一種地鐵區(qū)間綜合管線三維模型的快速生成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于管線三維模型生成技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種地鐵區(qū)間綜合管線 三維模型的快速生成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地鐵區(qū)間綜合管線指沿區(qū)間線路兩側(cè)貫通布置的消防水管、排水管、供電環(huán)網(wǎng)電 纜、供電控制電纜、區(qū)間照明電纜、區(qū)間維修電纜、通信電纜、信號電纜等。近年來國內(nèi)地鐵 市場諸多設(shè)計院根據(jù)業(yè)主要求開展了地鐵區(qū)間綜合管線的設(shè)計工作，由于管線種類多、涉 及專業(yè)多、制約因素多，利用傳統(tǒng)二維平面設(shè)計方法進行區(qū)間管線的綜合設(shè)計耗費大量的 人力，且缺乏直觀性。由此區(qū)間綜合管線三維設(shè)計被不斷的應(yīng)用于工程設(shè)計中，其可提高管 線設(shè)計的效率，亦可增加管線設(shè)計的合理性。
[0003] 由于地鐵的特點及其線路存在平面曲線與豎向曲線的疊加，決定了地鐵區(qū)間綜合 管線三維模型具有大長寬比、三維空間復(fù)雜路徑的特點。目前大多數(shù)軟件對于大長寬比且 復(fù)雜路徑模型的一般處理方法為：通過人工分段提取路徑并創(chuàng)建斷面后，沿路徑掃掠實現(xiàn)； 并且在地鐵區(qū)間綜合管線三維設(shè)計中，常常需要將二維截面沿三維引導線進行拉伸以生成 三維實體，如股道、道床、地基、隧道、管線等三維模型，而需拉伸的截面和引導線往往是在 AutoCAD等二維平面制圖軟件中繪制，其無空間信息，需另外再導入到三維平臺中。實踐表 明，采用上述方法創(chuàng)建地鐵區(qū)間綜合管線模型存在人為誤差大，模型精度低，耗費時間長等 問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點和/或改進需求，本發(fā)明提供了一種地鐵區(qū)間綜合管線 三維模型的快速生成方法，其中利用空間直角坐標系中的二維平面和三維空間，在一個三 維平臺中利用離散的方式即可直接實現(xiàn)引導線以及拉伸截面的空間幾何變換，以此實現(xiàn)地 鐵區(qū)間綜合管線三維模型的快速生成，相應(yīng)的可有效解決現(xiàn)有生成方法人為誤差大，模型 精度低，耗費時間長等問題，因而尤其適用于各類地鐵區(qū)間綜合管線三維模型的建立。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種地鐵區(qū)間綜合管線三維模型的快速生成方 法，其特征在于，該方法包括如下步驟：
[0006] (1)獲取平面s和二維平面曲線ab :
[0007] 根據(jù)作為建模對象的管線的二維圖形信息，提取其中表征所述管線斷面特征的平 面s以及表征所述管線平面特征的二維平面曲線ab，以作為建模的基準平面和曲線；
[0008] (2)建立三維空間：
[0009] 以空間點〇為原點建立空間直角坐標系，在建立的上述空間直角坐標系的二維 xoy平面上，導入步驟（1)中提取的平面s和二維平面曲線ab ;
[0010] (3)獲取三維空間曲線：
[0011] 將所述二維平面曲線ab分成若干段曲線分段；將每段所述的曲線分段等距離離 散為多個離散分段；提取各個所述離散分段端點的X、y軸坐標值，并計算上述各個端點所 對應(yīng)的標高；利用所述各個端點的x、y軸坐標值以及對應(yīng)的標高，獲取與各個所述離散分 段的端點相對應(yīng)的離散點；然后擬合上述獲取的各離散點，由此獲得三維空間曲線a'b' ；
[0012] (4)平面s的空間變換：
[0013] 對所述的平面s進行旋轉(zhuǎn)平移空間幾何變換處理，使其從二維xoy平面變換至與 所述空間直角坐標系相對應(yīng)的三維空間中，以此獲得空間變換后的平面s' ；
[0014] (5)獲取三維模型：
[0015] 將所述平面s'以所述三維空間曲線a'b'為引導線進行掃掠處理，進而得到地鐵 區(qū)間綜合管線的三維模型，以此方式，實現(xiàn)地鐵區(qū)間綜合管線三維模型的快速生成。
