【正文】 上部圓弧半 徑 中間圓弧半 徑 下部圓弧半 徑 夾角 1 beginzh endzh 0R 1R 2R ? 2 beginzh endzh \ 1R 2R \ 隧道的三維仿真設(shè)計(jì) ， 是基于 VC++， 運(yùn)用 OpenGL 中的繪圖函數(shù) ， 將離散樁號(hào)處的隧道橫斷面上的點(diǎn)依次相連繪制而成 ， 效果如圖 ， 所示： 圖 4. 2 隧道段 圖 4. 3 隧道內(nèi)部三維模型 隧道三維建模技術(shù) 的研究 共 42 頁(yè) 第 23 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ （ 1） 任一樁號(hào)隧道 斷面基本數(shù)據(jù)的獲得 在隧道的計(jì)算過程中 ， 已知隧道的起始樁號(hào) beginzh 和終止樁號(hào) endzh ， 考慮到數(shù)據(jù)量因素 ， 我們往往選取符合應(yīng)用的合適步長(zhǎng) Step， 則所分樁號(hào)個(gè)數(shù)為 1end beginzh zhN Ste p????????? 所得樁號(hào)數(shù)組為 0 1 1, , , Nzh zh zh ???? 通過 隧道 數(shù)據(jù)表可直接得到 beginzh 和 endzh 處的斷面基本數(shù)據(jù) 。 隧道標(biāo)準(zhǔn)斷面如下圖 ： 圖 4. 1 隧道標(biāo)準(zhǔn)斷面 公路隧道橫斷面的類型 ,是指隧道起拱線以上圓弧段的形狀 。 隧道 三維模型的建立對(duì)于 隧道 施工具有重要的指導(dǎo)意義 ,可以 使決策人得到更直觀、更有效的決策信息。 我們將詳細(xì)分析三維 隧道 模型的各部分構(gòu)造 ， 有機(jī)布置結(jié)合 ， 實(shí)現(xiàn)隧道的三維仿真 。 削竹式隧道洞口的 隧道三維建模技術(shù) 的研究 共 42 頁(yè) 第 20 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 護(hù)墻是以隊(duì)道的一個(gè)斜斷面向上延伸的一個(gè)平面 ， 而端墻式洞口的護(hù)墻平面是以端墻為基礎(chǔ)向上延伸的一個(gè)平面 。 下部曲線由直線段和該斷面處路面的豎曲線組成 。 在建模設(shè)計(jì)時(shí) ， 獨(dú)立雙洞 和 連拱雙洞都可看做是兩個(gè)單洞 ， 分別繪制 。 在實(shí)際應(yīng)用中 ， 所需要?jiǎng)?chuàng)建的模型往往是比較復(fù)雜的 ， 建模過程中 ： 應(yīng)在 盡 可能精確表現(xiàn)模型的前提下 ， 創(chuàng)建一個(gè)比較容易的好的模型 ， 以利于我們的建模計(jì)算 。 一般情況下 ： 我們所需要的精確度取決于模型應(yīng)用本身 ， 模型的精確度越高 ，數(shù)據(jù)量就越大 ， 越不利于實(shí)時(shí)的速度顯示 。 對(duì)于隧道三維場(chǎng)景的建模 ， 行駛于路線上的車輛屬于行為建模 。 人腦中的物體形貌在真實(shí)空間再現(xiàn)出來(lái)的過程 ， 就是三維建模的過程 .三維模型的信息源描述如下圖所示 ： 圖 3. 1 建模信息描述圖 建模技術(shù)大致可以分為兩類 ： 幾何建模和行為建模 。OpenGL 用 于紋理貼圖方式的函數(shù)為 ： Void glTexEnv{if} [v](GLenum target， GLenum pname， TYPE param)； 在 OpenGL 中 ， 許多信息是由頂點(diǎn)傳遞的 ， 同樣 ， 每個(gè)頂點(diǎn)也應(yīng)賦予一個(gè)紋理坐標(biāo) ， 以確定紋理單元的分配及紋理元素的映射方式。 隧道三維建模技術(shù) 的研究 共 42 頁(yè) 第 17 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 2. 5 OpenGL 紋理貼圖步驟 定義紋理有兩種方法 ： 連續(xù)法和離散法 ， 離散法 較常用 ， 用函數(shù) glTexImage2D ()來(lái)實(shí)現(xiàn)。紋理映射的方法在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中運(yùn)用甚廣 ， 不同于僅表示景物形狀的傳統(tǒng)方法的是紋理映射 利用圖像對(duì)物體表面的微觀細(xì)節(jié)進(jìn)行表達(dá) ， 提高真實(shí)感。應(yīng)先調(diào)用函數(shù)glEnable(GL— LIGHTING)來(lái)啟動(dòng)光照使其有效 。 （ 3） 確定一種光照模型 ,創(chuàng)建模型并設(shè)置計(jì)算光照的視點(diǎn)坐標(biāo) ,環(huán)境光由光 照模型定義。當(dāng)漫射光垂直于物體時(shí) ， 比傾斜狀態(tài)下更明亮。被環(huán)境光所照射的表面將光源發(fā)出的光向各個(gè)方向均勻地反射。 OpenGL 模擬光源是通過假定分解發(fā)射出的光為 (LR， LG， LB)三個(gè)分量 ， 當(dāng)光照射到某個(gè)表面時(shí) ， 材質(zhì)顏色為 (MR， MG， MB)， 則此表面反射光的紅、綠、藍(lán)分量是 (LR*MR， LG * MG， LB * MB)。 