第1篇 铁路线路三维可视化设计理论、方法与系统应用 3
第1章 线路三维可视化设计概述 3
1.1三维可视化工程设计 3
1.2我国铁路三维设计的发展需求 3
1.3国内外研究现状 4
1.3.1国外研究现状 4
1.3.2国内研究现状 6
1.4线路三维可视化设计系统开发主要技术方法 7
1.4.1基于OpenGL的开发方法 7
1.4.2基于OSG开发方法 11
1.4.3基于Google Earth的开发方法 15
第2章 海量三维地理信息获取方法 34
2.1铁路三维设计的影像主要类型 34
2.1.1航空遥感影像 34
2.1.2卫星遥感影像 36
2.2建模信息获取 38
2.2.1数据获取方法 38
2.2.2数字地形模型获取 38
2.2.3正射影像图获取 40
2.3数字化地质信息获取与建模 44
2.3.1矢量化遥感地质信息获取 44
2.3.2栅格遥感解译影像的获取 45
2.3.3数字化非遥感地质信息获取 46
2.3.4数字地质对象建模方法 47
第3章 三维地形环境建模 51
3.1离散点数据集Delaunay三角剖分算法 51
3.1.1数字地形模型 51
3.1.2 Delaunay三角剖分 53
3.1.3格网划分的分割-合并算法 54
3.1.4关键问题 54
3.2三维地形环境建模优化 57
3.2.1地形数据组织与调度 58
3.2.2多分辨率纹理模型构造与实现 61
3.2.3关键技术 65
3.3三维立体显示技术 69
3.3.1立体视觉原理 69
3.3.2立体显示的主要方式 70
3.3.3 OpenGL立体显示技术 71
3.3.4 OSG立体显示技术 72
3.4三维路径漫游功能的开发 74
3.4.1路径漫游功能简介 74
3.4.2漫游路径设置方法 74
3.4.3曲线生成插值算法 75
3.4.4漫游实现 81
3.4.5漫游相关计算 83
3.5三维地形的投影模式 85
3.5.1正射投影模式 85
3.5.2透视投影模式 85
第4章 线路三维设计关键技术 87
4.1三维线路模型建模方法 87
4.1.1设计线的三维自动化建模 87
4.1.2三维线路曲面模型 89
4.2隧道三维建模方法 94
4.2.1隧道横断面形式的确定 94
4.2.2圆弧拱断面形式计算 95
4.2.3圆形断面形式计算 100
4.2.4隧道曲线处平滑处理 102
4.2.5隧道参数设置实现 103
4.3桥梁三维建模方法 104
4.3.1桥梁三维建模 104
4.3.2桥梁参数设置实现 105
4.3.3桥梁绘制实现 106
4.4线路整体三维建模 106
4.4.1建立CDT相关理论 107
4.4.2线路封闭区域确定与分割算法 108
4.4.3基于CDT理论的整体模型构建法 110
4.4.4基于OpenGL实现真实感图形绘制 112
4.5三维地面坐标的获取 115
4.5.1正射投影模式下的获取 116
4.5.2透视投影模式下的获取 117
4.6三维线路数据结构设计 119
4.6.1路基数据结构 120
4.6.2桥梁数据结构 121
4.6.3隧道数据结构 122
4.6.4边沟数据结构 123
4.6.5线路数据结构 123
4.6.6边坡模型生成算法 126
4.6.7路基三维模型组成 129
第5章 线路三维景观建模 130
5.1铁路线路构造物三维模型建模理论和方法 130
5.1.1面向对象的图形辅助仿真建模 130
5.1.2铁路构造物分类 132
5.1.3建模方法和建模工具的选择 133
5.2铁路构造物三维模型库 133
5.2.1模型库的概念 133
5.2.2模型库的体系结构 134
5.2.3模型库的功能设计 135
5.2.4模型数据库管理的实现 135
5.3模型在三维环境中的应用 136
5.3.1三维模型与三维场景的匹配 136
5.3.2三维模型匹配方法 137
5.3.3模型匹配三维场景的实现 138
5.4铁路线路附属设施三维建模 140
5.4.1接触网模型库模块 140
5.4.2接触网模型参数设置 141
5.4.3接触网模型实现 141
5.5铁路线路树木三维景观建模 144
5.5.1树木三维可视化技术 144
5.5.2树木三维建模实现 145
5.5.3三维树木景观参数设置 146
5.5.4三维树木景观建模实现 146
第6章 三维地质环境建模与线路设计应用 151
6.1三维地质环境建模 151
6.1.1研究现状 151
6.1.2建模基本思路 151
6.1.3矢量化建模方法 152
6.1.4 栅格化建模方法 156
6.1.5三维空间地质对象冲突检测 159
6.2基于LM神经网络的工程地质综合评价模型 160
6.2.1 BP神经网络概述 160
6.2.2改进BP算法-LM算法 161
6.2.3 LM神经网络模型建立 163
6.3基于超地图模型的地质环境识别技术 170
6.3.1超地图概念 170
