【正文】 工具有重要的指導意義 ,可以 使決策人得到更直觀、更有效的決策信息。 削竹式隧道洞口的 隧道三維建模技術 的研究 共 42 頁 第 20 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 護墻是以隊道的一個斜斷面向上延伸的一個平面 ， 而端墻式洞口的護墻平面是以端墻為基礎向上延伸的一個平面 。 在建模設計時 ， 獨立雙洞 和 連拱雙洞都可看做是兩個單洞 ， 分別繪制 。 一般情況下 ： 我們所需要的精確度取決于模型應用本身 ， 模型的精確度越高 ，數據量就越大 ， 越不利于實時的速度顯示 。 人腦中的物體形貌在真實空間再現出來的過程 ， 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 建模技術大致可以分為兩類 ： 幾何建模和行為建模 。 隧道三維建模技術 的研究 共 42 頁 第 17 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 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 glTexImage2D ()來實現。應先調用函數glEnable(GL— LIGHTING)來啟動光照使其有效 。當漫射光垂直于物體時 ， 比傾斜狀態(tài)下更明亮。 OpenGL 模擬光源是通過假定分解發(fā)射出的光為 (LR， LG， LB)三個分量 ， 當光照射到某個表面時 ， 材質顏色為 (MR， MG， MB)， 則此表面反射光的紅、綠、藍分量是 (LR*MR， LG * MG， LB * MB)。 OpenGL 有兩個透視投影函數 ： glFrustum ()與 glPerspective ()， 雖然兩個函數參數有所不同 ， 但其作用都是 創(chuàng)建一個透視視景體 ， 生成透視投影矩陣 ， 并與當前矩陣相乘。一般 ， 視點變換在模型變換之前進行 ， 便于模型轉換率先對物體發(fā)生作用 ， 模型變換和視點變換一起構成模型視景矩陣。 圖 2. 1 OpenGL 中的三維物體在屏幕上顯示過程 （ 1） 視點變換， VT VT 變換確定了場景中三維物體的視點位置和方向 ， 在視點坐標系中進行。 OpenGL變換 我們知道 ， 在真實世界中 ， 物體都是以 三維形式 呈現的。第一類是需要進行編程的面向開發(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 )、Direct3D、 AVS/Express 開發(fā)版等。 黃金分割法的迭代效果 ： 經過第 k 次迭代后所得區(qū)間長度為初始區(qū)間長度的51()2 k? 。 在第 k+1 次迭代時選取 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?? 不必重新計算。 黃金分割法 思想 ： 通過選取試探點使包含極小點的區(qū)間不斷 縮短， 直到區(qū)間長度小到一定程度 ， 此時區(qū)間上各點的函數值均接近極小值 。 k 次 NURBS 曲線的節(jié)點矢量中兩端節(jié)點重復度取成 k+ 1 就使得曲 隧道三維建模技術 的研究 共 42 頁 第 10 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線具有同次有理貝齊爾曲線的端點幾何性 質 。 一條 k 次 NURBS 曲線可表示為一分段有理多項式矢函數 ,1,1()()()ni i i kkni i kkdNpN?????????? 其中 ( 0, , )i in? ? ??? 稱為權或權因子 (weights)， 分別與控制頂點 ( 0, , )id i n? ??? 相聯系 。但國內軟件缺乏系統(tǒng)的設計和統(tǒng)一管理 ， 行業(yè)標準化低 ， 普適性低。 近年來，國外在面向對象軟件設計的影響下，基于組件式三維地質模型 （ Com3DsGMS）軟件系統(tǒng)的研究發(fā)展迅速，如 Intergraph 稱該公司已經進入組件式 GIS 的時代，在 Jupite 計劃中，正在移植和開發(fā)多種組件式的 GIS。 二十世紀六十年代以后，伴隨著地理信息系統(tǒng)的出現，逐步形成了地質建模和地形可視化的概念。 它具有高效、安全、受環(huán)境條件的約束較少、可改變時間比例尺等優(yōu)點 ， 已成為分析、設計、運行、評價、培訓系統(tǒng) (尤其是復雜系統(tǒng) )的重要工具 。它既 能使線路順直 ， 避免無謂的展延 ， 縮短線路 ； 又可使線路坡度變小 ， 改善運營條件 ， 提高運力 ， 節(jié)省財力。因此 ， 為設計人員提供更為直觀的三維可視化隧道地質模型有助于其對地下巖體的地層結構、地質特征等信息進行綜合考慮 ， 提高施工效率 ， 將隧道開挖風險盡量降低。因此，在隧道工程施工過程中，弄清地下巖體的地質特征、地 層結構、地質分布規(guī)律以及隧道開挖風險參數，對于安全、 科學地規(guī)劃隧道施工無疑至關重要。 