[發明專利]一種盾構隧道三維仿真方法

在審

• 申請號: 201810066941.3
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108230442A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 郭春生;王令文;宮瑋清;張幸鋮;楊驍;劉蝶
• 申請（專利權）人: 上海巖土工程勘察設計研究院有限公司
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 孟旭彤

一種盾構隧道三維仿真方法，包括：采用三維激光掃描儀獲取隧道三維點云，每個點包含目標三維坐標數據(X,Y,Z)和目標反射強度信息I；根據點云數據的坐標數據構建隧道具有真實尺寸的三維結構模型，令三維結構模型任意一點的在UV坐標系下的坐標為(u,v)；計算三維結構模型上每個點的(X,Y,Z)與(u,v)的坐標轉換關系。利用點云數據的反射強度信息插值生成隧道管片的二維灰度影像圖，影像圖中每個像素信息中包含對應三維坐標(X,Y,Z)；計算二維灰度影像圖中像素在UV坐標系下的坐標；根據UV坐標實現三維結構模型與灰度影像的融合，最終生成三維結構模型內部渲染圖，該渲染圖是對盾構隧道內部影像的仿真。

技術領域

本發明屬于隧道施工技術領域，特別涉及一種盾構隧道三維仿真方法。

背景技術

目前，常見的隧道三維模型主要用于模擬施工和三維展示，構建方法通常是通過設計數據構建隧道的幾何尺寸，利用管片材料的圖片進行紋理映射。傳統方法構建三維模型存在以下三個問題：

1、模型尺寸通過設計數據構建的，因此三維模型不具有量測意義，無法表達隧道的變形情況。

2、因為隧道是一種狹長形的大型建筑，因此隧道模型的表面紋理多通過隧道管片材料的材質圖片進行貼圖，例如采用混凝土的顆粒狀圖片來表達隧道管片的“紋路”，因此該方法生成的模型紋理只是一種視覺上的近似表達，無法反應隧道表面的真實現狀。

3、傳統的模型貼圖方法中，模型與圖片一般都是通過不同途徑獲得，兩者之間的坐標系統相互獨立，很難建立相互的對應關系。

申請號為201610976264.X的專利文件，公開了“一種盾構隧道結構模型生成方法，包括步驟：S1：利用一三維激光掃描儀掃描一待建模隧道獲得所述待建模隧道的一三維點云數據；

S2：確定所述三維點云數據的三維軸線坐標數據和里程數據；

S3：將所述三維點云數據分割形成多個環管片，并根據所述里程數據給每一所述環管片對應一里程數值；

S4：根據所述里程數值和所述三維軸線坐標數據獲得每一所述環管片的橫斷面點云數據；

S5：將每一所述橫斷面點云數據參數化，形成每一所述環管片的橫斷面參數模型；

S6：構建每一所述環管片的參數化族；

S7：根據所述參數化族，拼合全部的所述橫斷面參數模型，形成一隧道結構模型”。

上述技術方案是一種基于點云數據構建隧道結構模型的方法，該方法生成的隧道模型在結構尺寸方面與隧道真實情況一致，但該方法未考慮隧道的紋理信息，不能反應隧道表觀的健康狀態。

發明內容

本發明的實施例提供一種盾構隧道三維仿真方法，針對三維結構模型解決了現有模型展示時，表面紋理與真實情況差別很大的問題，提供了一種幾乎真實的盾構隧道內部三維結構模型影像的展示。

本發明的盾構隧道三維仿真方法，包括以下步驟：

采用三維激光掃描儀獲取隧道三維點云，每個點包含目標三維坐標數據(X,Y,Z)和目標反射強度信息I；

根據點云數據的坐標數據構建隧道具有真實尺寸的三維結構模型，令三維結構模型任意一點的在UV坐標系下的坐標為(u,v)；

計算三維結構模型上每個點的(X,Y,Z)與(u,v)的坐標轉換關系，記

利用點云數據的反射強度信息插值生成隧道管片的二維灰度影像圖，影像圖中每個像素信息中包含對應三維坐標(X,Y,Z)；根據公式(1)，計算二維灰度影像圖中像素在UV坐標系下的坐標。