CN113554756A - 公路隧道轻量化三维模型快速构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种公路隧道轻量化三维模型快速构建方法，包括：首先，从公路隧道的二维平面图提取土建结构数据、机电设备的几何尺寸数据，以及表示机电设备在隧道内的安装位置的位置数据。并根据土建结构数据对公路隧道进行分段，然后，根据相应的土建结构数据构建各个区段隧道的三维模型，并通过几何尺寸数据构建机电设备的设备模型。之后，通过衔接点坐标将各区段的三维模型衔接组成公路隧道的隧道模型。并将设备模型装配到公路隧道的隧道模型中，得到公路隧道的轻量化三维模型。该方法可以把隧道各类模型单独封装，形成完整的隧道模型组件库，使用时可直接利用组件库中模型，根据不同需求快速构建不同的隧道场景，而无需担忧运行场景的兼容性。

Description

公路隧道轻量化三维模型快速构建方法

技术领域

本发明涉及用于计算机制图的3D建模技术领域，具体涉及一种公路隧道轻量化三维模型快速构建方法。

背景技术

随着我国公路隧道运营里程的急剧增加，隧道运营安全管控及养护问题也逐渐突出，面对日益繁重且复杂多变的管控及养护工作，探索研发科学、有效的直观的公路隧道管养技术手段与方法，已成为公路隧道安全运营工作的当务之急。

三维建模技术应用到公路隧道安全运营工作中，做到可视化运维，可以直观地显示隧道运行情况，辅助监控中心更好地做出管养决策，提高工作效率。在公路隧道管养工作中，现有隧道BIM三维模型参数过于精细，文件太大，受浏览器缓存限制，经常出现卡顿甚至崩溃现象。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种公路隧道轻量化三维模型快速构建方法，可以快速构建多场景的公路隧道轻量化三维模型，满足隧道全要素模型满足轻量化需求。

具体技术方案如下：

第一方面，提供了一种公路隧道轻量化三维模型快速构建方法，包括：

根据公路隧道的土建结构数据将隧道划分为多个区段隧道，并确定每个区段隧道的土建结构数据和衔接点坐标；

通过相应的土建结构数据构建各个区段隧道的三维模型；

根据衔接点坐标衔接各个区段隧道的三维模型得到的隧道模型；

通过相应的结构数据构建公路隧道内机电设备的设备模型；

根据机电设备的位置数据装配所述隧道模型和设备模型，得到公路隧道的轻量化三维模型。

结合第一方面，在第一方面的第一种可实现方式中，所述土建结构数据包括衬砌类型，根据衬砌类型将所述隧道划分为多个区段隧道。

结合第一方面，在第一方面的第二种可实现方式中，构建各个区段隧道的三维模型包括：

在区段隧道的首尾衔接处分别创建与路线垂直的三维坐标系；

基于三维坐标系，根据土建结构数据构建区段隧道的结构轮廓；

根据相应的结构轮廓和路线构建区段隧道的三维模型。

结合第一方面，在第一方面的第三种可实现方式中，所述根据衔接点坐标衔接各个区段隧道的三维模型包括：

基于相应的三维模型创建各个区段隧道的实心三维模型；

根据衔接点坐标对各个区段隧道的实心三维模型进行布尔差集运算，得到相应的衔接三维模型；

将各个区段隧道对应的衔接三维模型衔接起来得到隧道模型。

结合第一方面，在第一方面的第四种可实现方式中，所述衔接点坐标包括主洞与主洞之间、主洞与车行横洞之间、主洞与人行横洞之间、主洞与紧急停车带之间、隧道交叉口之间的衔接点的位置坐标。

结合第一方面，在第一方面的第五种可实现方式中，所述根据机电设备的位置数据装配所述隧道模型和设备模型，包括：

将所述隧道模型和设备模型分别封装成隧道组件和设备组件；

根据所述位置数据装配隧道组件和设备组件，得到公路隧道的轻量化三维模型。

结合第一方面的第五种可实现方式，在第一方面的第六种可实现方式中，还包括对隧道组件和设备组件的三维体量进行调整。

第二方面，提供了一种存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序运行时，执行如第一方面、第一方面的第一至六种可实现方式中的任意一种公路隧道轻量化三维模型快速构建方法。

