北京动物园交通枢纽三维建模论文.doc

毕业设计 论文专用纸 目 录 第一章 概述 2 1 1 研究背景 2 1 1 1 城市交通枢纽的作用 2 1 1 2 三维建模的优势 2 1 2 研究目的和意义 3 1 3 研究内容 3 1 4 论文的组织与安排 4 第二章 交通枢纽概述 5 2 1 交通枢纽的起源与国外的发展 5 2 2 国内交通枢纽的发展 6 2 2 1 北京西直门交通枢纽 7 第三章 西直门换乘枢纽三维建模的实现 8 3 1 三维建模工具 3DMAX简介 8 3 2 了解 3DMAX的建模方法 9 3 2 1 基础建模 9 3 2 2 高级建模 10 3 3 三维建模前的准备工作 12 3 3 1 西直门交通枢纽地理位置与建设背景 12 3 3 2 西直门交通枢纽的内部情况 13 3 3 3 西直门交通枢纽建模数据处理 13 毕业设计 论文专用纸 3 4 西直门交通枢纽的建模过程 14 3 4 1 拆分模型单元 14 3 4 2 嘉茂大楼的模型建立 14 3 4 3 城铁 13 号线模型的建立 15 3 4 4 地铁 2 号线和 4 号线的模型建立 16 3 4 5 西直门立交桥模型的建立 17 3 5 模型的合并 18 3 6 建模过程中遇到的问题 18 第四章 基于智能体的乘客换乘行为表达与展现 20 4 1 AGENT的理论 20 4 1 1 Agent 的产生背景 20 4 1 2 Agent 的概念 20 4 1 3 Agent 的结构 21 4 2 AGENT的技术实现 23 4 2 1 技术介绍 23 4 2 2 Java 的技术优越性 25 4 3 AGENT技术的应用现状 26 4 4 AGENT在虚拟环境中的应用 26 4 5 AGENT在 13 号线换乘的展现 27 4 6 小结 28 第五章 本文结论与展望 29 毕业设计 论文专用纸 5 1 结论以及展望 29 5 1 1 本文结论 29 5 1 2 展望 29 毕业设计 论文专用纸 摘 要 北京西直门交通枢纽是北京重要的 25 个规划交通枢纽之一 它包括城铁 13 号线 地铁 2 号线 和 4 号线 北京北站和西直门立交桥 所以它具有人流量众多 交通换乘复杂等特点 目前 三维 建模技术正不断发展 而 3Dmax 建模软件逐步成为了三维建模比较流行的软件之一 并且 3Dmax 建 模软件具有功能强大 扩展性好 兼容性强 容易上手等特点 本文以 3Dmax 三维建模软件为开发 平台 对西直门交通枢纽 城铁 13 号线 地铁 2 号线和 4 号线 北京北站和西直门立交桥等 进 行建模 实现三维可视化效果 一方面可做为交通枢纽的向导系统 可有效的方便乘客了解地铁 2 号线 4 号线和 13 号线的换乘方式 和立交桥的行驶走向 另一方面也能为相关的设计部门提供可 靠参考 更好的对西直门交通枢纽做出进一步改善 关键词 3Dmax 三维建模 西直门交通枢纽换乘 毕业设计 论文专用纸 Abstract Beijing xizhimen transport hub is one of Beijing important 25 planning transportation hub it includes subway no 13 line metro line 2 and 4 line Beijing north station and xizhimen overpass so there are numerous passenger and complex traffic transfer At present the 3D modeling technology is unceasingly developed 3Dmax modeling software became more popular three dimensional modeling software and 3Dmax modeling software is powerful scalability good strong compatibility easy to use etc Based on the 3Dmax software right xizhimen transport hub no 13 line metro line 2 and 4 line Beijing north station and xizhimen overpasses 3d visual effect are developed On the one hand the result can be used as a transport hub guide system for passengers knowing about metro line 2 and no 4 line and line no 13 transfer mode On the other hand it can be provided to the planning department for making the hub xizhimen better Keywords 3Dmax 3d modeling xizhimen interchange traffic hub 毕业设计 论文专用纸 第一章 概述 1 1 