基于3ds Max的半参数化隧道快速建模研究

来源:用户上传      作者:王亚军 邹峥嵘 赵莹莹

　　摘 要：为使地铁线路、公路隧道等重点地下空间建（构）筑物在综合信息管理平台进行展示和管理，需对其进行三维建模和真实纹理贴图。此类地下空间建（构）筑物具有主体狭长、结构单一、纹理周期性重复的特点，以此为切入点，以实测竣工资料为基础，研究并总结以中心线和横截面为特征要素进行“半参数化”建模、以巧妙的面分类批量贴图方式创建纹理相对真实的三维模型的技术方法。该方法兼顾建模效率和纹理真实度，在生产作业中具有较高的建模效率和实用性。
　　关键词：隧道;三维建模;横截面;中心线;3ds Max放样;竣工测量
　　中图分类号：P208 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2022）23-0022-04
　　Abstract： In order to display and manage the key underground space structures such as subway lines and highway tunnels in the integrated information management platform， it is necessary to carry out three-dimensional modeling and real texture mapping. This kind of underground space building （structure） has the characteristics of long and narrow main body， single structure and periodic repetition of texture， taking this as a starting point and based on the measured completed data， this paper studies and summarizes the technical methods of "semi-parametric" modeling with centerline and cross section as feature elements， and creating 3D model with relatively real texture by ingenious surface classification and batch mapping. This method takes into account both modeling efficiency and texture realism， and has high modeling efficiency and practicability in production operations.
　　Keywords： tunnel; 3D modeling; cross section; centerline; 3ds Max lofting; completion survey
　　随着城市地下空间管理逐渐向三维化、信息化转变，越来越多的城市地下空间建（构）筑物需要在管理平台中以三维方式进行展示[1]。根据管理需求，一般地下停车场或者地下室只需建立简单的盒状模型便可满足需求，对于地铁线路、公路隧道等重点地下空间建（构）筑物则需要建立真实的三维模型[2]。
　　目前对于地铁线路、公路隧道等管状地下建（构）筑物通常有2种方式表达：简单统一纹理贴图管状模型和BIM参数化模型[3]。简单统一贴图的管状模型与实际模型差别较大，统一的纹理贴图也显得不够真实;BIM参数化建模虽然能详细表达构筑物主体及各个构建细节，但是需要大量基础数据支撑，模型成果也具有庞大的数据量，通常用于项目施工等精细化管理平台[4]，对于只需进行展示和管理的地下空间综合信息管理平台来讲有些多余。为了获取真实模型而采用传统的手工分段建模方式，会导致建模效率异常低下，不符合实际生产。因此通常看到的地下空间综合信息管理平台里的隧道模型是纹理单一的管状模型，并没有很多细节表达[5]。
　　为了在建模效率和纹理真实性之间找到一个合适的平衡点，本文探讨并给出一种基于中心线和横截面进行“半参数化”快速建模的方法[6]。
　　1 隧道建模
　　建模需收集隧道的设计、竣工资料或激光点云扫描数据等，提取隧道的中心线、横截面（内外横截面），以及其他相关的构筑物的尺寸信息，隧道纹理则在拍摄照片中提取。用中心线和横截面为特征要素进行放样建模，然后进行批量纹理贴图、渲染，形成最终的隧道模型。模型的精度、效果与中心线、横截面形态息息相关，中心线的空间形态和横截面的尺寸直接决定了最终模型空间的位置和大小。因此获取位置准确的中心线和精准尺寸的横截面是建模的重点。其建模流程如图1所示。
　　1.1 中心线提取
　　中心线的提取通过竣工资料进行。实测的竣工资料中，包含了隧道空间位置、横截面尺寸等信息。为方便调整模型位置，应按照路面高程提取中心线。提取后的中心线按装饰面板宽度进行等距离折线化，方便批量纹理贴图。
　　中心线的提取有2个关键点：中心线等距离折线化和中心线三维空间位置的确定。对中心线等距离折线化是为了在放样模型上形成一个个宽度相等的面，利用这些等宽面可实现批量贴图;确定中心线三维空间位置是为了使放样后的模型具有准确的空间位置。
　　常用的软件一般没有提供等距离折线化工具，需进行二次开发来实现对中心线的等距离折线化。建模时中心线及横截面提取是在清A山维EPS 2016版平台软件中完成的，软件中介绍一种巧妙的方式对中心线进行等距离折线化，无需进行二次开发。

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