虛擬環境線路方案展現與論證

吳耀良 張 靜 時 濤 劉芷辰

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司, 天津 300142)

《利用Google Earth進行虛擬環境線路設計方案論證及方案演示》項目開發是基于GE免費的平臺,利用現有的資料及技術,通過Google Sketch Up建模軟件，在GE所提供的衛星影像圖上進行建模,再將Google Sketch Up軟件建好的模型導入到GE當中去,這樣在GE軟件中與工程相關的建筑、線路及地形環境就會拔地而起,通過在GE軟件環境中制作線路環境瀏覽,從而構成虛擬環境線路方案論證及方案演示系統。

1 京津城際(天津段)的應用

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,主要設計城市路網、立交橋和地標建筑,特點是大部分建筑工作是規則模型和平滑路徑。

圖1 京津城際(天津段)真實照片

圖2 京津城際(天津段)GE上圖片

圖3 京津城際(天津段)三維建模圖片

圖4 京津城際(天津段)三維動畫漫游路徑圖片

圖1～圖4展示了京津城際(天津段)應用的一個過程。圖1是京津城際(天津段)新開路橋及周圍建筑物真實照片。圖2顯示京津城際(天津段)GE上圖片,在圖片上用色塊表示了一些建筑物，用紅色線條表示了京津城際線位。圖3展示了京津城際(天津段)三維建模圖片,在圖2上對色塊表示的建筑物,通過Google Sketch Up建模軟件，在GE所提供的衛星影像圖上進行三維建模,貼好材質,進行真實感處理,再把建好的模型導入到GE當中去。圖4展現了京津城際(天津段)三維動畫漫游路徑圖片,在圖3基礎上,定好路徑和調整攝像機位置與高度,然后進行三維動畫漫游。

京津城際(天津段)的應用,是在京津城際開通運營后,運用《利用Google Earth進行虛擬環境線路設計方案論證及方案演示》項目后第一個應用實例。該成果實現了京津城際(天津段)動態三維可視化游覽,游覽方式可采用人機交互與自動方式，全面和準確地展現京津城際(天津段)鐵路設計方案和對沿線地區所產生的影響。真正地再現京津城際(天津段)與周圍環境之間的相互融合、協調、交相輝映的景觀。

2 石太客運專線隧道與橋梁工程的應用

石太客運專線隧道與橋梁工程虛擬環境方案,展示了這項技術在多山復雜地形上的完美應用。通過在這種山區地形之上建立山區、隧道、高架橋梁的模型，并將模型與地形達到完美融合后,通過GE的全方位、多視角的演示來充分論證線路選擇的合理性。

圖5 石太客運專線在GE上位置

圖5展現了石太客運專線在GE上真實位置,并把石太客運專線線路平面示意圖疊加到GE上。圖6表示了石太客運專線太行山隧道、南梁隧道以及相應模型圖片。這些模型基于設計資料與實際地形,通過Google Sketch Up建模軟件在GE所提供的衛星影像圖上進行三維建模而形成。圖7展示了石太客運專線孤山大橋以及相應模型圖片,這些模型基于設計資料與實際地形,通過Google Sketch Up建模軟件在GE所提供的衛星影像圖上進行三維建模而形成。

石太客運專線隧道與橋梁工程的應用,是在石太客運專線開通運營之前,運用《利用Google Earth進行虛擬環境線路設計方案論證及方案演示》項目后第二個應用實例。可通過虛擬現實技術手段,來充分論證隧道與橋梁工程設計的合理性、完美性以及準確性。全面和準確地評價隧道與橋梁工程設計方案對沿線地區所產生的影響。盡可能協調、避免及解決隧道與橋梁工程設計方案中出現大量切割山坡、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環境的問題,使我國的鐵路設計真正形成與周圍環境之間的相互融合、協調。

圖6 石太客運專線太行山隧道與南梁隧道

圖7 石太客運專線孤山大橋

3 合肥“空中列車”項目的應用

合肥“空中列車”項目是鐵三院前期投標項目。合肥作為安徽省會城市,要在城市中心建立空中客車,其項目本身在全國尚屬首例,沒有任何借鑒之處。為了做好這個項目,我們充分做好了項目前期工作,前往合肥進行項目現場踏勘,對項目涉及地點、建筑物進行現場拍照與攝像,設計和制定項目腳本。把合肥“空中列車”項目所涉及地點范圍及線路,疊加到GE上。并針對“空中客車”實際的高度,按比例調整好線路的高度。在設定好的線路上,加設8個站點,用圖標的方式顯示。

運用SketchUP在設定好線路與在站位的GE上截圖建模。截圖只有平面輪廓,并未涉及高度與建筑物詳細外形,這就涉及到模型真實性的問題。通過現場照片與攝像資料的采集,可獲得建筑物層數、外觀基本數據。以此,為使建模更具真實性,采用合成照片制成模型貼圖,較真實的還原了建筑物原貌。沿著線位區域性建模,過多的模型會影響后期GE的瀏覽速度。把全部模型引入GE,對不合適的線路和站點進行微調。調整好線路與站點后,利用GE地標的說明功能,對重點站點加入已制作好的渲染圖。點擊突出標示的重點站點,即彈出站位名稱與圖片。在此基礎上,定好路徑和調整攝像機位置與高度,然后進行三維動畫漫游。記錄三維動畫漫游過程,形成.avi文件。

圖8 合肥空中列車線路在GE上位置

圖9 合肥空中列車線路沿途的部分三維建筑模型

圖10 合肥空中列車阜陽路橋站效果

圖8～圖12展示了合肥“空中列車”項目應用的一個過程；圖8展現了合肥“空中列車”線路在GE上真實位置；圖9表示合肥“空中列車”線路沿途的部分三維建筑模型,導入到合肥市GE上；圖10展示合肥“空中列車”阜陽路橋站效果圖；圖11表示合肥“空中列車”阜陽路橋站站點信息導入界面；圖12展示進行三維動畫漫游形成.avi文件過程。

通過虛擬現實技術手段,充分展示合肥“空中列車”線路的走向,論證設計方案合理性、完美性以及準確性，全面和準確地評價合肥“空中列車”項目對沿線地區所產生的影響，盡可能直觀地給甲方提供合肥“空中列車”項目技術可行性與工程預算。

圖11 合肥空中列車阜陽路橋站站點信息導入

圖12 進行三維動畫漫游形成.avi文件

4 結束語

通過以上三個應用實例,充分顯示了運用《利用Google Earth進行虛擬環境線路設計方案論證及方案演示》項目，在鐵路、公路、城市軌道交通及市政設計等領域中發揮的重要作用,并成為必不可少的技術手段。它不僅給設計者在足不出戶的情況下提供模擬現場踏勘選線論證的方式,同時也使選線方案演示更加形象、生動和逼真,能為選線前期方案比選及方案論證提供更好的論證支持。目前深圳地鐵7號線等項目都相繼采用《利用Google Earth進行虛擬環境線路設計方案論證及方案演示》來進行項目前期方案比選及方案論證。

[1]劉強,漆波.sketchup效果圖設計完全解析[M].北京：兵器工業出版社,2007

[2]江寬，等.Google API開發詳解：Google Maps與Google Earth雙劍合璧[M].北京：電子工業出版社,2008

[3]周元興,等.Google入門與實例教程[M].北京：電子工業出版社,2007

[4]張金霞.HTML網頁設計參考手冊[M].北京：清華大學出版社,2006