劉潤澤

（西北政法大學(xué)公安學(xué)院，陜西 西安 710063）

0 引言

在高速公路施工建設(shè)項(xiàng)目中，吸引眼球的展示對項(xiàng)目效果演示非常重要。如何在短暫的演示時(shí)間內(nèi)，直觀展現(xiàn)高速公路建成后的效果，給領(lǐng)導(dǎo)和專家心理和視覺上的沖擊感、滿足感以及身臨其境的真實(shí)感，是匯報(bào)者切實(shí)關(guān)心的一個(gè)問題。

目前，PPT是最常用、最理想的演示工具[1]，主要以二維的靜態(tài)圖片或文字說明為主[2]，缺乏三維動(dòng)態(tài)的直觀效果。為達(dá)到直觀可視化，通常會錄制三維AVI視頻，插入PPT中。錄制視頻工作需要很大工作量，視頻效果難以控制，往往為了做一次簡短的匯報(bào)，需要很長時(shí)間的輔助工作，效率低。

近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)，各種具有視覺沖擊的界面大放異彩。尤其Windows8操作系統(tǒng)的出現(xiàn)，系統(tǒng)獨(dú)特的metro開始界面和觸控式交互系統(tǒng)，讓人們的日常電腦操作更加簡單和快捷，為人們提供了高效易行的工作環(huán)境[3]，一改傳統(tǒng)微軟操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)風(fēng)格，讓人眼前一亮。筆者正是基于這種界面風(fēng)格設(shè)計(jì)研發(fā)了高速公路真三維智能化演示系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅可以直觀展現(xiàn)高速公路建成通車后的真實(shí)效果，更重要的是將匯報(bào)與展示融為一體，有效實(shí)現(xiàn)領(lǐng)導(dǎo)和專家對展示效果的直觀化、三維化的心理期望，并有助于消除視覺疲勞。下面介紹高速公路真三維智能化演示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

高速公路真三維智能化演示系統(tǒng)，采用Win?dows操作平臺，利用DevExpress進(jìn)行界面設(shè)計(jì)，采用Windows8大圖標(biāo)界面風(fēng)格，使高速公路真三維智能化演示系統(tǒng)運(yùn)行操作猶如PPT展示一樣，簡便直觀。同時(shí)，本系統(tǒng)還能在可觸控顯示屏上進(jìn)行手動(dòng)觸屏操作，體現(xiàn)了三維立體直觀、演示匯報(bào)生動(dòng)的系統(tǒng)特點(diǎn)。

1.1 高速公路真三維模型構(gòu)建

1.1.1 三維場景建模

真實(shí)三維地形建模是根據(jù)真實(shí)地形數(shù)據(jù)進(jìn)行地形生成，目前大多采用數(shù)字地面模型（Digital Terrain Model，DEM）來生成[4]。對于數(shù)字高程模型的描述，通常有等高線模型、規(guī)則格網(wǎng)模型（GRID）和不規(guī)則三角網(wǎng)模型等。但在三維地形表達(dá)中，用得最多的是后兩種。本文采用了不規(guī)則三角網(wǎng)模型進(jìn)行地形場景模型構(gòu)建。

為體現(xiàn)地形場景地表各要素之間的特征，還需要利用衛(wèi)星影像或者航拍影像，預(yù)先處理成正射影像，采用一定的算法將兩者配準(zhǔn)，然后在空間上的三維模型頂點(diǎn)和正射影像中的像素之間定義一種映射關(guān)系，利用頂點(diǎn)的空間坐標(biāo)求得對應(yīng)正射影像中的紋理坐標(biāo)，并將正射影像逐步映射到三維立體模型的各個(gè)網(wǎng)格上，實(shí)現(xiàn)整體模型的紋理映射[3]，生成真實(shí)的三維地形場景模型，場景模型效果如圖1所示。