研究背景 1 1 1 城市交通枢纽的作用 城市交通枢纽的建立 大大强化了内外交通的衔接转化 提高了综合换乘服务的水平 实现了 各种交通方式的 零换乘 极大的方便了乘客的出行 同时 交通枢纽也是人流的汇集地 也可 促进枢纽点周围的土地开发强度及其第三产业的发展 北京市十分注重综合性交通枢纽的建设 如西直门交通枢纽 有效的将城市立交桥 城铁 地 铁 地面公交 停车场和商业布局有机的联系在一起 缩短了乘客换乘的时间 方便了乘客活动 也促进了物业的发展 同时也有助于交通的合理组织 提高交通安全 1 1 2 三维建模的优势 我们处在一个三维世界里 周围的所有物体也都是三维的 通过建立正确的三维模型 构造出 生动 逼真的三维物体来描述和表现现实世界事物的各种属性 形状 纹理 光照等 是现代科 学探索事物本身发展 运行规律的一个普遍而且重要的方法 不论是在应用方面还是在科学方面 对整个世界进行三维建模研究 都是十分有意义的 随着计算机科学技术的发展 三维建模技术在 计算机领域已经成为热点研究方向之一 较二维图形而言 三维模型具有直观 逼真 便观察等优 点 在快速发展的现代化生产中 能够减少设计费用 缩短设计周期 为社会创造具大的经济效益 三维建模受益的领域主要包括动画制作 建筑 零部件的设计与制造 电子商务 园林设计等领域 三维动画 游戏以其更加逼真的造型 绚丽的色彩以及更加真实的动作等特点越来越吸引人们的眼 球 金刚 指环王 变形金刚 等好莱坞卖座电影中数字特效的成功运用 魔兽世界 等三维网络游戏的狂热玩家不断增加充分说明了三维建模及动画 游戏具有广泛的工业应用前景 对建筑物进行三维建模的研究 使得工程师从复杂 呆板的平面图纸中解脱出来 为建筑技术的不 断进步提供了可能 将三维建模技术应用到零部件的生产和制作过程中 通过先对需要的部件构造 模型 然后再投入生产或研究 这样自然地可以提高产品的生产效率 降低生产成本 加快开发速 度 通过建立物体的三维模型使得用户能够全方位的观察物体的形状 电子商务产业也因此得到很 快的发展 计算机辅助三维园林设计的出现 使得园林设计更加真实化 园林设计师可以直接在三 维场景中修改 设计园林模型 三维建模的应用领域不断扩大 给人类带来很大的便利 具有很高 毕业设计 论文专用纸 的研究价值 而本文将3Dmax对西直门交通枢纽进行三维建模的可视化表达 1 2 研究目的和意义 利用 3Dmax 实现对西直门交通枢纽的可视化表达 建立一个地铁 2 号线 4 号线和 13 号线的地 下交通枢纽的交通换乘模型及其立交桥模型 并建立智能体模拟乘客换成行为 此模型一方面可做 为交通枢纽的向导系统 可有效的方便乘客了解地铁 2 号线 4 号线和 13 号线的换乘方式 和立交 桥的行驶走向 另一方面也能为相关的规划部门提供可靠参考 更好的对西直门交通枢纽做出进一 步规划 1 3 研究内容 对西直门交通枢纽进行三维建模 首先搜集相关数据如模型图片 贴图 大比例尺正射影像图 等 在利用 3Dmax 进行模型建立及其相对位置的放置 西直门交通枢纽 1 外业 去西直门交通枢纽进行现场调查 包括建模需要的拍摄图片 贴图和搜索该区域的大 比例尺正射影像图来确定模型的相对位置 同时要进入地铁里 熟悉地铁 2 号线 4 号线和 13 号线 的换乘方式 2 内业 在计算机上安装 3Dmax2009 然后对西直门交通枢纽进行建模 包括嘉茂大楼 地铁 地铁 2 号线 4 号线 13 号线 北京北站和西直门立交桥 最后编辑智能体进行模拟行人换乘地铁 13 号线 毕业设计 论文专用纸 1 4 论文的组织与安排 本文重点是运用 3Dmax 对西直门交通枢纽进行建模 主要是针对地铁 2 号线 4 号线和 13 号线 的换乘方式的研究 以及如何运用 3Dmax 建模方法展开论述 论文具体安排如下 第一章为绪论 主要介绍了本文选题的背景和意义 三维建模的优越性 全面阐述了三维建模 技术在城市交通建模中的作用 介绍了本文研究的主要内容与全文组织结构安排 第二章为交通枢纽换乘行为概述 主要介绍交通枢纽的起源与国内外的发展情况以及北京西直 门交通枢纽详情 第三章为西直门换乘枢纽三维建模的实现 介绍了 3Dmax 建模的方法 建模数据的处理 以及 西直门交通枢纽的结构 以及建模过程 第四章为基于智能体的乘客换乘行为表达与展现 介绍了智能体的概念 结构以及应用 第五章为结论与展望 对全文进行总结 并提出今后进一步需要研究的方向 毕业设计 论文专用纸 第二章 交通枢纽概述 2 1 交通枢纽的起源与国外的发展 城市大型交通换乘枢纽的概念是近几年随着科学技术集约化 数字化 信息化的迅速发展和人 们生活节奏的加快而产生的 换乘枢纽的出现对于促进城市交通系统的高效运行 优化城市交通的 出行结构 改善城市空间发展布局等都有着积极的意义 目前 城市交通大型换乘枢纽属于新兴的 交通基础设施 因为人口密度高 土地的空间开发强度大 日本是最有理由 有条件修建综合换乘枢纽的国家 之一 日本最早的换乘枢纽是由机场与快速列车站的衔接系统发展而来 东京成田机场就是最典型 的实例 成田机场有新旧两个航站 航站位于地面以上 JR 山手线直通航站楼地下 京成线快速列 车设在航站底层 各层之间均设有自动扶梯相连 乘客换乘全部都在室内 十分便捷 这样的换乘 枢纽既改善了换乘舒适度 又缩短了换乘时间 