基于OpenGL涵洞三维可视化系统的研究

摘要

涵洞作为重要过水建筑物，广泛用于土木、水利工程中。在其设计方面，随着计算机技术的发展，其计算机辅助设计手段已从最初的二维设计不断向着三维可视化设计发展。然而，由于涵洞本身的特点和现状，目前涵洞的三维可视化往往都是借助于第三方软件完成，不能真正做到二维设计和三维可视化两者之间的一致性和关联性。本文研究基于OpenGL的涵洞三维可视化系统，通过参数化设计，应用计算机图像处理技术，有效集成了涵洞方案设计、结构设计、涵洞与路地面模型拟合，并最终实现涵洞真实感三维显示。
　　本系统采用Visual C++6.0作为编程平台，利用OpenGL开放式图形库建立了涵洞三维可视化系统的基本框架。该系统主要有四大部分组成:涵洞三维建模、洞身三维配筋、基于DEM数据文件的地形模拟、涵洞与路地面模型的拟合。系统的主要功能如下:
　　(1)涵洞三维建模:依据前期水力计算产生的二维平面尺寸，通过参数化输入界面快速、准确地建立涵洞三维模型;
　　(2)洞身三维配筋:编制交互式输入对话框，嵌入相关规范和图表，通过自助查询完成荷载计算、内力计算和极限状态分析，并最终实现三维钢筋的自动绘制。
　　(3)基于DEM数据文件的地形模拟:利用Visual C++特有的I/O流（输入输出流）读取DEM数据文件，通过三角形构网法实现地形网格模拟。
　　(4)涵洞与路地面模型的拟合:依据公路平面数据在地形格网上建立路地面模型，并与涵洞三维线框模型进行叠加，通过相交运算实现洞口与路地面模型的拟合，然后利用图像处理技术完成涵洞真实感三维显示。
　　通过本文建立的系统对盖板涵实际工程进行方案设计、三维配筋设计以及和路地面模型进行拟合，最终实现盖板涵三维可视化。然后利用人机交互技术进行设置，通过鼠标和键盘完成对盖板涵三维设计成果全方位、多角度的浏览和漫游。实例证明，该系统设计迅速、界面友好，对涵洞前期设计的方案比选有一定应用价值。