[發明專利]參數驅動的高速鐵路橋梁自適應多層次三維可視化方法

有效

• 申請號: 201910997752.2
• 申請日: 2019-10-21
• 公開（公告）號: CN110766790B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 王華;韓祖杰;劉小龍;趙文;寧新穩;張恒;黃漪
• 申請（專利權）人: 中國鐵路設計集團有限公司
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 天津賽凌知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 12270
• 代理人: 黃彩榮

1.一種參數驅動的高速鐵路橋梁自適應多層次三維可視化方法，包括以下步驟：

S1，高速鐵路橋梁細節層次模型制作：根據高速鐵路橋梁全生命周期信息特點與工程管理需求，設置定位層、矢量層和實體層，所述實體層進一步細化為設計實體層、施工實體層和運維實體層，根據多尺度瀏覽的需求，對所述設計實體層、施工實體層和運維實體層以參數驅動幾何形體的抽象，構造尺度實體層；

S2，高速鐵路橋梁細節層次模型組織管理：高速鐵路橋梁細節層次模型以松散的方式存儲，通過建立對象、版本、空間、時間連接來構造復雜的多維網狀組織關系，支撐細節層次模型的自適應動態調度；

S3，高速鐵路橋梁細節層次模型自適應動態調度：基于高速鐵路橋梁細節層次模型及細節層次模型之間的多維網狀組織關系，增加調度解析模塊，將包括空間、時間、版本、工程應用在內的查詢命令解算為調度條件集，實現矢量、實體模型的復雜和一體化調度及虛擬環境下的分類渲染；

其中，步驟S1包括以下步驟：

S1-1：在定位層，構建工程項目中所有橋梁的首層LOD模型；

S1-2：在矢量層，構建工程項目中所有橋梁的第二層LOD模型；

S1-3：在實體層，進一步細化為設計實體層、施工實體層和運維實體層；

S1-4：參數驅動幾何抽象，構造尺度LOD模型；

步驟S1-1采取以下步驟：

第一步，將每個橋梁工點的首層LOD模型定義為多個三維注記點的集合，每個三維注記點包括點的三維坐標和兩個屬性字段；

第二步，查詢所有參數版本，依次從各參數版本中逐一抽取橋梁工點的首層LOD模型參數，包括工點名稱、所屬線路名稱、起始里程、終止里程、橋臺名稱與中心里程、橋墩編號與中心里程；

第三步，為各參數版本中每個橋梁工點的定位LOD模型填充數值：

首先，添加當前版本橋梁工點首層LOD模型，向屬性字段寫入工點名稱、版本編碼、線路名稱；第二，添加起始注記點，向屬性字段寫入起始里程；第三，添加終止注記點，向屬性字段寫入終止里程；第四，逐一添加橋臺注記點，向屬性字段寫入橋臺名稱與中心里程；最后，添加橋墩注記點，向屬性字段寫入橋墩編號與中心里程；

步驟S1-3具體包括：

S1-3-1，構造橋梁的設計實體LOD模型，采取以下步驟：

第一步，將每個橋梁工點的設計實體LOD模型定義為兩個三維實體集合與屬性字段，三維實體集合分別為墩臺實體集與梁段實體集，墩臺實體集由橋梁工點的所有墩臺的三維實體集組成，每個墩臺的三維實體集包括樁實體集、承臺實體集、墩身實體集與一個屬性字段，樁實體集包括每根樁的三維實體和一個屬性字段，承臺實體包括每級承臺的三維實體和一個屬性字段，墩身實體集包括墩身實體、椎體實體、漸變板實體；梁段實體集由橋梁工點的所有梁段的三維實體組成；

第二步，在S1-2的基礎上，從各版本參數中逐一抽取橋梁工點的設計實體參數，包括每個墩臺樁幾何參數、墩臺墩身的幾何參數、梁體截面參數；

第三步，為每個橋梁工點的設計實體LOD模型填充數值：首先，添加當前版本橋梁工點設計實體LOD模型，向屬性字段寫入工點名稱與版本編碼；第二，創建墩臺實體集與梁段實體集；第三，向墩臺實體集逐一添加每個墩臺的三維實體集，若當前墩臺為橋臺，向其屬性字段寫入橋臺名稱，否則向其屬性字段寫入橋墩編號；第四，向墩臺的三維實體集中添加墩身實體集，以墩臺的架梁點為原點，根據墩臺墩身的幾何參數，采用參數化建模的方法構造墩身實體、椎體實體、漸變板實體，并將其加入墩身實體集中；第五，向墩臺的三維實體集中添加承臺實體集，從下向上依次向承臺實體集中添加每級承臺，向其屬性字段寫入承臺編號，以每級承臺底面中心為原點，根據幾何參數，采用參數化建模的方法構造承臺實體并加入到承臺實體集中；第六，向墩臺的三維實體集中添加樁實體集，從左向右、從上向下依次向樁實體集中添加每根樁，向其屬性字段寫入樁編號，以每根樁頂面中心為原點，根據幾何參數，采用參數化建模的方法構造樁實體并加入到樁實體集中；第七，向梁段實體集逐一添加每個梁段的三維實體，向其屬性字段寫入梁段編號，以梁段頂面中心為原點，獲取梁段范圍內所有梁體截面參數，采用參數化建模的方法構造梁段實體并加入到梁段實體集中；

