城市地下管網(wǎng)三維精細(xì)化建模與實(shí)現(xiàn)

1、城市地下管網(wǎng)三維精細(xì)化建模與實(shí)現(xiàn)1 引言 城市地下管網(wǎng)由給水、排水、燃?xì)?、熱力、電力、電信管網(wǎng) 等組成， 各類管網(wǎng)縱橫交錯(cuò)地分布在城市地下空間， 構(gòu)成了復(fù)雜 的地下管網(wǎng)空間體系。 隨著信息社會(huì)的飛速發(fā)展， 清楚的了解掌 控城市地下管網(wǎng)情況， 可為城市的有效規(guī)劃、 系統(tǒng)性建設(shè)和高效 管理提供有力的決策支持。 而傳統(tǒng)二維地下管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)有 著空間表現(xiàn)能力差 1 、空間查詢分析功能缺乏、交互性差等局 限性，因此城市地下管網(wǎng)三維信息系統(tǒng)是管網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)新 方向。下面就城市地下管網(wǎng)三維精細(xì)化建模與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行探討。2 管網(wǎng)三維數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)設(shè)計(jì)2.1 數(shù)據(jù)處理要建立管網(wǎng)的三維系統(tǒng)， 那么必須以規(guī)范準(zhǔn)

2、確的信息數(shù)據(jù)為 參照，所以在對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行建模前就要根據(jù)這些數(shù)據(jù)理清管網(wǎng)和建 筑相互之間的關(guān)系，此外還包括規(guī)范性的參數(shù)、拓?fù)涞?，其主?的檢查內(nèi)容在下表中表示。表 1 檢查內(nèi)容 進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)必須通過(guò)嚴(yán)格的檢查和處理， 并符合相關(guān) 要求，才能形成動(dòng)態(tài)管網(wǎng)模式下的數(shù)據(jù)源。2.2 存儲(chǔ)并設(shè)計(jì)三維數(shù)據(jù) 在三維管網(wǎng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的功能中包含了管網(wǎng)的容器和節(jié)點(diǎn)， 而 在每一個(gè)要素中又包括管網(wǎng)線表以及管網(wǎng)點(diǎn)表， 在表中會(huì)對(duì)附屬 物等各種信息進(jìn)行詳細(xì)的記錄， 而在線表中則會(huì)記錄容器以及線 的相關(guān)內(nèi)容。這種數(shù)據(jù)庫(kù)是通過(guò) Oracle10g+ArcSDE 方法來(lái)達(dá)到 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)與非數(shù)據(jù)的目的，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的相關(guān)情況見(jiàn)下表。表

3、 2 字段管點(diǎn)層以上數(shù)據(jù)在表格中列出， 此外包括的數(shù)據(jù)還有圖片的存儲(chǔ)以 及相關(guān)演示文檔的應(yīng)用，可以有效增加動(dòng)畫(huà)視覺(jué)上的效果。3 精細(xì)化建模研究 在對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行建模時(shí)不但要對(duì)固態(tài)的模型進(jìn)行充分的考慮， 還要對(duì)動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行考慮， 這就是與其他的三維系統(tǒng)區(qū)別最大的 地方。固態(tài)建模也就是通過(guò) 3DMax以1: 1的比例做的模型，包 括電桿或是閥門等， 動(dòng)態(tài)的則表示隨屬性比較大并且根據(jù)管點(diǎn)尺 寸大小如彎頭、 三通等。 本文主要是對(duì)動(dòng)態(tài)的模型所需要的建模 方式以及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行探討。3.1 Sweep+Mesh 方法很多的管網(wǎng)體都輸于比較規(guī)則的圓筒， 可以將管網(wǎng)那個(gè)看作 是連接直管以及直管之間的兩部分構(gòu)成，

4、它們的幾何屬性可以通 過(guò)長(zhǎng)度、 位置等方面的參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算和測(cè)量。 而三維建模 可以采用重建的形式進(jìn)行， 其中出現(xiàn)的問(wèn)題則是通過(guò)管網(wǎng)的中心 線相關(guān)的坐標(biāo)情況如何對(duì)其表面頂端的坐標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算， 這 個(gè)問(wèn)題的難度在其表面具有轉(zhuǎn)折處， 要充分對(duì)其進(jìn)行考慮。 通過(guò) Sweep+Mesh可以對(duì)其表面的轉(zhuǎn)折處做有效的拼接，也就是把管 網(wǎng)當(dāng)作是連續(xù)畫(huà)面， 連接中心線并在段點(diǎn)上建立坐標(biāo)從而對(duì)相應(yīng) 的表面定點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，于是形成了連續(xù)性比較強(qiáng)的網(wǎng)格。Sweep則是在計(jì)算機(jī)繪圖中比較常用的一種手段，通過(guò)這種 手段建模的方式首先就要確定截面與軌跡線， 隨后根據(jù)軌跡線的 情況對(duì)截面進(jìn)行掃描， 逐漸形成模型。

