李建功

(太原晉萬通公路勘察設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原 030000)

當(dāng)前的公路路線設(shè)計(jì)還以二維設(shè)計(jì)為主，但公路卻是一個(gè)復(fù)雜的三維實(shí)體，采用二維的方法設(shè)計(jì)顯然是無法滿足要求的，這就要求在實(shí)際的路線設(shè)計(jì)工作中借助現(xiàn)階段技術(shù)研究成果，使路線設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一體化和可視化。

1 一體化設(shè)計(jì)

1.1 建立設(shè)計(jì)環(huán)境

平面、縱向與橫向的一體化設(shè)計(jì)和以往的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)環(huán)境上完全不同，想要實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)，首先要建立一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)境，提供適宜的設(shè)計(jì)平臺(tái)。采用計(jì)算機(jī)同時(shí)開啟多個(gè)視角，把平面、橫向與縱向?qū)?yīng)的視圖都實(shí)時(shí)顯示出來，以此幫助設(shè)計(jì)人員以實(shí)際操作要求為依據(jù)對(duì)視圖比例進(jìn)行調(diào)節(jié)或移動(dòng)。建立一個(gè)這樣的設(shè)計(jì)環(huán)境可以把平面、橫向和縱向結(jié)合到一起，提高設(shè)計(jì)真實(shí)性和立體性，減少其中一個(gè)方面單獨(dú)設(shè)計(jì)造成的影響，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行單獨(dú)調(diào)試時(shí)，計(jì)算機(jī)能對(duì)另外視圖進(jìn)行調(diào)整，將立體模型轉(zhuǎn)化成獨(dú)立但存在一定聯(lián)系的三個(gè)模型，解決實(shí)際設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的問題，在保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的基礎(chǔ)上加快設(shè)計(jì)效率。

1.2 功能開發(fā)和利用

交替設(shè)計(jì)是指在平面、橫向和縱向視圖上實(shí)施獨(dú)立設(shè)計(jì)，這種獨(dú)立設(shè)計(jì)并不會(huì)對(duì)其它視圖造成任何影響，視圖隨意切換對(duì)路線設(shè)計(jì)而言很高實(shí)用性，交替設(shè)計(jì)能使方案在某個(gè)方面完成改動(dòng)。一體化設(shè)計(jì)建立了一個(gè)完整的整體，交替設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)其中某一個(gè)視圖進(jìn)行改動(dòng)，能自動(dòng)對(duì)另外的視圖實(shí)施改動(dòng)，這項(xiàng)功能在路線設(shè)計(jì)中是十分重要的。因?yàn)槁肪€設(shè)計(jì)是需要通過多次改動(dòng)才可以確定的，如果其中某一個(gè)方面產(chǎn)生變動(dòng)，則其它方面也會(huì)因?yàn)槭艿接绊懚黠@變動(dòng)。關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)指的是路線的平面、橫向與縱向存在很大的關(guān)聯(lián)性，一般而言就是試圖彼此聯(lián)系，在路線設(shè)計(jì)中除了要關(guān)注某一個(gè)方面，還應(yīng)兼顧到其它方面，若在設(shè)計(jì)中沒有兼顧到其它方面，則其它方面可能無法滿足設(shè)計(jì)要求。信息查詢是在不同視圖上對(duì)和路線設(shè)計(jì)有關(guān)的信息進(jìn)行標(biāo)注，這樣能為設(shè)計(jì)人員對(duì)信息的查詢提供很大方便，節(jié)省時(shí)間，避免將優(yōu)先的設(shè)計(jì)時(shí)間消耗在哪一個(gè)方面，提高設(shè)計(jì)工作效率。具體而言，路線設(shè)計(jì)中進(jìn)行平面設(shè)計(jì)時(shí)可以對(duì)某個(gè)方面實(shí)施具體設(shè)計(jì)，但也要注意其它實(shí)體，以及不同平面間存在關(guān)聯(lián)性。

1.3 模型的建立和使用

路線設(shè)計(jì)通常無法分析到地理環(huán)境方面因素的影響和限制，在這種情況下設(shè)計(jì)得到的方案會(huì)給工程建設(shè)造成很大影響，由于較多公路是不規(guī)則的形狀，對(duì)此要借助三維技術(shù)來完成路線設(shè)計(jì)，借助數(shù)字對(duì)公路起伏和土地實(shí)際狀況等實(shí)施描述，再建立相應(yīng)的直角坐標(biāo)，在坐標(biāo)原點(diǎn)上對(duì)平面、縱向與橫向坐標(biāo)進(jìn)行交替的描述。模型和工程的建設(shè)進(jìn)度等有很大關(guān)系，應(yīng)引起高度重視，否則對(duì)工程建設(shè)造成的影響將不再是一個(gè)單獨(dú)的方面。

相關(guān)設(shè)計(jì)人員在模型當(dāng)中選擇滿足要求的設(shè)計(jì)路線，利用這一模型對(duì)工程建設(shè)需要的材料和地面起伏等實(shí)際情況進(jìn)行分析判斷，再由審計(jì)人員以工程實(shí)際要求為依據(jù)對(duì)方案進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷?，最后通過技術(shù)處理獲得完整模型。在建筑材料方面，利用模型進(jìn)行具體分析能十分準(zhǔn)確的確定材料，保證工作效率和準(zhǔn)確性。更為便利的是把采用模型獲得結(jié)果和實(shí)際結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，通過對(duì)比可以找出路線設(shè)計(jì)存在的問題，并及時(shí)進(jìn)行修改，以免對(duì)后續(xù)的工程建設(shè)施工等造成不利影響。

2 可視化設(shè)計(jì)