圖 2. 3 OpenGL 的正投影模式 OpenGL光照 OpenGL 光照很大 程度上決定了三維圖形繪制的逼真性和真實(shí)感 ， 光照可以模擬明暗或濃淡效果 ， 少了光照 ， 虛擬世界就少了了層次感、立體感和 繽紛 的色彩 。 OpenGL 有兩個(gè)透視投影函數(shù) ： glFrustum ()與 glPerspective ()， 雖然兩個(gè)函數(shù)參數(shù)有所不同 ， 但其作用都是 創(chuàng)建一個(gè)透視視景體 ， 生成透視投影矩陣 ， 并與當(dāng)前矩陣相乘。 （ 3）投影變換， PT PT 變換主要是定義視景體 ， 就像選擇相機(jī)鏡頭 ， 保留需要的部分 ， 裁掉視景體外多余的部分。一般 ， 視點(diǎn)變換在模型變換之前進(jìn)行 ， 便于模型轉(zhuǎn)換率先對(duì)物體發(fā)生作用 ， 模型變換和視點(diǎn)變換一起構(gòu)成模型視景矩陣。以照相為例 ， 相機(jī)等同于視點(diǎn) ， 拍照時(shí)既可移動(dòng)相機(jī) ， 也可移動(dòng)物體來(lái)對(duì)準(zhǔn)物體模型。 圖 2. 1 OpenGL 中的三維物體在屏幕上顯示過程 （ 1） 視點(diǎn)變換， VT VT 變換確定了場(chǎng)景中三維物體的視點(diǎn)位置和方向 ， 在視點(diǎn)坐標(biāo)系中進(jìn)行。由前所述 ， 三維圖形的顯示過程如圖 所示。 OpenGL變換 我們知道 ， 在真實(shí)世界中 ， 物體都是以 三維形式 呈現(xiàn)的。它是一個(gè)右手笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng) ， 全局坐標(biāo)系是恒定不變的。第一類是需要進(jìn)行編程的面向開發(fā)的可視化工具 ， 具有良好的靈活性 ， 如 OpenGL(Open Graphics Library， 開放式圖形庫(kù) )、Direct3D、 AVS/Express 開發(fā)版等。 鐵路 隧道 的三維可視化是三維地形生成的重要組成部分 ， 能使 鐵路隧道 三維模型直觀、形象、逼真、交互地顯示在電腦屏幕上。 黃金分割法的迭代效果 ： 經(jīng)過第 k 次迭代后所得區(qū)間長(zhǎng)度為初始區(qū)間長(zhǎng)度的51()2 k? 。 （ 2） 若 kkba???，停止，且2kkbax ??。 在第 k+1 次迭代時(shí)選取 11,kk????， 則由 ()式有 21 1 1 1( ) ( )k k k k k k ka b a a b a? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? 如果令 2 1???? ，則 1kk??? ? ，因此 1k?? 不必重新計(jì)算。計(jì)算 ()kf? 和 ()kf ? ，分兩種情況： （ 1） 若 ( ) ( )kkff??? ，則令 1kka ?? ? ， 1kkbb? ? ； （ 2） 若 ( ) ( )kkff??? ，則令 1kkaa? ? ， 1kkb ?? ? 。 黃金分割法 思想 ： 通過選取試探點(diǎn)使包含極小點(diǎn)的區(qū)間不斷 縮短， 直到區(qū)間長(zhǎng)度小到一定程度 ， 此時(shí)區(qū)間上各點(diǎn)的函數(shù)值均接近極小值 。 則稱 ()fx是單峰函數(shù)。 k 次 NURBS 曲線的節(jié)點(diǎn)矢量中兩端節(jié)點(diǎn)重復(fù)度取成 k+ 1 就使得曲 隧道三維建模技術(shù) 的研究 共 42 頁(yè) 第 10 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線具有同次有理貝齊爾曲線的端點(diǎn)幾何性 質(zhì) 。 1，若 1ii? ? ???? , ()ikN ? = 0， 其他 , ()ikN ? = 1, 1 1 , 111( ) ( )i i ki k i ki k i i k iNN? ? ? ???? ? ? ???? ? ?? ? ? ???? 規(guī)定 0 00? 對(duì)于 NURBS 開曲線 ， 常將兩端節(jié)點(diǎn)的重復(fù)度取為 k+1， 即 01 k? ? ?? ???? ，1 2 1n n n k? ? ?? ? ? ?? ? ???。 一條 k 次 NURBS 曲線可表示為一分段有理多項(xiàng)式矢函數(shù) ,1,1()()()ni i i kkni i kkdNpN?????????? 其中 ( 0, , )i in? ? ??? 稱為權(quán)或權(quán)因子 (weights)， 分別與控制頂點(diǎn) ( 0, , )id i n? ??? 相聯(lián)系 。最后簡(jiǎn)要分析 隧道三維模型仿真設(shè)計(jì)中 的 若干技 術(shù)應(yīng)用 。但國(guó)內(nèi)軟件缺乏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和統(tǒng)一管理 ， 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化低 ， 普適性低。