从而成为换乘枢纽的基本理念之一 日本的城市市内换乘枢纽则主要是轨道交通 国铁 公交 小轿车之间的换乘设施 东京的城市轨 道交通网可谓四通八达 轨道交通的快捷 高效和方便 使其在城市交通中发挥了主导作用 为了 更多地吸引小轿车交通 更充分地发挥公共交通的作用 在主要的轨道交通交叉点与公交线路衔接 处 均建成舒适 方便的综合交通换乘枢纽 这些枢纽的共同点就是设施齐全 换乘环境舒适 均 在室内 换乘距离短 这些换乘枢纽极好地把轨道交通 公交 私人交通结合起来 形成全市的 综合交通的换乘大系统 法国的交通换乘枢纽是由最初的高速铁路车站发展而来的 法国是世界上高速列车最发达的国 家之一 高速铁路的运行速度高达 300km h 而且在舒适度和安全性上也大大优于普通铁路 高速 铁路在与公路和航运的竞争中很具吸引力 高速铁路系统为了更好地吸引客流 充分发挥其便捷 快速的优点 便在车站建设上拓展新思路 为了使速度所赢得的时间不被过长的等侯和换乘时间所 抵消 车站在保证购票 导乘等服务方面的方便和快速外 还尽量缩短乘客在车站的换乘时间 其 方法就是将多种交通方式直接引到车站里 乘客一切换乘均在室内完成 既缩短了换乘时间 又提 高了舒适度 从而促进了交通换乘枢纽的形成 交通换乘枢纽是铁路车站为了适应高速列车的要求而出现的自然结果 而交通换乘枢纽的巨大 作用和凝聚力却给交通运输系统带来了生机和活力 它的出现使倡导公共交通变得切实可行 鉴于 换乘枢纽的集散功能 换乘枢纽在法国得到规划部门的倡导 而且 目前由大型的换乘枢纽组成的 换乘系统已具有相当规模 比如巴黎戴高乐机场是国际知名的联运中心 它将 TGV 高速列车引进机 场 极大地加强了各交通方式之间的联系 该机场可以说是最集约化的交通换乘枢纽 航空 高速 列车 普通列车 轻轨 公共汽车 私人汽车 甚至无人驾驶自动地铁 VAL 等均可以在枢纽内 毕业设计 论文专用纸 实现方便换乘 里昂车站则是市内大型换乘枢纽的代表 地铁 铁路 公交 小客车之间的换乘都 可在车站大楼内完成 华盛顿特区与纽约市的联合车站是美国比较知名的综合换乘枢纽 该换乘枢纽集中了国铁 市内 市郊轨道交通 公共汽车 私人轿车 各交通方式之间的换乘基本上均是垂直换乘 国铁位 于最上方 市内 市郊轨道交通在下方 多层停车库在旁边 公共汽车在地面 各层之间设自动扶 梯相连 车站大楼内还设有各类供乘客购物就餐的商店 使整个车站大楼成为一个为交通服务的流 动的城市窗口 在美国比较有代表性的交通枢纽是美国人称的 运输中心 这种运输中心的主要功能是为 地铁 铁路 公交 私人轿车之间的换乘服务 它除了有交通集散的功能以外 比较突出的特点是 舒适 明亮 干净 运输中心内设有为乘客服务的各种商业设施 它强调的是一种人文关怀 有人 形容这种运输中心的感觉象 舒适的餐厅或商店 运输中心的修建不仅方便了乘客的换乘 更重 要的作用增加了公共交通的吸引力 使人们更愿意将车停在停车库 换乘地铁或公交 比如 纽约 州西那库斯运输中心 1998 年 7 月开始运营 第一年的人流量就达到 120 万人 不仅该车站的旅客 登降量较前一年有较大的增长 而且与之相联系的区域乘客数量均有明显的增长 由此可见 运输 中心对促进公共交通发展的作用是很大的 德国法兰克福机场大楼是比较先进的综合交通立体换乘枢纽 机场大楼的主要功能区分为三 层 由上到下为 地上二层为出发层 地面一层到达层及公共汽车区 地下一层地铁站及三层地下 停车库 大楼旁边另有 10 层停车库 枢纽各功能区之间设有自动扶梯或专门的换乘通道相连 以 方便乘客的换乘 此外 该机场还修建了德国 ICE 高速铁路到机场的支线 实现航空和高速铁路的 联运 甚至不用换行李车 乘客可以直接将行李从铁路车站站台一直推送到机场行李托运处 从而 更好地发挥综合交通运输的规模效益 香港的换乘枢纽是在地铁车站的基础上发展而来 对一般的换乘枢纽而言 最普通的方式就是把城 市铁路 公交 电车交通通过方便的步行系统与地铁联系起来 香港规模最大交通换乘枢纽当属九 龙塘交通城 乘客可以方便地实现城市铁路和地铁系统的相互换乘 以及和道路公交系统的换乘 2 2 国内交通枢纽的发展 近年来 随着城市汽车拥有量的直线上升以及城市人口密度的不断增加 我国城市交通问题越 来越引起交通管理和规划部门的重视 而交通换乘枢纽对城市交通系统的运行效果的影响也得到充 分的肯定 1990 年以后 我国的许多大城市均进行了交通枢纽的总体布局规划 目前已进入了对大 型交通换乘枢纽的实施阶段 1999 年深圳市开始罗湖口岸综合交通枢纽的规划方案招标 2000 年完成规划方案和交通分析 该交通枢纽集中了铁路 地铁 公交 长途客车 私人小客车交通 过境口岸等多种交通方式 其 中 供人员过境的口岸交通是该枢纽的主要交通方式 毕业设计 论文专用纸 1999 年广州市完成火车站站前地区综合交通规划的方案设计 该区域是广州市重要的综合交通 枢纽 集中了广州市最大的铁路客运换乘站 地铁 2 号与 3 号线的换乘站 广州市规模最大的公交 换乘枢纽 规模最大的长途客运站集群 以及著名的商业批发 广交会馆等 各种交通方式之间的 换乘极其复杂 该枢纽确定公交 地铁 铁路客运之间的换乘为主要功能 将交通组织设计与交通 管理规划相结合 将各交通方式按空间层次组合到枢纽里 使换乘便利 舒适 北京市共规划交通枢纽 