摘要：本文針對軌道交通工程結構、設備、病害等對象的特點，論述了三維自動建模在軌道交通工程三維模型生成方面的重要性，研究分析了相關建模信息，提出了三維自動化建模的流程及方法。根據上海軌道交通13號線設計和施工階段的實際情況，生成了軌道交通13號線結構工程一期工程的隧道結構。目前，該三維自動建模功能已試用于上海地鐵13號線，取得了較好的效果。

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　　1. 引言

　　三維模型經常用三維建模工具這種專門的軟件生成，但是也可以用其它方法生成。作為點和其它信息集合的數據，三維模型可以手工生成，也可以按照一定的算法生成。

　　軌道交通工程中，結構、設備、病害等模型雖然無異于普通三維模型的建立，但軌道交通工程模型信息量大，每個模型構件都需要精確定位，一般手工生成模型的方式工作量巨大，且很難滿足這種要求模型精度要求。因此提取并利用軌道交通工程中的相關數據，進行模型的程序自動化建模是十分必要的。

　　2. 建模軟件介紹

　　Multigen Creator是一個高度專業化的工具，幫助建模者創建高效的三維模型和地形用于交互式實時應用。交互式應用據其性質有多種，范圍從用于軍事的個人飛行和駕駛訓練模擬到建筑項目的視景演示，其模型格式OpenFlight可直接用于三維引擎VegaPrime的瀏覽和使用。

　　OpenFlightAPI是一個包含頭文件和鏈接庫的C語言庫，它提分了訪問OpenFlight數據庫和Creator模型系統的接口方法。通過其API可以進行OpenFlight模型的轉換、實時的模擬仿真、自動建模以及通過插件的形式對Creator進行功能擴展。

　　3. 建模原理

　　基于OpenFlightAPI的軌道交通模型程序自動化建模，是指軌道交通工程中結構構件、病害信息等實體對象，已具有零件模型或斷面模型的部分，根據數據庫內的定位信息，利用OpenFlightAPI按照一定的組織關系進行拼裝，生成符合三維平臺要求的Flt格式模型文件。基本流程如下圖：

　　根據實際的軌道交通工程實例對象的總結，管片、病害等大部分模型可先按照設計施工信息，在隧道斷面上的定位，再依靠標識ID、線路信息、里程信息、自轉信息這4個主要信息來進行斷面的定位，對一些特殊的模型對象，則補充相應的信息也可以滿足一定的組織關系，以實現相應的功能，如時間信息和類型信息。因此，可將大部分模型作為同一類型處理，通過配置文件的組織，來讀取數據庫中的主要信息和補充信息。

　　從建模方式上，模型建模又可分為零件拼裝和斷面拉伸兩種方式，如預制管片的建模為零件拼裝方式，而牛腿等同步施工構件則是通過斷面拉伸來實現。

　　從組織關系上，建模又可分為時間組織關系和無時間組織關系，如管片的設計模型和施工模型，按時間組織關系的模型可時間施工進度回放等功能。

　　而對一類模型中，可根據一定的規則，區分其內部的分類，如病害信息中滲漏水，可以根據面積、長度、寬度等信息制定一定的規則，調用不同大小的零件模型，從而表現出其類型的區別。

　　綜上所述，可通過一個配置文件，對一類模型，包含ID、線路信息、里程信息、自轉信息、建模方式、時間信息以及類型規則，就可以概括大部分的模型內容。其中，ID、線路信息、里程信息、自轉信息和建模方式為必須信息，時間信息和類型規則為補充信息，如留空，則按默認規則處理建模。

　　4. 建模流程

　　1. 讀取配置文件：每一類需要建模的對象建模時，所需要的建模信息在數據庫中對應的字段名，都被記錄在配置文件中，自動建模程序會根據配置文件中的內容，讀取相應的數據。配置文件內還記錄零件類型判斷信息，用于建模時判斷需要調用哪一零件模型;

　　2. 讀取線路數據：讀取數據庫中的“線路設計表”、“平面軸線表”和“縱面軸線表”，獲取線路數據，以提供給軸線算法使用，同時讀取軸線信息，用于組織模型分段、分類使用;

　　3. 讀取更新數據：讀取數據庫內的“數據更新表”，取出數據并清空該次讀取的數據記錄

　　4. 對取出的數據先根據配置文件內模型對應數據表名分類，再對每一類模型的數據，按照更新類型和線路分類;

　　5. 對每一類模型將更新數據按照更新類型和線路分類后，按照里程和分段長度判斷需要修改哪段flt模型文件，對該段模型進行相應的操作，如是需要添加模型，則根據配置文件內的判斷規則，調用相應的零件模型，添加定位到模型文件中。如果該類模型包含時間信息，則按時間關系組織模型文件，并記錄該段模型的起始時間信息到相應的xml文件中;

　　6. 根據更新數據涉及的模型，對每一類模型重復第5步操作，并記錄所有修改了的模型文件的文件名;

　　7. 根據第6步操作中記錄的文件名，遍歷模型文件，記錄模型的尺寸信息，以供VP程序大地形管理用。

　　5. 三維自動建模在上海軌道交通13號線中的應用

　　上海軌道交通13號線一期工程為縱貫中心城區“西北——東南”軸向的重要主干線，線路全長約為16.5公里，線路途經上海市嘉定、普陀、閘北、靜安4個行政管轄區。其中，一期西段共設8座車站，全部為地下站，區間隧道施工采用盾構法，盾構直徑6.34m。

　　利用13號線一期工程的工程數據，通過自動建模程序，建立了隧道區間模型，其效果如下：

　　6. 結論

　　通過對軌道交通13號線一期工程設計施工數據的分析研究，提取出結構、病害等各類信息的單體及定位信息，對齊進行分類歸納，利用OpenFlightAPI進行三維模型的程序話自動建模，生成了高精確的軌道交通結構模型，準確的表現了隧道設計施工參數，同時對每個結構單體模型標記了ID，為后續工程信息掛接、數據表現分析、場景管理等功能預留了接口，為后續三維平臺的功能開發提供了基礎。

　　參考文獻：

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