但我國(guó)地理 形勢(shì)復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造多樣，很多工作才剛剛起步，數(shù)據(jù)模型尚處于探索和嘗試階段。 近年來(lái)，國(guó)外在面向?qū)ο筌浖O(shè)計(jì)的影響下，基于組件式三維地質(zhì)模型 （ Com3DsGMS）軟件系統(tǒng)的研究發(fā)展迅速，如 Intergraph 稱該公司已經(jīng)進(jìn)入組件式 GIS 的時(shí)代，在 Jupite 計(jì)劃中，正在移植和開發(fā)多種組件式的 GIS。 1997 年國(guó)際數(shù)學(xué)地質(zhì)會(huì)議在巴塞羅那召開。 二十世紀(jì)六十年代以后，伴隨著地理信息系統(tǒng)的出現(xiàn)，逐步形成了地質(zhì)建模和地形可視化的概念。 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 ， 特別是社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 ， 對(duì)交通運(yùn)輸?shù)男枨竺黠@增長(zhǎng) ，高速 公路的建設(shè)越來(lái)越多 ，隧道 是高速公路不可缺少的重要組成部分 。 它具有高效、安全、受環(huán)境條件的約束較少、可改變時(shí)間比例尺等優(yōu)點(diǎn) ， 已成為分析、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、評(píng)價(jià)、培訓(xùn)系統(tǒng) (尤其是復(fù)雜系統(tǒng) )的重要工具 。 隨著交通建設(shè)事業(yè)的發(fā)展 ， 鐵路 隧道設(shè)計(jì)形式繁多 ， 建設(shè)形式 、 構(gòu)造越發(fā)復(fù)雜多樣 ， 這使設(shè)計(jì)、審評(píng)、施工、維護(hù)等工作都受到了嚴(yán)峻考驗(yàn) ， 基于二維地圖和實(shí)物模型的傳統(tǒng)表現(xiàn)方式很難滿足日益復(fù)雜的形勢(shì)。它既 能使線路順直 ， 避免無(wú)謂的展延 ， 縮短線路 ； 又可使線路坡度變小 ， 改善運(yùn)營(yíng)條件 ， 提高運(yùn)力 ， 節(jié)省財(cái)力。本研究以以人為本的科學(xué)發(fā)展觀的精神 ,對(duì)于在鐵路工程建設(shè)中應(yīng)用先進(jìn)技術(shù) ,實(shí)現(xiàn)科學(xué)的管理、設(shè)計(jì) ,提高施工安全性等方面具有現(xiàn)實(shí)意義 ,為我們的鐵路隧道工程建設(shè)進(jìn)入世界先進(jìn)水平做出了具有一定價(jià)值的研究。因此 ， 為設(shè)計(jì)人員提供更為直觀的三維可視化隧道地質(zhì)模型有助于其對(duì)地下巖體的地層結(jié)構(gòu)、地質(zhì)特征等信息進(jìn)行綜合考慮 ， 提高施工效率 ， 將隧道開挖風(fēng)險(xiǎn)盡量降低。 隨著我國(guó)綜合國(guó)力的不斷增強(qiáng) ， 鐵路行業(yè)突飛猛進(jìn)地發(fā)展 ， 這對(duì)鐵路隧道設(shè)計(jì)、評(píng)審、施工、維護(hù)等方面都提出了更高的要求 ， 傳統(tǒng)的基于二維地圖和實(shí)物模型的表現(xiàn)方式已難以滿足對(duì)各方面的需要。因此，在隧道工程施工過程中，弄清地下巖體的地質(zhì)特征、地 層結(jié)構(gòu)、地質(zhì)分布規(guī)律以及隧道開挖風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)，對(duì)于安全、 科學(xué)地規(guī)劃隧道施工無(wú)疑至關(guān)重要。鐵路隧道圍巖的復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)結(jié)構(gòu)都會(huì)對(duì)施工過程產(chǎn)生重要影響。 通過系統(tǒng)運(yùn)行 ,展示了三維地質(zhì)體模型、鐵路隧道的三維模型及鐵路隧道內(nèi)部地質(zhì)剖面 ,能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)資源的數(shù)據(jù)管理、三維自動(dòng)建模、三維可視化和空間分析等操作。s plex diversity of tunnel design, construction, form, construct mode, is developed based on expressions of the traditional 2D maps and mockups. How to achieve a 3D visual model of the geological model, tunnel model, and analysis of the geology, can not be ignored in the railway construction. In this paper, we obtain the threedimensional simulation of the tunnel by us