25 个 2000 年 北京市规划部门先后组织了对西直门 动物园 东直 门三大交通枢纽的公开招标 其中东直门交通枢纽是我国目前规模最大的综合交通枢纽 东直门综合交通枢纽占地总面积 15 公顷 包括了地铁 轻轨 公交 电车 长途 机场快速 铁路 私人轿车 自行车 步行等多种交通方式 因为东直门地处北京市中心城区 该交通枢纽又 紧临北京的快速路系统 东二环路 是北京市城市运输网上最敏感的节点 该枢纽的主要作用是 加强市区与城市东 北部之间的联系 其枢纽设计方案为 底层为轻轨车站和停车库 地下一层为 人流集散集散大厅和地铁车站等 地面层为公交层 18 条公交线路的到发车站台和夜间驻车均设在 该层 地上二层为机场快速铁路的集散区域 地上三层即为快速铁路线路层 该方案的乘客换乘方 式为平面换乘和垂直换乘 所有的换乘均在枢纽内进行 最大限度地保证了乘客换乘的舒适和安全 综上所述 从国内外交通枢纽的发展趋势看 现代化交通枢纽集中体现的是技术设施的高度集 约化 换乘的便捷高效化 以及环境的舒适人文化 2 2 1 北京西直门交通枢纽 西直门交通枢纽也是北京市 25 个规划交通枢纽中最重要的枢纽之一 西直门地处北京市二环 路的西北角 是市区交通与西 北部交通的重要联络点 因为西直门立交桥是定向式与苜蓿叶组合 式立交 使该枢纽的建设条件受到较大限制 为了确保公交车辆进出的顺畅 建设了枢纽专用进出 匝道 该枢纽主要功能区分为四层 地上两层 地下一层 另有地下预留地铁层 顶层是轻轨站 和公交到发车站台 地面层为集散大厅 公交到发车站台 以及西直门火车站 地下一层为预留地 铁站 底层为既有环线地铁站 枢纽将行人 车流的区域分开 各交通方式之间的换乘也均在室内 进行 毕业设计 论文专用纸 第三章 西直门换乘枢纽三维建模的实现 3 1 三维建模工具 3Dmax 简介 数年前 AutoDesk公司推出了可在个人计算机上运行的三维动画软俘3D Studio 3DS 它的全 称是3一Dimension Studio译成中文应该是 三维影像工作室 3D Studio MAX是以3DS 4 x为基 础的升级版本 它以全新的Windows界面及更强大的功能展示在我们面前 3Dmax2009操作界面 3DMAX主要用于制作电影特技 立体和影视动画 广告设计 工业设计 建筑和室内装修设计 包装与装璜设计 三维游戏开发 软件工程开发 教学多媒体演示等 用于地形三维显示还不多见 特点 1 功能强大 扩展性好 建模功能强大 在角色动画方面具备很强的优势 另外丰富 的插件也是其一大亮点 2 操作简单 容易上手 与强大的功能相比 3ds max 可以说是最 容 易上手的 3D 软件 毕业设计 论文专用纸 3 和其它相关软件配合流畅 4 做出来的效果非常的逼真 3 2 了解 3Dmax 的建模方法 在3ds Max中有非常多的建模方法 如基础建模 复合对象建模 二维图形建模 多边模建模 面片建模 NURBS建模等 面对如此多的建模方法 应充分了解每个方法的优势和不足 掌握其特 点及适用对象 选择最适合的创建方法 可以创建出逼真的效果 3 2 1 基础建模 基础建模是最基础也是最常用的建模方法 如标准基本体 扩展基本体 二维图形等 它是 从几何体创建命令面板中创建 方法很简单 单击拖动鼠标或使用键盘输出即可 每种几何体都由 多种属性参数控制 通过对参数的调整来控制基本体的形态 基础模型可以搭建简单的模型 同时 也是创建复杂模型的基础 从理论上说 任何复杂的物体都可以拆分成多个标准的内置模型 反之 多个标准的内置模型也可以合成任何复杂的物体模型 简单的物体可以用内置模型进行创建 通过 参数调整其大小 比例和位置 最后形成物体的模型 而更为复杂的物体可以先由内置模型进行创 建再利用编辑修改器进行弯曲 扭曲等变形操作 最后形成所需物体的模型 1 内置模型建模 内置模型建模是将系统提供的标准的几何体和扩展的几何体进行组合而搭建组合 而成一个三维模型 这是3DS MAX 三维建模技术中最基本 最简单的一种建模方法 内置模型 是指系统内部提供的可以直接创建物体的模型 有标准几何体和扩展几何体 内置模型可以搭建简 单的模型 同时也是创建复杂模型的基础 通过对内置模型的编辑可以 创建出难以想象的复杂模 型 2 二维形体建模 二维形体建模是指具有两个坐标值 有样条曲线和形状组成图形 样条曲线是一 种数学法则的特殊类型的线条 形状是各种成形的标准的图形 3DS MAX 中有原型 矩形 椭圆等 图形 二维形体建模技术在3DS MAX 的地位是十分重要 可以用样条曲线创建动画路径 放样建模 和NURBS 的对象 二维形体经过挤压 车削等操作可以转化为三维物体 3 挤压建模 先绘制模型的截面曲线 利用曲线编辑器对图形进行修改或布尔运算 在确定拉伸高 度后 使截面图形沿其法线方向进行挤压 从而生成了一个三维形体模型 挤压建模也称为挤压放 样 是二维图形转换为三维模型的基本方法 4 车削建模 先从一个轴对称物体分解出一个刨面曲线 绘制该曲线的一半 绘制时可用曲线编辑 器对曲线进行修改或进行布尔运算 在确定旋转的轴向和角度后使截面曲线沿中心轴旋转 从而生 毕业设计 论文专用纸 成一个对称的三维模型 车削建模也称旋转放样 与挤压建模过程相似 是二维图形转为三维模型 的基本方法 5 放样建模 