【正文】 01, , , Mzh zh zh??? 通道門個(gè)數(shù)為 l,每個(gè)通道門有左右兩側(cè)兩個(gè)控制樁 (通道門位于它左右兩側(cè)的控制樁內(nèi) ),通道門口控制樁號(hào)數(shù)組為 ? ? ? ? ? ? ? ?0 1 0 10 , 0 , , 1 , 1zh zh zh l zh l??? ? ? 首先確定有效的加寬點(diǎn)樁號(hào) (當(dāng)加寬點(diǎn)位于 隧道 外、某個(gè)通道門的控制樁內(nèi)或與初始所分樁號(hào)重合 ， 則視為無效 )， 其個(gè)數(shù)設(shè)為 n， 通過如下步驟實(shí)現(xiàn) ： 隧道三維建模技術(shù) 的研究 共 42 頁(yè) 第 25 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊。 39。 a r c s in ( s in ( ) )hHR? ? ??? ? ? 則圓弧起始點(diǎn)到點(diǎn) P 的弧長(zhǎng)為 39。( c o s( ) , sin ( ) )CP P R ? ? ? ?? ? ? ? ? （ ） 指定高度處弧長(zhǎng)和坐標(biāo)的求取 設(shè)圓弧的圓心坐標(biāo)為半徑為 R， 所求點(diǎn) P 與圓心 CP 的縱向差為 h， 圓弧起始點(diǎn)和圓心的縱向差為 H ， 圓弧起始點(diǎn)與水平線的夾角為 ? ， 則有 39。 LR?? 所求點(diǎn) P 為 39。 隧道三維建模技術(shù) 的研究 共 42 頁(yè) 第 22 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 表 4. 1 隧道數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) 編號(hào) 起始樁 號(hào) 終止樁 號(hào) 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) 。 隧道數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如下 ： 首先存儲(chǔ)隧道的起始樁號(hào) beginzh 和終止樁號(hào) endzh ,隧道數(shù)據(jù)表中存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如下表。 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 。 隧道的繪制是按照施工圖紙給定的樁號(hào)進(jìn)行的 。 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。 隧道作為高速公路不可缺少的一部分 ,也一直備受的關(guān)注 。 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 。 橫通道按功能可分為人行橫通道和車行橫通道 ，橫通道洞口是直線 — 圓弧 — 直線的一個(gè)組合曲線 。 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 。 洞口斜斷面是過一個(gè)直斷面底部和另一個(gè)直斷面頂部的半橢圓形曲線 ， 無法通過數(shù)據(jù)庫(kù)的提供的基本數(shù)據(jù)直接得到 ， 需要 進(jìn)行 求交計(jì)算 。 下部曲線由直線段和該斷面處路面的豎曲線組成 。 根據(jù)參數(shù)化 建模技術(shù) ， 將隧道分為隧道內(nèi)部、隧道洞門和隧道橫通道三部分 ， 對(duì)隧道建模具體分析如下 ： （ 1）隧道 內(nèi)部橫斷面曲線 ： 隧道橫斷面曲線以隧道內(nèi)臺(tái)階上部為界 ， 可分為上部圓弧曲線和下部曲線 。 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 。 是指要盡可能的擴(kuò)大它所能表示的物體的范圍 ， 相似類型的模型 ，盡可能用數(shù)量少的模型創(chuàng)建來 。 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 。 在應(yīng)用開發(fā)的過程中 ， 我們往往希望行為建模的模型實(shí)時(shí)顯示的速度越快越好 。 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 。 是指模型表示現(xiàn)實(shí)物體的精確程度 。 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 。 而行為建模又稱為運(yùn)動(dòng)控制 ， 用來描述物體的運(yùn)動(dòng)行為特征 。 人腦中的物體形貌在真實(shí)空間再現(xiàn)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(shù)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(shù) 的研究 共 42 頁(yè) 第 18 頁(yè) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第三章 隧道三維仿真建模 三維 場(chǎng)景 建模是虛擬環(huán)境的重要環(huán)節(jié) ， 是虛擬環(huán)境軟 件開發(fā)不可缺少的組成部分 。