ObjectARX技术在三维地下管线建模的应用

郝埃俊，贺军政

(深圳市勘察测绘院有限公司，广东深圳 518028)

1 引言

城市地下管线不仅是城市重要的基础设施，还是城市生存与发展的生命线。目前全国大部分城市都在进行地下管线普查和地下管线修补测工作，并建设了地下管线地理信息系统，且具备三维可视化功能。但地下管线信息系统三维场景的建立大都基于ArcGIS、SkyLine等地理信息系统软件，要求具有一个标准的完善的数据库数据。在城市地下管线普查和修补测实施过程中，国内大多生产单位都采用AutCAD进行地下管线探测的图形数据处理。深圳市是全国最早实现地下管线普查的城市之一，我们经过多年的普查经验，摸索总结了一种基于ObjectARX技术的三维地下管线的实现方法，能快速进行三维地下管线建模，并可以在AutoCAD环境直接浏览地下管线空间关系，方便生产单位的作业人员，借用三维建模成果进行检查并修改，可帮助生产单位提高数据质量。

2 ObjectARX技术

ObjectARX是AutoDesk公司针对AutoCAD平台上的二次开发而推出的一个开发软件包，它提供了以C++为基础的面向对象的开发环境及应用程序接口，能真正快速的访问AutoCAD图形数据库。与以往的AutuCAD二次开发工具AutoLISP和ADS不同，ObjectARX应用程序是一个DLL(动态链接库)，共享AutoCAD的地址空间，对AutoCAD进行直接函数调用。所以，使用ARX编程的函数的执行速度得以大大提高。ARX类库采用了标准的C++类库的封装形式，这也大大提高了程序员编程的可靠度和效率。运用ObjectARX进行二次开发，目前常用的开发环境是Microsoft Visual C++6.0 、Microsoft visual studio 2005、Microsoft visual studio 2008。

3 三维地下管线实现思路

地下管线数据内容多、数据量大、逻辑性和专业性强，但有规律性。地下管线数据主要分为属性数据和空间数据，管线属性数据主要包括点号、连接点号(方向号)、材质、管径或断面尺寸、埋设方式、点特征、附属物、埋深、备注等;管线空间数据主要是管点和管线的空间坐标(X，Y，H)。基于ObjectARX技术的三维地下管线具体实现思路如下:

(1)采用C#对AutoCAD进行二次开发;

(2)利用 AutoCAD三维要素中 Autodesk.Auto-CAD.DatabaseServices.Solid3d的Box和Frustum构建三维管点和管线;

(3)采用数学模型将管点和管线旋转移动到相应位置;

(4)采用AutoCAD三维场景渲染。

4 实现的关键技术

4.1 快速从管线数据库读取数据

地下管线数据分为属性数据和空间数据，他们分别存储在管点调查表和管线调查表，管点调查表包括点号、特征、附属物等属性数据和坐标、高程空间数据;管线调查表包括起始点、终止点、管径、起始埋深、终止埋深等属性数据。

图1 管点、管线表

在读取管点、管线数据构建三维模型时，可利用C#数据库开发功能，采用SQL语句实现快速读取相关数据，包括从两个数据表关联读取。如下代码:

4.2 构建管点、管线要素

AutoCAD三维要素通常包括曲面、柱、方形、球形等要素，但没有专门的管点、管线要素。在AutoCAD环境中，构建管点、管线要素可以采用ObjectARX技术借用柱、方形来实现，Autodesk.AutoCAD.DatabaseServices.Solid3d类包括CreateBox和CreateFrustum两个函数，作用分别创建一个方形和柱形，读取地下管线数据库管径、管线长度、井径、埋深，作为函数参数可以创建不同大小、长度的方形和柱形。实现代码简略如下:

4.3 管点、管线要素的旋转移动

在AutoCAD环境中，采用ObjectARX技术构建管点、管线要素即方形或柱形，受ObjectARX技术的限制，每段管线和井均是在坐标原点(0，0，0)创建，且垂直于XY平面，而实际地下管线位于不同位置，起止坐标都有固定的三维坐标，且管线坡度不一。因此需将创建的管线、管点要素进行旋转移动等一系列的三维几何变换，达到地下管线的实际位置布局。

三维几何变换主要运用平移变换和旋转变换，三维旋转满足右手定则，各坐标轴旋转方向如图2所示。

图2 旋转变换的角度方向

旋转变换矩阵如下:

绕Z轴旋转

绕X轴旋转

绕Y轴旋转

平移变换矩阵如下:

简略代码如下:

5 实现效果及作用

通过以上技术设计思路，采用C#语言基于Object-ARX技术对AutoCAD进行二次开发得到三维地下管线快速建模功能，运行此功能命令，然后在AutoCAD环境中，视觉样式设置为“真实”模式，并将边模式属性设置为无，即可以得到如图3效果。

图3 三维效果图

在AutoCAD环境实现三维地下管线快速建模功能，经过我们多年从事地下管线探测总结，归纳其发挥的作用有如下几点:

(1)平台通用，操作简单，上手容易，方便生产单位作业。地下管线生产人员及审核人员大都熟悉AutoCAD，在AutoCAD环境实现三维地下管线建模让用户可轻松操作，可在此环境中进行三维地下管线浏览和进行检查工作。

(2)成果数据复制转移方便。在AutoCAD环境的三维地下管线数据可以单独存储一个文件，复制或转移给另一用户，并可在任意一台装有CAD的计算机中像浏览DWG文件一样进行浏览，不像ArcGIS那样需装载大型数据库。

(3)丰富了检查功能，帮助用户提高数据质量。在二维平面数据处理过程中，无论采用交叉分析、纵横断面等分析手段，对管线空间三维布局都无法全面而形象的表达出来。故在CAD平台中实现三维地下管线建模功能，可以全面反映地下管线空间布局情况，检查和排查出交叉管线、管径异常管线等问题管线。借用此方法进行检查并给予修改，可帮助生产单位提高数据质量。

6 结语

通过多年地下管线探测经验，采用ObjectARX技术实现三维地下管线快速建模方法，在AutoCAD环境中对地下管线普查数据进行三维建模，大大方便了用户于通用平台操作、浏览、检查地下管线数据，有效帮助生产单位提高生产效率。

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