公路路線設計的一體化與可視化技術應用分析

李建功

(太原晉萬通公路勘察設計有限公司，山西 太原 030000)

當前的公路路線設計還以二維設計為主，但公路卻是一個復雜的三維實體，采用二維的方法設計顯然是無法滿足要求的，這就要求在實際的路線設計工作中借助現階段技術研究成果，使路線設計實現一體化和可視化。

1 一體化設計

1.1 建立設計環境

平面、縱向與橫向的一體化設計和以往的設計在設計環境上完全不同，想要實現一體化設計，首先要建立一個設計環境，提供適宜的設計平臺。采用計算機同時開啟多個視角，把平面、橫向與縱向對應的視圖都實時顯示出來，以此幫助設計人員以實際操作要求為依據對視圖比例進行調節或移動。建立一個這樣的設計環境可以把平面、橫向和縱向結合到一起，提高設計真實性和立體性，減少其中一個方面單獨設計造成的影響，設計人員在進行單獨調試時，計算機能對另外視圖進行調整，將立體模型轉化成獨立但存在一定聯系的三個模型，解決實際設計中可能出現的問題，在保證設計質量的基礎上加快設計效率。

1.2 功能開發和利用

交替設計是指在平面、橫向和縱向視圖上實施獨立設計，這種獨立設計并不會對其它視圖造成任何影響，視圖隨意切換對路線設計而言很高實用性，交替設計能使方案在某個方面完成改動。一體化設計建立了一個完整的整體，交替設計時對其中某一個視圖進行改動，能自動對另外的視圖實施改動，這項功能在路線設計中是十分重要的。因為路線設計是需要通過多次改動才可以確定的，如果其中某一個方面產生變動，則其它方面也會因為受到影響而明顯變動。關聯設計指的是路線的平面、橫向與縱向存在很大的關聯性，一般而言就是試圖彼此聯系，在路線設計中除了要關注某一個方面，還應兼顧到其它方面，若在設計中沒有兼顧到其它方面，則其它方面可能無法滿足設計要求。信息查詢是在不同視圖上對和路線設計有關的信息進行標注，這樣能為設計人員對信息的查詢提供很大方便，節省時間，避免將優先的設計時間消耗在哪一個方面，提高設計工作效率。具體而言，路線設計中進行平面設計時可以對某個方面實施具體設計，但也要注意其它實體，以及不同平面間存在關聯性。

1.3 模型的建立和使用

路線設計通常無法分析到地理環境方面因素的影響和限制，在這種情況下設計得到的方案會給工程建設造成很大影響，由于較多公路是不規則的形狀，對此要借助三維技術來完成路線設計，借助數字對公路起伏和土地實際狀況等實施描述，再建立相應的直角坐標，在坐標原點上對平面、縱向與橫向坐標進行交替的描述。模型和工程的建設進度等有很大關系，應引起高度重視，否則對工程建設造成的影響將不再是一個單獨的方面。

相關設計人員在模型當中選擇滿足要求的設計路線，利用這一模型對工程建設需要的材料和地面起伏等實際情況進行分析判斷，再由審計人員以工程實際要求為依據對方案進行適當的修改，最后通過技術處理獲得完整模型。在建筑材料方面，利用模型進行具體分析能十分準確的確定材料，保證工作效率和準確性。更為便利的是把采用模型獲得結果和實際結果進行對比，通過對比可以找出路線設計存在的問題，并及時進行修改，以免對后續的工程建設施工等造成不利影響。

2 可視化設計

可視化設計是指根據二維設計成果使路線設計實現可視化，在最近幾年，許多專家和學者相繼開始探究公路整體三維顯示及動畫的設計和制作，已經給出了一條思路，采用AutoCAD通過編程生成公路整體三維模型，再借助處理軟件進行公路動畫的設計和制作。該方法看起來很簡單，但在實際過程中且有許多問題，包括：公路三維場景包含很多且十分復雜的數據，以上操作過程要耗費大量時間和空間，只能在成果的瀏覽和分析過程中使用，并不能在具體設計工作中發揮作用；得到公路整體動畫以后，只能按照已經設定好的路徑來瀏覽，并不能進行修改，這使得設計人員和決策人員都十分被動，沒有主動權。對于這些問題，目前提出的研究成果采用三維實時交互式仿真技術，同時以Open GL為基礎開發出新的三維平臺，該平臺可以對公路路線進行三維顯示，而且還能實現交互式漫游。在這個平臺的支持下，可以解決下列兩個問題。

其一，三維場景建模，公路三維場景往往十分復雜，采用一種曲面不能一次性對模型進行詳細描述，對此，可將分割和歸并充分結合到一起，將整個三維實體分為兩類，分別為現狀和虛擬景物。其中，現狀景物即為現實中現有景物實體，比較典型的是地形與地物；虛擬景物即為規劃設計中的實體，常見的有路基、橋梁、涵洞及隧道，以子實體自身具有的特點為依據，對三維造型具體途徑實施分析與研究，能對不同子實體實施拼合，最終得到完整整體。為了做到無縫拼接，可借助下列計算方式：先計算出拼合的交線，連接各個坡腳點，并在橋梁和隧道等的起終點上進行斷面封閉，得到若干閉合環；然后將交線嵌入到DTM中；再于完成交線嵌入的DTM區域中植入所謂的“病毒”，使“病毒”開始吞噬每一個三角形；最后通過對模型與地形的拼合即可得到整體模型。

其二，模型簡化，利用上述方法創建的模型存在很大復雜性，如果未能處理，則設計要等待較長的時間才能瀏覽相應的三維效果。為了對目標進行實時瀏覽，需要對模型進行簡化，加快計算工作效率，并減少存儲空間。具體的簡化可以從以下幾方面入手進行：首先，根據地形特征來簡化，比如，當地形比較平坦時，減少面片數，而當地形比較復雜時，增加面片數。其次，對視見體進行截取，盡管公路場景很大也很復雜，但可見的范圍卻是優先的，以指定的視點為依據，對視野范圍內存在的場景實施描述就可以，對于判別方法，以包圍球法為主；最后，在細節層次技術支持下，結合人體視覺各項特點，對視野中各類景物從多個層次入手給出描述，對與視點距離較近的采用密細節描述方法，而對與視點距離較遠的采用粗細節描述。在這種情況下，利用網格技術，可提出基于邊折疊的簡化算法，這一算法的基本步驟是：先結合地形特征建立邊折疊結合，同時對原始網格進行簡化，形成基網格；然后在操作集合支持下獲得合并樹；再以視點位置及方向等為依據，并充分結合準則進行邊折疊，在條件允許的情況下，還可實現點分裂。在完成上述操作后，就能在層次結構中找出當前細節層狀技術網格。

3 結束語

綜上所述，路線設計的一體化與可視化實際上并不是一項技術，而是路線設計伴隨公路工程建設發展需要實現的目標，要想實現這一目標，需要借助不同的先進技術。在實現了一體化和可視化的設計后，能大幅加快實際設計效率，提高路線設計的整體技術水平，解決以往路線設計中存在的各項問題，保證最終的路線設計質量，為之后的工程建設等實際工作奠定良好的基礎。