文档介绍：管线三维可视化建模朱合华1 吴江斌2 ( ) 摘要从基于切片建立三维几何模型的思路出发采用三维Delaunay算法提出了一个新的地下管线(或地铁区间隧道)的三维可视化建模方法。该方法能自动对弯管建模进行处理, 适于快速建模且适用面广。建立的管线三维可视化模型采用三角形片面边界表示,有利于管线数据结构的表达与快速可视化,拓扑查询、面积体积运算等空间分析操作和应力应变分析、地铁、管线规划等专业领域应用。关键词管线三维建模可视化Delaunay三角化 1 引言地铁与地下管线是城市重要的地下工程建筑物。为了提高市政下程的开发、管理水平,上海、青岛、苏州和中山等城市都在建立自己的地下管网信息系统‘1~4|,并有从二维向三维发展的趋势[5I。,对于地铁则必须建立三维的可视化模型。由于管道三维几何建模的研究较少,本文着重介绍地铁区间隧道与地下管线三维可视化模型的建立。从结构的角度,地铁分为区间隧道与地铁车站两大部分,本文只对区间隧道进行建模。由于区间隧道与地下管线在三维可视化几何建模方法上基本相同,只是断面型式与大小不同而已。因此,下面的方法适于这两种地物的建模,这里以管线为例来详细说明该建模技术。 2三维几何建模方法为了便于说明,假设管线断面为圆形,但即便为圆形断面也不能将其作为一个简单的圆柱体来处理。每条管线可以看作由直管和连接直管的弯管两部分组成。管线的空间几何属性可由位置、长度、断面半径、厚度等参数度量。在空间可视化建模时,可不考虑管壁厚度,将其看作是薄壁圆筒几何体。本文采用由管线断面切片构建三维模型的方法。设S为垂直于管线轴线的断面,则由沿轴线的一系列断面信息{S i----1,..·,竹),可构建隧道三维几何可视化模型。 ,断面S的位置与形状可唯一地表示为Si(o,,rl,啦),其中0i为该断面的圆心坐标;ri为半径;绝为断面的法线方向。对于直管,可由两个断面S1(01,,.1,咒1),Sz(02,F2,n2)来构造,此时,0102为管道轴线且有÷笔}一以-一竹:,当r,=r2时,该直管为一圆柱,反之则认为断面半径沿轴线呈线性变化。 10201对于弯管,其连接的两个直管为P1,P2,如图1,则必须确定弯管弧段的起始点、圆心、半径、夹角等参数。具体步骤如下。①求直管Pl轴线Oi--10i与直管P2轴线0i+20㈩的交点0。。②求点0H到巩的单位法向量T,。 Tl=(z。--X卜1,%--y‘一1) (1) ③求点0。到0卅的单位法向量丁2。管线三维可视化建模 53 图1弯管建模处理 T2一(zf+2一厶,yi+2一弘) (2) ④求空间弯管所在平面的法矢量N,:。qw w N12一T2×T1 (3) ⑤求垂直于P-指向弧段圆心的向量cl。 qⅫ“ Cl—Tl×N12 (4) ⑥求垂直于Pz指向弧段圆心的向量C2。Ⅲ“‘Ⅲ C2=T2×N12 (5) ⑦求圆心坐标吕。占=(南+A1 7"i)+RCl一(O㈩一A2 T2)+RC2 (6) 式中,.:I,为直管P1上点oi圆弧起点t。的直线长度;A:为直管P2上点叭,到圆弧终点tz的直线长度; R为弯管弧段半径,可以是一指定值,也可为一缺省值,当