立交橋三維虛擬場景漫游

摘 要 立交橋三維虛擬場景漫游是對立交橋的三維虛擬場景建模與指定路徑的實時漫游，該項目可以應用在三維車載導航、城市規劃、城市信息化交通網絡、游戲、橋梁設計、電影等領域，具有一定的學術價值和應用價值。

關鍵詞 立交橋 三維 虛擬場景

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A

1 項目學術價值

該項目是立交橋三維虛擬場景建模與指定路徑的實時漫游，基于圖像的繪制技術，應用三維視景仿真建模軟件（MultiGen Creator）和三維實時仿真軟件（MultiGen Vega）對場景建模和路徑漫游，相對于傳統的基于多邊形繪制技術具有更加簡單的三維建模工作，同時使場景更加真實，圖形生成速度更快。利用高性能的計算機、計算機圖形學及紋理技術，對立交橋場景建模和路徑的實時漫游，使計算機圖形學、計算機視覺、虛擬實時漫游等理論知識得到深入和完善。對立交橋虛擬場景建模的研究者具有一定的參考價值。

2 應用價值

應用領域：三維車載導航、城市規劃、城市信息化交通網絡、游戲、橋梁設計、電影等虛擬場景，通過虛擬技術實現，減少了人力、物力、財力等直接的損失。在現實生活中，可以應用到基于二維電子地圖的車載系統，提供一個交互式的高逼真的虛擬場景，有效解決了司機們在復雜道路交叉口面對簡單的路徑引導無能為力的現狀。同時對立交橋橋面維護進行場景虛擬，大大減少了政府的財務支出。

3 具體研究

3.1 研究目標

利用微型計算機設計出立交橋三維虛擬場景漫游仿真軟件，實現對立交橋三維虛擬場景建模和路徑的實時漫游。

3.2 研究內容

（1）對現實中，某座立交橋的設計方式的簡單分析；（2）對這座立交橋上的各個路線的簡單分析；（3）建立立交橋三維虛擬模型，分別對四個橋面段建模；（4）對立交橋周圍部分環境的建模，包括樹木、標志性性建筑等；（5）基于道路中心線的指定路徑實時漫游實現。

3.3 研究方法

（1）基于計算機圖形學，應用MultiGen Creator，建立基于圖像繪制的立交橋場景模型，對直線橋面段、下坡彎道橋面段、平直下坡橋面段、平直彎道橋面段四個模型的建立；（2）為了增加立交橋三維虛擬的逼真性，對立交橋周圍部分景物場景建模，樹木、建筑物；（3）對立交橋上車輛各個路線的分析，建立汽車在立交橋上指定路徑的實時漫游；（4）最后對立交橋虛擬漫游軟件測試，保證其的逼真性和穩定性。

4 創新點

基于圖像繪制技術構建三維的立交橋仿真模型，使得虛擬場景更具逼真性、交互性。利用微型計算機將現實與虛擬結合起來，對立交橋及其周圍環境進行完美仿真。同時在微型計算機中將成果生成軟件，并應用于汽車導航系統當中，彌補了汽車導航系統在立交橋復雜路口的不足之處。

5 特色

該項目是計算機圖形學與計算機視覺的結合，一方面能促進這兩門交叉學科理論知識的深入發展和完善，另外，該項目使虛擬場景在美觀的基礎上更具逼真，在仿真領域取得了新的突破。

6 關鍵技術

第一、基于圖像繪制技術的三維立交橋及其周圍環境的建模；第二、應用三維視景仿真建模軟件（Multi Creator）對立交橋場景模擬中直線橋面段、下坡彎道橋面段、平直下坡橋面段、平直彎道橋面段四個模型的建立；第三、橋面建模當中要求橋面兩端的參考線為共面平行或交錯平行，因此在建立交橋面參考線時使用創建平行線的工具來保證參考線的絕對平行；第四、兩段橋面連接時，為了保證橋面之間的圓滑過渡要求，第一橋面段的出口坡度參數與第二橋面段的入口坡度參數一致；第五、在繪制過程中的紋理技術、動態生成視點替用特效技術和處理技術；第六、應用三維實時仿真軟件（MultiGen Vega）對指定路徑的實時漫游的具體實現，包括創建立交橋對象、添加汽車場景、設置碰撞檢測、設置運動方式、創建角色對象、設置角色對象運動方式、設置漫游路徑、設置路線導航器、指定漫游路徑實現路徑的實時漫游；第七、后期的繪制、渲染、檢測及維護。

7 實驗方案和技術路線

（1）查閱相關資料，全面的了解和認識計算機圖形學、計算機視覺、基于圖像繪制的技術等理論知識，收集立交橋的設計方式、立交橋上各個路線等相關資料，進一步對立交橋的場景模型、其周圍環境的場（下轉第32頁）（上接第30頁）景模型、指定路徑的實時漫游進行深刻的理論探討研究；在認真理解基于圖像繪制方法的基礎上，研究如何更簡單、逼真、美觀的建立出各個場景的三維虛擬模型。

（2）應用三維視景仿真建模軟件（MultiGen Creator）對立交橋場景模型建立，分四個模塊：直線橋面段、下坡彎道橋面段、平直下坡橋面段、平直彎道橋面段四個模型的建立。

（3）基于圖像繪制技術，應用三維實時仿真軟件（MultiGen Vega）通過創建立交橋對象、添加場景、設置碰撞檢測、設置運動方式、創建角色對象、設置角色對象運動方式、設置漫游路徑、設置路線導航器、指定漫游路徑實現路徑的實時漫游。

（4）利用VC++軟件系統設計和實現，在繪制過程中使用紋理映射技術進行場景渲染，動態生成視點替用特效技術和混色處理技術增強真實感同時又提高仿真的實時性。

8 國內外研究現狀分析

當今社會經濟快速發展，城市人口越來越多，交通壓力越來越大，立交橋在城市交通中發揮著重要的作用。隨著虛擬技術的發展，基于圖像繪制的場景建模和實時漫游，是目前虛擬場景漫游設計的主流技術。虛擬漫游技術已廣泛應用于各個領域，如虛擬校園系統，建筑領域尤其是對房屋、橋梁的虛擬漫游，但對立交橋的虛擬漫游是近來的熱點，有較強的應用價值。

參考文獻

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