三維可視化
[0080] I. 1數(shù)字地面模型（DTM)概念：
[0081] 數(shù)字地面模型（Digital Terrain Model)，簡稱DTM，是用大量的三維坐標(biāo)X、y、z 對地形表面形態(tài)等多種信息的一個數(shù)字表示。由于數(shù)模原始數(shù)據(jù)點的分布形式不同，數(shù)據(jù) 采集的方式不同，以及數(shù)據(jù)處理、內(nèi)插的方法不同和最后的輸出格式不同等原因，數(shù)字地面 模型分為很多種類。而數(shù)模的組織形式、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其數(shù)據(jù)處理方式又取決于原始地形數(shù) 據(jù)的分布形式，所以根據(jù)數(shù)模中已知數(shù)據(jù)點的分布形式劃分?jǐn)?shù)模類型，數(shù)字地面模型可以 分為規(guī)則數(shù)模和不規(guī)則數(shù)模。規(guī)劃數(shù)模是指原始數(shù)據(jù)點之間有固定的聯(lián)系，具體體現(xiàn)在模 型格網(wǎng)是規(guī)則等距，這種數(shù)模具有輸出簡單，數(shù)據(jù)檢索和內(nèi)插簡單快速，最大缺點是不能適 應(yīng)地形的變化；不規(guī)則數(shù)模是指原始地形數(shù)據(jù)點之間無任何聯(lián)系，數(shù)據(jù)點是隨機(jī)分布的，以 不規(guī)則三角網(wǎng)（Triangulated Irregular Networks)模型為主，其優(yōu)點是能較好的適應(yīng)地 形變化，內(nèi)插精度高，可以表示任意形狀的區(qū)域邊界。所以本發(fā)明地形建模模塊采用就是基 于TIN三角網(wǎng)數(shù)字地面模型。
[0082] 1. 2地形數(shù)據(jù)采集
[0083] 建立數(shù)字地面模型，首要環(huán)節(jié)就是地形數(shù)據(jù)的采集。目前在實用中常采用的數(shù)據(jù) 采集方式有三種：由航測儀器從航空照片上獲得地形數(shù)據(jù)；從已有地形圖上由數(shù)字化儀輸 入地形數(shù)據(jù)；由可記錄量測數(shù)據(jù)的電子經(jīng)煒儀、全站式速測儀器從野外實測獲得地形數(shù)據(jù)。
[0084] 用航測方法采集數(shù)據(jù)能直觀地觀察地表形態(tài)，工作環(huán)境好，可以隨意和方便地控 制地形點的分布和密度，所得到的地形信息可靠、精度高。特別是隨著航測在公路測試方面 的應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，大多設(shè)計院的大比例尺地形圖也是由航測獲得的，通過航測來獲取地 形數(shù)據(jù)越來越成為主流。航測采集數(shù)據(jù)還有一個優(yōu)點就是航測使用的解析測圖儀在測圖是 可以附帶記錄測圖信息，不需特意為建立數(shù)字地面模型而重新采集，這給數(shù)據(jù)采集帶來了 極大的方便，所以航測數(shù)據(jù)采集是目前在大規(guī)模公路測設(shè)狀態(tài)下最理想、最易接受和推廣 的數(shù)模數(shù)據(jù)采集方式。
[0085] 利用航測采集地形數(shù)據(jù)，由于點的分布與密度是隨意控制的，特別適宜大范圍的 已知點要求較多的基于TIN三角網(wǎng)的數(shù)字地面模型，故本發(fā)明的地形建模的數(shù)據(jù)來源也是 通過航測手段采集的。
[0086] 1. 3地形數(shù)據(jù)預(yù)處理
