在虛擬現(xiàn)實中設計鐵路

申請免費試用、咨詢電話：400-8352-114

地理信息系統(tǒng)平臺與衛(wèi)星影像地圖軟件可提供便利的、開放式、豐富的真實地理環(huán)境信息資源。鐵路研究單位可通過真實地理環(huán)境與設計方案有效地結(jié)合，并應用在城際鐵路、客運專線隧道與橋梁等項目中，利用虛擬現(xiàn)實技術直觀地展現(xiàn)設計方案，評價相應工程設計方案對沿線地區(qū)所產(chǎn)生的影響，實現(xiàn)工程前期設計方案的優(yōu)化和論證。

場景再現(xiàn)

在鐵路工程方案前期策劃和論證的過程中，需要直觀地表現(xiàn)出設計方案與既有線路周邊環(huán)境和地貌的融合，為方案選型提供重要的決策依據(jù)，而三維虛擬現(xiàn)實技術能夠?qū)⒐こ探ǔ珊蟮那闆r生動真實地展現(xiàn)出來。但是在實際項目中，時間緊、工作量大和基礎數(shù)據(jù)缺乏，往往使得鐵路項目的虛擬展現(xiàn)非常困難。

首先，由于鐵路線路跨度大，野外環(huán)境沿線的三維地形數(shù)據(jù)又不完備，所以無法準確真實地表示沿線地形的趨勢、地貌植被等信息; 其次，出于真實性的要求，制作工程項目的三維虛擬現(xiàn)實場景需要大量的建模和渲染工作，尤其是與城市環(huán)境相關的三維模型，但是如果沒有現(xiàn)成的數(shù)字城市模型可利用，那么只通過傳統(tǒng)的AutoCAD和3DMax建模再現(xiàn)沿線建筑環(huán)境的工作量將會非常大。所以，鐵路工程項目的虛擬展現(xiàn)需要在一個具備完整三維地形數(shù)據(jù)的平臺上，摸索出一套高效、準確、真實的工程方案場景展示方法。

結(jié)合地理信息系統(tǒng)與衛(wèi)星影像信息服務軟件，可以通過地圖、衛(wèi)星圖片和三維實景等不同的方式展示地球上任何一個區(qū)域的圖像和信息。對于工程方案的前期而言，這些系統(tǒng)提供的坐標、高程、地貌等免費的信息完全能夠滿足要求，在某些發(fā)達地區(qū)，甚至城市的三維模型都已建立，完全可以用三維的視角查看。另外通過快速三維建模工具，重點關注于在建模過程中如何快速展現(xiàn)建筑物的外部形狀和材質(zhì)，用戶通過直觀的界面和拉伸、掏空等簡單的操作，就可以很快地在地圖上疊加建筑物的三維模型，達到實景展示的目的，其建模效率比在3DMax等傳統(tǒng)軟件下的繁瑣的建模方法要提高很多。

所以，鐵路線路工程方案的展示，應該采用基于地理信息展示平臺，通過快速建模技術在衛(wèi)星影像圖上進行周邊環(huán)境的建模，再將建好的模型和三維工程設計方案模型一并導入到地理信息系統(tǒng)平臺當中去，這樣與工程相關的建筑、線路及地形環(huán)境就會“拔地而起”，可以通過指定的線路進行環(huán)境瀏覽，從而使實現(xiàn)直觀地對虛擬環(huán)境線路方案進行論證成為可能。

但是，由于快速建模技術的精度還不能完全作為詳細工程方案設計的依據(jù)，而是比較適合前期概念設計和方案選型，這也是應用中需要注意的一點。

虛擬漫游

京津城際（天津段）是在地形信息相對比較平緩的基礎上選線論證的實例，主要涉及城市路網(wǎng)、立交橋和地標建筑，特點是大部分建筑工作是規(guī)則模型，而虛擬漫游的路徑比較平滑。

首先，在系統(tǒng)中將線路方案以及沿線需要展示的環(huán)境和建筑物標注出來，對于需要以三維形式展示的環(huán)境建筑，還要現(xiàn)場拍攝建筑物的實體照片，將建筑物表面的圖片作為模型渲染貼圖的材質(zhì)。

