提出在公路設計中采用動態透視圖設計對公路設計進行輔助設計、評價、校核;并針對公路三維動態設計的動態透視圖的一般原理及制作過程所用的計算機軟件等技術進行闡述。

 

　　1概述

 

　　隨著道路等級的提高，人們對道路線形的審美要求與周圍景觀的協調性越來越重視，從過去的二維圖紙到現在的三維模型空間的分析，計算機輔助設計在公路景觀設計過程中將占有越來越重要的位置，把最新的計算機技術應用于設計工作中將有助于更直觀的反映設計內容，提高設計和周邊環境的協調性，同時還能大幅提高設計效率。

 

　　道路透視圖是路線計算機輔助設計系統設計的重要組成部分，它可以使設計者在設計階段獲得形象逼真的道路全貌，用以檢查路線設計的線形質量以及道路與周圍環境的協調程度，并以此作為修改設計的依據。采用先進的計算機輔助軟件系統建立公路三維模型動態透視圖技術可更方便、快速地檢驗和評價公路設計方案，利用動態透視實時漫游系統可提前讓駕駛員感受到在公路上行駛的舒適性及安全性。動態透視圖技術在公路景觀設計中有著廣泛的應用前景，利用該項技術能夠在公路建成之前就對沿線公路景觀有較為真實的反映，對于行車的舒適性和安全性有較為直觀的展示。對公路設計，交通規劃和標志標線設計等也有著參考作用，為領導決策和工程實踐提供了依據。

 

　　2動態透視圖系統的主要內容

 

　　在外業勘測方面，原始數據主要從航測、遙感、UYS等高新技術的綜合應用進行地形、地質數據的采集與處理;在內業設計方面，主要是三維數字地面模型的建立、公路CAI)一體化技術及道路三維可視化技術等，并將上述技術集成，實現了勘測設計一體化。內業設計階段主要是三維數字地面模型的建立、公路CAD一體化技術及道路三維可視化技術等，并將上述技術集成，實現了勘測設計一體化。

 

　　動態三維透視圖的工作主要的工作流程包括原始資料的收集整理、現場調查收集野外圖片資料、通過什算機輔助系統軟件建立三維模型、渲染制作和最終合成等幾個部分。

 

　　2.1原始資料的搜集及數字地面模型的建立

 

　　原始資料主要包括公路設計資料、沿線地形資料與沿線景觀素材，采集處理真實準確的原始資料是制作符合實際情況的動態透視圖的基礎。進行公路線形透視圖檢查，首先要建立一個設計公路的立體模型，設計公路模型可分為兩類:一類只是單純地設計公路模型;另一類是含有地形的設計公路模型。第一類模型的建立:直接進人計算機數模管理中，創建一個新的數模編號，然后從橫斷面數據庫及縱斷面數據庫中讀人設計公路的數據，構網、建模即可;第二類模型的建立:在第一類模型的建立基礎上，還要將地形圖數據庫中的地形點讀人數模，并將公路邊界內的俄地形點剔除，然后，用全部點在構網建立模型。

 

　　2.2動態透視圖的一般原理及制作過程所用的計算機軟件

 

　　對于道路本身的建模工作，可利用AutoCAl軟件下的二次開發軟件如維地5.6完成，通過以上構建的數模三角網還可以按照n}格式輸出，該功能可以給第三方渲染軟件如3I?max渲染巨匠(lightscape)等提供數據模型數據。為了更好地建立模型，還需要采集地物、植物、路面等圖質，以建立更接近真實的材質庫，而處理采集的圖像資料一般可采用Photoshop,CORELDRAW等圖像編輯軟件。

 

　　三維模型的建立是動態透視圖的核心，一個完整的三維模型應包含完整的三維場景，包含各元素的三維模型和相關的配套材質貼圖。通過有關程序在Au-toCAD下面快速構建公路立體模型，構建公路立體模型可應用相關專業軟件如:HinCADS.6、海地公路軟件、武漢捷力的公路一體化設計軟件建立。捷力平面三維動畫系統可以在平縱橫一體化設計完畢后根據地模或縱橫地面線文件及路線設計信息自動生成真實三維模型，自動生成欄桿、行車道、中央分隔帶等構造物，任意設定背景材質，直接將模型轉換到3DMAX渲染巨匠(lightscape)軟件做效果處理，最后再生成真實的三維效果圖及動態的AVI文件，很快就可以生成線路透視圖與三維全景圖，利用先進的虛擬現實技術實現公路三維的動態實時瀏覽。可按指定路徑播放三維動畫，從不同角度、高度觀察道路設計效果，對設計成果進行檢查和評價。中交第二公路勘察設計研究院研制開發的公路虛擬景觀實時漫游系統BID-VRS，直接接受數字攝影測量系統產生的正射影像數據，將影像同數字地面模型、公路路線與互通立交三維幾何模型、公路橋梁三維幾何模型形成的綜合模型疊加，進行場景布置，并實時地對公路設計的虛擬景觀進行動態漫游。動態透視圖的真實影像與公路設計相結合，真實、動態地反映公路勘察設計的成果，為設計成果評審和環境保護提供了全新的可視化手段和工具。斷

