浅析动态透视图在公路设计中的初步应用

　　 论文关键词：数字地面模型（DTM）动态透视图公路设计
　　论文摘要：提出在公路设计中采用动态透视图设计对公路设计进行辅助设计、评价、校核;并针对公路三维动态设计的动态透视图的一般原理及制作过程所用的计算机软件等技术进行阐述。
　　1概述
随着道路等级的提高，人们对道路线形的审美要求与周围景观的协调性越来越重视，从过去的二维图纸到现在的三维模型空间的分析，计算机辅助设计在公路景观设计过程中将占有越来越重要的位置，把最新的计算机技术应用于设计工作中将有助于更直观的反映设计内容，提高设计和周边环境的协调性，同时还能大幅提高设计效率。
道路透视图是路线计算机辅助设计系统设计的重要组成部分，它可以使设计者在设计阶段获得形象逼真的道路全貌，用以检查路线设计的线形质量以及道路与周围环境的协调程度，并以此作为修改设计的依据。采用先进的计算机辅助软件系统建立公路三维模型动态透视图技术可更方便、快速地检验和评价公路设计方案，利用动态透视实时漫游系统可提前让驾驶员感受到在公路上行驶的舒适性及安全性。动态透视图技术在公路景观设计中有着广泛的应用前景，利用该项技术能够在公路建成之前就对沿线公路景观有较为真实的反映，对于行车的舒适性和安全性有较为直观的展示。对公路设计，交通规划和标志标线设计等也有着参考作用，为领导决策和工程实践提供了依据。
　　2动态透视图系统的主要内容
在外业勘测方面，原始数据主要从航测、遥感、UYS等高新技术的综合应用进行地形、地质数据的采集与处理;在内业设计方面，主要是三维数字地面模型的建立、公路CAI)一体化技术及道路三维可视化技术等，并将上述技术集成，实现了勘测设计一体化。内业设计阶段主要是三维数字地面模型的建立、公路CAD一体化技术及道路三维可视化技术等，并将上述技术集成，实现了勘测设计一体化。
动态三维透视图的工作主要的工作流程包括原始资料的收集整理、现场调查收集野外图片资料、通过什算机辅助系统软件建立三维模型、渲染制作和最终合成等几个部分。
　　2.1原始资料的搜集及数字地面模型的建立
原始资料主要包括公路设计资料、沿线地形资料与沿线景观素材，采集处理真实准确的原始资料是制作符合实际情况的动态透视图的基础。进行公路线形透视图检查，首先要建立一个设计公路的立体模型，设计公路模型可分为两类:一类只是单纯地设计公路模型;另一类是含有地形的设计公路模型。第一类模型的建立:直接进人计算机数模管理中，创建一个新的数模编号，然后从横断面数据库及纵断面数据库中读人设计公路的数据，构网、建模即可;第二类模型的建立:在第一类模型的建立基础上，还要将地形图数据库中的地形点读人数模，并将公路边界内的俄地形点剔除，然后，用全部点在构网建立模型。
　　2.2动态透视图的一般原理及制作过程所用的计算机软件
对于道路本身的建模工作，可利用AutoCAl软件下的二次开发软件如维地5.6完成，通过以上构建的数模三角网还可以按照n}格式输出，该功能可以给第三方渲染软件如3I?max渲染巨匠(lightscape)等提供数据模型数据。为了更好地建立模型，还需要采集地物、植物、路面等图质，以建立更接近真实的材质库，而处理采集的图像资料一般可采用Photoshop,CORELDRAW等图像编辑软件。
三维模型的建立是动态透视图的核心，一个完整的三维模型应包含完整的三维场景，包含各元素的三维模型和相关的配套材质贴图。通过有关程序在Au-toCAD下面快速构建公路立体模型，构建公路立体模型可应用相关专业软件如:HinCADS.6、海地公路软件、武汉捷力的公路一体化设计软件建立。捷力平面三维动画系统可以在平纵横一体化设计完毕后根据地模或纵横地面线文件及路线设计信息自动生成真实三维模型，自动生成栏杆、行车道、中央分隔带等构造物，任意设定背景材质，直接将模型转换到3DMAX渲染巨匠(lightscape)软件做效果处理，最后再生成真实的三维效果图及动态的AVI文件，很快就可以生成线路透视图与三维全景图，利用先进的虚拟现实技术实现公路三维的动态实时浏览。