放样建模是一种将二维图形转为三维物体的造型技术 比挤压建模 车削建模应用更 为广泛 它是将两个或两个以上的二维图形组合为一个三维物体 即通过一个路径对各个截面进行 组合来创建三维模型 基础技术就是创建路径和截面 放样至少需要两个以上的二维曲线 一个用 于放样路径 定义放样物体深度 另一个用于放样截面 定义放样物体形状 路径可以是开口的也 可以是闭合的图形 但必须是唯一线段 截面也可以是开口的或闭合的曲线 在数量上没有任何的 限制 更灵活的是可以用一条或是一组各不相同的曲线 在放样过程中 通过截面和路径的变化可 以生成复杂的模型 而挤压是放样建模的一种特例 放样建模技术可以创建极为复杂的三维模型 在三维造型中应用十分广泛 6 复合对象建模 复合物体是指将两个或更多的对象组合形成的新对象 实际物体往往可以看成是 由很多简单物体组合而成 对于合并的过程可以反复调节 从而制作一些高赡度的造型 如头发 毛皮 复杂的地形和变形动画等 复合物体生成的方法有以下几种 变形 由两个或多个节点数相同的二维或三维物体组成 通过对这些节点的插人 从一个物体变为 另一个物体 其问的形状发生渐变而生成动画 连接 由两个带有开放面的物体 通过开放面或空洞将其连接后组合成一个新的物体 连接的对象 必须都有开放的面或空洞 就是两个对象连接的位置 布尔 对两个以上的对象进行并集 差集 交集的运算 得到新的对象形态 形体合并 将一个二维图形投影到一个三维对象表面 从而产生相交或相减的效果 常用于生产物 体边面的文字镂空 花纹 立体浮雕效果 从复杂面物体截取部分表面以及一些动画效果等 包裹 将一个物体的节点包裹到另一个物体表面上 而塑造一个新物体 常用于给物体添加几何细 节 地形 根据一组等高线的分布创建地形对象 离散 将物体的多个副本散布到屏幕上或定义的区域内 水滴网格 将粒子系统转换为网格对象 3 2 2 高级建模 3DS MAX 有三种高级建模技术 网格多边形建模 面片建模 NURBS 非均匀有理B 样条曲线 建模 1 多边形建模 多边形建模是最为传统和经典的一种建模方式 3ds Max多边形建模方法比较容易 毕业设计 论文专用纸 理解 非常适合初学者学习 并且在建模的过程中用者有更多的想象空间和可修改余地 3ds Max 巾的多边形建模主要有两个命令 可编辑网格和可编辑多边形 几乎所有的几何体类型都可以塌陷 为可编辑多边形网格 曲线也可以塌陷 封闭的曲线可以塌陷为曲面 如果你不想使用塌陷操作的 话 因为这样被塌陷物体的修改历史就没了 还可以给它指定一个可编辑多边形修改 可编辑网格 是3ds Max最基本的建模方法 但它是最稳定的 制作模型占用系统资源最少 运行速度最快 在 较少面数下也可制作复杂模型 它针对三维对象的各个组成部分进行修改或编辑 它提供由三角面 组成的网格对象的操作控制 顶点 边和面 其中涉及的技术主要是推托表面构建基本模型 冉增 加平滑网格修改器 进行表面的平滑和提高精度 这种技法大量使用点 线 面的编辑操作 对空 间控制能力要求比较高 适合创建复杂的模型 编辑多边形是目前三维软件流行建模方法之一 是在可编辑网格建模的基础上发展起来的一种 多边形建模技术 与编辑网格非常相似 多边形是一组由顶点和顶点之间的有序边构成的 边形 多边形物体是面的集合 比较适合建立结构穿插关系很复杂的模型 如 窗墙 门等 它的不足 是 当表现细节太多时 随着面数的增加 Max的性能也会下降 不过别担心 在一个高配置的工 作站上 数千个面才会导致性能的显著下降 这意味着在你创建几何体时一定要当心 初学者最常 犯的错误就是为每件事物都建立过多的细节 编辑多边形和编辑网格的面板参数大都相同 但是编辑多边形更适合模型的构建 2 面片建模 面片建模是在多边形的基础上发展而来的 它解决了多边形表面不易进行平滑编辑 的难题 采用Beiier曲线的方法编辑曲面 多边形的边只能是直线 而面片的边可以是曲线 因此 多边形模型巾单独的面只能是平面 而面片模型的一个单独的面却可以是曲面 使面内部的区域更 光滑 它的优点是用较少的细节表现出很光滑物体表面和表皮褶皱 它适合创建生物模型 面片建 模的两种方法 一种是雕塑法 利用编辑面片修改器渊整面片的次对象 通过拉扯节点 调整节点 的控制柄 将一块四边彤面片塑造成模型 另一种是蒙皮法 绘制模型的基本线框 然后进人其次 对象层级中编辑次对象 最后加一个曲面修改器而彤成三维模型 面片的创建可由系统提供的四边形面片或i边形面片直接创建 或将创建好的几何模型塌陷为 面片物体 但塌陷得到的面片物体结构过于复杂 而且会导致出错 3 UNRBS建模 URBS即 非统一有理数B一样条线 它是一种非常优秀的建模方式 它使用数 学函数来定义曲线和曲面 自动计算出表面精度 相对面片建模 NURBS可使HJ更少的控制点来表 现相同的曲线 但由于曲面的表现足南曲面的算法来决定的 而NURBS曲线甬数相对高级 岗此对 Pc机的要求也最高 其最大的优势是表面精度的可调性 可以在不改变外面的前提下自甫控制曲面 的精细程度 毕业设计 论文专用纸 简单地说 NURBS就是孥门做曲面物体的一种造型方法 由于NURBS造型总是曲线和曲面来定义 的 所以要在NURBS表面里生成一条有棱角的边是很网难的 就是闪为这一特点 我们可以用它做 出各种复杂的曲面造型和表现特殊的效果 如人的皮肤 面貌或流线型的跑车等 