有益效果：采用本发明的公路隧道轻量化三维模型快速构建方法，在保留隧道土建结构及机电设备属性参数的基础上，使隧道整体模型符合轻量化要求，实现跨平台、跨桌面和移动终端的部署展示，具备兼容性强、渲染效果好的良好效果，适用于多场景的隧道三维模型快速构建及展示。该方法可以把隧道各类模型单独封装，形成完整的隧道模型组件库，使用时可直接利用组件库中模型，根据不同需求快速构建不同的隧道场景，无需担忧运行场景的兼容性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明一实施例提供的构建方法的流程图；

图2为本发明一实施例提供的构建区段隧道的三维模型的流程图；

图3为本发明一实施例提供的构建公路隧道的三维模型的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示的公路隧道轻量化三维模型快速构建方法的流程图，该构建方法包括：

步骤1、根据公路隧道的土建结构数据将隧道划分为多个区段隧道，并确定每个区段隧道的土建结构数据和衔接点坐标；

步骤2、通过相应的土建结构数据构建各个区段隧道的三维模型；

步骤3、根据衔接点坐标衔接各个区段隧道的三维模型得到的隧道模型；

步骤4、通过相应的结构数据构建公路隧道内机电设备的设备模型；

步骤5、根据机电设备的位置数据装配所述隧道模型和设备模型，得到公路隧道的轻量化三维模型。

具体而言，首先，可以从公路隧道竣工后的二维平面图提取出隧道的土建结构数据、隧道内布置的机电设备的几何尺寸数据，以及表示机电设备在隧道内的安装位置的位置数据。然后，根据土建结构数据对公路隧道进行分段，将隧道划分成多个区段隧道，比如，可以将隧道划分成主洞、人行横洞、车行横洞等。通过公路隧道的土建结构数据可以确定各个区段隧道相应的土建结构数据和彼此之间的衔接点的位置。

之后，可以根据相应的土建结构数据构建各个区段隧道的三维模型，并通过机电设备的几何尺寸数据构建起各个机电设备的设备模型。然后，通过各个区段隧道之间的衔接点坐标将这些三维模型衔接起来，构建起完整的公路隧道的隧道模型。最后，对模型进行轻量化处理，通过机电设备对应的位置数据将设备模型装配到公路隧道的隧道模型中，构建完整的公路隧道轻量化三维模型。

采用上述的方法，可以分段构建整个公路隧道各个区段隧道的三维模型，以及隧道内的机电设备的设备模型，并可以基于各个区段隧道的三维模型和机电设备的设备模型构建隧道模型组件库。各个区段隧道的三维模型和设备模型的三维模型参数较少，文件较小，使用时可直接利用组件库中模型，根据不同需求快速构建不同的隧道场景，无需担忧运行场景的兼容性，且不会受浏览器缓存限制，避免出现卡顿甚至崩溃现象，实现跨平台、跨桌面和移动终端的部署展示。

在本实施例中，优选的，所述土建结构数据包括衬砌类型，根据衬砌类型将所述隧道划分为多个区段隧道。各个区段隧道在结构上相互独立，且由于有的区段隧道呈现一种衬砌类型，使得构建起的模型可复用，可以有效减少建模工作量，加快模型构建效率。比如公路隧道内大多数人行横洞的结构数据和结构样式都是一致的，所以只需要构建一个人行横洞的三维模型即可。

在本实施例中，优选的，如图2所示，构建各个区段隧道的三维模型包括：

步骤2-1、在区段隧道的首尾衔接处分别创建与路线垂直的三维坐标系，在区段隧道沿路线的首尾衔接处创建坐标系，可以使区段隧道之间的坐标相关联，在衔接时不需经过换算不同区段隧道之间的坐标，方便快速将各个区段隧道的三维模型衔接组合在一起。

步骤2-2、基于三维坐标系，根据土建结构数据构建区段隧道的结构轮廓；

步骤2-3、根据相应的结构轮廓和路线构建区段隧道的三维模型。

在本实施例中，优选的，如图3所示，所述根据衔接点坐标衔接各个区段隧道的三维模型包括：

步骤3-1、基于相应的三维模型创建各个区段隧道的实心三维模型；

步骤3-2、根据衔接点坐标对各个区段隧道的实心三维模型进行布尔差集运算，得到相应的衔接三维模型；

步骤3-3、将各个区段隧道对应的衔接三维模型衔接起来得到隧道模型。

具体而言，首先，可以基于构建好的三维模型在3ds MAX中创建主洞、车行横洞、人行横洞和紧急停车带等区段的实心三维模型，然后，根据相应的衔接点的位置坐标，利用主洞实心三维模型对车行横洞、人行横洞三维模型等进行布尔差集运算，得到与车行横洞、人行横洞等对应的包括有衔接点的衔接三维模型。利用车行横洞、人行横洞和紧急停车带的实心三维模型对主洞的实心三维模型进行布尔差集运算，得到主洞对应的包括衔接点的衔接三维模型，可以将这些衔接三维模型存储在隧道模型组件库，使用时可以直接从隧道模型组件库调取相应的衔接模型，并根据衔接点的坐标将各个衔接模型衔接起来，即可组合成公路隧道的隧道模型。

