铁路地形建模三维可视化研究资料

1、第卷第期铁路计算机应用工程文章编号：（）铁路地形建模三维可视化研究杨松，朱衡君（北方交通大学机械与电子控制工程学院，北京）摘要：铁路运行工况三维可视化研究是铁路建设的一个重要课题，也是铁路地理信息系统（）的重要组成部分。建立真实反映地形地貌的三维实体模型是此课题研究的基础。从实际工程背景出发，提出了地形建模的“顶点后处理法”，即通过与语言的接口，进行地形表面数据点特定处理，并与相结合，建立三维地形模型。实例证明，此方法简单、方便和有效。关键词：三维地形建模；顶点后处理法；接口方法中图分类号：文献标识码：Research on railway landform modeling of 3-D v

2、isualizationYANG Song, ZHU Hengjun(School of Mechanical and Control Engineering of Northern Jiaotong University, Beijing 100044)Abstract: 3-D visualization on trains operation and track information for railway is an important research subject of railwayconstruction, while 3-D landform modeling is it

3、s basis. Based on the engineering background, it was presented “vertex post-processing” method for 3-D landform modeling, which used MATLAB functions to implement special data processing viaMATLAB API with C/C+, and under OpenGL builds 3-D model. It was proved briefness, expedience and efficiency .K

4、ey words: 3-D landform modeling; vertex post-processing method; MATLAB API引言实时三维图形可视化是列车运行工况可视化的关键技术，核心任务是根据实体地形表面点的三维坐标数据库，建立实体地形模型并实时显示。当用大型的图形工作站进行视景仿真时，一般都借助于专用的建模工具进行地形建模。而在机上，地形建模工作量大，且极易出错。文中提出的地形建模的“顶点后处理法”，就是利用的数据处理功能，在下建模之前，预先对用于建模的地形表面数据点进行特定处理。特定的图形交换文件，编写接口程序，提取用以组成模型的图元信息，再利用这些数据绘制出模型之

5、后，进行变换、光照、纹理映射和消隐等更精细的图形图像处理。图线路平面图前期工作已经完成了在环境下建立表基于线路平面图的建模三维图形接口是利用计算机生成三维真实感图形的重要工具，已经成为一种开放的三维图形标准。但它没有提供高级命令函数来定义复杂的三维形体，只提供了点、线、多边形等构造简单的规则的三维模型。为在下生成三维真实感图形，一般方法是先利用、等三维建模软件，建立复杂不规则形体的模型，由它们各自收稿日期：作者简介：杨松，在读硕士研究生；朱衡君，教授。征铁路沿线地形状况信息的线路平面图图形文件，如图所示，等高线表示地形地势，每一个含有三维坐标的图形元素表示特定的地面物体，其三维坐标的获取普遍采

6、用三维数字化仪对地形和景物的缩微模型进行测量，从而获取其表面足够多点的空间坐标。这些工作为地形建模做了准备。顶点后处理法在环境下，文件可被转换为能与外部高级语言程序接口的文件。文件是包RCA总第期31工程铁路计算机应用第卷第期含文件所有图形和非图形信息的码形式的标准图形数据交换文件，由一系列顶点（）、等图元（）所组成。远优于其他高级编程语言。提供了与接口的多种方式：（）在下调用程序程序中调用函数；（）利用编译器在程序中调用；（）与程序接口的和技术；（）专用软件。其中，方式（）、（）、（）都需要软件环境的支持，而采用模式的（）、（）方式，其程序核心算法仍然在环境下执行，效率低，代码复杂，工作量和

7、难度大；方式（）所指是以色列公司开发的优秀的到的翻译、调试和编译程序，能有效处理数组且倾向于生成独立于的可执行程序。与其他的接口方法相比，方式（）既能够生成可独立执行的程序也可以将函数翻译成对应的源程序，包括头文件和实现文件。方式（）缺点是仅限于调用，而且不能识别文件中的类，也不支持图形句柄处理，但是与高级开发工具和语言结合，恰恰各取所长。（）利用在直线（）、圆（）、弧（）、多义线（）的方法；对应图元提取法图形文件中，图元在函数中有相应图元绘制方法的定义，比如、图元分别与绘图命令、对应。接口程序把这些图元数据取出后，用对应的绘制函数即可绘出。这是编写接口程序通常采用的方法。其优点是编程思路清晰