不足的是造型方 法不易入门和理解 不够直观 3 3 三维建模前的准备工作 这项工作需要我亲自去西直门交通枢纽去勘察 首先需要拍摄建筑物以及周围环境的照片为 建模做基础 并了解地铁 2 号线 4 号线和 13 号线的换乘方式以及行走路线 向有关部门提取的图 纸资料包括大比例尺航摄相片 地形图文件 建筑单体及规划的工程图纸文件 以作为底图 为建 模物体的相对位置做基础 3 3 1 西直门交通枢纽地理位置与建设背景 西直门交通枢纽在地理位置上 位于城市旧城的西北角 枢纽用地东起西二环 西至高粱桥路 南起西直门外大街 北至源自北京西北部西山山脉的南长河 在此段为盖板河 规划总用地面积 约5 99hm2 西直门交通枢纽是进出北京旧城的门户 北京二环以内的旧城是历史文化名城保护的核心地区 也是人员流量集中的区域 该区域内有商业中心 行政办公设施 历史文化旅游景点 同时旧城 62 5km2以内还有大量的居住人口 到2010年 二环进出行总量将达到每日480万人次的规模 占全 市出行总量的21 城市交通需求的满足是城市功能发挥的重要要素 西直门历史上一直是服务于 城市西北地区的重要交通要地 随着中关村科技园区的发展 轨道4号线的建设 西直门枢纽将成 为城市西北地区的重要换乘中心 也是国内第一个立项开工建设的综合性大型客运交通枢纽 每天 将接待约30万旅客 预计2010年每日客流量将达87万人次 北京西直门枢纽将成为以轨道交通衔接换乘为主 地面公交衔接换乘为辅的集多种交通体系和 综合服务功能为一体的综合性大型客运交通枢纽 枢纽分为西 中 东3区 主要交通设施将包括 中区的城市轻轨铁路 地铁13号线 西直门站 东区换乘广场 围绕换乘广场分布的东区南部地下 的地铁2号线和4号线西直门换乘站 东区公交首末站 东区北部的国铁北京北站 以及相关设施包 括西区的商业开发 裙房部分 办公建筑 塔楼部分 和北侧与办公塔楼相连的城市铁路指挥中 心等 毕业设计 论文专用纸 3 3 2 西直门交通枢纽的内部情况 内部场地设置了多种交通方式 大型高效的空间保障了各种大量人流在不同交通工具之间的换 乘 以下为换乘原则 1 减少各种交通方式之间的换乘时间 2 减少换乘厅内的视觉障碍 3 最大限度地提供自然光线 保证旅客的安全感和舒适感 4 合理区分到达与出发人流 5 合理组 织和设置垂直交通 使旅客方便迅速地找到来去方向 各种交通方式 铁路 城铁 公共汽车 出租车 汽车 自行车和行人 的换乘集中于本工程 地段核心部位的多功能换乘大厅 设置于广场周边的3层内 即地下1 层 1层广场和2 层 换乘大 厅内部的交通组织围绕水平和垂直两条轴线 垂直交通工具 楼梯和自动扶梯 设置于大型中庭空 间内 并可通向广场 由于地面层设有多条机动车道 因此国铁和地铁相关的换乘应主要通过地下 广场实现 不应在地面层穿越机动车道 1 乘坐城铁到达的人流 从位于 11 91m标高的3层 经楼梯 自动扶梯 电梯到达位于 5 10m 标高的2层车站中央大厅 然后经过售票大厅 前往公交车站的旅客转向东 通过换乘大厅 到达 公交站台 旅客还可通过2层的商业中心和裙房中的快餐厅直接到达站台 前往街道层的旅客可以 经另一组楼梯和自动扶梯到达 在1层 0 00标高 提供了多种交通组织 直接到达1层的出租车停 靠站 从1层可通过另一组楼梯和自动扶梯到达地下1层 5 00标高 经换乘通道可进入未来的国铁通 道和地铁通道以及超级市场 2 乘坐铁路到达人流 可在2层直接与公交环路东北侧公交站位换乘 下至地下的国铁通道到达 地下1层 可通过地铁通道换乘地铁 通过换乘通道内垂直交通上至地面层换乘出租车 上至2层换 乘城铁和公交 3 乘坐地铁到达人流 通过地铁大厅 将由现在地铁车站部分改建而成 另行立项建设 穿 过地铁通道到达地下1层的广场 广场提供上面所述各种交通方式之间的换乘 目前本项目在地下1 层广场南端留有开口 以连接转通往地铁的人行通道 4 乘坐公共汽车到达人流 从2层公交站台下车 穿过换乘大厅到达城铁车站的非付费区 亦可 进入西区2层的商业中心和快餐厅及商业裙房其他各层 也可通过公交车站的垂直交通换乘国铁和 地铁 3 3 3 西直门交通枢纽建模数据处理 在数据处理过程中 应根据建设过程中对于建筑 环境等场景的要求不同 选择不同分辨率和 毕业设计 论文专用纸 精确度的数据和图片内容包括 1 原始资料 向有关部门提取的图纸资料包括大比例尺航摄相片 地形图文件 建筑单体及规 划的工程图纸文件 原始资料获得后 利用AutoCAD 进行校正 得到区域的平面图 并且按照一定 的比例把图片做成地形贴图 方便后面模型的建立 整理单个集合体的各种建筑尺寸备用 2 贴图资料 纹理包括不透明纹理和透明纹理 不透明贴图可通过数字相机得到的数字化相片 用Photoshop 软件进行纠正处理后 以RGB格式存储 作为模型纹理库 透明贴图用图像处理软件 处理透明贴图后得到 也可从其它资源获取现场拍摄不到的建筑或景观的纹理贴图内容包括建筑物 道路 水面 树木 草地 小区设施等 在这里需要注意的是贴图的长度和宽度必须是2的幂次的 整数 否则贴图后贴图将不能正确显示 3 4 西直门交通枢纽的建模过程 3 4 1 拆分模型单元 将要建立的模型分解成多个单元 进行分解建模 这样可以思路清晰 因此 我将整个模型分 解为嘉茂大楼 城铁 13 号线 