[发明专利]一种铁路线路三维快速建模与动态更新方法

说明书

本发明公开了一种铁路线路三维快速建模与动态更新方法，包括模型快速构建、最小影响域的确定和模型动态更新三个步骤；其中，模型快速构建过程中将模型进行解耦处理，利用离散的横断面数据，构建离散的线路基元模型，并在线路基元模型的构建过程中，引入几何着色器和并行计算，快速对几何数据进行扩展，并同时处理构建多个基元模型；之后，通过铁路线路三维模型场景树来管理线路基元模型，并利用哈希表完成线路基于模型名称和其存储位置的映射关系，修改线路空间位置时，根据最小影响域准则更新铁路线路三维模型。该方法采用并行计算、GPU协同建模和自适应三维模型局部更新等技术手段，实现了铁路线路三维模型的快速构建，而且当线路数据发生变更时，三维模型可快速响应，实现动态刷新。

技术领域

本发明属于交通建设技术领域,尤其涉及一种铁路线路三维快速建模与动态更新方法

背景技术

三维线路设计可结合实景地形，在线路设计过程中，快速构建线路设计成果的真实模型，便于充分考虑地形地质对于线路平纵横设计的影响，提高设计成果的质量，现已成为推动铁路向智能化、数字化升级的重要手段。而实景三维建模技术是三维设计的基础和核心技术。因此，各科研院校、设计院均积极探索铁路、公路线路三维建模方法。经过二十余年的探索，在地形建模、路基建模、地形与线路模型融合等领域，取得了丰富的研究成果。

现有方法和技术已实现铁路线路三维场景的静态整体建模。当线路设计完成时，利用线路平纵横的设计成果，构建出铁路线路面片模型，再将模型导出存储为三维通用格式文件。在需要展示的时候，把三维模型载入到三维渲染引擎中浏览漫游。静态整体建模技术多用于三维线路方案的展示，对漫游浏览时的流畅度要求较高，对建模的时间较少做限制。而三维可视化设计要求“所绘即所得”，设计人员在设计过程中要对线路方案进行频繁修改，由此带来了对铁路线路三维场景的快速建模与动态更新需求。因此，当静态整体建模技术应用于三维设计时，主要面临以下两个问题：第一，建模速度慢，现有方法多为串行建模，按照线路前进的方向依次进行构建，建模耗时较长，特别是对长大线路工程建模时表现尤为明显。第二：模型动态修改困难。线路作为一个整体，各部分之间具有关联耦合关系，对局部进行修改，会导致线路整体进行变动，三维模型也会随之改变，整体重构消耗计算资源过多，并且重构时间太久。

铁路线路三维设计现已成为铁路迈向智能化、信息化的重要跳板，而建模速度慢和模型更新修改困难却制约铁路三维可视化设计的发展和应用，因此，急需研究一种线路三维快速建模和动态更新方法来解决此问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种铁路线路三维快速建模与动态更新方法,该方法采用并行计算、GPU协同的三维快速建模和基于最小影响域原则的自适应三维模型局部更新等技术手段，实现了铁路线路三维模型的快速构建，而且当线路数据发生变更时，三维模型可快速响应，实现动态刷新。

为此，本发明实施例提供的铁路线路三维快速建模与动态更新方法，包括如下步骤：

S1、线路三维模型快速构建

将铁路线路三维模型进行解耦处理，利用离散的横断面数据，将桥梁、隧道、路基模型构建为离散的线路基元模型，并在线路基元模型的构建过程中，引入GPU可编程管线中的几何着色器，快速对几何数据进行扩展，同时，引入并行计算，同时处理构建多个基元模型；

之后，构造一棵铁路线路三维模型场景树用来管理线路基元模型，加速场景的渲染，并利用哈希表来完成线路基于模型名称和其存储位置的映射关系；

S2、线路三维模型最小影响域的确定

基于线路设计过程中，平纵横的影响域传递是单向的，平面影响域会传递到纵断面和横断面，纵断面影响域会传递到横断面，横断面的影响域范围只在横断面间传递这一规律，根据不同的调整策略，划定影响范围，再将影响范围进一步向下传递，完成最小影响域的确定，然后，自动重构影响域范围内的横断面设计；

S3、线路三维模型动态更新