[0087] 原始地形數(shù)據(jù)采集后，經(jīng)過Iroad道路設(shè)計軟件處理可以轉(zhuǎn)換成三維地形采樣 點，但由于原始地形數(shù)據(jù)點密度大且數(shù)量大，難免出現(xiàn)一些錯誤點和奇異點，因些有必要對 散點地形數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，在保證地形基本細(xì)節(jié)特征的前提下，對散點數(shù)據(jù)進(jìn)行簡化，剔出 錯誤點和奇異點，這樣不但可以保證地形的正常模擬，還有利于提高數(shù)據(jù)檢索和內(nèi)插效率， 減少系統(tǒng)資源消耗。
[0088] 本發(fā)明在對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡化時，采用層次細(xì)節(jié)模型（LOD)，即在保證地形完整的前提 下，刪除地形的非特征點，自適應(yīng)地降低地形場景的復(fù)雜度，減少系統(tǒng)數(shù)據(jù)冗余，提高系統(tǒng) 幀率。LOD技術(shù)能很好的解決海量地形數(shù)據(jù)處理與系統(tǒng)有限的渲染能力之間的矛盾。
[0089] 2、三維道路建模及可視化
[0090] 2. 1、道路模型的構(gòu)建方法
[0091] 道路模型的構(gòu)建是基于下述思想：道路建成后，原來的地面由建成的道路表面代 替，從這個角度觀察道路表面，它實際上是地面的一部分。所以，可以用一般建立地表模型 的方法建立道路模型。
[0092] (1)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備
[0093] 道路模型表面可由道路中心線、道路路基邊緣線、道路邊坡線組成的封閉的多邊 形組成。當(dāng)，把這些表達(dá)道路模型表面的線作為特征線。在進(jìn)行完道路的平、縱、橫設(shè)計后， 即可按照需要的斷面距離計算這些特征線的三維坐標(biāo)，一般為20米一個斷面，也可根據(jù)需 要加密。把所得三維坐標(biāo)按照所在特征線沿路線前進(jìn)方向進(jìn)行記錄。
[0094] (2)數(shù)據(jù)管理和組織
[0095] 本發(fā)明在DEM數(shù)據(jù)組織與管理上采用了 Windows獨有的文件映射技術(shù)。運用該技 術(shù)，達(dá)到了 DEM數(shù)據(jù)在時空上的最佳組合狀態(tài)。同時，在基于32位的機(jī)器上，可處理的數(shù)據(jù) 量為180X108GB，以最少的系統(tǒng)資源獲得最快的幾何查詢及處理速度。
[0096] 文件映射步驟如下：
[0097] ①調(diào)用CreateFile函數(shù)打開要映射的文件；調(diào)用CreateFileMapping函數(shù)，其中 要求傳入之前CreateFile函數(shù)返回的句柄，該函數(shù)在CreateFile函數(shù)創(chuàng)建的文件對象基 礎(chǔ)上生成一個的內(nèi)存映射對象；
[0098] ②調(diào)用MapViewOfFile函數(shù)映射整個文件的一個區(qū)域或者整個文件到內(nèi)存。該函
[0099] 數(shù)返回指向映射到內(nèi)存的第一個字節(jié)的指針；用該指針來讀寫文件；
[0100] ③調(diào)用UnmapViewOtFile函數(shù)來解除文件映射；
[0101] ④調(diào)用CloseHandle函數(shù)來關(guān)閉內(nèi)存映射文件。注意必須傳入內(nèi)存映射文件的句 柄；
[0102] ⑤調(diào)用CloseHmldle函數(shù)來關(guān)閉文件。注意必須傳入由CreateFile函數(shù)創(chuàng)建的 文件的旬柄。
[0103] 2. 2、道路無縫鏈接模型的構(gòu)建方法