6.3.2三维选线环境超地图模型 171
6.3.3基于超地图模型的地质环境识别 173
6.3.4基于超地图模型选线应用 175
第7章 高速列车运动仿真三维建模 177
7.1国内外研究现状 177
7.1.1国内研究现状 177
7.1.2国外研究现状 177
7.1.3国内外研究分析 178
7.2基于面向对象方法的系统分析 178
7.2.1面向对象方法 178
7.2.2模型的简化及参数确定 179
7.3机车车辆几何模型的建立及模拟 180
7.3.1车辆仿真系统的组成 180
7.3.2机车车辆运动系统的建立 181
7.3.3轨道几何模型的模拟 182
7.3.4列车单元模型建模方法 182
7.4系统动态运动的生成 183
7.4.1系统运动数据的生成 183
7.4.2基于线路函数的动画关键帧的生成 184
7.4.3图像帧的数据结构定义及实现 186
7.5系统集成框架设计与实现 187
7.5.1系统集成框架 187
7.5.2机车车辆动态运行场景的参数设置 188
7.6机车车辆动态运行3D声音的实现 188
7.6.1 DirectSound的3D模拟空间 189
7.6.2三维环境中3D音效产生原理 190
7.6.3基于DirectSound声音实时仿真实现 191
7.7列车动态运行场景的仿真模拟 194
第8章 三维线路设计实现与系统 196
8.1系统概述 196
8.1.1主要特点 196
8.1.2系统结构 196
8.2项目管理 198
8.2.1连接数据库 198
8.2.2技术标准设置 198
8.2.3新建项目 198
8.2.4打开项目 199
8.3方案管理 200
8.3.1新建方案 200
8.3.2打开方案 200
8.3.3保存方案 201
8.3.4平面方案的自动生成 205
8.4环境建模 206
8.4.1打开影像环境 206
8.4.2纹理导入 206
8.4.3遥感地质数据 206
8.4.4超地图模型 207
8.4.5路基纹理设置 207
8.4.6树木纹理设置 208
8.4.7接触网参数设置 208
8.4.8桥梁模型设置 209
8.4.9动车组模型设置 209
8.5绘图模式 210
8.5.1线框模式 210
8.5.2纹理模式 210
8.5.3色彩模式 210
8.6选线设计 211
8.6.1输入与导入交点 211
8.6.2三维线路建模 211
8.6.3路基参数设置 212
8.6.4纵断面设计 212
8.7三维漫游 213
8.7.1自动漫游 214
8.7.2交互漫游 214
8.7.3高空漫游 214
8.7.4录制AVI动画 215
8.8数据报表 215
8.9模型库管理 216
8.9.1动车组模型库 216
8.9.2线路构造物模型库 216
8.9.3接触网模型库 218
第2篇 城市轨道交通线路三维可视化设计理论、方法与系统应用 221
第9章 三维城市景观建模 221
9.1城市三维景观快速建立方法 221
9.1.1 Google街景的三维城市景观 221
9.1.2 Virtual Earth 3D 222
9.2场景数据获取方法 223
9.2.1建筑基础型数据获取方法 223
9.2.2城市道路基础数据获取方法 224
9.3城市建模数据处理 226
9.3.1城市景观数据获取 226
9.3.2初始场景数据处理 228
9.3.3基于桥梁坐标的道路数据分类方法 230
9.3.4引桥坐标算法 231
9.3.5匝道坐标算法 233
9.3.6场景数据输出 234
9.3.7建筑物模型纹理处理 235
9.3.8建筑物三维模型库 241
9.4城市三维景观建模 242
9.4.1 CityEngine建模常用函数 242
9.4.2总体建模流程 243
9.4.3建筑物建模流程 244
9.4.4道路建模流程 244
9.4.5建筑物建模 246
9.4.6道路建模 247
9.4.7高架桥建模 256
9.4.8立交桥建模 257
9.5三维城市景观建模实现 259
第10章 数字管线三维建模 261
10.1三维管线建模的一般方法 261
10.1.1基于三维图形库底层建模 261
10.1.2完全使用建模软件建模 262
10.1.3基于三维地理信息软件二次开发建模 262
10.2管线数据库设计 263
10.2.1地下管线数据模型 263
10.2.2管线数据表结构 264
10.2.3管点数据表结构 266
10.3城市地下管线三维建模 267
10.3.1功能设计思路 267
10.3.2 Skyline绘制管线方法 268
10.3.3管点实体模型库 270
10.3.4三维管点的生成 272
10.3.5三维管线生成 274
第11章 城轨线路三维地质建模理论与方法 277
11.1城市轨道交通三维地质建模数据模型 277
11.1.1三维地质建模数据来源与特点 277
