公路路線設(shè)計的一體化與可視化技術(shù)應用分析

李建功

(太原晉萬通公路勘察設(shè)計有限公司，山西 太原 030000)

當前的公路路線設(shè)計還以二維設(shè)計為主，但公路卻是一個復雜的三維實體，采用二維的方法設(shè)計顯然是無法滿足要求的，這就要求在實際的路線設(shè)計工作中借助現(xiàn)階段技術(shù)研究成果，使路線設(shè)計實現(xiàn)一體化和可視化。

1 一體化設(shè)計

1.1 建立設(shè)計環(huán)境

平面、縱向與橫向的一體化設(shè)計和以往的設(shè)計在設(shè)計環(huán)境上完全不同，想要實現(xiàn)一體化設(shè)計，首先要建立一個設(shè)計環(huán)境，提供適宜的設(shè)計平臺。采用計算機同時開啟多個視角，把平面、橫向與縱向?qū)囊晥D都實時顯示出來，以此幫助設(shè)計人員以實際操作要求為依據(jù)對視圖比例進行調(diào)節(jié)或移動。建立一個這樣的設(shè)計環(huán)境可以把平面、橫向和縱向結(jié)合到一起，提高設(shè)計真實性和立體性，減少其中一個方面單獨設(shè)計造成的影響，設(shè)計人員在進行單獨調(diào)試時，計算機能對另外視圖進行調(diào)整，將立體模型轉(zhuǎn)化成獨立但存在一定聯(lián)系的三個模型，解決實際設(shè)計中可能出現(xiàn)的問題，在保證設(shè)計質(zhì)量的基礎(chǔ)上加快設(shè)計效率。

1.2 功能開發(fā)和利用

交替設(shè)計是指在平面、橫向和縱向視圖上實施獨立設(shè)計，這種獨立設(shè)計并不會對其它視圖造成任何影響，視圖隨意切換對路線設(shè)計而言很高實用性，交替設(shè)計能使方案在某個方面完成改動。一體化設(shè)計建立了一個完整的整體，交替設(shè)計時對其中某一個視圖進行改動，能自動對另外的視圖實施改動，這項功能在路線設(shè)計中是十分重要的。因為路線設(shè)計是需要通過多次改動才可以確定的，如果其中某一個方面產(chǎn)生變動，則其它方面也會因為受到影響而明顯變動。關(guān)聯(lián)設(shè)計指的是路線的平面、橫向與縱向存在很大的關(guān)聯(lián)性，一般而言就是試圖彼此聯(lián)系，在路線設(shè)計中除了要關(guān)注某一個方面，還應兼顧到其它方面，若在設(shè)計中沒有兼顧到其它方面，則其它方面可能無法滿足設(shè)計要求。信息查詢是在不同視圖上對和路線設(shè)計有關(guān)的信息進行標注，這樣能為設(shè)計人員對信息的查詢提供很大方便，節(jié)省時間，避免將優(yōu)先的設(shè)計時間消耗在哪一個方面，提高設(shè)計工作效率。具體而言，路線設(shè)計中進行平面設(shè)計時可以對某個方面實施具體設(shè)計，但也要注意其它實體，以及不同平面間存在關(guān)聯(lián)性。

1.3 模型的建立和使用

路線設(shè)計通常無法分析到地理環(huán)境方面因素的影響和限制，在這種情況下設(shè)計得到的方案會給工程建設(shè)造成很大影響，由于較多公路是不規(guī)則的形狀，對此要借助三維技術(shù)來完成路線設(shè)計，借助數(shù)字對公路起伏和土地實際狀況等實施描述，再建立相應的直角坐標，在坐標原點上對平面、縱向與橫向坐標進行交替的描述。模型和工程的建設(shè)進度等有很大關(guān)系，應引起高度重視，否則對工程建設(shè)造成的影響將不再是一個單獨的方面。

相關(guān)設(shè)計人員在模型當中選擇滿足要求的設(shè)計路線，利用這一模型對工程建設(shè)需要的材料和地面起伏等實際情況進行分析判斷，再由審計人員以工程實際要求為依據(jù)對方案進行適當?shù)男薷?，最后通過技術(shù)處理獲得完整模型。在建筑材料方面，利用模型進行具體分析能十分準確的確定材料，保證工作效率和準確性。更為便利的是把采用模型獲得結(jié)果和實際結(jié)果進行對比，通過對比可以找出路線設(shè)計存在的問題，并及時進行修改，以免對后續(xù)的工程建設(shè)施工等造成不利影響。

