淺談虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軌道交通工程投標(biāo)中的應(yīng)用

黃曉梅

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063)

某軌道交通首期工程是地鐵線網(wǎng)最重要的線網(wǎng)基線,對(duì)于后續(xù)地鐵工程的建設(shè)有重大示范作用。線路全長(zhǎng)42 km,共設(shè)置車(chē)站31座,其中高架車(chē)站6座,地下車(chē)站25座,建成后,將貫穿主城,連接新城,有力地支撐新城的發(fā)展。其中一期工程全長(zhǎng)18 km,共4站3區(qū)間，如果采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式對(duì)項(xiàng)目說(shuō)明有相當(dāng)大的局限性,不夠直觀,限制較多。為了取得此工程的勘察設(shè)計(jì)總承包，采用虛擬現(xiàn)實(shí)等多媒體技術(shù)運(yùn)用于首期工程的前期投標(biāo)、方案評(píng)審、三維動(dòng)畫(huà)制作,通過(guò)創(chuàng)建虛擬場(chǎng)景達(dá)到現(xiàn)實(shí)中效果,使以往只能借助傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式提升到數(shù)字化即看即所得的完美境界,大大提高了設(shè)計(jì)和規(guī)劃的質(zhì)量與效率。

1 虛擬現(xiàn)實(shí)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),英文名Virtual Reality,簡(jiǎn)稱(chēng)VR,也稱(chēng)靈境技術(shù),是近年來(lái)出現(xiàn)的高新技術(shù),是以交互性、沉浸性和構(gòu)想性為三大突出特征，計(jì)算機(jī)生成的可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的高技能模擬系統(tǒng)。它綜合利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、仿真技術(shù)、多媒體、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù),模擬人的感覺(jué)器官功能,構(gòu)成三維數(shù)字模型,編制到計(jì)算機(jī)中去產(chǎn)生一個(gè)逼真的，具有視、聽(tīng)、觸等多種感知的虛擬環(huán)境,如同身臨其境。借助人的感知和認(rèn)知能力,啟發(fā)人的思維,以全方位地獲取虛擬環(huán)境所蘊(yùn)涵的各種空間信息和邏輯信息。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)旨在突破系統(tǒng)和用戶環(huán)境的界限， 突破用傳統(tǒng)方法表達(dá)事物局限,使人們可以實(shí)現(xiàn)任何想象的環(huán)境虛擬并與其自然地進(jìn)行交流。此技術(shù)已被推廣到科學(xué)、技術(shù)、工程、醫(yī)學(xué)、娛樂(lè)等不同領(lǐng)域,廣泛應(yīng)用到大型工程漫游、城市規(guī)劃、展會(huì)等領(lǐng)域,慮擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在這些領(lǐng)域所表現(xiàn)出的效果比起其他技術(shù)要優(yōu)秀得多。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)在工程中的作用與意義

工程項(xiàng)目一般采用傳統(tǒng)的、靜止的成效圖,只能向觀者展示項(xiàng)目某一個(gè)或某幾個(gè)方面,對(duì)業(yè)主所提出的其他問(wèn)題與要求，必須以相近的圖像或文字加以說(shuō)明,運(yùn)作起來(lái)不直觀、不全面,具有相當(dāng)大的局限性。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為核心的多媒體介紹程序,通過(guò)最新的多媒體信息技術(shù)和創(chuàng)意為項(xiàng)目投標(biāo)提供最優(yōu)秀的方案演示技術(shù)服務(wù)，為工程設(shè)計(jì)模擬提供更多的技術(shù)解決方案,將包含大量晦澀術(shù)語(yǔ)的專(zhuān)業(yè)項(xiàng)目,難以通過(guò)文字想象的項(xiàng)目規(guī)劃和工程技術(shù)場(chǎng)景,以及專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員精心的方案策劃構(gòu)思,采用三維動(dòng)畫(huà)及多媒體技術(shù)展現(xiàn)出來(lái),以獲得對(duì)項(xiàng)目直觀的理解和感受。在產(chǎn)品中運(yùn)用各種表現(xiàn)方式對(duì)相關(guān)素材進(jìn)行集成,在最短時(shí)間內(nèi)傳遞盡可能充分的信息,使相對(duì)枯燥的設(shè)計(jì)方案、項(xiàng)目的周邊環(huán)境(重要的地形、外觀)得以生動(dòng)直觀的表現(xiàn),以獲得其最大程度上的理解和反饋,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的完美表達(dá)和詮釋。

虛擬現(xiàn)實(shí)又提供了一個(gè)通向虛擬工程空間的途徑。要達(dá)到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的目的,即用虛擬物體來(lái)豐富、增強(qiáng)真實(shí)的環(huán)境。將真實(shí)環(huán)境和虛擬現(xiàn)實(shí)的景象結(jié)合起來(lái),既便于生成復(fù)雜環(huán)境,又便于對(duì)實(shí)際物體的操作。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)在軌道交通工程投標(biāo)中的應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實(shí)作用可表現(xiàn)為不同的形式,用得比較多的是將工程中的某種概念設(shè)計(jì)或構(gòu)思可視化,主要用到實(shí)物虛化、虛物實(shí)化和高性能的計(jì)算機(jī)處理技術(shù),目的是通過(guò)將現(xiàn)實(shí)世界向多維信息化空間映射,使甲方及其評(píng)委從虛擬環(huán)境中獲取同真實(shí)環(huán)境中一樣或相似的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等客觀認(rèn)知。