其次，通過建模軟件在衛(wèi)星影像圖上進行三維建模，沿線樓房大部分是規(guī)則建筑，可以直接在建模軟件中建立矩形實體，并貼好材質(zhì)，進行真實感處理，再把建好的模型導入到系統(tǒng)當中。

在此基礎上，將京津城際的線路設計方案中的軌道、路基、橋墩等三維模型也按照線路走向?qū)氲较到y(tǒng)中，并定好路徑和調(diào)整攝像機位置與高度，然后進行三維動畫漫游，從而把京津城際線路與和沿線地形、地物及地貌以真實的三維模型展現(xiàn)在面前。游覽方式可采用人機交互與自動方式，全面準確地展現(xiàn)鐵路設計方案與沿線環(huán)境、建筑之間的關系和相互產(chǎn)生的影響。

充分論證

在某個穿越山區(qū)的客運專線項目中，需要論證長隧道、橋梁等關鍵控制工程的可行性，就需要在真實野外場景之上建立隧道、高架橋梁的模型，并將模型與地形融合后，利用地理信息系統(tǒng)的全方位、多視角的演示來充分論證線路選擇的合理性，從而實現(xiàn)在多山復雜地形上的應用。

由于在地理信息系統(tǒng)中具備準確的坐標、高度等信息，而衛(wèi)星圖片上也能反映出當?shù)氐牡孛?、植被特點，這為我們展示工程項目的野外環(huán)境提供了完整的基礎信息。首先，以三維地形為平臺，通過線路坐標將二維的線路平面圖疊加到真實位置; 第二步，通過快速建模軟件建立隧道、橋梁等控制工程的三維模型; 第三步，將工程模型放置到設計的線路坐標上，將工程方案與三維地形進行合成，就可以在三維的實景下展示設計方案。

通過虛擬現(xiàn)實技術手段，可以充分論證隧道或橋梁等工程設計方案的合理性、完美性以及準確性，全面和準確地評價隧道與橋梁相應工程設計方案對沿線地區(qū)所產(chǎn)生的影響。盡可能協(xié)調(diào)、避免及解決隧道與橋梁相應工程設計方案中出現(xiàn)大量切割山坡、開挖山岳崗地、填平溝壑、砍伐樹林、侵占濕地、分割草地等侵害自然地貌與生態(tài)環(huán)境的問題，使鐵路的設計充分考慮到與周圍環(huán)境之間的相互融合與協(xié)調(diào)。

以往在進行工程項目的虛擬現(xiàn)實展示的過程中，面臨著兩大難題，一是環(huán)境與地貌的數(shù)字化基礎資料不夠準確和全面，造成環(huán)境失真; 二是環(huán)境建筑需要大量、長期的建模工作，效率低、投入大、時間長。而本方法以具備三維數(shù)字化地形的地理信息系統(tǒng)平臺作為基礎，運用快速建模技術，可以快速、高效地形成工程方案的實景，對于鐵路工程項目前期進行方案論證、比選，準確評估工程與周邊環(huán)境的影響方面具有重要的實用意義。

鏈     接

鐵路設計的發(fā)展趨勢

鐵路線路設計是涉及面廣、技術性強、關系全局的總體性工作，也是一項復雜的系統(tǒng)工程。最早的鐵路線路設計手段以人工與圖板為主，逐漸發(fā)展成為甩掉圖板，運用計算機輔助設計的階段，后來又朝著平面、縱斷面、橫斷面優(yōu)化設計的方向發(fā)展。實踐證明，鐵路設計應盡快由三維設計環(huán)境向多維設計環(huán)境發(fā)展，由計算機輔助設計向人工智能設計發(fā)展，應建成數(shù)字鐵路線路的專家系統(tǒng)，這必將大大提高鐵路線路設計的生產(chǎn)效率，縮短工程周期，提高質(zhì)量。

單從虛擬現(xiàn)實技術來說，主要應用在該領域中的四個方面，即實施虛擬設計環(huán)境、實施鐵路設計中多專業(yè)協(xié)同設計、實施鐵路設計方案綜合評價、實施鐵路設計智能化。