在本实施例中，优选的，所述衔接点坐标包括主洞与主洞之间、主洞与车行横洞之间、主洞与人行横洞之间、主洞与紧急停车带之间、隧道交叉口之间的衔接点的位置坐标。

在本实施例中，优选的，所述根据机电设备的位置数据装配所述隧道模型和设备模型，包括：

将所述隧道模型和设备模型分别封装成隧道组件和设备组件；

根据所述位置数据装配隧道组件和设备组件，得到公路隧道的轻量化三维模型。

具体而言，可以将隧道模型组件库中的三维模型和设备模型封装成隧道组件和设备组件，有利于模型复用及更新优化，并根据物理场景快速组装成一个完整的数字隧道场景。

在本实施例中，通过WebGL及HTML5技术对隧道组件和设备组件进行二次开发，引入MVP设计模型，分离视图逻辑和业务逻辑，分别抽象到View和Presenter的接口中去，可以有多重具体的实现，更方便进行单元测试及维护。在Presenter层组装隧道组件和设备组件。可以先导出obj格式的隧道组件和设备组件，然后，通过序列化将obj文件的几何信息和属性信息存放在JSON文件中，最后，通过反序列化根据位置数据中机电设备与公路隧道的相对位置数据，把各类机电设备的设备组件装配到隧道组件中，生成完整的隧道轻量化模型。

在本实施例中，优选的，还包括对隧道组件和设备组件的三维体量进行调整。可以对原模型进行减面、展UV和烘焙等操作，调整后三维体量可以用最少、最合适的点线面去表现和原模型相似或相同的效果。

一种存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序运行时，执行上述的构建方法。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种公路隧道轻量化三维模型快速构建方法，其特征在于，包括：

根据公路隧道的土建结构数据将隧道划分为多个区段隧道，并确定每个区段隧道的土建结构数据和衔接点坐标；

通过相应的土建结构数据构建各个区段隧道的三维模型；

根据衔接点坐标衔接各个区段隧道的三维模型得到的隧道模型；

通过相应的结构数据构建公路隧道内机电设备的设备模型；

根据机电设备的位置数据装配所述隧道模型和设备模型，得到公路隧道的轻量化三维模型。

2.根据权利要求1所述的公路隧道轻量化三维模型快速构建方法，其特征在于，所述土建结构数据包括衬砌类型，根据衬砌类型将所述隧道划分为多个区段隧道。

3.根据权利要求1所述的公路隧道轻量化三维模型快速构建方法，其特征在于，构建各个区段隧道的三维模型包括：

在区段隧道的首尾衔接处分别创建与路线垂直的三维坐标系；

基于三维坐标系，根据土建结构数据构建区段隧道的结构轮廓；

根据相应的结构轮廓和路线构建区段隧道的三维模型。

4.根据权利要求1所述的公路隧道轻量化三维模型快速构建方法，其特征在于，所述根据衔接点坐标衔接各个区段隧道的三维模型包括：

基于相应的三维模型创建各个区段隧道的实心三维模型；

根据衔接点坐标对各个区段隧道的实心三维模型进行布尔差集运算，得到相应的衔接三维模型；

将各个区段隧道对应的衔接三维模型衔接起来得到隧道模型。

5.根据权利要求1所述的公路隧道轻量化三维模型快速构建方法，其特征在于，所述衔接点坐标包括主洞与主洞之间、主洞与车行横洞之间、主洞与人行横洞之间、主洞与紧急停车带之间、隧道交叉口之间的衔接点的位置坐标。

6.根据权利要求1所述的公路隧道轻量化三维模型快速构建方法，其特征在于，所述根据机电设备的位置数据装配所述隧道模型和设备模型，包括：

将所述隧道模型和设备模型分别封装成隧道组件和设备组件；

根据所述位置数据装配隧道组件和设备组件，得到公路隧道的轻量化三维模型。

7.根据权利要求6所述的公路隧道轻量化三维模型快速构建方法，其特征在于，还包括对隧道组件和设备组件的三维体量进行调整。

8.一种存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序运行时，执行如权利要求1-7任一所述的公路隧道轻量化三维模型快速构建方法。

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