3.1 用GOOGLE影像地圖打造軌道交通首期工程三維虛擬動(dòng)畫(huà)

目前,軌道交通在全國(guó)各大中城市如雨后春筍、遍地開(kāi)花,以前所未有的速度迅猛發(fā)展。而“用GOOGLE影像地圖打造軌道交通三維虛擬動(dòng)畫(huà)”就是以Google影像地圖為依據(jù),通過(guò)下載和拼接軌道交通沿線的Google影像地圖之后,直接在其上精確勾勒出軌道交通線路的走向,進(jìn)而制作出高度逼真的軌道交通線路的走向動(dòng)畫(huà)以及沿線各個(gè)站點(diǎn)的方位(如圖1)。其結(jié)果是更直觀地將軌道交通線路和沿線周邊環(huán)境融合在一起,看過(guò)之后讓人一目了然。因此,在方案評(píng)審和成果匯報(bào)過(guò)程中,運(yùn)用這一手段,更能以清晰而精確的畫(huà)面,能得到?jīng)Q策者們的青睞,且印象深刻。更有甚者,如將軌道交通平、縱面的平面動(dòng)畫(huà)和Google影像地圖上的三維動(dòng)畫(huà)結(jié)合在一起,做成平、縱、剖三度空間實(shí)時(shí)同步的動(dòng)畫(huà)效果,可以更直觀的表現(xiàn)軌道交通的設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)思路,將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化。從圖2可以看出,不僅主畫(huà)面上的影像動(dòng)畫(huà)真實(shí)表現(xiàn)了城市軌道交通在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的運(yùn)營(yíng)情景,而且,從右上角和下面的平、縱斷面線路走向動(dòng)畫(huà)中,也實(shí)時(shí)同步展示了列車(chē)每時(shí)每刻的準(zhǔn)確位置。這樣,就可以在一副畫(huà)面上用三維虛擬動(dòng)畫(huà)從三度空間表述軌道交通的實(shí)時(shí)運(yùn)行情景。

圖1 列車(chē)出站上高架

圖2 列車(chē)出隧道上高架并通過(guò)“世紀(jì)城站”

3.2 用三維實(shí)體和場(chǎng)景構(gòu)造地鐵線的三維虛擬動(dòng)畫(huà)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的快速發(fā)展,使虛擬現(xiàn)實(shí)中的場(chǎng)景更加真實(shí),虛擬顯示中的人物也更加形象生動(dòng)?！坝萌S實(shí)體和場(chǎng)景構(gòu)造地鐵線的三維虛擬動(dòng)畫(huà)” 是由基于真實(shí)數(shù)據(jù)建立的數(shù)字模型組合而成,嚴(yán)格遵循工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，建立逼真的三維數(shù)字場(chǎng)景,對(duì)軌道交通方案設(shè)計(jì)進(jìn)行真實(shí)的“再現(xiàn)”。在投標(biāo)過(guò)程中,建立軌道交通線路的走向與空間位置的三維景觀模型是實(shí)現(xiàn)仿真的關(guān)鍵。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)線路的選線與主要控制點(diǎn),即線路及沿線周邊景觀模型,如地形、地貌、線路構(gòu)造物等,使設(shè)計(jì)人員對(duì)線路比選、車(chē)站分布、站址的選定、站房設(shè)計(jì)及人流分析等以高度可視化,強(qiáng)有力地展示設(shè)計(jì)者的各種設(shè)計(jì)方案是否符合軌道交通網(wǎng)絡(luò)的合理布置及其后的運(yùn)營(yíng)效果。

其中合理地進(jìn)行換乘樞紐交通組織設(shè)計(jì)是保障軌道網(wǎng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)的前提,換乘交通樞紐是保障乘客能方便、舒適、快速實(shí)現(xiàn)不同線路的轉(zhuǎn)換。如圖1直觀體現(xiàn)綜合交通管理站軌道之間、軌道與地面公交的換乘及旅客進(jìn)出車(chē)站換乘狀況。大量的三維模型與紋理數(shù)據(jù)處理能力提高,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在道路橋梁應(yīng)用現(xiàn)狀在高速公路與橋梁建設(shè)中虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也得到了充分地

應(yīng)用。圖3、圖4直觀地體現(xiàn)地鐵線穿過(guò)大板橋立交橋及周邊的大板橋車(chē)輛段、機(jī)場(chǎng)高速公路收費(fèi)站的情形。

圖3 綜合交通管理站的換乘分析

圖4 6號(hào)線通過(guò)大板橋立交周邊景觀

4 結(jié)束語(yǔ)

從軌道交通工程投標(biāo)情況的效果看,虛擬現(xiàn)實(shí)的引入,使得項(xiàng)目可行性探討變得愈加圖像化和具體化,互動(dòng)性大為提高。它在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的不斷滲透和應(yīng)用,使得設(shè)計(jì)者和用戶、業(yè)主之間的交流得以在更合理的平臺(tái)上進(jìn)行,大大提高了工作效率,節(jié)約了項(xiàng)目的認(rèn)證成本?？梢灶A(yù)測(cè),虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在工程設(shè)計(jì)投標(biāo)領(lǐng)域會(huì)有更大的施展空間。

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