2 可視化設(shè)計

可視化設(shè)計是指根據(jù)二維設(shè)計成果使路線設(shè)計實現(xiàn)可視化，在最近幾年，許多專家和學者相繼開始探究公路整體三維顯示及動畫的設(shè)計和制作，已經(jīng)給出了一條思路，采用AutoCAD通過編程生成公路整體三維模型，再借助處理軟件進行公路動畫的設(shè)計和制作。該方法看起來很簡單，但在實際過程中且有許多問題，包括：公路三維場景包含很多且十分復雜的數(shù)據(jù)，以上操作過程要耗費大量時間和空間，只能在成果的瀏覽和分析過程中使用，并不能在具體設(shè)計工作中發(fā)揮作用；得到公路整體動畫以后，只能按照已經(jīng)設(shè)定好的路徑來瀏覽，并不能進行修改，這使得設(shè)計人員和決策人員都十分被動，沒有主動權(quán)。對于這些問題，目前提出的研究成果采用三維實時交互式仿真技術(shù)，同時以O(shè)pen GL為基礎(chǔ)開發(fā)出新的三維平臺，該平臺可以對公路路線進行三維顯示，而且還能實現(xiàn)交互式漫游。在這個平臺的支持下，可以解決下列兩個問題。

其一，三維場景建模，公路三維場景往往十分復雜，采用一種曲面不能一次性對模型進行詳細描述，對此，可將分割和歸并充分結(jié)合到一起，將整個三維實體分為兩類，分別為現(xiàn)狀和虛擬景物。其中，現(xiàn)狀景物即為現(xiàn)實中現(xiàn)有景物實體，比較典型的是地形與地物；虛擬景物即為規(guī)劃設(shè)計中的實體，常見的有路基、橋梁、涵洞及隧道，以子實體自身具有的特點為依據(jù)，對三維造型具體途徑實施分析與研究，能對不同子實體實施拼合，最終得到完整整體。為了做到無縫拼接，可借助下列計算方式：先計算出拼合的交線，連接各個坡腳點，并在橋梁和隧道等的起終點上進行斷面封閉，得到若干閉合環(huán)；然后將交線嵌入到DTM中；再于完成交線嵌入的DTM區(qū)域中植入所謂的“病毒”，使“病毒”開始吞噬每一個三角形；最后通過對模型與地形的拼合即可得到整體模型。

其二，模型簡化，利用上述方法創(chuàng)建的模型存在很大復雜性，如果未能處理，則設(shè)計要等待較長的時間才能瀏覽相應的三維效果。為了對目標進行實時瀏覽，需要對模型進行簡化，加快計算工作效率，并減少存儲空間。具體的簡化可以從以下幾方面入手進行：首先，根據(jù)地形特征來簡化，比如，當?shù)匦伪容^平坦時，減少面片數(shù)，而當?shù)匦伪容^復雜時，增加面片數(shù)。其次，對視見體進行截取，盡管公路場景很大也很復雜，但可見的范圍卻是優(yōu)先的，以指定的視點為依據(jù)，對視野范圍內(nèi)存在的場景實施描述就可以，對于判別方法，以包圍球法為主；最后，在細節(jié)層次技術(shù)支持下，結(jié)合人體視覺各項特點，對視野中各類景物從多個層次入手給出描述，對與視點距離較近的采用密細節(jié)描述方法，而對與視點距離較遠的采用粗細節(jié)描述。在這種情況下，利用網(wǎng)格技術(shù)，可提出基于邊折疊的簡化算法，這一算法的基本步驟是：先結(jié)合地形特征建立邊折疊結(jié)合，同時對原始網(wǎng)格進行簡化，形成基網(wǎng)格；然后在操作集合支持下獲得合并樹；再以視點位置及方向等為依據(jù)，并充分結(jié)合準則進行邊折疊，在條件允許的情況下，還可實現(xiàn)點分裂。在完成上述操作后，就能在層次結(jié)構(gòu)中找出當前細節(jié)層狀技術(shù)網(wǎng)格。

3 結(jié)束語

綜上所述，路線設(shè)計的一體化與可視化實際上并不是一項技術(shù)，而是路線設(shè)計伴隨公路工程建設(shè)發(fā)展需要實現(xiàn)的目標，要想實現(xiàn)這一目標，需要借助不同的先進技術(shù)。在實現(xiàn)了一體化和可視化的設(shè)計后，能大幅加快實際設(shè)計效率，提高路線設(shè)計的整體技術(shù)水平，解決以往路線設(shè)計中存在的各項問題，保證最終的路線設(shè)計質(zhì)量，為之后的工程建設(shè)等實際工作奠定良好的基礎(chǔ)。