圖1 真三維地形場景

1.1.2 高速公路參數(shù)化建模

高速公路參數(shù)化建模是根據(jù)高速公路工程設(shè)計(jì)資料劃分公路結(jié)構(gòu)，再準(zhǔn)確地提取公路平面和縱斷面參數(shù)及橋涵構(gòu)造物和公路其他附屬設(shè)施設(shè)計(jì)參數(shù)，最后利用自行制作的自動(dòng)化構(gòu)建公路三維模型工具軟件快速自動(dòng)生成高速公路真三維模型[5]。本方法構(gòu)建的高速公路模型是按照公路設(shè)計(jì)資料創(chuàng)建公路組成部分的模型，依據(jù)公路建設(shè)規(guī)范將模型組裝起來，并通過三維GIS平臺展現(xiàn)。

上文所述的高速公路真三維模型只包含了路基、路面、邊坡模型。而構(gòu)成高速公路環(huán)境的機(jī)電模型、交通安全標(biāo)志標(biāo)識、收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)、綠化帶等[6]，則需要通過3DMAX等建模工具建模，并利用自行研發(fā)的模型插入工具，導(dǎo)入到高速公路真三維場景中，才能構(gòu)建出完整的高速公路真三維模型（如圖2所示）。

圖2 真三維高速公路場景模型

1.2 資料數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

資料數(shù)據(jù)庫主要包括機(jī)電設(shè)施數(shù)據(jù)庫、圖紙資料數(shù)據(jù)庫和附屬設(shè)施數(shù)據(jù)庫。相關(guān)數(shù)據(jù)表和字段的設(shè)計(jì)遵循統(tǒng)一編碼、統(tǒng)一分類和組織，統(tǒng)一業(yè)務(wù)術(shù)語、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)代碼[7]。除關(guān)系型的屬性數(shù)據(jù)外，用于存儲與高速公路相關(guān)的各種數(shù)據(jù)信息，還存在多種其他格式的數(shù)據(jù)，包括文本、圖紙、監(jiān)控視頻、施工現(xiàn)場照片和機(jī)電設(shè)施參數(shù)等。這些數(shù)據(jù)來源多樣，數(shù)據(jù)量大，操作復(fù)雜，難以在傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫中存儲管理。如果將各類數(shù)據(jù)導(dǎo)入資料數(shù)據(jù)庫及文件系統(tǒng)并建立相互之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，通過表字段與真三維高速公路模型單元將資料數(shù)據(jù)庫及文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)（如圖3所示），通過程序控制的方式實(shí)現(xiàn)模型與模型相關(guān)屬性信息的關(guān)聯(lián)展示，則可體現(xiàn)匯報(bào)資料的豐富性。

圖3 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系

1.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)按高速公路施工建設(shè)項(xiàng)目匯報(bào)所關(guān)心的幾個(gè)版塊進(jìn)行功能設(shè)計(jì)，如圖4所示。

圖4 功能架構(gòu)設(shè)計(jì)

該架構(gòu)主要包括道路巡視、道路基礎(chǔ)設(shè)施、交通安全設(shè)施、管理及服務(wù)設(shè)施、應(yīng)急處置、機(jī)電設(shè)施和交通路況等版塊。

道路巡視版塊主要實(shí)現(xiàn)以模擬駕駛的方式進(jìn)行道路瀏覽的功能，可以根據(jù)起始樁號、行駛方向和車道、車速等參數(shù)來控制道路巡視的方式。

道路基礎(chǔ)設(shè)施版塊主要實(shí)現(xiàn)對路基、路面、邊坡、橋梁和隧道等屬性的查詢和展示，并定制開發(fā)了橋梁定位、飛行瀏覽等功能，匯報(bào)時(shí)可以從360°的視角展示橋梁的建設(shè)效果。

交通安全設(shè)施版塊實(shí)現(xiàn)了對交通安全相關(guān)的標(biāo)識、標(biāo)線、標(biāo)牌、防撞設(shè)施等的查詢和瀏覽，通過彈出窗口的方式展示交通安全設(shè)施的設(shè)計(jì)單位、建成時(shí)間和規(guī)格參數(shù)等內(nèi)容。

管理及服務(wù)設(shè)施版塊主要用于對高速公路上的收費(fèi)站、收費(fèi)廣場、服務(wù)區(qū)等設(shè)施的管理、查詢和瀏覽。通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊操作，可以實(shí)現(xiàn)對收費(fèi)站收費(fèi)車道開放度、通過車輛型號、載重、收費(fèi)情況等的查詢，以及服務(wù)區(qū)停車位、開放時(shí)間、總體布置情況等的查詢，還能夠以設(shè)定路線飛行的方式瀏覽服務(wù)區(qū)、收費(fèi)廣場的建成后效果，直觀生動(dòng)。

