基于GPU的地下管線三維可視化建模研究

劉 浩 ，趙文吉 ，段福洲 ，曹 巍 ，潘李亮

LIU Hao1，2，3,ZHAO Wenji1，2，3,DUAN Fuzhou1，2，3,CAOWei4,PAN Liliang5

1.首都師范大學 資源環境與旅游學院，北京 100048

2.北京市城市環境過程與數字模擬重點實驗室，北京 100048

3.三維信息獲取與應用教育部重點實驗室，北京 100048

4.中國科學院 地理科學與資源研究所，北京 100101

5.北京合歌科技有限公司，北京 100085

1.College of Resources Environment and Tourism,Capital Normal University,Beijing 100048,China

2.Urban Environmental Processes and Digital Modeling Laboratory,Beijing 100048,China

3.Laboratory of 3D Information Acquisition and Application,Beijing 100048,China

4.Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100101,China

5.Beijing Heegle Co.Ltd,Beijing 100085,China

1 引言

管線分布在城市地下空間，構成了復雜的地下管線空間體系，傳統的二維圖形對管線的描述與表達具有很大的局限性，管線三維模型能夠直觀地描述管線的三維特征和空間關系，能真實地反映地下管線的空間分布狀況，因此地下管線的三維建模已經成為數字城市建設的重要組成部分。

目前針對地下管線三維建模的研究主要通過三維建模軟件（如Creator、3DMax等）和基于OpenGL建模實現。通過三維建模軟件構建地下管線三維模型[1-2]，雖然能夠構造出較精細的管線模型但數據結構復雜、數據量龐大且不支持三維場景中的交互實時建模。因此地下管線的實時三維建模成為一個研究熱點，目前大部分的研究均基于OpenGL[3-4]實現，主要的思路是采用連續四邊形逼近管線模型，并采用合適的方法解決彎管和多連通管線問題，該類算法存在的局限主要有以下幾點：（1）由于管線模型采用分段構造連續四邊形的方法擬合生成，其擬合逼真度的提高將使模型數據量增大降低顯示速度；（2）對于多連通管線節點的處理，很多研究采取建立管件模型庫的方法，建模工作量大且不利于管線的實時建模；（3）目前的地下管線三維實時建模算法均基于CPU完成，在構建具有海量管線模型的管網系統時表現吃力。……