张昊;蒲浩;胡光常;刘江涛
【摘 要】针对现有铁路三维可视化技术的局限性,深入研究了大规模地形建模、铁路建模、地形模型与铁路模型的融合等关键技术问题.基于OSG开发了铁路三维实时交互式可视化平台,该平台可以实现大规模铁路三维场景的快速构建,具有交互式漫游、场景编辑、信息查询等功能,已在成渝城际铁路项目中成功应用. 【期刊名称】《铁道勘察》
石家庄裕华区委书记【年(卷),期】2010(036)001
【总页数】中国海警5页(P3-7)
【关键词】铁路三维可视化;OSG;动态调度;三维建模
【作 者】张昊;蒲浩;胡光常;刘江涛
三基荧光粉【作者单位】中南大学土建学院,湖南长沙,410075;中南大学土建学院,湖南长沙,410075;中铁二院工程集团有限责任公司,四川成都,610031;中南大学土建学院,湖南长沙,410075
【正文语种】中 文
【中图分类】U212.32;P208
铁路方案展示、评审、信息化管理、环境评估、安全审计等工作,需要构建大场景铁路三维仿真平台。目前铁路三维可视化多采用以下方法:
(1)文献[1]利用CAD建立三维模型,利用3DS MAX等图形处理软件对模型进行后期处理,完成铁路的三维可视化。该方法在3DSMAX等图形处理软件下的手工操作还比较多,费时费力;一旦设计有了任何调整和修改,花很多时间和精力建立的铁路三维模型就只能作废,要重新建模,重新进行后期处理。现代食品科技
(2)文献[2]利用OpenGL技术搭建铁路三维场景。该方法可以快速高效的实现具有较强真实感的铁路三维场景的绘制和交互式漫游。但OpenGL作为底层渲染API,主要致力于图形硬件特性的抽象实现,对于数据的空间组织能力在本质上还是显得过于简单和弱小。因此该方《手机里的秘密》
法较适于局部铁路三维场景的展示。
中国美容化妆品论坛因此,大规模铁路三维场景可视化技术值得研究。本文基于OSG开发了铁路三维实时交互式可视化平台。该平台可以实现大范围铁路三维场景的快速构建,具有交互式漫游,场景编辑,信息查询等功能。
1 基于OSG的铁路三维场景组织结构
OSG(Open Scene Graph)是一个跨平台的开源场景图形程序开发接口(API),内核 API封装了全部的OpenGL函数功能,包含OpenGL最新扩展,实时渲染最优化。用于实时视景仿真、虚拟现实、图形特效、可视化计算等方面的研究。广泛支持目前流行的2D、3D数据格式。
OSG采用包围体层次(Bounding Volume Hierarchy)来实现场景图形管理,并采用树状结构保存信息。这种场景图形BVH树不仅可以正确地表达场景图形的信息组成,还可以加速场景对象的裁剪、相交测试、碰撞检测等一系列操作。此外,OSG场景树中定义了的大量功能节点,如空间变换节点(Transform),细节层次节点(LOD)、开关节点(Switch)、动态调度节点(PagedLod)等。开发者可以根据三维场景中各种模型的特点选择不同的功能节点,实现场景的有效组织。基于此,本文采用树形结构组织铁路三维场景,如图1所示。
图1 铁路三维场景结构
2 铁路场景三维建模
2.1 地形建模
如何快速建立大规模地形模型并实现海量数据的有效组织和管理,是实现铁路场景三维可视化的基础。铁路线路往往长达数百甚至上千公里,沿线地形数据动辄数GB甚至几十GB。显然一次性将数GB甚至更多的数据读入内存在当前技术条件下是不现实的。需要对数据进行分页处理,根据视点位置动态加载适当精细层次的地形,在不影响仿真效果的前提下减小载入内存中的数据量。
(1)建立地形分页数据库
建立地形数据库需要高程和影像数据,高程数据一般源自航测或外业勘测地形数据;影像数据可采用航拍或卫星遥感影像,也可采用虚拟纹理。构建地形数据库前需统一影像文件和高程文件的坐标系统,对原始数据进行坐标校正等处理。按照四叉树结构对原始数据进行分层分块处理,建立多分辨率金字塔结构的地形分页数据库。每一层由若干地形块组成,每个地形块
对应一个文件。层级越高,则分辨率越高,每个地形块区域的范围也越小,即:第N层分辨率为第N+1层的1/2,而每个地形块的面积则为第N+1层的4倍。为便于组织管理,按照层数和地形块在该层中的行列数命名文件,如图2所示。
图2 地形四叉树分块示意
(2)地形数据的动态调度
应用OSG提供的DatabasePager类实现海量地形数据的动态调度。DatabasePager主要处理对象为PagedLOD节点。PagedLOD节点按照可视范围,将多个子节点设置为复杂模型的多个细节层次。当某些子节点对场景绘制长期没有助益时,DatabasePager可以将这些子节点自动卸载,释放空间;反之,也可以即时加载某些不存在内存中的子节点,实现场景的动态调度。将地形分页数据库中的每个地形块作为Paged-Lod节点的子节点加载到场景中,并根据地形块所处的不同层级设置该其可见范围。随着视点的变化DatabasePager会自动加载当前视域内的地形分页文件,并卸载长期不可见的地形数据,释放内存。利用该方法动态调度地形分页数据,可实现大规模地形的流畅漫游,满足三维可视化的需要。图3为某铁路沿线地形截图。
图3 地形场景
2.2 铁路建模
铁路三维模型主要包括路基、桥隧站、附属设施。
(1)路基
根据横断面设计信息,把路基按填挖高为零的断面、桥梁起终断面、隧道进出口断面分为若干段落,在段落内按一定间隔提取横断面,将这些横断面逐个相连,得到该路基段落的三维模型。模型面片组织方式为:依次取横断面上特征点,采用 OSG绘图基元QUAD_STRIP绘制四边形条带,纹理的包装模式采用重复贴图(REPEAT)。
(2)桥隧站
铁路桥梁按桥型主要分为:简支梁桥、连续梁桥、拱桥、桁架桥和斜拉桥等。简支梁桥和连续梁桥的建模较为简单,建立梁身模型时,可依次出具有代表性的横断面,将断面逐个相连得到。建立桥梁墩台模型时,首先根据线路平纵横数据及桥梁孔跨信息计算墩台位置,再根据
墩台形状构建模型。拱桥建模时,根据线路平纵横数据以及拱轴线设计参数,按一定间隔计算桥梁横截面特征点坐标,前后截面对应点相连得到。桁架桥和斜拉桥结构比较复杂,本文综合运用透明贴图技术、布告板(Billboard)技术等建立桁架桥和斜拉桥模型。图4为中承式拱桥、下承式桁架桥、连续梁桥和斜拉桥的模型效果。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议