通過系統(tǒng)運行 ,展示了三維地質體模型、鐵路隧道的三維模型及鐵路隧道內部地質剖面 ,能夠有效實現對地質資源的數據管理、三維自動建模、三維可視化和空間分析等操作。因此 ， 對鐵路 隧道 涉及相關技術研究的需求迫在眉睫。 三維仿真系統(tǒng)使用計算機仿真技術 ， 通過模擬施工作業(yè)現場的設備、環(huán)境等關鍵要素 ， 創(chuàng)建仿真場景 ， 并以此為平臺 ， 直觀的進行作業(yè)現場的危險點分析和控制措施布置 ， 解決了以往平面顯示對復雜的環(huán)境進行安全措施及危險點的分析情況等反應不全面的問題 ， 為檢修方案的制定 ， 安全措施的布置 ， 人員的分工安排等提供一個逼真的模擬現場 ， 方便施工管理人員和技術人員進行施工前 隧道三維建模技術 的研究 共 42 頁 第 6 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 的技術交底、班前會的召開 ， 能夠為工作人員提供一個三維的仿真現場 ， 使其身臨其境 ， 是現場工作的較好的應用軟件 。 19961999 年在英國 Leeds、新西蘭 Otago、英國 Bristot、美國弗吉尼亞州Fredericsburg 分別舉行了地質計算機會議，其內容包括地質建模、地形模擬和地形可視化。 國內在地質建模和地形可視化方面并不如發(fā)達國家研究的那么早，國內應用普及率尚還不高。接著分析隧道 橫通道的數學模型 ， 利用 OpenGL 繪圖函數 ，繪出 隧道的通道門及其橫通道 。 , ()ikN ? 是由節(jié)點矢量 ? ?01, , ,i n kU ? ? ? ??? ??? ???按如下遞推公式決定的 k 次規(guī)范 B 樣條基函數 。 定義：設 ()fx是區(qū)間 ? ?,ab 上的一元函數， x 是 ()fx在 ? ?,ab 上的極小點，且對任意的 1x ， 2x ? ? ?,ab ， 12xx? ，有 （ a） 當 2xx? 時， 12( ) ( )f x f x? ； （ b） 當 1xx? 時， 12( ) ( )f x f x? 。假設進行第 k 次迭代前? ?,kkx a b? ，取 ? ?,kkab??? ，規(guī)定 kk??? 。令 1 1 1 2( )a b a? ? ? ?， 1 1 1 8 ( )a b a? ? ? ? 計算 1()f? 與 1()f ? ，并令 k=1。 因此 ， 這種方法的適應面相當廣 。 隧道三維建模技術 的研究 共 42 頁 第 13 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 坐標系統(tǒng)是將三維物體和二維數據關聯起來的唯一紐帶 ， 在物體所在空間中定義一個世界坐標系以數字化三維物體 ， 其也稱為全局坐標系。同理 ， 將三維物體顯示在二 維屏幕上也同樣需要經過視點變換 (Viewing Transformation)、模型變換(Modeling Transformation)、投影變換 (Projection Transformation)及視口變換 (Viewport Transformation)等步驟。執(zhí)行視點變換的命令和執(zhí)行物體模型 隧道三維建模技術 的研究 共 42 頁 第 14 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 變換的命令是相同。三種模型變換函數分別為 ： 旋轉變換 ， 平移變換 ， 縮放、反射變換 。正射投影與透視投影最大的區(qū)別就是物體距離視點的遠 隧道三維建模技術 的研究 共 42 頁 第 15 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 近不影響投影后物體的大小 ， 如圖 所示。環(huán)境光是由光源發(fā)出并通過環(huán)境散射的不特定方向的光。 （ 2） 創(chuàng)建所有的光源并對其進行選擇、定位。 OpenGL 中紋理是顏色、亮度等數據的簡單矩陣陣列。 OpenGL 紋理過濾函數 ： Void glTexParameter{if}[v](GLenum target， GLenum pname, TYPE param)； 進行紋理貼圖時 ， 可以直接將紋理圖像貼到物體上替代原色 ， 也可與原色融合。 沒有行為的物體或是對用戶交 互沒有任何反映的對象 ， 在虛擬環(huán)境中是沒有意義的 ， 因此我們要建立的是兩種建模技術有機結合的虛擬環(huán)境 。 隧道三維建模技術 的研究 共 42 頁 第 19 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ （ 3） 易用性 。 上部圓弧曲線是由三段不同半徑的圓弧組合而成 ， 在組合點處圓弧兩兩連續(xù) 。 （ 4） 考慮到整個隧道仿真系統(tǒng)的顯示速度 ， 減少當前視野段內模型的數據計算量 ， 需對隧道進行分段顯示 。 公路隧道橫斷面一般為半圓形或半橢圓形 ,是由三個不同半徑的圓弧 0R 、 1R 、 2R拼接而成 （ 當為半圓形時 01RR? )