[0016] 進一步優(yōu)選的，步驟（4)中所述的旋轉(zhuǎn)平移空間幾何變換處理，具體包括以下步 驟：
[0017] a)平移變換：通過平移命令使所述平面s從平面s上的拉伸點m移至所述三維空 間曲線a'b'的a'點處，其中，三維空間曲線a'b'起點a'的坐標為（x a，ya，za)，終點b'的 坐標為（xb, yb, zb)，拉伸點m的坐標為（xQ，yQ，zQ);
[0018] b)繞x軸旋轉(zhuǎn)變換：將通過步驟a)平移變換后的平面s以旋轉(zhuǎn)角度0繞x軸做 旋轉(zhuǎn)變換，使得平面s的正方向戶與Z軸的夾角等于『與 X〇y平面的夾角，其中，f為所述三 維空間曲線a'b'在a'點處的切向量；
[0019] c)繞z軸旋轉(zhuǎn)變換：將通過步驟b)旋轉(zhuǎn)變換后的平面s以旋轉(zhuǎn)角度S繞z軸做 旋轉(zhuǎn)變換，以使所述平面S的正方向P旋轉(zhuǎn)至所述卩與Z軸所在的平面上，以此獲得空間變 換后的平面s'，并使得該平面s'與所述F垂直。
[0020] 進一步優(yōu)選的，步驟b)中所述的旋轉(zhuǎn)角度0等于90° -a ;步驟c)中所述的旋轉(zhuǎn) 角度S等于0-90°，其中：a為所述F與xoy平面的夾角，0為所述r在xoy平面內(nèi)的投 影線與x軸的夾角。
[0021] 進一步優(yōu)選的，步驟a)中平移變換的變換矩陣為：
[0023]步驟b)中繞x軸旋轉(zhuǎn)變換的矩陣為：
[0025]步驟c)中繞z軸旋轉(zhuǎn)變換的矩陣為：
[0027] 進一步優(yōu)選的，步驟（4)中所述的平面s的旋轉(zhuǎn)平移空間幾何變換處理的變換矩 陣為：
[0029] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的 技術(shù)優(yōu)點：
[0030] 1.本發(fā)明通過利用空間直角坐標系中的二維平面和三維空間，在一個三維平臺中 直接實現(xiàn)拉伸截面的空間幾何變換，并采用了離散法和B樣條曲線實現(xiàn)了二維平面曲線離 散轉(zhuǎn)為三維空間曲線，以此實現(xiàn)三維實體的快速拉伸，進而快速的生成地鐵區(qū)間綜合管線 的三維模型，從而節(jié)約了人力成本，提高了工程設(shè)計質(zhì)量。
[0031] 2.本發(fā)明通過空間三維變換獲得掃掠拉伸截面，通過分段擬合獲得引導線，從而 解決現(xiàn)有的人工分段提取三維空間復(fù)雜路徑時帶來的人為誤差大的問題，以此保證地鐵區(qū) 間綜合管線三維模型的精度，減少建模次數(shù)，提高建模效率。
[0032] 3.本發(fā)明還對平面s的具體平移旋轉(zhuǎn)幾何變換的具體變換矩陣及方式進行了限 定和優(yōu)化，基于此可進一步的減少人為誤差，提高建模進度。
【附圖說明】
[0033] 圖1是三維模型掃掠過程分解示意圖；
[0034] 圖2是二維曲線轉(zhuǎn)三維曲線過程；
[0035] 圖3是二維曲線轉(zhuǎn)三維曲線流程圖；
[0036] 圖4是切向量角度分析圖。
【具體實施方式】
[0037] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0038] -種地鐵區(qū)間綜合管線三維模型的快速生成方法，該方法包括如下步驟：
[0039] (1)獲取平面s和二維平面曲線ab :對作為構(gòu)建建模對象的管線的二維圖紙進行 處理，根據(jù)圖紙內(nèi)圖形元素信息，提取其中表征其斷面特征的平面s以及表征其平面特征 的二維平面曲線ab，以作為建模的基準平面和曲線；
[0040] ⑵建立三維空間：以空間點0為原點建立如圖1所示的空間直角坐標系，在建立 的上述空間直角坐標系的二維X〇y平面上，導入平面S和二維平面曲線ab ;
[0041] (3)獲取三維空間曲線：如圖2所示將所述二維平面曲線ab分成aa2、a 2a3、 a3a4、……共n-1段曲線分段；對上述每段曲線分段分段進行離散處理，以獲 取各段的離散點坐標；利用B樣條曲線擬合上述獲取的各離散點，由此獲得三維空間曲線 a'b'（即三維空間中的引導線）；
[0042] (4)平面s的空間變換：對所述的平面s進行旋轉(zhuǎn)平移空間幾何變換處理，使其從 二維xoy平面變換至三維空間中，以此獲得空間變換后的平面s' ；
[0043] (5)獲取三維模型：
[0044] 通過掃掠命令將所述平面s'以所述三維空間曲線a'