5、 用戶可以根據(jù)自己的意愿 指定截面以及軌跡線的形狀， 所以采用這種造型的方式具有很高 的靈活性。它是面、點(diǎn)和邊的集合，其定義包括了多面體，也就 是包括四邊形片或是三角形片的各種多邊形片組成， 同時(shí)它還是 一種較好的表達(dá)方式，采用各種多邊形面片對(duì)曲表面進(jìn)行表達(dá)， 隨即生成Sweeo模型，并由截面在軌跡線的運(yùn)動(dòng)過(guò)程計(jì)算出定點(diǎn) 的具體坐標(biāo)，具體情況由下圖所示。圖 1 造型方法探討 工作流程的具體情況：1）在管網(wǎng)的軌跡線的位置進(jìn)行處理。2）軌跡線位置上建立坐標(biāo)， 為了保證其連續(xù)性框架的實(shí)現(xiàn)， 可以采用倒圓角或是分段處理的形式對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行處理， 同時(shí)生成 坐標(biāo)的框架，保證表面得以連續(xù)，具體情況見(jiàn)下表 2。

6、3）分布在截線的坐標(biāo)要進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。4）網(wǎng)格的建立。5）渲染以后生成三維管網(wǎng)。圖 2 軌跡線的處理3.2 模型工藝創(chuàng)建的流程分析在對(duì)三維系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)建的過(guò)程中需要面對(duì)的一個(gè)難題就是 海量模型相關(guān)的數(shù)據(jù)加載， 為了保證系統(tǒng)得到充分并且流暢的應(yīng) 用，必須通過(guò)預(yù)集中生成的形式并展示后流媒體的方式對(duì)這個(gè)問(wèn) 題進(jìn)行有效的解決。以下就針對(duì)這種解決方式進(jìn)行深入的探討， 具體情況如下圖 3 所示。在對(duì)模型最原始的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的檢查并已符合規(guī)范 以后，這些數(shù)據(jù)才能在拓?fù)潢P(guān)系中進(jìn)行處理， 經(jīng)過(guò)加工后從而在 三維模型中形成有效利用數(shù)據(jù)。 通常情況下， 管網(wǎng)的完整模型工 藝流程要通過(guò) 5個(gè)形式才能實(shí)現(xiàn)，包括管點(diǎn)的

7、生成、 模型的構(gòu)建、 數(shù)據(jù)的發(fā)布、 數(shù)據(jù)的搜索與生成以及數(shù)據(jù)發(fā)布與入庫(kù)。 這需要一 個(gè)完整的處理流程才能得到有效數(shù)據(jù)加以使用， 具體的數(shù)據(jù)包括 以下三類。圖 3 創(chuàng)建數(shù)據(jù)的工藝流程情況1）數(shù)據(jù)在瀏覽以后顯示在管網(wǎng)三維中 ; 2）數(shù)據(jù)被搜索出來(lái)以后，可以通過(guò)查詢等各種形式互查。4 實(shí)現(xiàn)的效果 由上述的剖析可知，通過(guò)檢查數(shù)據(jù)可以滿足二維管網(wǎng)的需要，通過(guò)制作3DMax則可以實(shí)現(xiàn)三維固態(tài)的模型， 此外將三維動(dòng) 態(tài)模型算法以及預(yù)集中數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的創(chuàng)建與整合， 能夠形成一 個(gè)有效的管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)。 下面的三個(gè)圖示則是代表系統(tǒng)管點(diǎn)以及管 段創(chuàng)建出來(lái)的模型效果。圖 4 管網(wǎng)生成的動(dòng)態(tài)情況圖 5 大小不同的動(dòng)態(tài)模型圖 6 井內(nèi)相關(guān)設(shè)施情況5 結(jié)束語(yǔ)由上述情況可知， 地下管網(wǎng)如今已成為了城市生存與發(fā)展