit line 13 stages of design and construction of tunnel structure, created a project of Metro Line 13 structural engineering. At present, the 3D automatic modeling function has been used in Shanghai Metro Line 13, and achieved good results. Keywords: urban rail transit; 3D model; automati

4、c modeling; 中图分类号：U213.2 文献标识码：A 文章编号： 引言 三维模型经常用三维建模工具这种专门的软件生成，但是也可以用其它方法生成。作为点和其它信息集合的数据，三维模型可以手工生成，也可以按照一定的算法生成。 轨道交通工程中，结构、设备、病害等模型虽然无异于普通三维模型的建立，但轨道交通工程模型信息量大，每个模型构件都需要精确定位，一般手工生成模型的方式工作量巨大，且很难满足这种要求模型精度要求。因此提取并利用轨道交通工程中的相关数据，进行模型的程序自动化建模是十分必要的。 建模软件介绍 Multigen Creator 是一个高度专业化的工具，帮助建模者创建高效的三维

5、模型和地形用于交互式实时应用。交互式应用据其性质有多种，范围从用于军事的个人飞行和驾驶训练模拟到建筑项目的视景演示，其模型格式 OpenFlight 可直接用于三维引擎 VegaPrime 的浏览和使用。 OpenFlightAPI 是一个包含头文件和链接库的 C 语言库，它提分了访问 OpenFlight 数据库和 Creator 模型系统的接口方法。通过其 API 可以进行 OpenFlight 模型的转换、实时的模拟仿真、自动建模以及通过插件的形式对 Creator 进行功能扩展。 建模原理 基于 OpenFlightAPI 的轨道交通模型程序自动化建模，是指轨道交通工程中结构构件、病害

6、信息等实体对象，已具有零件模型或断面模型的部分，根据数据库内的定位信息，利用 OpenFlightAPI 按照一定的组织关系进行拼装，生成符合三维平台要求的 Flt 格式模型文件。基本流程如下图： 根据实际的轨道交通工程实例对象的总结，管片、病害等大部分模型可先按照设计施工信息，在隧道断面上的定位，再依靠标识 ID、线路信息、里程信息、自转信息这 4 个主要信息来进行断面的定位，对一些特殊的模型对象，则补充相应的信息也可以满足一定的组织关系，以实现相应的功能，如时间信息和类型信息。因此，可将大部分模型作为同一类型处理，通过配置文件的组织，来读取数据库中的主要信息和补充信息。 从建模方式上，模型

7、建模又可分为零件拼装和断面拉伸两种方式，如预制管片的建模为零件拼装方式，而牛腿等同步施工构件则是通过断面拉伸来实现。 从组织关系上，建模又可分为时间组织关系和无时间组织关系，如管片的设计模型和施工模型，按时间组织关系的模型可时间施工进度回放等功能。 而对一类模型中，可根据一定的规则，区分其内部的分类，如病害信息中渗漏水，可以根据面积、长度、宽度等信息制定一定的规则，调用不同大小的零件模型，从而表现出其类型的区别。 综上所述，可通过一个配置文件，对一类模型，包含 ID、线路信息、里程信息、自转信息、建模方式、时间信息以及类型规则，就可以概括大部分的模型内容。其中，ID、线路信息、里程信息、自转信

8、息和建模方式为必须信息，时间信息和类型规则为补充信息，如留空，则按默认规则处理建模，如下图： 建模流程 建模流程如下图： 读取配置文件：每一类需要建模的对象建模时，所需要的建模信息在数据库中对应的字段名，都被记录在配置文件中，自动建模程序会根据配置文件中的内容，读取相应的数据。配置文件内还记录零件类型判断信息，用于建模时判断需要调用哪一零件模型； 读取线路数据：读取数据库中的“线路设计表” 、 “平面轴线表”和“纵面轴线表” ，获取线路数据，以提供给轴线算法使用，同时读取轴线信息，用于组织模型分段、分类使用； 读取更新数据：读取数据库内的“数据更新表” ，取出数据并清空该次读取的数据记录 对取

9、出的数据先根据配置文件内模型对应数据表名分类，再对每一类模型的数据，按照更新类型和线路分类； 对每一类模型将更新数据按照更新类型和线路分类后，按照里程和分段长度判断需要修改哪段 flt 模型文件，对该段模型进行相应的操作，如是需要添加模型，则根据配置文件内的判断规则，调用相应的零件模型，添加定位到模型文件中。如果该类模型包含时间信息，则按时间关系组织模型文件，并记录该段模型的起始时间信息到相应的 xml 文件中；根据更新数据涉及的模型，对每一类模型重复第 5 步操作，并记录所有修改了的模型文件的文件名； 根据第 6 步操作中记录的文件名，遍历模型文件，记录模型的尺寸信息，以供 VP 程序大地形

10、管理用。 三维自动建模在上海轨道交通 13 号线中的应用 上海轨道交通 13 号线一期工程为纵贯中心城区“西北东南”轴向的重要主干线，线路全长约为 16.5 公里，线路途经上海市嘉定、普陀、闸北、静安 4 个行政管辖区。其中，一期西段共设 8 座车站，全部为地下站，区间隧道施工采用盾构法，盾构直径 6.34m。 利用 13 号线一期工程的工程数据，通过自动建模程序，建立了隧道区间模型，其效果如下： 结论 通过对轨道交通 13 号线一期工程设计施工数据的分析研究，提取出结构、病害等各类信息的单体及定位信息，对齐进行分类归纳，利用OpenFlightAPI 进行三维模型的程序话自动建模，生成了高精确的轨道交通结构模型，准确的表现了隧道设计施工参数，同时对每个结构单体模型标记了 ID，为后续工程信息挂接、数据表现分析、场景管理等功能预留了接口，为后续三维平台的功能开发提供了基础。 参考文献 张茂军. 虚拟现实系统. 北京:科学出版社，2001 孟鲁闽、项琳. 虚拟现实系统中复杂模型的一种实现方法. 西安科技学院 学报，2002.6 朱合华、吴江斌. 管线三维可视化建模. 地下空间与工程学报，2005，1（1）:30-33