地铁 2 号线和 4 号线 以及西直门立交桥 3 4 2 嘉茂大楼的模型建立 根据拍回来的照片 估测出建筑物的尺寸 用长方体建立建筑物的墙体 然后利用布尔方法 对两个以上的对象进行并集 差集 交集的运算 得到新的对象形态 将窗体镂空出来 最后 建立起嘉茂大楼的模型 之后是进行贴图 将做好的贴图材料利用材料编辑器贴到做好的模型上 最后得到的嘉茂大楼效果图如下 毕业设计 论文专用纸 3 4 3 城铁 13 号线模型的建立 13 号线分为 3 层 为了直观地观看到内部情况 我将周围的墙体都省略掉了 用到最多的方法 是多边形建模法 多边形建模法可以将选定的对象进行多方面的多边形编辑 建立出想得到的效果 如内部的台阶和刷卡机等都是利用多边形建模建立出来的 城铁 13 号线效果图如下 毕业设计 论文专用纸 3 4 4 地铁 2 号线和 4 号线的模型建立 2 号线和 4 号线是上下结构 他们的位置关系如下 最后得到的效果图如下 毕业设计 论文专用纸 3 4 5 西直门立交桥模型的建立 以航拍图做为底图 模型效果图如下 3 5 模型的合并 将所有的模型合并到一起 整体效果图如下 毕业设计 论文专用纸 3 6 建模过程中遇到的问题 1 虽然通过3Dmax 能实现模型精细 效果美好的模型 但整个工程的数据量是惊人的 另外 3Dmax存在与其他软件结合的问题 有鉴于此 为了解决两者兼容问题 3Dmax建模中应尽量使用简 单命令 为了解决数据量问题 模型在不影响整个虚拟模型质量的前提下应尽可能简单 2 对墙体的要求 从项目全局考虑 既要保证模型的质量又要使数据量达到最小 经过试验 房屋模型都不必都将窗户做出 粘贴纹理即能满足要求 3 小模型制作 场景中的小模型 包括路灯 凳子 树木 电话亭等环境附属物 重复率极高 可以不断复制使用 我们将小提取出来和模型一样单独制作 为避免场景数据量过大 应尽可能降 低小品的面片数 另外 花坛 台阶 草坪等小环境直接在生成的地形中制作 4 纹理粘贴 在模型中 纹理是影响数据量的重要因素 纹理的大小直接关系到文件的渲染速 度和整个数据量大小 因此 在处理贴图时 应将纹理尺寸 在不影响模型外观的前提下 调整到 尽可能小 在特定情况下 可在3Dmax中调整纹理坐标和重复度 这样既可减小数据包的大小 也 能提高模型纹理精细度 5 由于条件有限 不能测量出建筑物的真实尺寸 只能进行目测建筑物高程 因此尺寸精度会 比较差 同时 地铁等地下建筑 由于缺少坐标 也不能确定其真实的位置 毕业设计 论文专用纸 第四章 基于智能体的乘客换乘行为表达与展现 4 1Agent 的理论 4 1 1 Agent 的产生背景 Agent 也被称为智能主体 它源自于分布式人工智能领域 最初是作为一种分布式人工智能的 毕业设计 论文专用纸 计算模型被提出的 分布式人工智能研究的目标是要创建描述自然和社会系统精确的概念模型 在 分布式人工智能中 由于智能体本质上不是一个独立存在的概念 只能在团体中实现 因此分布式 人工智能研究感兴趣的主要是几个主体之间的合作 交互等方面 即智能主体 Agent 之间的交互问 题 因此 Agent 为人工智能提供了一种新的计算和问题求解规范 是研究人工智能的核心问题 Agent 的概念是由 Minsky 在 1986 年出版的 思维的社会 中提出的 他认为有些问题的解是 可以通过社会中某些个体的协商求得的 这些个体就是 Agent 它们具有技能 还应具有社会交互 性和智能性 1997 年 Franklin 和 Graesser 又提出了自主 Agent 的定义 即 一个置身于具体环境 中的自主系统 它为了达到自己的计划和目标 可感知环境中的信息并对其做出适当反应 并且它 对将来有一定的预测 可实施动作对其产生影响 根据这一概念 在一系统中可同时存在各种不 同类型的 Agent 如人 动物 植物等 它们可在不同领域内进行交互 4 1 2 Agent 的概念 Agent 区别于以往传统技术的主要特征是它有自制能力 目标驱动和智能性等属性 能通过社 交 学习的方法适应和影响周围环境 自主的追求目标 Agent 技术是对传统技术的突破和飞跃 具有强大的开放性 灵活性和适应性 由于它的应用范围和领域非常广泛 并且在不同的应用领域 中研究人员赋予它不同的结构和能力 因此人们对于 Agent 始终没有给出一个明确的定义 一般说来 人们通常把具有以下特点的实体称为 Agent 1 自主性 Agent 具有属于自己的计算资源和部分控制机制 可以根据其意图 愿望 信念或者习性 在 没有外界用户直接操控的情况下 根据其内部状态和对外界的感知 决定并控制自身的行为 2 反应性 Agent 能够感知其所处的环境 接受外部输入的刺激 并根据相关事件适时的做出反应 具有 生物体趋利避害的自我保护意识 3 主动性 Agent 的一些行为不仅仅是为了适应环境 它会遵循某些承诺而采取某些表现出面向目标的行 为 4 自适应性 Agent 具有积累经验的能力 可作为以后改变行为的依据 5 交互性 Agent 能够与其它 Agent 通过 Agent 通信语言进行交互 并且进行协同工作等灵活多样的交互 毕业设计 论文专用纸 以上特点中自主性 反应性 交互性是 Agent 的基本特点 除此之外还有别的特点 如 学习 性 智能性 可靠性 可移动性等等 知 识 