[发明专利]一种盾构隧道三维仿真方法

说明书

一种盾构隧道三维仿真方法，包括：采用三维激光扫描仪获取隧道三维点云，每个点包含目标三维坐标数据(X,Y,Z)和目标反射强度信息I；根据点云数据的坐标数据构建隧道具有真实尺寸的三维结构模型，令三维结构模型任意一点的在UV坐标系下的坐标为(u,v)；计算三维结构模型上每个点的(X,Y,Z)与(u,v)的坐标转换关系。利用点云数据的反射强度信息插值生成隧道管片的二维灰度影像图，影像图中每个像素信息中包含对应三维坐标(X,Y,Z)；计算二维灰度影像图中像素在UV坐标系下的坐标；根据UV坐标实现三维结构模型与灰度影像的融合，最终生成三维结构模型内部渲染图，该渲染图是对盾构隧道内部影像的仿真。

技术领域

本发明属于隧道施工技术领域，特别涉及一种盾构隧道三维仿真方法。

背景技术

目前，常见的隧道三维模型主要用于模拟施工和三维展示，构建方法通常是通过设计数据构建隧道的几何尺寸，利用管片材料的图片进行纹理映射。传统方法构建三维模型存在以下三个问题：

1、模型尺寸通过设计数据构建的，因此三维模型不具有量测意义，无法表达隧道的变形情况。

2、因为隧道是一种狭长形的大型建筑，因此隧道模型的表面纹理多通过隧道管片材料的材质图片进行贴图，例如采用混凝土的颗粒状图片来表达隧道管片的“纹路”，因此该方法生成的模型纹理只是一种视觉上的近似表达，无法反应隧道表面的真实现状。

3、传统的模型贴图方法中，模型与图片一般都是通过不同途径获得，两者之间的坐标系统相互独立，很难建立相互的对应关系。

申请号为201610976264.X的专利文件，公开了“一种盾构隧道结构模型生成方法，包括步骤：S1：利用一三维激光扫描仪扫描一待建模隧道获得所述待建模隧道的一三维点云数据；

S2：确定所述三维点云数据的三维轴线坐标数据和里程数据；

S3：将所述三维点云数据分割形成多个环管片，并根据所述里程数据给每一所述环管片对应一里程数值；

S4：根据所述里程数值和所述三维轴线坐标数据获得每一所述环管片的横断面点云数据；

S5：将每一所述横断面点云数据参数化，形成每一所述环管片的横断面参数模型；

S6：构建每一所述环管片的参数化族；

S7：根据所述参数化族，拼合全部的所述横断面参数模型，形成一隧道结构模型”。

上述技术方案是一种基于点云数据构建隧道结构模型的方法，该方法生成的隧道模型在结构尺寸方面与隧道真实情况一致，但该方法未考虑隧道的纹理信息，不能反应隧道表观的健康状态。

发明内容

本发明的实施例提供一种盾构隧道三维仿真方法，针对三维结构模型解决了现有模型展示时，表面纹理与真实情况差别很大的问题，提供了一种几乎真实的盾构隧道内部三维结构模型影像的展示。

本发明的盾构隧道三维仿真方法，包括以下步骤：

采用三维激光扫描仪获取隧道三维点云，每个点包含目标三维坐标数据(X,Y,Z)和目标反射强度信息I；

根据点云数据的坐标数据构建隧道具有真实尺寸的三维结构模型，令三维结构模型任意一点的在UV坐标系下的坐标为(u,v)；

计算三维结构模型上每个点的(X,Y,Z)与(u,v)的坐标转换关系，记

利用点云数据的反射强度信息插值生成隧道管片的二维灰度影像图，影像图中每个像素信息中包含对应三维坐标(X,Y,Z)；根据公式(1)，计算二维灰度影像图中像素在UV坐标系下的坐标。