基于4D模型的高速公路施工进度仿真

论文摘要

在高速公路的施工组织管理中,工程进度的管理是一项重要内容,它直接关系到工程的成本控制和其它施工、经营活动的正常进行。但是在当前的公路建设过程中,管理人员仍然在沿用过去的二维图表的方式来进行进度展示与管理。本文研究了基于4D模型的对高速公路施工进度进行仿真的原理与方法,为施工管理人员提供一个可视化的管理平台,以方便其优化资源配置、合理控制成本、控制施工进程。主要研究内容及成果如下:（1）针对道路场景的动态构建需求,提出了适合场景中不同类型数据的组织方式和管理方法。通过对道路基本设计数据与施工进度数据进行合理分割并制定相应的组织方式,解决了数据的动态更新与加载问题;（2）研究了道路工程中各种工程对象4D模型的建模方法,提出了基于工程的实际施工工艺来划分模型状态的原则,建立了施工进度与模型状态之间的关联,实现了对工程结构物施工进度的动态模拟。（3）对三维场景下的工程进度可视化查询方法进行了探讨,建立了从场景到数据和从数据到场景的双向查询机制,使得场景与施工的进度数据之间密切关联,满足了观察者对工程施工进度查询的各种需求。（4）深入研究了道路的三维真实感图形绘制原理,综合运用几何建模、纹理、色彩、光照、雾化等技术对场景中的地表模型、道路模型、天空模型、工程结构物模型的构建与渲染过程进行了改进,有效的改善了场景的真实感效果。（5）运用这些理论与算法,采用OpenGL、Visual C++8.0,开发了“高速公路施工进度仿真系统”,并在常德到吉首、广元到巴中高速公路的建设中得到成功运用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究的目的及意义
• 1.3 国内外发展概况
• 1.3.1 国外发展概况
• 1.3.2 国内发展概况
• 1.4 主要研究内容
• 1.5 系统开发环境
• 1.6 论文结构
• 第二章 数据的组织与管理
• 2.1 概述
• 2.2 地形数据的组织
• 2.3 道路设计模型数据的组织
• 2.4 工程进度数据的组织与管理
• 2.4.1 SQLServer 2000数据库及其远程访问
• 2.4.2 工程进度信息的组织方式
• 2.4.3 提高数据库访问的效率
• 第三章 三维场景的构建理论与算法
• 3.1 概述
• 3.2 场景的组织方式
• 3.3 建立数字地面模型的理论与方法
• 3.3.1 构建数字地面模型
• 3.4 三角网的曲面拟合
• 3.4.1 参数曲面的概念
• 3.4.2 面积坐标
• 3.4.3 Bezier曲面
• 3.4.4 两个Beizer三角面片C1光滑拼接的条件
• 3.4.5 三角剖分下的曲面拟合
• 3.5 地表模型的高效渲染
• 3.5.1 模型淘汰
• 3.5.2 曲面地表的渲染过程优化
• 3.6 天空模型
• 第四章 基于4D模型的工程进度模拟
• 4.1 土石方工程
• 4.1.1 工程概述
• 4.1.2 施工状态的划分及表达
• 4.1.3 建立施工进度与模型的关联
• 4.1.4 建立路基4D模型
• 4.1.5 施工进度形象展示
• 4.2 排水工程
• 4.2.1 工程概述
• 4.2.2 施工状态的划分及表达
• 4.2.3 建立施工进度与模型的关联
• 4.2.4 建立排水工程的4D模型
• 4.2.5 施工进度形象展示
• 4.3 通涵工程
• 4.3.1 工程概述
• 4.3.2 施工状态的划分及表达
• 4.3.3 建立施工进度与模型的关联
• 4.3.4 建立通涵工程的4D模型
• 4.3.5 施工进度形象展示
• 4.4 桥梁工程
• 4.4.1 工程概述
• 4.4.2 施工状态的划分及表达
• 4.4.3 建立施工进度与模型的关联
• 4.4.4 建立桥梁工程的4D模型
• 4.4.5 施工进度形象展示
• 4.5 隧道工程
• 4.5.1 工程概况
• 4.5.2 施工状态的划分及表达
• 4.5.3 施工进度与数据的关联
• 4.5.4 建立隧道工程的4D模型
• 4.5.5 施工进度形象展示
• 4.6 路面工程
• 4.6.1 工程概况
• 4.6.2 施工状态的划分及表达
• 4.6.3 进度数据与模型的关联
• 4.6.4 建立路面工程进度4D模型
• 4.7 防护工程
• 4.7.1 工程概况
• 4.7.2 施工状态的划分及表达
• 4.7.3 进度数据与模型的关联
• 4.7.5 建立防护工程的4D模型
• 4.7.6 施工进度形象展示
• 4.8 本章小节
• 第五章 建立三维场景中的可视化查询机制
• 5.1 概述
• 5.1 OPENGL交互机制
• 5.1.1 选择模式概述
• 5.1.2 选择缓冲区
• 5.1.3 为图元命名
• 5.1.4 选择渲染模式
• 5.1.5 处理用户选择
• 5.2 建立从场景到数据的查询
• 5.2.1 为工程模型命名
• 5.2.2 填充选择缓冲区
• 5.2.3 分析选择缓冲区
• 5.2.4 标识出用户选择对象
• 5.2.5 处理用户查询
• 5.2.6 算法
• 5.3 从数据到场景的查询
• 5.3.1 需求
• 5.3.2 解决方案
• 5.4 单项工程进度信息的反馈
• 5.5 统计信息的反馈
• 5.6 本章小结
• 第六章 三维真实感图形绘制
• 6.1 纹理映射技术
• 6.1.1 生成与选用纹理
• 6.1.2 纹理环绕
• 6.1.3 纹理过滤
• 6.1.4 多重纹理
• 6.2 光照与阴影
• 6.2.1 直接照明
• 6.2.2 全局照明
• 6.2.3 辐射度算法
• 6.3 改善工程模型的光照状况
• 6.3.1 光照贴图
• 6.3.2 为隧道生成光照效果图
• 6.4 场景的深度暗示
• 第七章 应用与实例
• 7.1 概述
• 7.2 系统界面
• 7.3 系统功能描述
• 7.4 系统体系结构
• 7.4.1 MFC模块
• 7.4.2 数据库模块
• 7.4.3 工程对象模块
• 7.4.4 数据录入模块
• 第八章 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 8.2.1 道路Web3D开发及实现方法
• 8.2.2 基于4D模型的集成化的施工管理体系
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文及科研情况