基于虚拟现实的立交桥三维建模软件的研究

摘要

立交桥是城市交通的重要组成部分，在解决城市日趋拥挤的交通状况中发挥着重要作用。随着国民经济的发展，城市立交桥的设计理念发生了根本性的改变，现代城市立交桥不仅是缓解城市交通压力的交通设施还应是城市的一道景观，其设计要与立交桥范围内的景观设计协调一致，这就要求将立交桥作为一个三维实体进行整体设计。然而，立交桥不同于普通的道路和桥梁，它造型复杂，各种线型在空间上纵横交错，几何关拓扑关系在其建成之前很难直观想象，所以其设计方案的优劣也就难以评判。本文针对当前城市道路交通设计的难点和热点问题——漫游立交桥景观设计，将虚拟现实技术引入到立交桥的设计当中，利用三维建模技术使立交桥的三维整体设计理念得以实现；同时，将立交桥三维模型配以交通附属设施和城市景观，构造出逼真的虚拟现实场景，再通过虚拟漫游的方式模拟车辆在立交桥上行驶的境况。这样，立交桥设计人员就能直观、生动地检验立交桥的线形设计效果并考察它与城市景观的协调性，从而对立交桥的设计方案作出综合的评价。 为此，本文主要开展了如下工作： 1)研究了立交桥系统中道路和桥梁等对象的数据抽象方法并设计了它们的数据结构；采用场景数据库概念，制定了立交桥三维建模软件的数据存储策略。重点考虑了道路交叉口信息的处理方法，为交通流模拟等后续研究做了准备。 2)探讨了特征设计技术在立交桥三维建模系统中的应用和立交桥系统参数化建模方式的实现方法。 3)探讨了增强立交桥三维模型逼真度的方法。采用基于几何建模和图像建模相结合的混合建模技术创建立交桥三维模型和虚拟场景；运用纹理映射技术和虚拟漫游方式增强虚拟场景的沉浸感。 4)利用上述研究成果，开发了立交桥三维建模软件BM3D，该软件已经具备建立复杂立交桥三维模型和立交桥虚拟场景的能力，三维模型具有较好的逼真度，并且具有虚拟漫游的部分功能。 5)运用BM3D软件创建了位于北京市的马甸立交桥三维模型，通过实际工程项目测试了BM3D软件的运行效果：测试结果表明，BM3D软件能够帮助设计人员对立交桥的线型设计质量、整体造型美观度和它与城市景观的协调性进行直观的评估。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1虚拟现实技术的定义

1.2虚拟现实系统的特性

1.3虚拟建造

1.4虚拟漫游

1.5开发立交桥三维建模系统的意义

1.6本文的研究内容和目标

第2章系统的相关技术及需求分析

2.1编程技术与开发工具

2.1.1面向对象技术与C++

2.1.2 Microsoft Visual C++6.0和MFC

2.1.3动态连接库DLL

2.1.4 OpenGL概述

2.2 PKPM3D图形平台

2.3软件的设计原则

2.4软件的功能需求

第3章系统的总体设计

3.1系统的功能设计

3.2系统的总体设计与模块的划分和组织

3.2.1功能模块的划分

3.2.2程序模块的划分

3.2.3动态连接库的划分

3.2.4动态链接库的组织

3.2.5数据结构设计

3.2.6数据存储策略

3.2.7道路设计功能模块流程设计

3.2.8桥梁模型设计功能模块流程设计

3.3本章小结

第4章系统的具体实现

4.1道路设计功能的实现

4.1.1道路的数据结构类

4.1.2道路的交互操作类

4.1.3道路的模型绘制类

4.1.4交叉口的设计与实现

4.2桥梁建模功能的实现

4.2.1桥梁的组成和设计内容

4.2.2桥梁数据库设计

4.2.2桥梁的模型绘制类

4.3立交三维建模实现

4.4立交桥三维场景的生成及虚拟漫游实现

第5章系统的应用实例

5.1软件的界面和功能介绍

5.2立交桥工程的设计方法和步骤

5.2.1新建工程

5.2.2新建道路

5.2.3新建桥梁

5.2.4虚拟漫游

5.2本章小结

第6章结论

6.1研究成果

6.2未来的几点设想

参考文献

致谢