可按指定路径播放三维动画，从不同角度、高度观察道路设计效果，对设计成果进行检查和评价。中交第二公路勘察设计研究院研制开发的公路虚拟景观实时漫游系统BID-VRS，直接接受数字摄影测量系统产生的正射影像数据，将影像同数字地面模型、公路路线与互通立交三维几何模型、公路桥梁三维几何模型形成的综合模型叠加，进行场景布置，并实时地对公路设计的虚拟景观进行动态漫游。动态透视图的真实影像与公路设计相结合，真实、动态地反映公路勘察设计的成果，为设计成果评审和环境保护提供了全新的可视化手段和工具。
海地公路三维仿真系统(Hard3D)是西安海地计算机软件开发有限公司自主开发研制的一套专门用于公路三维模型制作及动态播放的实时三维图形生成及渲染系统。它具有使用简便、制作效率高、画面清晰以及生成的动画具有可操作性、能够真实可靠的反映设计意图，在实时动态播放过程中，系统能够逐桩显示出该断面的所有技术指标(包括断面填挖面积、填挖高度、路基宽度、超高、大地坐标等等技术指标)，使观看人员可以随时掌握各个断面的信息，在动态播放过程中，用户可随时抓取精彩画面(生bmp文件)并保存到硬盘上，用于制作工程效果图，系统也可以连续录制动画、录制声音包括背景音乐以及设计人员的解说，系统自动进行影音合成(生成avi文件)。具有动画的可操作性、路线各类信息的可动态显示性以及此系统可广泛用于公路工程项目的三维演示、效果图制作、项目评审、工程设计召投标过程当中，能够尽现您的实力，为工程的合理优化提供强有力的视觉支持等。由于Hard3D所基于3D图形引擎提供了强大的动态建模、动态渲染和模型管理功能，并且获益于微软公司不断对DirectX图形驱动性能的升级，从而使Hard3D在图形的动态渲染和模型的动态测试达到了国内绝对的领先水平，彻底摆脱了用3DMAX预渲染然后播放的传统做法，使公路三维进人了一个崭新的阶段。
　　2.3三维模型的渲染
三维模型的渲染在3DS系列软件3DS}MAX}VIZ}中进行，具体的内容包括:设置灯光、架设摄像机、贴材质、设背景、最后渲染成静态全景透视图。
　　2.4渲染图的后期处理
后期处理对制作高质量的渲染图很重要。
　　2.5动画制作和视频输出
除了跟静态渲染图有相同的要求外，还需要设置摄像机路径，然后逐帧渲染。渲染后的图片以每秒一定帧数(可根据汽车的运动速度确定)播放出来就成了动态全景透视图，最后一步是通过有关软件对动画片断进行剪辑、合成、配音，最终得到成品。
　　3实际应用
依托西藏自治区那曲地区布龙至比如通县油路工程，对全线进行了动态透视图的研究并完成了全线的三维模型和约10Km的重点路段的动态三维透视图的工作，在初步设计阶段及施工图设计阶段，生成公路复杂地段全景透视渲染图和模拟汽车行驶的公路动态透视图，对方案的比选、视距的好坏、平纵组合是否合适等起到指导作用。
进行模型建立所必需准备的文件:横断面帽子文件、地形点数据。其他文件有:构造物文件、横断面文件、超高文件、超高图文件、地质概况文件、特征点文件、平面线文件、平曲线文件、横断面文件。利用公路设计及平面三维动画系统制作动态透视图的详细过程，因篇幅所限在此就不作介绍，现就其形成的一般制作流程说明如下:(1)建立数字地面模型(2)建立路线真实三维模型((03)生成标线构造物等(4)颜色及材质设置(5)输出3DS文件(6)形成三维动画。
　　4结语
动态透视图原理提供一种逼真展示三维虚拟现实场景的崭新方法，它能通过对一个现实场景进行拍摄得到的图像进行处理，自动生成交互式三维全景，使用户方便地从多角度交互观看三维全景，提供一套全面的虚拟现实图形和可视化项目记录的解决方案.动态透视图技术系统可广泛用于公路工程项目的三维演示、效果图制作、项目评审、工程设计招投标过程当中，给工程建设项目的展示和记录注人了的新的活力。