S1-3-2，構造橋梁的施工實體LOD模型，步驟如下：

第一，在已有設計實體LOD模型的基礎上進行施工深化，包括結構細化與信息補充兩種情況，所述結構細化包括：首先抽取已有設計實體LOD模型的參數，然后抽取模型的施工深化參數，最后采用參數化建模的方法將待細化的單一部件擴充為三維實體集，以墩身分塊澆筑為例，抽取對應墩身設計參數中的幾何形體參數，抽取施工深化參數中的墩身分塊高度，復制設計實體LOD模型，將墩身實體替換為墩身實體集，每個墩身實體包含墩身分塊實體模型與一個屬性字段，向墩身實體的屬性字段寫入分塊編號，采用參數化建模的方法構造墩身分塊實體模型，將墩身實體加入到墩身實體集中；所述信息補充包括：首先判斷分項工程類別為下部工程、上部工程或其他，若分項工程為其他，則新增輔助實體集，然后，若分項工程為上部工程或下部工程，抽取已有設計實體LOD模型的參數，再抽取模型的施工深化參數，否則只抽取模型的施工深化參數，最后采用參數化建模的方法建立三維實體模型，并將其加入到相應實體集中；

第二，設計變更：首先在參數集中添加新版本參數；然后根據新版本參數重復S1-1、S1-2、S1-3-1構造定位層、矢量層及設計實體LOD模型；最后，采用S1-3-2中施工深化方法構造橋梁的施工實體LOD模型；

S1-3-3：構造橋梁的運維實體LOD模型，包括：

首先，抽取最后一版施工實體LOD模型的參數，第二，根據運維管理的需求，采用參數驅動的方法對施工實體LOD模型進行簡化，并輸出為運維實體LOD模型，第三，抽取運維參數，對已生成的簡化實體LOD模型進行局部修改，最后，采用S1-3-2中施工深化的信息補充方法添加附屬運維實體模型；

步驟S1-4具全包括：

第一步，根據可視化場景的大小、硬件渲染效率、應用需求精度及實體的復雜程度確定幾何抽象的級數；

第二步，逐一抽取設計實體LOD模型、施工實體LOD模型、運維實體LOD模型，將其設置為當前實體模型；從參數集中抽取當前實體模型對應的版本參數；根據幾何抽象級數，逐級進行參數驅動的幾何抽象，包括幾何體抽象與紋理抽象，幾何體抽象計算當前抽象級版本參數中圓、橢圓、弧線段的曲線構造點數，采用參數化建模的方法生成簡化實體，紋理抽象計算當前抽象級的分辨率，對紋理圖片進行降采樣處理，降低紋理貼圖精度；

步驟S2具體包括：

S2-1，建立高速鐵路橋梁LOD模型的對象連接：首先，以工點名稱為依據抽取LOD模型，建立抽取模型的一級對象關聯；然后，遍歷一級關聯對象的墩臺模型，以橋臺名稱或橋墩編號為依據建立墩臺二級對象關聯，遍歷一級關聯對象的梁段模型，以梁段編號為依據建立梁段二級對象關聯；最后，遍歷墩臺二級對象，分別以樁編號、承臺號、墩身塊編號為依據建立墩臺三級對象關聯，遍歷梁段二級對象，以梁塊編號為依據建立梁段三級對象關聯；

S2-2，建立高速鐵路橋梁LOD模型的版本連接：首先，根據設計變更建立參數版本的一級索引；第二，遍歷版本的一級索引，根據索引內部細節信息更新的時間建立版本的二級索引；最后，分別以版本的兩級索引為依據，抽取LOD模型，建立抽取模型的兩級版本關聯；

S2-3，建立高速鐵路橋梁LOD模型的時空連接，以虛擬場景為世界坐標系，為LOD模型添加空間位置與姿態信息，以工程周期為時間軸為LOD模型添加時間信息；

步驟S2-3包括以下步驟：

首先，建立高速鐵路橋梁LOD模型的空間定位和尺度連接，空間定位采用分級定位、層級繼承的方法，根據里程值、線路名稱、三維中線計算定位層LOD模型在虛擬場景中的位置和姿態建立一級空間定位，矢量層LOD模型繼承一級空間定位信息，根據中心矢量、范圍矢量與高度矢量進行位置與姿態調整建立二級空間定位，實體層LOD模型繼承二級空間定位信息，以定位基準為原點進行實體模型的位置與姿態調整建立三級空間定位，尺度LOD模型繼承設計、施工、運維實體LOD模型的三級空間定位信息，采用均勻分布的方法，由底層向上建立尺度關聯；

然后，建立高速鐵路橋梁LOD模型的時間連接，根據工程周期建立一級時間定位，根據信息更新的時間細化時間軸，形成二級時間定位，最后，以信息更新時間為依據，分層逐一為LOD模型添加二級時間定位。