8、，简便快捷，对不需要采用大量且过于密集的图元数据的建模问题不适用，有些图元在中，因为没有与之对应的绘制命令而导致遗漏，程序冗长，进行数据点处理时不灵活，效率低。顶点后处理法中是通过指定顶点进行绘图，预先编制简单的接口程序把所有图元数据点的三维坐标读出来构造一个二维数组，然后对这些坐标点根据不同的要求选择特定的过滤、组合等数据后处理算法，例如构建三角形网格和四边形网格、等高线、等距离取点甚至对应某一高度值按某一距离取点等，这样就可以在中充分利用、等命令自由地建模。此方法对数据统一处理，简单、灵活、高效，缺点是用户还需编写后处理程序，工作复杂而难度大。但是利用函数能使之变得容易和高效。有着优秀而强

9、大的数值计算、数据分析处理功能，提供了丰富的算法函数，而且它和其它语言的接口能够保证它可以和各种各样的强大计算、图形软件和编程软件相结合，发挥更大的作用。利用语言和语言的接口，把函数嵌入到语言中，用数学函数进行数据后处理，既克服了建模的复杂和困难，又充分利用了数据分析处理功能。与相结合是解决三维地形建模问题的一种便捷、有效和可靠的方法。实例分析首先，将图所示的文件转换成标准图形交换文件，编写出不到行的语言接口程序（而采用对应图元提取法需要编写上千行），读取文件中的所有图元。该图元包含、个坐标，在编程环境下是一个×矩阵，表示数据点的个数，每一行是数据点的、坐标。数据点坐标矩阵（部分）如

10、图所示。其次，在与接口方法的选择上，因为本实例旨在利用所提供的函数实现特定的算法，并不倾向于生成独立的可执行程序，综合考虑，选用可靠而简便的方式（）：利用编译器。具体步骤：先用语言编写好实现算法的子程序文件，将的文件在环境下编译成源程序，包括语言的头文件和实现文件。再加入到用户的集成开发环境项目中，进行编译、链接。程序中调用该算法函数，完成对上述顶点坐标数据点数组的处理，处理结果传递给建模函数。本例因为取出了文件中所有顶点图元即地形表面点，文件中表征铁路沿线每路段地况和接口方法的选择是美国公司推出的一种以矩阵为基本编程单位的高效数值计算语言，在编程效率、可读性、可移植性和可扩充性上，远3220

11、03.2总第71期RCA第卷第期铁路地形建模三维可视化研究工程信息的数据点的数量就超过万，所以首先要对这些点进行过滤处理。具体做法：对它们先按照坐标即高度值分组，每一组数据点组成等高线；然后在这一条等高线上按照一定距离剔除一些过于密集的数据点，得到一个合适的数据点的二维数组；利用函数（）完成三角形网格划分，生成另外一个×列矩阵，用以表示组成三角形点序号的序列。其中是三角形的个数，矩阵每一行的个自然数表示由这些序号代表的点将构造个三角形，三角形点序号序列（部分）如图。这样用三角形绘图命令就可以建立三维地形模型。所有的这些算法都可以在环境下编程实现。杨绪红线路及运行工况可视化系统北方交通

12、大学硕士学位论文薛定宇科学运算语言程序设计及应用北京：清华大学出版社，参考文献图三角形网格地形模型结论采用矩阵运算和数值分析完成核心算法设计，而用其它编程语言进一步开发特定功能的编程方式，提高了编程灵活性和软件可靠性，有利于改善软件交互性，减小软件开发难度和工作量，缩短开发周期。处理文件的方法，对其它图形格式文件的数据提取和建造立体模型有一定的借鉴意义。图数据点坐标矩阵图三角形点序号序列矩阵文中采用顶点后处理法成功地在环境下建立了三维地形模型，图所示是未经光照、纹理映射等处理的三角形网格模型。从图中可以清晰地看到按照顶点高度值分组而形成的等高线和描述地形表面模型的三角形网格结构。信息中国铁路客

13、票发售和预订系统“中国铁路客票发售和预订系统”是“九五”国家科技攻关项目重中之重的项目，获年国家科技进步一等奖和“九五”国家科技攻关重大科技成果奖，该项目的成功开发和建设，使中国铁路客运上了新的台阶。客票系统是一个覆盖全国的大型网络系统，其交易的实时性、数据流的上下传输与数据复制，使客票系统成为一个大联动机，其规模与复杂度在铁路客票系统中均堪称世界之最。自年至年，客票系统统一软件已经升级到目前的版本。在升级的同时，客票系统进行了包括操作系统、数据库、存储设备等的共同升级。按照铁道部的要求和统一布署，统一软件版本的研发工作于年月启动，年底完成全部系统需求分析、方案设计、开发和测试工作。年月完成统一软件版本的试点，截至年月，完成全路地区客票中心和所辖大站的升级工作，年底完成全路所有联网站版本升级转换工作。目前，全国计算机售票站个左右，其中联网站个