山岭公路隧道三维建模及可视化实现

摘要

随着公路网络的延伸，山岭公路隧道工程建设迅猛发展，建设过程中，传统的二维已经落后。随着图形学可视化技术和信息化技术的发展，基于GIS技术的“数字隧道工程”建设已逐步成为隧道工程发展的重要技术手段。三维建模技术能够克服传统二维展示的局限性，更加逼真直观的反映山岭公路隧道的实际情况，由此引出快速高效三维建模方法研究的必要性和研究意义。本文从GIS角度讨论山岭公路隧道三维建模方法。分别从数字地形的构建、公路隧道规则建模、隧道模型与地形融合三个方面展开研究。提出数字地形及影像数据的快速采集方法，建立数字地形模型;将快速、高效、交互式的CGA参数化建模技术引入隧道工程，提出公路隧道规则建模的具体方法;针对隧道模型与地形的匹配问题，提出一种改进的、更适合隧道结构特征的隧道模型与地形融合算法，实现隧道洞口外轮廓与地形坡面的无缝融合;并以佛羊岭隧道工程为例，验证本文研究内容及算法的可行性，实现隧道工程三维场景的整体表达。研究的主要内容包括:
　　(1)研究了一种基于LocaSpace Viewer获取数字地形影像数据的方法，并运用空间插值和坐标转换的方法对数据进行处理，实现了研究区域数字地形模型的快速建立。
　　(2)研究了基于CityEngine的三维隧道参数化建模技术，提出一种CGA规则建模的组件库装配式隧道快速三维建模方法，自建了一套包括隧道道路、隧道结构模型和隧道附属结构模型的CGA规则，实现了三维隧道模型的自动建立。
　　(3)研究了约束三角网CDT理论，对隧道轮廓形状进行分析和参数化定义，在此基础上提出一种隧道模型与地形融合的改进算法，通过运行算法实现了隧道模型与地形的融合。
　　(4)以佛羊岭隧道工程为例，获取实际工程数据并进行处理，验证本文提出的山岭公路隧道规则建模方法和改进的融合算法的可行性，为类似山岭公路隧道工程的三维可视化表达提供借鉴。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 三维GIS的发展及应用

1．2．2 公路隧道三维建模技术

1．2．3 地形与地物模型匹配方法

1．3 本文的研究内容和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 数字地形模型理论及构建方法

2．1 数字地形的基本概念

2．2 数字地形的表示模型

2．2．1 规则格网模型

2．2．2 不规则三角网

2．2．3 等高线模型

2．2．4 三种模型的比较

2．3 数字地形的数据来源

2．4 基于LocaSpace Viewer的数字地形及影像的获取与处理

2．4．1 LocaSpace Viewer简介

2．4．2 获取区域地形的方法及步骤

2．4．3 高程数据插值构建地形

2．4．4 获取区域影像的方法及步骤

2．4．5 坐标转换处理匹配地形

2．5 本章小结

第三章 公路隧道的规则建模方法

3．1 CityEngine软件介绍

3．1．1 CityEngine概述

3．1．2 CityEngine的特点

3．1．3 CityEngine的技术优势

3．2 CGA规则建模

3．2．1 规则建模的原理与方法

3．2．2 常用的规则函数

3．3 CGA建模流程

3．4 隧道道路建模

3．4．1 建模思路

3．4．2 道路设计与构建

3．5 隧道结构建模

3．5．1 建模分析

3．5．2 隧道组件制作

3．5．3 隧道模型建立

3．6 本章小结

第四章 隧道与地形的融合理论及方法

4．1 地形地物融合基本理论

4．1．1 CDT理论

4．1．2 两步法构造CDT

4．2 模型拼合交线的生成

4．2．1 结构参数化定义

4．2．2 模型交线的生成

4．3 地形三角网的重构

4．3．1 嵌入约束

4．3．2 地形修正

4．4 算法的实现

4．5 本章小结

5．1 工程概况

5．1．1 佛羊岭隧道工程概况

5．1．2 地理位置及交通情况

5．1．3 地形地貌

5．1．4 气象与水文

5．1．5 工程地质条件

5．2 数据获取与处理

5．2．1 地形数据

5．2．2 道路中心线数据

5．2．3 隧道设计数据

5．2．4 纹理贴图数据

5．3 场景构建

5．4 规则建模

5．4．1 隧道道路模型

5．4．2 隧道组件模型

5．4．3 隧道整体模型

5．4．4 隧道附属结构模型

5．5 模型的展示与浏览

5．6 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

硕士期间参与的科研课题

硕士期间发表的论文