[0104] 構(gòu)建無縫鏈接模型的難點是：在設(shè)計面區(qū)域內(nèi)，存在有地形數(shù)掘點。建立無縫鏈接 模型時，處于設(shè)計面區(qū)域內(nèi)的地形數(shù)據(jù)點不可以參與構(gòu)網(wǎng)。設(shè)計面區(qū)域是多個復(fù)雜的不規(guī) 則區(qū)域。本發(fā)明建立道路模型采用分塊建立，即按照公路路段分段，再通過拼接建立整條道 路的模型，這樣分的目的在于利用逐點插入法建立道路無縫鏈接模型時，對落在道路區(qū)域 內(nèi)的地形點能夠快速判斷并剔除出去。
[0105] (1)地形模型的建立
[0106] 考慮到帶狀地形特征和路面的限制條件，系統(tǒng)選擇TIN來表達(dá)地形，對于三維公 路表達(dá)除了點狀地物（如路燈等）外所有地物模型只要是與地形模型相交的都應(yīng)該被鑲嵌 在地形模型中成為地形模型中的一部分或一層這樣才能在三維顯示時取得正確的表達(dá)效 果。因此，路面及其構(gòu)造物必須鑲嵌在地形模型中，應(yīng)該用道路模型替換地形模型中屬于此 范圍的三角形使得地面模型和道路模型無縫地集成在一起。具體思路是：先建立地形模型 然后將設(shè)計數(shù)據(jù)的外圍輪廓線提出來，一個外圍輪廓線組成一個平面多邊形，將該多邊形 按約束邊對TIN進(jìn)行插值處理，并將該多邊形內(nèi)的三角形剔除；
[0107] (2)路面模型建立
[0108] 道路模型的構(gòu)建思想：道路建成后，原來的地面由建成的道路表面代替，從這個角 度觀察道路表面，它實際上是地面的一部分，所以可以用一般建立地表模型的方法建立道 路模型。
[0109] 道路模型表面可由道路中心線、道路路基邊緣線、道路坡腳線組成的封閉多邊形 組成。當(dāng)然為了更細(xì)致的表達(dá)道路細(xì)節(jié)，也可加入道路中央分隔帶線、路肩邊緣線、道路邊 坡坡溝線等。把這些表達(dá)道路模型表面的線作為特征線。在進(jìn)行完道路的平、縱、橫設(shè)計 后，即可按照需要的斷面距離計算這些特征線的三維坐標(biāo)，一般為一個斷面，也可根據(jù)需要 加密，把所得三維坐標(biāo)按照所在特征線沿路線前進(jìn)方向進(jìn)行記錄。本發(fā)明建立道路模型采 用逐點插入算法。
[0110] 本發(fā)明定義道路的中線、路基邊緣線、邊坡坡頂坡溝線為地形特征線，這樣在建立 三角形時就能顧及到道路表面的實際形狀。
[0111] 公路設(shè)計數(shù)據(jù)主要有縱、橫斷面數(shù)據(jù)，縱斷面其實是道路中心線，一般以里程粧號 表示，主要包括粧號，三維坐標(biāo)（X、Y、Z)和方位角（A)橫斷面設(shè)計數(shù)據(jù)包括粧號、偏距、高程 和編碼等。編碼說明點的類型如路邊、水溝、邊坡等，通過編碼可以確定相鄰斷面之間點的 連接關(guān)系，左邊和右邊用單雙號區(qū)分。根據(jù)縱橫斷面信息，可求出所有橫斷面上各點的三維 坐標(biāo)按順序存入頂點坐標(biāo)數(shù)組計算公式為：
[0112] X = x0+d · cos A · y = y〇+d · sin A
[0113] 式中Xc^ytl為中心線粧號點坐標(biāo)，A為橫斷面方位角。
[0114] 基本步驟如下：
[0115] ①建立道路模型；
[0116] ②提取道路模型邊界，并產(chǎn)生邊界文件。；
[0117] ③導(dǎo)入地形點，讀取邊界文件，逐點判斷地形點是否落在道路模型區(qū)域內(nèi)，如果 否，則加入到模型中，并按Delaunay法則生成三角網(wǎng)。如果是落在道路模型區(qū)域內(nèi)，；
[0118] ④建立道路模型；
[0119] (3)道路附屬設(shè)施三維模型的建立
[0120] 將三維模型分為三類：①具有幾何形態(tài)的不變性和表面材質(zhì)、紋理的相似性，具有 重要的形狀和位置特征，如路燈等；②具