11.1.2工程地质三维数据模型 277
11.1.3数据模型分析 280
11.1.4广义三棱柱数据模型 280
11.2建模数据预处理与数据结构 282
11.2.1数据预处理 282
11.2.2数据结构 284
11.3三维地质体建模 286
11.3.1基于GTP体元的三维地体建模 286
11.3.2断层三维建模 287
11.3.3基于虚拟钻孔的误差修正 289
11.4基于工程地质三维模型的分析及可视化技术 291
11.4.1钻孔、钻孔间的剖面查询 291
11.4.2虚拟钻探取芯 292
11.4.3工程地质剖面的生成 293
11.4.4三维模型的可视化表达 293
11.4.5三维地质模型的基坑开挖 294
第12章 城市轨道交通线路平面子系统设计 297
12.1数据结构设计 297
12.1.1平面设计标准数据结构 297
12.1.2交点类数据结构 298
12.1.3曲线要素类数据结构 299
12.1.4曲线里程类数据结构 300
12.1.5曲线桩点坐标类数据结构 301
12.1.6断链类数据结构 302
12.1.7车站中心数据结构 302
12.1.8曲线点和整里程点数据结构 303
12.1.9项目信息等数据结构 304
12.2右线坐标及参数计算 306
12.2.1右线交点坐标获取 306
12.2.2线路参数计算 307
12.2.3曲线要素计算 307
12.2.4曲线段坐标计算 315
12.2.5右线五大桩里程及坐标计算 317
12.2.6右线里程及里程标坐标计算 318
12.2.7车站中心里程计算 318
12.3左线坐标及参数计算 319
12.3.1左线交点坐标计算 319
12.3.2左线曲线里程计算 320
12.4断链生成与处理 320
12.4.1左右线平行直线段判断 320
12.4.2断链位置确定及信息计算 321
12.5平面线路方案展示 322
12.5.1线路绘制 322
12.5.2线路元素标注 324
12.6平面线路动态调整 327
12.6.1删除交点 327
12.6.2修改交点 327
12.6.3拖动交点 328
12.6.4插入交点 329
第13章 城市轨道交通线路纵断面子系统设计 330
13.1数据结构设计 330
13.1.1纵断面设计标准数据结构 330
13.1.2基础数据结构 331
13.1.3设计数据的数据结构 333
13.2数据获取 334
13.2.1地面线数据 335
13.2.2断链数据 337
13.2.3平曲线数据 338
13.2.4车站数据 338
13.2.5地质信息数据 339
13.2.6高程控制点数据 339
13.3辅助信息绘制 340
13.3.1坐标轴绘制 340
13.3.2背景网格绘制 341
13.3.3设计信息栏目绘制 341
13.4纵断面线路设计 342
13.4.1设计线绘制 342
13.4.2设计线坡段数据存储与显示 343
13.4.3竖曲线插入与显示 343
13.4.4设计线高程计算与显示 347
13.4.5车站中心高程确定 348
13.4.6导出三维坐标 349
13.5纵断面设计方案调整 349
13.5.1鼠标获取变坡点 349
13.5.2编辑变坡点 349
13.5.3编辑坡线 351
13.6坡线设计规范检查 351
13.6.1最大坡度检查 351
13.6.2最小坡度检查 352
13.6.3最小坡段长检查 352
13.6.4竖曲线检验 353
第14章 城市轨道交通线路三维建模 354
14.1线路三维横断面坐标计算 354
14.1.1完全并行等高段横断面坐标计算 355
14.1.2非完全并行段右线横断面坐标计算 359
14.1.3非完全并行段左线横断面坐标计算 363
14.2线路三维模型生成 366
14.2.1线路三维线框生成 366
14.2.2隧道三维建模 366
14.2.3桥梁三维建模 367
14.3线路三维漫游 368
14.3.1漫游路径获取 368
14.3.2 Skyline三维漫游方法 370
14.3.3镜头位置逐帧调整 372
14.3.4漫游路径点跳转识别方法 373
14.4城轨线路三维动态调整方法 376
第15章 城市轨道交通三维设计系统 378
15.1开发平台简介 378
15.1.1 Skyline平台简介 378
15.1.2 Skyline二次开发接口 378
15.1.3 Ersi CityEngine建模软件 380
15.2系统简介 381
15.2.1系统功能简介 381
15.2.2运行环境 382
15.3系统主要功能 382
15.3.1海量城市三维场景构建 382
15.3.2 -维管线建模 385
15.3.3线路平面设计 387
15.3.4线路纵断面设计 393
15.3.5线路三维模型构建 396
15.3.6线路三维漫游展示 398
参考文献 400