【博士】铁路线路三维可视化设计原理与方法的研究【2001】

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内容简介

　　学科专业：道路与铁道工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：中南大学　　学位年度： 2001年　　本文着重研究了利用航测或外业勘测地形数据，在微机上建立设计线行经地区的三维空州的地形模型；利用平面、纵断面、横断面及桥、隧、路基等设计数据建立线路三维模型，以及将这两个模型拼合在一起形成铁路线路三维景观模型的方法。　　在分析了国内外构建DTM算法的基础上，针对DTM算法的现状及铁路线路三维可视化设计的需要，创立了一种构建DTM的分治算法。算法引入方格网管理离散点数掘，在格中构建三角网，然后再将这些三角网合并形成DTM，极大地减少了构网前埘所有参加构网的离散点进行排序的工作量。此外，通过对凸包顶点数据进行分区管理，在搜寻凸包支撑线时，能预先确定出支撑点的范田，减少了搜索工作量，提高了三角网的合并速度。　　对约束D一三角网的构建进行了研究，提出了一种在DTM中强行嵌入约束边的算法，首先在影响域中搜索与约束边不相交的对角线，然后用这些对角线去剖分影响域。具有原理简单和运算速度快的特点。　　提出了一种利用平面、纵断面、横断面数据以及数字地面模型，建立铁路线路上各种主要建筑物及地面三维模型的方法，该方法将不规则的实体表面分割为一系列规则的曲面块来进行描述，其优点是能简化并加速物体的表面绘制和显示。不仅适用于单线铁路，也可用于双线铁路。　　将地形三维模型与线路三维模型拼合形成铁路线路三维景观模型是实现三维可视化的核心所在，拼合的关键在于屏蔽线路区域内的地面，本文对其进行了研究，提出了一种屏蔽地面的分治算法。该方法首先利用DEM数据生成一个规则的四边形网格，找出路基所在的区域，将该区域离散到格中。如果离散出的边界正好覆盖某一格，则删除该格；否则利用该格的四个顶点生成两个规则的三角形，找出该格中边界与三角形的交点并将这些点与边界顶点投入到既有三角网中构建新的三角网，删除位于边界内的三角形就达到了屏蔽地面的目的。此外还采用分体求交的方法，解决了双线铁路单绕段两路基分离处，两段路基三维模型和地形三维模型共三段模型的拼合问题。　　以本文提出和建立的数学模型为基础，采用面向对象的软件设计方法完成了铁路线路三维可视化设计系统的开发。利用该软件对西安-南京线，西安-延安线，遂宁-重庆线等多条设计线进行了三维建模并制成了三维动画，验证了本文及铁路线路三维可视化设计系统(RS3D)软件的正确性，同时探讨了该模型的实用性及适应性问题。　　

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