文档名：铁路线路与地形三维模型实时动态融合方法研究
摘要：铁路线路与地形三维模型的融合是实现铁路线路三维正向设计的瓶颈之一.线路设计过程中,需要实时更新三维场景.现有的静态融合方法会修改原始的地形数据,且计算量大,耗时过长,无法满足动态交互式设计的需求.对此,提出一种铁路线路与地形三维模型实时动态融合方法.基于铁路三维场景,在每帧显示前动态提取视相关地形瓦片模型和线路三维模型,在内存中基于线程池并行对地形瓦片裁剪,实现二者的实时融合,并构建缓存队列,重复利用融合结果.为了提升单块地形瓦片和线路三维模型的融合效率,提出了"超挖-回填"的融合思想.借助高效的三角形空间网格索引,快速删除融合边界内及相交网格涉及到的三角形,虽然"超挖"部分三角形,但避免了繁杂的三角形定位、调整计算.依据超挖三角形外边界和融合边界构建"回填"区域,再采用剪耳法对"回填"区域重构三角网,实现铁路线路与地形三维模型的无缝融合.基于该方法开发了铁路线路三维设计系统,对一条104.9km铁路案例进行了实验,结果表明:其显示帧率可以保持在35～45fps,且能够实时更新三维场景.相较于传统的静态融合方法,该方法将长时间的全局模型融合转化为帧前的局部视相关动态融合,减少了线路方案修改时更新的融合数据量及计算量,从而满足了动态交互式设计的需求,提升了三维正向设计的效率.
Abstract：Themergingofrailwayalignmentandterrainthree-dimensional(3D)modelsisoneofthemostimportantproblemsforachieving3Dtop-downdesignofrailwayalignment.Intheprocessofalignmentdesign,the3Dsceneneedtobeupdatedinreal-time.Nevertheless,theexistingmergingmethodsprovideakindofstaticwayformodifyingtheoriginalterraindata,whichisquiteinefficientandcannotmeettherequirementsofdynamicinteractivedesign.Inthisarticle,areal-timedynamicmethodformergingrailwayalignmentandterrain3Dmodelswasproposed.Basedontherailway3Dscene,theviewrelevantterraintilemodelandthealignment3Dmodelweredynamicallyextractedbeforeeachframe.Inmemory,theterraintileswerecroppedparallellybasedonthethreadpooltoachieveareal-timemergingforthem.Next,acachequeuewasconstructedtoreusethemergingresults.Toimprovethemergingefficiencyofasingleterraintileand3Dmodelsofthealignment,themergingideanamed"overexcavation-backfill"wasproposed.Byutilizingthetechnologyofefficienttrianglespatialgridindexing,trianglesinvolvedinthegridswhichwerewithinorintersectwiththemergingboundarywerequicklydeleted.Althoughsometriangleswere"overexcavated",complextrianglepositioningandadjustmentcalculationswereavoided."Backfill"areawasconstructedbasedontheouterboundaryofthe"overexcavation"triangleandmergingboundary.Next,thetriangularnetworkoftheobtainedareawasreconstructedbyusingtheearcuttingmethod,throughwhichtheseamlessmergingofrailwayalignmentandterrain3Dmodelswasachieved.A3Ddesignsystemforrailwayalignmentwasdevelopedbythismethod.Anexperimentwascarriedouta104.9kmrailwaycase,andtheresultshowedthattheframeratewasat35～45fpsandthe3Dscenecanbeupdatedinreal-time.Comparedwiththetraditionalstaticmergingmethods,thedynamicmergingmethodtransformslong-termglobalmodelmergingintolocalviewrelevantdynamicmergingbeforetheframe,reducingtheamountofmergingdataandcomputationupdatedwhenalignmentinformationismodified.Therebyitcanmeettherequirementsofdynamicinteractivedesignandimprovingthe3Dtop-downdesignefficiency.
作者：温绍成 蒲浩 宋陶然 李伟 相诗尧 张涛 Author：WENShaocheng PUHao SONGTaoran LIWei XIANGShiyao ZHANGTao
作者单位：中南大学土木工程学院,湖南长沙410075;高速铁路建造技术国家工程研究中心,湖南长沙410075中南大学土木工程学院,湖南长沙410075;高速铁路建造技术国家工程研究中心,湖南长沙410075;中国中铁股份有限公司,北京100039山东省交通规划设计院集团有限公司,山东济南250101
刊名：铁道科学与工程学报
Journal：JournalofRailwayScienceandEngineering
年，卷(期)：2024, 21(3)
分类号：U212.32
关键词：铁路线路 三维建模 动态融合 视相关 地形裁剪
Keywords：railwayalignment three-dimensionalmodeling dynamicmerging viewrelevant terraincutting
机标分类号：TP393P208TP274.2
在线出版日期：2024年4月12日
基金项目：国家自然科学基金，中国中铁股份有限公司科技研究开发计划项目，山东省交通规划设计院集团有限公司科技创新项目铁路线路与地形三维模型实时动态融合方法研究[
期刊论文] 铁道科学与工程学报--2024, 21(3)温绍成 蒲浩 宋陶然 李伟 相诗尧 张涛铁路线路与地形三维模型的融合是实现铁路线路三维正向设计的瓶颈之一.线路设计过程中,需要实时更新三维场景.现有的静态融合方法会修改原始的地形数据,且计算量大,耗时过长,无法满足动态交互式设计的需求.对此,提出一种...参考文献和引证文献
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