库 环境信息 动作 其它用户协作信息 决策 感 知 器 决 策 器 相 应 器 Agent 的概念模型 虽然 Agent 个体具有智能 能够根据目标采取自主行为 然而在很多情况下存在某些复杂的分 布式问题 是 Agent 个体仅仅通过自己的努力无法解决的 又或者即便能够解决 也会在速度 可 靠性等方面受到制约 这种情况下 它们必须和其它 Agent 对象进行协作 构成多 Agent 系统 Multi Agent System 简称 MAS MAS 是由多个 Agent 组成的较为松散的结构 这些 Agent 成员 都是自制的 它们只通过相互间的通信以及对环境的改变达到相互影响的目的 它们各自的行为最 终还是由自己决策 不受其它 Agent 成员的限制和约束 MAS 中主要研究的是如何实现 Agent 成员 间的相互作用 推理机制 行为决策 如何解决目标和行为间可能出现的冲突 如何协调任务和资 源的分配 4 1 3 Agent 的结构 单 Agent 的基本结构如图所示 通常由环境感知模块 响应执行模块 信息处理模块 通信模 块 决策控制模块 任务列表和知识库组成 任务表为 Agent 提供所要完成的任务和功能 信息处 理模块对 Agent 从周围环境及其它 Agent 接受到的信息进行分析 处理和存储 决策控制模块通过 知识库中存储的从信息处理模块获得的外部环境和其它 Agent 的信息进行分析推理 结合任务表对 Agent 的下一步行为做出指导 毕业设计 论文专用纸 感 知 器 信息处理 通 信 模 块 决策控制 响 应 器 环 境 其它 Agent 任务表 知识库 Agent 的基本结构 按照 Agent 的结构 我们可将其分为三类 审慎式结构 反应式结构 混合式结构 1 审慎式结构 这种结构的主体是一种基于知识的系统 从符号人工智能直接沿袭过来 是 一个显式的符号模型 Agent 通过基于模版匹配和符号操作的逻辑推理做出决策 类似于人类通过 深思熟虑 后做出的决定 Wooldridge 等人对这种结构的 Agent 定义为 包含世界显式表示的 符号的模型 并且其决策 如执行什么动作 是通过逻辑推理 基于模式匹配和符号操作 采用审慎式结构的 Agent 通常要面对两个基本问题 即转换问题和表示 推 理问题 转换问题是如何在一定的时间内将现实世界翻译成一个准确 合适的符号描述 这涉及了 对计算机视觉 自然语言理解等多个领域的研究 比表示 推理问题则是指如何用符号表达现实世 界中复杂的实体和过程 以及如何让主体根据这些信息进行有效的推理和决策 这个问题则关系到 对知识表示 推理和规划等多个领域的研究 由于表示方式过于复杂 且缺乏灵活性 这种结构的 Agent 适应环境的能力有一定的局限性 2 反应式结构 和前一种结构不同 反应式结构不包含用符号表示的世界模型 也不使用复 杂的符号推理 只是简单的对外部刺激发生反应 采用该结构的 Agent 包含感知内外部状态变化的 感知器 一组对事件做出反应的过程 和一个激活某过程执行的控制系统 Agent 的行为可以认为 是 Agent 与周围环境交互的结果 因此不需要符号表示和推理 Agent 行为的复杂性反映的通常是 周围环境的复杂性 而不需要对内部进行复杂的设计 Brooks 提倡的观点是 要构造处内部世界模型构造完整且对于现实世界的实时变化能够实现即 时更新的智能系统是不可能的 另一方面 智能体只存在于观察者眼中 不需要集中的 可操作的 符号化的表达 为了证明这一观点 Brooks 发明了一些不使用符号表示和推理的机器人 并且在 毕业设计 论文专用纸 1998 年的 RoboCup 机器人比赛中获得了第二名 虽然反应式 Agent 结构简单且能够迅速的适应外部环境 但它没有任何模型和规划 缺乏推理 或者记忆的能力 无法靠学习来积累历史经验 对同样的环境只能采取固定且较为简单的行为 缺 乏灵活性 难以产生复杂 高级的智能行为 3 混合式结构 审慎式 Agent 以自己的目标为驱动力 无法快速对外界变化做出反应 而反 应式 Agent 只能做出快速的简单反应 由于驱动力的不同 它们各自有一定的局限性 因此无论是 纯粹的审慎式结构还是反应式结构都不是构造 Agent 的最佳方式 但若能将两者结合 互不不足 即有灵活性又能对环境做出迅速反应 就能够造出一个较为理想的 Agent 这种结构的 Agent 中包 含的两个子系统 一个是审慎子系统 用符号表示世界模型 并用人工智能中提出的方法生成规划 和决策 另一个式反应子系统 不需经过复杂推理就能高效的对外部事件做出反应 通常反应子系 统的优先级要高于审慎子系统 以便它对环境中出现的重要事件提供快速的反应 最具代表性的混合式结构是由 Georgeff 和 Lansky 开发的 PRS Procedural Reasoning System 除了感应器 相应器 监控器 命令生成器外 它包括一个规划库和用符号表达的意图 库 规划库中包含一些部分完成的规划 作为知识块 它和激活条件联系在一起 可被各种方式激 活 知识块还可以式反应式的 使 Agent 对对环境变化做出快速反应 较著名的混合结构还有 Ferguson 提出了 TouringMachine 结构 Fischer Muller 和 Pischel 研制了一种混合主体结构 INTERRAP