公路透视图CAD的开发

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1、 年 月 第 卷第 期 长 沙铁道学 院学报 一种 是在二维 平面土 通过计 算物点在透视画面上的坐标来生成透视图 7 7耳 6 7 7 7 7 7 9 7 7 7 4 77 7 7 一 一 修改日期 一 一 第一作者蒲浩 男 岁 助教 湖南省科委项目 第 期蒲浩等 公路透视图 6的开发 的设计 8 先前 由于非直线结构的道路不易使用 投影 画法进行投影转换 为绘制透视图带来了一 定 的困难 随着现代计算机的飞速发展 可使这一难题得到较圆满的解决 8 本文阐述透视图原理 透视图的计算与绘制 并结合湖南省科委课题 公路路线 6系统 就绘制公路透视图的计 算机软件的开发工作做二简介 8 透视图的原

2、理 透视图是中心投影的某个立体影象 其几何性质与相片成象完全一样 是将空 间的三维立 体按照视觉印象的特征形成平面二维图象 8 公路 路线可视为由很多点组成 如 图 所示 设点 为 其上 的某一 点 它 在平 纵 图上对应为 则 点 在 画面 上的透视点为 8 丫乙 岛 二6 一 一 于 6视 轴 同理 幻 二6 一 一口 二万 8 刀 图 式中 物 点纵坐标 视点以上为正 以下为负 物点横坐标 视点以右为 正 以左为负 物 点在 画面上的透视纵坐标 物点在 画面上的透视横坐标 显然 公 路上每一点都有相 应的透视点 连接这些透视点即 构成 公路 的透视图 8 公路透视图的计算和绘制 8 数据

3、的来源 航空测量 地 面测量和既有地形 图数字化 通过这三种方式的任一种可以获取数字地形模 型原始数据 通过相应的计算机软件 便可生成 数字地 形模型 利用数模可以实现任一设计平 面方案纵横断面 地面高程的自动计算 继 而形成地面纵横断面 以进行平面 纵断面 和横断面 的工程设计 而且为透视图的计算提供了平 纵 横设计资料 8 8 数据结构 的选 用 公路透视图是靠连续 多个横断面上的折线角点 坐标绘制的 如 图 所示 有了每一 里 程桩 号的横断面 就有 了该横断 面上任一 点的三维坐标 要绘透视图首先要获 取这一大批三维点的 数据 采 用什么样的 数据结构管理这些数据使得运算过程简单 层次

4、分明 条理清楚 这是 一个 要着重解决的问题 8 鉴于每下横断面的数据类型 数据量的大小及其在透视图计算中所经 历的 长沙 铁 道学院学报 年 运算过程都很类似 所以采用链表作 为存储结构 每个横断面就构成了链 表上的一个结点 而每个结点空 间采 用动态分配 8 下面定义了一个链表结 点 它包括了每个横断面在透视图计 算中所涉及到的信息 8 7 7 该横断面里 程 图 7 仁 刀该横断面左侧设计点 和地面点坐标 刀该横断面右侧设计点和地面点 坐标 形 刀该横断面中点坐标 7 心 刀 该横断面左侧点数和右侧点数 5 刀 判别是否为桥 隧 及填挖标识符 7关 7 8 物点坐标计算及绘图 常规的作法

5、是将横断面上的折线角点 借助平 纵面资料通过三个坐标系 即横断面二维 坐标系 路线三维坐标系和视轴三维坐标系 求得物点在透视画面 的二维坐标 即着眼 于二维 坐标系 人为地将公路这一三维实体转化 为二维实体 它的目标是计算出公路在透视画面上的 坐标 8 笔者最初采用这种方法计算出了物点在透视画面的坐标 并绘出了如 图 所示 的全景透 视图 在实现的过程中不可避免的会碰到这祥两个 问题 9 横断面间距的选取 它的取值原则是要做到近处宜密 远处 宜疏 但 疏的程 度 密的程度无法定量描述 也就是说很难选 择一 个合理的比例来分配横断面间距 使其做到近 密远疏 而又要使软件具有一定的通用性 可以适用

6、 不 同的用 户需求 8 9 隐藏线消除 在绘制透视图 时 必 须除去那些看 不见的线条 即隐藏线 才能使图形清晰 具有立体感 如果将不 一续鑫缪襄给 给 图 可见线条也画 出来 则 整个 图形 不但立体感不强 甚 至成了 一幅杂乱的谁也看不懂的图形 8 然 而 检出隐藏线却是一 个难题 原 因是公路这一带状几何形状既不 能 用一 个 一 9 刃函数 表达 又不能看成为一个有规则的多面体9凸的或凹的 再加 上 还要判别每一线段 是 否 被遮 挡 包括线段是否可见 完全不可见或部分不可见 自然是相当困难了 8 图 是采用了多种方法结合起来消隐的结果 首先采用 峰值线法 检出初 定的横断 面可 见