機(jī)電設(shè)施版塊具有對高速公路上布置的監(jiān)控探頭、車檢器、氣象檢測器等機(jī)電設(shè)備的屬性查詢和監(jiān)控視頻調(diào)度等功能。

系統(tǒng)維護(hù)版塊主要具有對用戶的權(quán)限管理、資料數(shù)據(jù)維護(hù)等功能。

在演示匯報(bào)過程中，高速公路施工建設(shè)項(xiàng)目匯報(bào)者可以將文字、圖片、視頻等相關(guān)匯報(bào)材料通過資料數(shù)據(jù)維護(hù)功能，導(dǎo)入資料數(shù)據(jù)庫中，并建立與三維可視化模型的關(guān)聯(lián)關(guān)系。通過系統(tǒng)的操作，直接在三維可視化展示的同時(shí)進(jìn)行匯報(bào)，給人直觀印象。

2 演示界面及效果

為符合演示匯報(bào)的風(fēng)格，本系統(tǒng)利用DevEx?press進(jìn)行輔助界面設(shè)計(jì)，主界面（見圖5）參考Windows8大圖標(biāo)風(fēng)格。從感官效果來看，類似于PPT的演示效果，可實(shí)現(xiàn)演示與匯報(bào)的統(tǒng)一。

在功能界面上，以交通安全設(shè)施功能為例來說明界面效果，如圖6所示。圖中，①區(qū)域表示不同交通安全設(shè)施的縮略圖；②區(qū)域用于顯示鏈接的文字、圖片、圖紙等資料信息，也是匯報(bào)過程中介紹內(nèi)容的文字說明；③區(qū)域是系統(tǒng)的三維窗口，展示在①區(qū)域選中的縮略圖對應(yīng)的真實(shí)三維效果。在三維窗口中，還能夠?qū)φ故镜恼嫒S模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放、點(diǎn)選、瀏覽等操作。

在系統(tǒng)功能中，道路巡視功能比較特殊，用于體驗(yàn)在行車駕駛狀態(tài)下的真三維高速公路效果。因此，可將三維窗口以全屏的方式展現(xiàn)出來，以增強(qiáng)演示效果。該版塊在三維窗口下側(cè)設(shè)置了模擬駕駛參數(shù)選擇框，用于控制模擬駕駛的方式，如圖7所示。在演示匯報(bào)過程中，模擬駕駛功能可以隨時(shí)暫停、繼續(xù)和停止。

3 結(jié)論

圖5 主界面

圖6 交通安全設(shè)施效果圖

圖7 道路巡視效果圖

綜上所述，高速公路真三維智能化演示系統(tǒng)在功能方面具備高速公路施工建設(shè)中各種信息的查詢、瀏覽和交互等功能；在界面上，類似PPT的匯報(bào)模式，從整體設(shè)計(jì)風(fēng)格和用戶操作體驗(yàn)上，真正做到了將演示與匯報(bào)融為一體。本系統(tǒng)的應(yīng)用，將革新傳統(tǒng)匯報(bào)模式，起到運(yùn)用應(yīng)用系統(tǒng)直接進(jìn)行匯報(bào)的作用，直觀展示高速公路建設(shè)效果，令人耳目一新，消除觀看者的視覺疲勞。同時(shí)，本研究成果是先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)在交通行業(yè)的一種創(chuàng)新性應(yīng)用，將直接影響交通行業(yè)的科技發(fā)展方向。

[1]周秋平，鄭尚志.計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)教程[M].合肥：安徽大學(xué)出版社，2009.

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[3]湯文生，劉連戰(zhàn)，吳劍，等.公路3D參數(shù)化自動(dòng)建模技術(shù)研究[J].中外公路，2012（1）：279-283.

[4]王國鋒，許振輝，秦濤.真三維道路智能設(shè)計(jì)理論與方法實(shí)踐[M].北京：人民交通出版社，2013.

[5]康諾利，貝格.數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)教程[M].何玉潔，梁琦，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.