專利名稱：一種大規(guī)模軌道線路的動態(tài)建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于軌道交通仿真中以實際軌道線路數(shù)據(jù)為依據(jù)的三維軌道模型動態(tài)建模及實時仿真方法，可應(yīng)用于大型軌道交通工程項目的設(shè)計、規(guī)劃，基于車輛運行視景仿真的駕駛員培訓(xùn)、安全性分析等工程應(yīng)用中。
背景技術(shù)：
需要進行高質(zhì)量軌道交通仿真時，傳統(tǒng)處理方法是使用專業(yè)建模軟件根據(jù)線路數(shù)據(jù)進行手工建模，但是這種方法很難處理大規(guī)模的實際軌道線路數(shù)據(jù)，并且需要巨額的研發(fā)投入。有學(xué)者提出根據(jù)實際軌道線路數(shù)據(jù)進行動態(tài)建模，典型的如蒲浩等人提出的建模方法:1)用掃描面的生成方法來構(gòu)建，如鐵路軌道，公路的中央分隔帶，防撞護欄等，只需設(shè)計好放樣截面，再指定放樣路徑便可完成三維造型；2)利用空間陣列復(fù)制技術(shù)，能按照指定的軌跡線復(fù)制對象，對鐵路沿線的枕木，電線桿等進行建模。這類方法的缺點在于:基于放樣和掃描生成的三維軌道模型不精細、仿真度不高，同時對枕木，電線桿等進行單個的復(fù)制建模的速度較慢，只在以離線方法生成所有軌道模型，再進行加載和仿真，而不可能對任意輸入的實際軌道線路數(shù)據(jù)進行即時動態(tài)建模和實時運行仿真。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種大規(guī)模軌道線路的動態(tài)建模方法，使仿真系統(tǒng)能在普通個人計算機上運行，能根據(jù)給定的實際軌道線路數(shù)據(jù)進行快速的、包括較高真實感模型的動態(tài)建模，并進行實時的運行仿真。為解決上述技術(shù) 問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種大規(guī)模軌道線路的動態(tài)建模方法，該方法為:I)根據(jù)仿真系統(tǒng)的精度要求和軌道線路曲率半徑的統(tǒng)計信息，確定軌道模型基本單元段的長度和類別，對軌道基本單元段進行建模；所述軌道段的類型包括直道和彎道；2)將所有軌道模型基本單元段進行一次加載；3)讀取當(dāng)前要仿真的實際軌道線路數(shù)據(jù)，計算虛擬場景中所有軌道段的位置及方向參數(shù)；4)根據(jù)當(dāng)前視點所處線路公里標(biāo)位置，動態(tài)拼接當(dāng)前公里標(biāo)周圍的軌道模型；5)根據(jù)當(dāng)前視點和視線方向?qū)μ摂M場景進行實時渲染顯示。6)判斷當(dāng)前視點所在位置是否超出當(dāng)前軌道場景的有效范圍，若超出，且用戶未要求結(jié)束仿真，則返回4);否則，退出仿真系統(tǒng)。作為優(yōu)選方案，所述步驟I)中，采用建模軟件3DS MAX對軌道基本單元段進行建模。所述步驟3)中，軌道段的位置及方向參數(shù)過程如下:I)假設(shè)當(dāng)前軌道段起始點Ai的坐標(biāo)為(\^ *方向角為a i ；
2)對于當(dāng)前類型為直道，長度為Li的軌道段，下一軌道段，即彎道段的起點坐標(biāo)
(x,Y.v4+|)及方向角a i+1滿足
權(quán)利要求
1.一種大規(guī)模軌道線路的動態(tài)建模方法，其特征在于，該方法為: 1)根據(jù)仿真系統(tǒng)的精度要求和軌道線路曲率半徑的統(tǒng)計信息，確定軌道模型基本單元段的長度和類別，對軌道基本單元段進行建模；所述軌道段的類型包括直道和彎道； 2)將所有軌道模型基本單元段進行一次加載； 3)讀取當(dāng)前要仿真的實際軌道線路數(shù)據(jù)，計算虛擬場景中所有軌道段的位置及方向參數(shù)； 4)根據(jù)當(dāng)前視點所處線路公里標(biāo)位置，動態(tài)拼接當(dāng)前公里標(biāo)周圍的軌道模型； 5)根據(jù)當(dāng)前視點和視線方向?qū)μ摂M場景進行實時渲染顯示。
6)判斷當(dāng)前視點所在位置是否超出當(dāng)前軌道場景的有效范圍，若超出，且用戶未要求結(jié)束仿真，則返回4);否則，退出仿真系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大規(guī)模軌道線路的動態(tài)建模方法，其特征在于，所述步驟I)中，采用建模軟件3DS MAX對軌道基本單元段進行建模。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大規(guī)模軌道線路的動態(tài)建模方法，其特征在于，所述步驟3)中，軌道段的位置及方向參數(shù)過程如下: 1)假設(shè)當(dāng)前軌道段起始點Ai的坐標(biāo)為，方向角為aj ； 2)對于當(dāng)前類型為直道，長度SLi的軌道段，下一軌道段，即彎道段的起點坐標(biāo) (Hh)及方向角α i+i滿足
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大規(guī)模軌道線路的動態(tài)建模方法，其特征在于，所述步驟4)中，動態(tài)拼接當(dāng)前公里標(biāo)周圍的軌道段的過程為: 1)找到當(dāng)前視點公里標(biāo)附近的軌道模型所包含的軌道段，根據(jù)不同類型的軌道段，采用不同的拼接方式:對于所拼接類型為直道、長度為L的軌道段，如果所述直道的軌道基本單元段長度為m，則使用L/m個軌道基本單元段對該軌道段進行以原點為軸心的平移空間變換進行組合拼接；對于所拼接類型為彎道、長度為L、曲率半徑為r的軌道段，如果所述彎道的軌道基本單元段長度為m，則使用L/m個曲率半徑為r的軌道基本單元段對該軌道段進行以原點為軸心的旋轉(zhuǎn)空間變換進行組合拼接； 2)獲取上述步驟3中軌道段的位置和方向參數(shù)，并根據(jù)位置和方向參數(shù)信息，應(yīng)用平移、旋轉(zhuǎn)變換指定I)中拼接好的軌道段至其在整個軌道中的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大規(guī)模軌道線路的動態(tài)建模方法，其特征在于，所述步驟5)中，調(diào)用OpenGL底層渲染平臺對虛擬場景進行實時渲染顯示。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大規(guī)模軌道線路的動態(tài)建模方法，為了能根據(jù)不同的軌道線路數(shù)據(jù)動態(tài)進行三維軌道建模，在初始化階段對使用專業(yè)建模軟件構(gòu)建的軌道模型基本單元段進行一次加載，并分解計算線路上各個軌道的位置、方向等參數(shù)，然后在仿真階段直接根據(jù)當(dāng)前視點位置對軌道及場景進行實時拼接和顯示。本方法簡單有效，能在普通個人計算機上進行大規(guī)模軌道線路的實時仿真；本發(fā)明可應(yīng)用于大型軌道交通工程項目的設(shè)計、規(guī)劃，基于車輛運行視景仿真的駕駛員培訓(xùn)、安全性分析等工程應(yīng)用中。
文檔編號G06T17/00GK103236084SQ20131017949
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月15日
發(fā)明者廖勝輝, 夏佳志, 劉石堅, 梁毅雄, 鄒北驥, 胡旺, 陳再良, 王磊, 向遙 申請人:中南大學(xué)