【摘要】城市轨道 交通 枢纽三维可视化系统采用OpenGL 作为三维图形库,Visual C+ + 作为开发工具,同时融合了COM 技术。文章介绍了建模系统及模拟系统的设计。
【关键词】城市轨道交通 交通枢纽 仿真设计
任何一项轨道交通枢纽工程,都将涉及到庞大的人力和物力。若设计不能满足实际需求,将会造成巨大的浪费,而且在施工完成后,若再想进行改扩建,各方面的限制条件会很多。如能在设计完成后,在施工之前对车站适应实际需要的能力进行评估,提前发现设计的不足之处,将会避免不必要的损失。为此我们开发了城市轨道交通枢纽三维可视化系统。该系统是城市轨道交通客流预测与仿真系统的子系统,能实现城市轨道交通枢纽的三维视景仿真。
1 建模系统
111 建模系统的功能
建模是该系统的两大功能之一。建模系统提供一个标准的Windows 应用 程序界面,用户可以通过输入命令来建立模型。任何一次模拟都要通过建模系统产生需要的数据文件才能够进行。这部分的主要功能是: ① 提供建立结构的界面和接口; ② 表达结构间的相互关系; ③ 控制结构建立的过程; ④ 实时显示结构的形态; ⑤ 导出数据供模拟使用; ⑥ 建立批处理命令。
112 场景组成与 分析
需要把车站场景分为不同的结构,以便建立灵活的模型。本系统中场景划分见图1 。
图1 车站场景的结构划分
113 建模系统的结构
建模系统可以分为下列几部分:
(1) 用户接口 包括用户命令输入窗口、结构绘制模块、结构关系表示模块。
(2) 数据管理器 提供建模数据的存储、修改、响应数据请求、导出模型数据等功能。所有的数据相关操作都集中在这一部分。
(3) 命令系统 根据用户输入解析命令及其参数, 提供所需要的命令对象。使用该命令对象,用户可操作数据管理器。
(4) 辅助系统 提供建模过程中的辅助功能,主要是产生有序且唯一的索引值。该值用于标志建模过程中的不同结构。各部分的相互关系可以用框图表述(见图
2) 。
图2 建模系统的结构关系
114 建模系统的界面
对于一个Windows 应用程序来说,提供一个友好的用户界面相当重要,它能使用户提高使用速度和工作效率,增强程序的简单性和易用性,因此用户界面的设计在这里单独提出。建模系统的界面见图3 。
图3 建模系统的用户界面
2 模拟
211 模拟系统功能及简介
模拟程序采用三维技术在 计算 机上实现交通枢纽场景的三维显示,同时用户可以实现身临其境的视角。这部分和建模除了在文件上的联系外,没有更多的联系。采用OpenGL 作为三维显示技术,使用其中的纹理映射技术,能够很好地实现较为真实的场景。而在模拟过程中需要考虑的碰撞和运动等 问题 和三维显示技术没有关系。在这样一个模拟程序中,重要的是建立一个模拟引擎,使整个过程有序地组织在一起。碰撞检测、运动控制等问题需融合在模拟引擎中处理。
212 模拟引擎
模拟引擎的工作过程见图4 。图5 是先使用本系
图4 模拟引擎工作过程
图5 模拟厅的一角 统建模部分建立模型,然后进行模拟得到的实际图像
。 213 碰撞检测
在碰撞过程中,有效地检测碰撞的发生是个比较困难的 问题 。本系统采用“ 空间碰撞立方体集合”法, 能有效地减少场景中发生碰撞的次数。使用该 方法 的具体步骤如下:
(1) 从整个场景的最小坐标处开始,按照一个固定的长度分别在x 、y 、z 方向建立紧密排列的空间立方体。
(2) 通过每一个碰撞元素 计算 自身坐标的最大和最小值,从而知道自身在哪些空间立方体中占有位置, 这样就不会丢失数据。
(3) 运动体的坐标通过简单的运算,便能直接得到所在空间立方体的序号信息, 从而得到相关的碰撞元素。
3 结束语
针对城市轨道 交通 枢纽的特点,开发城市轨道交通枢纽三维可视化系统是非常必要的。本系统是城市轨道交通枢纽客流预测与仿真系统的子系统。利用本系统,可以在城市轨道交通枢纽建设之前直观而又动态地建立车站的模型,对城市轨道交通枢纽的建设提供很好的支持。
参考 文献
1 施仲衡等. 地下铁道设计与施工. 西安:陕西 科学 技术出版社,1997
2 吴斌等译. OpenGL 编程权威指南. 北京: 中国 电力出版社, 2001