7、线 继而根据多重条件判别横断面之间连线的隐藏线 最 后把横断面连线的可见线与前面 初 定的横断面可见线比较 再次采用 峰值线法 确定横断面真正 的 可见线 8 但这样做很难消 隐 彻底 尤其在视点降低 隐藏线增 多时 这种情况就越有可能 出现 8 第 期蒲浩等 公路透视图 6 的开发 8 按三维坐标系绘制透视图 如果我们着眼于三维空间 在三维空间中生成公路实体 然后根据透视图原理模拟出照相 机拍摄三维实体的全过程 生成的 照片 就是拟建公路的透视图 8 几 一 一 一 一 该方法的实施步骤是 先通过横断面二维 坐标系和路线三维坐标系两个坐标系的转换 及平 纵面资料 计算出横断面各折线角点 的

8、三维大地坐标 在三维空间中生成三维立体 模 型 利用 6 有关透视观察命令模拟照 相机拍摄三维实体的过程 然 后对生成的图片 消隐 在消隐过程中 笔者通过修改实体数据 库的方法开发 了一 系列可以改变 任意 一个三 维面或边的可见性的命令 再 结合 口 6 的消隐命令 最终得到了消隐彻底 的透视图 8 一 卜一一 一一一一一一 一 图 这样 不仅无须将公路的路 线三维坐标转 化为透视画面坐标 使计算过程简化 而且也无 须考虑 横断面 间距按什么 比例去分配 以实 现透视图的近大远小 近密远疏 出 图也较前述方法 美观 如 图 绘公路透视图软件的开发 利用 上述原理 笔者开发了一套完整的绘公路透

9、视图的软件 用户 只须输入几个必要的设 计参数 就可获 得满意的透视图 这些参数包括 9 前视图或后视图9面向起点为后视 面向终点为前视 9 透视段里程9缺省时为整条线路的起点桩和终点桩 注 里程输入可用编辑框输入 也可用滚动条输入 并自动考虑断链桩 8 9 视点位置9缺省为距中线右侧 离路面 8 9 结果显 示9两种方式 以幻灯片形式显示结果 以图形文件形 式保存结果 或两者兼而 有之 9 透视图视距 长度9缺省 为 9 视 点间距9即 画面前移的步 长 缺省为 用 户如 果全部选用缺省值 只须在弹出对话框时 按 钮 若不 用缺省值 也可输入您 指 定的任何设计参数 8 设 计参数设 置好了

10、 拾取 钮 屏幕便一幅接一幅地显 示公路全景透视图 如果视点 间距取 得适 当小 则计算机屏幕上可模拟 出司机观察路面 的漫游效果 8 该软件的功能包括 9 可完成一 条线路任意指定路段的透视图 8 9 可以通过任意设 置视点 完成诸如驾驶员透视图 鸟瞰图 路 肩 透视图等 各种类型透 视图 8 9 可以以幻灯片文件存贮结果9省时 间 空 间 供微机上 显 示 也可以61 文件形 式存 贮结果9供绘图机上 出 图 8 9 每幅 图透视段长度可任意指定 视点间隔可任意指定 8 长 沙铁 道学院学报 年 9 桥 隧处均以简单而 明 了的方式表达出来 8 值得一提的是 本软件将在应用中广泛收集用 户

11、意见 以完善和扩充其功能 8 软件的发展展望 因为该透视图的生成是在三维空间中形成的 所以今后可以运用 6 5 60 等软件对 每幅图做渲染和着色处理 这将会产生更加 生动逼真的画 面 此外 还可以进一步对渲染之 后 的图做动画制作 则可以实现大屏幕显示线路全景透视图 这无疑将会大大提高设计质量 参考文献 交通部 第二设计院 8 微机公路 路线设计 系统 8 人民交通出版社 日 宕间滋等著 8 透 视图法在公路设 计中的应用 8 人民交通出版 社 唐勇 8 道路 工 程电算 8 成都科 技大学出版社 詹振炎 裘伯永教授等人又有两项成果通过鉴定 月 日 由土建院詹振 炎 裘伯永教授等人完成的 铁

12、路桥式方案计算机辅助设计 系 统 和 斜拉 桥智能化计算机辅助设计系统 两项目鉴定会在 我院召开 铁道部科技 司 为组 织 及 主持鉴 定单位 部科技 司工务 处杨志宏 辛 学 忠等到会指导 另有 名路内专家参加会 议 我院党委书记田家瑞 副 院长侯振挺教授 段承慈教授参加 了会议 铁路 桥式方案计算机辅助设计系统 覆盖 了桥渡水文 地基基础 墩 台 桥梁上部结构 优化 设计 专家系统等多学科的内容 具有跨学科综合性 设计不确 定性的难度 该系统填补 了 我 国桥梁一体化设计的空白 为国内首创 具有国际先进水平 斜 拉桥智能化计算机辅助设计系统 覆盖 了预应力硷斜拉桥初步设计的绝大部分内容 可用于初步设计 该系统具有国内领先水平 9科研处 陈其夫