海地公路三維仿真系統(Hard3D)是西安海地計算機軟件開發有限公司自主開發研制的一套專門用于公路三維模型制作及動態播放的實時三維圖形生成及渲染系統。它具有使用簡便、制作效率高、畫面清晰以及生成的動畫具有可操作性、能夠真實可靠的反映設計意圖，在實時動態播放過程中，系統能夠逐樁顯示出該斷面的所有技術指標(包括斷面填挖面積、填挖高度、路基寬度、超高、大地坐標等等技術指標)，使觀看人員可以隨時掌握各個斷面的信息，在動態播放過程中，用戶可隨時抓取精彩畫面(生bmp文件)并保存到硬盤上，用于制作工程效果圖，系統也可以連續錄制動畫、錄制聲音包括背景音樂以及設計人員的解說，系統自動進行影音合成(生成avi文件)。具有動畫的可操作性、路線各類信息的可動態顯示性以及此系統可廣泛用于公路工程項目的三維演示、效果圖制作、項目評審、工程設計召投標過程當中，能夠盡現您的實力，為工程的合理優化提供強有力的視覺支持等。由于Hard3D所基于3D圖形引擎提供了強大的動態建模、動態渲染和模型管理功能，并且獲益于微軟公司不斷對DirectX圖形驅動性能的升級，從而使Hard3D在圖形的動態渲染和模型的動態測試達到了國內絕對的領先水平，徹底擺脫了用3DMAX預渲染然后播放的傳統做法，使公路三維進人了一個嶄新的階段。

 

　　2.3三維模型的渲染

 

　　三維模型的渲染在3DS系列軟件3DS}MAX}VIZ}中進行，具體的內容包括:設置燈光、架設攝像機、貼材質、設背景、最后渲染成靜態全景透視圖。

 

　　2.4渲染圖的后期處理

 

　　后期處理對制作高質量的渲染圖很重要。

 

　　2.5動畫制作和視頻輸出

 

　　除了跟靜態渲染圖有相同的要求外，還需要設置攝像機路徑，然后逐幀渲染。渲染后的圖片以每秒一定幀數(可根據汽車的運動速度確定)播放出來就成了動態全景透視圖，最后一步是通過有關軟件對動畫片斷進行剪輯、合成、配音，最終得到成品。

 

　　3實際應用

 

　　依托西藏自治區那曲地區布龍至比如通縣油路工程，對全線進行了動態透視圖的研究并完成了全線的三維模型和約10Km的重點路段的動態三維透視圖的工作，在初步設計階段及施工圖設計階段，生成公路復雜地段全景透視渲染圖和模擬汽車行駛的公路動態透視圖，對方案的比選、視距的好壞、平縱組合是否合適等起到指導作用。

 

　　進行模型建立所必需準備的文件:橫斷面帽子文件、地形點數據。其他文件有:構造物文件、橫斷面文件、超高文件、超高圖文件、地質概況文件、特征點文件、平面線文件、平曲線文件、橫斷面文件。利用公路設計及平面三維動畫系統制作動態透視圖的詳細過程，因篇幅所限在此就不作介紹，現就其形成的一般制作流程說明如下:(1)建立數字地面模型(2)建立路線真實三維模型((03)生成標線構造物等(4)顏色及材質設置(5)輸出3DS文件(6)形成三維動畫。

 

　　4結語

 

　　動態透視圖原理提供一種逼真展示三維虛擬現實場景的嶄新方法，它能通過對一個現實場景進行拍攝得到的圖像進行處理，自動生成交互式三維全景，使用戶方便地從多角度交互觀看三維全景，提供一套全面的虛擬現實圖形和可視化項目記錄的解決方案.動態透視圖技術系統可廣泛用于公路工程項目的三維演示、效果圖制作、項目評審、工程設計招投標過程當中，給工程建設項目的展示和記錄注人了的新的活力。