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。紋理映射的過程實(shí)際上是從紋理圖像空間 映射到幀 緩沖圖像空間的過程 ， 必然需要重構(gòu)紋理圖像 ， 此時(shí)紋理圖像單元和屏幕像素單元的大小往往不能夠一對(duì)一匹配 ， 會(huì)造成圖像的失真此時(shí)就需要紋理過濾。 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 ()來實(shí)現(xiàn)。通俗地說 ， 紋理就是圖片 ， 紋理貼圖技術(shù)就是把紋理圖片貼到物體對(duì)應(yīng)的表面上 ， 展現(xiàn)出希望的圖案、顏色和凹凸感等。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。 OpenGL紋理貼圖 真實(shí)世界中，物體的表面都有各種紋理 ， 想要真實(shí)地繪制三維物體 ， 在光照處理基礎(chǔ)上 ， 還應(yīng)顯示其紋理 ， 使物體表現(xiàn)得更加真實(shí)。應(yīng)先調(diào)用函數(shù)glEnable(GL— LIGHTING)來啟動(dòng)光照使其有效 。 OpenGL 中要求必須明確指出光照有效與否。 （ 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。物體相對(duì)光源的指向是由法線確定的。當(dāng)漫射光垂直于物體時(shí) ， 比傾斜狀態(tài)下更明亮。在OpenGL 中 ， 反射光能夠增加物體的亮度。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。鏡面光是從一定方向發(fā)出并朝另一方向反射出去。 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)。通常情況下 ， 高的逼真度是以復(fù)雜的光照模型和大批的計(jì)算為代價(jià)的。 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 。 圖 2. 2 OpenGL 的透視投影模型 正射投影 ， 其作用就是創(chuàng)建一個(gè)平行視景體 ， 即長(zhǎng)方體空間區(qū)域 ， 生成一個(gè)正射投影矩陣并與當(dāng)前矩陣相乘。 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。透視投影視景體如一個(gè)被切掉上下底 的棱錐 (即棱臺(tái) )， 類似于在現(xiàn)實(shí)生活中觀察事物 ， 越遠(yuǎn)的物體顯得越小 ， 即物體近大遠(yuǎn)小。 （ 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。初始狀態(tài)下 ，物體模型的中心選取在坐標(biāo)系 的 中心處。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。進(jìn)行變換時(shí) ， 我們必須將兩者綜合考慮。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)物體來對(duì)準(zhǔn)物體模型?？梢?， 為了避免物體模型和相機(jī)重疊 ， 進(jìn)行視點(diǎn)變換是必須的。 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。值得注意的是 ， 在 OpenGL 編程中 ， 指令發(fā)出的次序和實(shí)際的變換次序正好相反。由前所述 ， 三維圖形的顯示過程如圖 所示。類似于用照相機(jī)拍照一樣 ， 相機(jī)要將美好景物定格在照片上 ， 首先必須對(duì)準(zhǔn)景物 ， 然后調(diào)整景物到適當(dāng)位置 ， 接下來調(diào)整鏡頭選好焦距 ， 最后沖洗底片 ， 決定照片大小。 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。它是左手坐標(biāo)系 ， 物體可以圍繞局部坐標(biāo)系進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、平移等操作。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。由于部分可編 程軟件的編程是一個(gè)比較復(fù)雜的過程 ， 對(duì)程序員的編程能力要求較高 ，綜合考慮各方面 ， 我們選擇 OpenGL 作為鐵路隧道三維地質(zhì)建模工具 ， 很大程度上減輕了三維模型重現(xiàn)的難度。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。第二類和第三類軟件 ， 都不需要編程。 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。 對(duì)函數(shù)要求 “ 單峰 ” 外不作其他要求 ，