可視化設(shè)計(jì)是指根據(jù)二維設(shè)計(jì)成果使路線設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)可視化，在最近幾年，許多專家和學(xué)者相繼開始探究公路整體三維顯示及動(dòng)畫的設(shè)計(jì)和制作，已經(jīng)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(jìn)行公路動(dòng)畫的設(shè)計(jì)和制作。該方法看起來很簡(jiǎn)單，但在實(shí)際過程中且有許多問題，包括：公路三維場(chǎng)景包含很多且十分復(fù)雜的數(shù)據(jù)，以上操作過程要耗費(fèi)大量時(shí)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(shè)計(jì)工作中發(fā)揮作用；得到公路整體動(dòng)畫以后，只能按照已經(jīng)設(shè)定好的路徑來瀏覽，并不能進(jìn)行修改，這使得設(shè)計(jì)人員和決策人員都十分被動(dòng)，沒有主動(dòng)權(quán)。對(duì)于這些問題，目前提出的研究成果采用三維實(shí)時(shí)交互式仿真技術(shù)，同時(shí)以O(shè)pen GL為基礎(chǔ)開發(fā)出新的三維平臺(tái)，該平臺(tái)可以對(duì)公路路線進(jìn)行三維顯示，而且還能實(shí)現(xiàn)交互式漫游。在這個(gè)平臺(tái)的支持下，可以解決下列兩個(gè)問題。

其一，三維場(chǎng)景建模，公路三維場(chǎng)景往往十分復(fù)雜，采用一種曲面不能一次性對(duì)模型進(jìn)行詳細(xì)描述，對(duì)此，可將分割和歸并充分結(jié)合到一起，將整個(gè)三維實(shí)體分為兩類，分別為現(xiàn)狀和虛擬景物。其中，現(xiàn)狀景物即為現(xiàn)實(shí)中現(xiàn)有景物實(shí)體，比較典型的是地形與地物；虛擬景物即為規(guī)劃設(shè)計(jì)中的實(shí)體，常見的有路基、橋梁、涵洞及隧道，以子實(shí)體自身具有的特點(diǎn)為依據(jù)，對(duì)三維造型具體途徑實(shí)施分析與研究，能對(duì)不同子實(shí)體實(shí)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(jì)算方式：先計(jì)算出拼合的交線，連接各個(gè)坡腳點(diǎn)，并在橋梁和隧道等的起終點(diǎn)上進(jìn)行斷面封閉，得到若干閉合環(huán)；然后將交線嵌入到DTM中；再于完成交線嵌入的DTM區(qū)域中植入所謂的“病毒”，使“病毒”開始吞噬每一個(gè)三角形；最后通過對(duì)模型與地形的拼合即可得到整體模型。

其二，模型簡(jiǎn)化，利用上述方法創(chuàng)建的模型存在很大復(fù)雜性，如果未能處理，則設(shè)計(jì)要等待較長(zhǎng)的時(shí)間才能瀏覽相應(yīng)的三維效果。為了對(duì)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)瀏覽，需要對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，加快計(jì)算工作效率，并減少存儲(chǔ)空間。具體的簡(jiǎn)化可以從以下幾方面入手進(jìn)行：首先，根據(jù)地形特征來簡(jiǎn)化，比如，當(dāng)?shù)匦伪容^平坦時(shí)，減少面片數(shù)，而當(dāng)?shù)匦伪容^復(fù)雜時(shí)，增加面片數(shù)。其次，對(duì)視見體進(jìn)行截取，盡管公路場(chǎng)景很大也很復(fù)雜，但可見的范圍卻是優(yōu)先的，以指定的視點(diǎn)為依據(jù)，對(duì)視野范圍內(nèi)存在的場(chǎng)景實(shí)施描述就可以，對(duì)于判別方法，以包圍球法為主；最后，在細(xì)節(jié)層次技術(shù)支持下，結(jié)合人體視覺各項(xiàng)特點(diǎn)，對(duì)視野中各類景物從多個(gè)層次入手給出描述，對(duì)與視點(diǎn)距離較近的采用密細(xì)節(jié)描述方法，而對(duì)與視點(diǎn)距離較遠(yuǎn)的采用粗細(xì)節(jié)描述。在這種情況下，利用網(wǎng)格技術(shù)，可提出基于邊折疊的簡(jiǎn)化算法，這一算法的基本步驟是：先結(jié)合地形特征建立邊折疊結(jié)合，同時(shí)對(duì)原始網(wǎng)格進(jìn)行簡(jiǎn)化，形成基網(wǎng)格；然后在操作集合支持下獲得合并樹；再以視點(diǎn)位置及方向等為依據(jù)，并充分結(jié)合準(zhǔn)則進(jìn)行邊折疊，在條件允許的情況下，還可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)分裂。在完成上述操作后，就能在層次結(jié)構(gòu)中找出當(dāng)前細(xì)節(jié)層狀技術(shù)網(wǎng)格。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，路線設(shè)計(jì)的一體化與可視化實(shí)際上并不是一項(xiàng)技術(shù)，而是路線設(shè)計(jì)伴隨公路工程建設(shè)發(fā)展需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，要想實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要借助不同的先進(jìn)技術(shù)。在實(shí)現(xiàn)了一體化和可視化的設(shè)計(jì)后，能大幅加快實(shí)際設(shè)計(jì)效率，提高路線設(shè)計(jì)的整體技術(shù)水平，解決以往路線設(shè)計(jì)中存在的各項(xiàng)問題，保證最終的路線設(shè)計(jì)質(zhì)量，為之后的工程建設(shè)等實(shí)際工作奠定良好的基礎(chǔ)。