公路工程内容可视化的实现方式探讨

张耀允， 戴 玮

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引 言

随着公路信息化的不断发展，项目参与人员及公众对于项目可视化的需求也日益增加。而目前可视化的需求不再仅仅是效果图或模型等外观可视化，而是建立在信息化基础上，通过地理信息[1,2]和公路信息模型[3-5]等管理系统的使用，实现几何信息与属性信息的可视化。

当前可视化信息系统主要还是以系统搭建为主，可视化部分，存在不全面、不统一的问题。展现的内容主要还是以结构物为主，其他的可展现信息很少。究其原因是很多公路工程相关的内容(如分部分项工作划分、市政检验批等)几何特征不完全，难以直接用三维图形实现。如何合理地结合二三维要素，将工程内容及其位置分布表达清楚，是需要思考的问题。

本文是以地图学中地理要素的表达方式为基础，在三维场景中综合应用图形显示手段和技术，从而实现工程内容的可视化表达[6]。

1 实现方式

可视化的工程内容的类型，一般有三大类：

(1)结构物几何外形。结构物一般具有明确的外形特征，是一个独立、完整的对象，如桥台、机械、设备等。

(2)工作范围或区域分布。工作范围是一个二三维的空间闭合区域，如材料堆放区、清淤等。区域分布是同一项工程内容的若干空间分布，有点状分布、现状分布、面状分布和体状分布，如监控摄像头分布、软土地基分布等等。

(3)空间场景专题。综合以上两类内容，通过工程属性进行专题展现，形成三维专题场景，针对性地表达某项工程的信息。

根据计算机图形学原理和图形表达习惯，工程内容可视化的主要实现方式有：

(1)基于几何元素的表达：点、线(二三维)、面(二三维)、面网、体。

(2)基于颜色透明度的表达：颜色系统(如RGBA色彩模式)。

(3)基于符号系统的表达：符号、线型、填充材质。

(4)基于注记的表达：包括传统的注记、标注。

(5)通过空间叠加及布尔运算的表达：叠加dem、遥感影像、地图服务、信息模型、行业空间数据等数据，完整地表达工程及工程周边信息。区别于二维叠加次序，三维场景中的叠加需要图形显示技术的支持，才能准确传递信息。常见的叠加方式有直接叠加、空间交集、空间并集、空间求差等方式。

图1 专题渲染

综合工程内容可视化的表达内容、表达方式和表达结果三个层次，工程内容可视化总体架构关系如图2所示。

图2 工程内容可视化层级关系

2 公路工程内容的可视化

公路工程在可视化方面的特点[6-8]有：①要素集中程度不高，呈大跨度的空间条带状；②结构复杂程度不均匀，如道路结构相对简单，桥梁相对复杂；③元素界线不明显，尤其道路元素在现实中是连续的，难以用一种原则进行拆分；④填挖方、路基特殊处理段等工作内容不方便与道路模型进行关联；⑤综合展现的数据源多，如在线地图、倾斜模型、影像、信息模型、地质状况、土地及环境等要素。

根据公路工程上述可视化特点，需要对各类数据和要素的表达进行分类处理，实现效果、效率和实用性的有效结合。在很多场景下，用户关注的是某个对象是否存在，而不关心其具体外形细节[9,10]。因此，如果某项公路工程需要细粒度的信息，需要避免的一个状况是不断细化三维模型的精细度。针对公路工程的可视化特点，各类实现方法及其优缺点如下：

三维图形表达法：即通过建立对象的三维图形，表达位置、外形和分布。三维图形直观、形象，几何信息准确，在三维场景中随比例尺缩放，数据生产周期长，图形显示要求高。另外难以用三维模型表达外形不确定的对象。

符号表达法：将工程对象抽象为点、线或面元素，通过符号表达对象的位置和分布，分为点状符号、线状符号和面状符号三类。具有便于数据生产，可以不随图缩放，目标明显，可读性强、显示快等优点，缺点是不能表达对象的准确外形。

标注法：标注法本质是一种特殊的符号法，主要是通过文字表达内容。

专题渲染法：主要是通过颜色系统渲染图形，表达三维对象的某项属性，基于三维图形和三维符号都可以渲染。

空间叠加法：主要指空间二三维图形的相互叠加，在图形显示阶段动态地表达对象。优点是灵活性高、准确，不需要生产大量数据。缺点是依赖图形显示平台实现，针对不同的显示平台一般都需要编程实现。

在表1中，列举了常见的公路工程相关的内容及其可视化方式，图3、图4是某立交互通项目实施中各类内容的可视化效果，图5是某跨江大桥的病害分布示意。

表1 公路工程相关内容的可视化方式

图3 道路、桥梁与dsm

图4 土方工程检验批

图5 病害分布

3 问题与展望

工程内容作为与空间密切相关的信息，具有生命周期短、内容复杂、动态变化等特点。因此，工程内容的图形化考虑到周期、实用性等方面，对图形的制作、显示提出了更高的要求。对于规划、设计等相对静态的数据，可以先行绘制，对于施工过程中的数据，更应该结合现场的设备、人员的空间信息，动态展现变化的数据。