【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。使用该方法的具椴街枞缦:
(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