[发明专利]一种基于基元组合与多层次语义约束的高速铁路场景快速建模方法

说明书

所属技术领域

本发明属于地理信息系统、虚拟地理环境研究领域，特别涉及到虚拟高速铁路场景建模技术。 

背景技术

目前中国已经是世界上高速铁路里程最长、规模最大的国家，我国的高速铁路时代已经到来。高速铁路及其环境本身是一种复杂的“人、机、环境”系统，各子系统内部与各子系统之间有着十分复杂的联系，而构建虚拟高速铁路场景，实现高速铁路各对象数据的分析、重组与表示，支持复杂性大系统的科学实验研究和工程管理分析，具有重要意义。然而，由于高速铁路呈长距离带状分布，构造物纷繁复杂，不同阶段对三维场景的需求不同，导致了种类众多的三维场景建模手段。而在现有铁路领域的三维建模研究中，主要存在以下一些问题：1)大多侧重于单一领域场景的几何描述，各专业对象模型关系的定义不清晰，缺乏智能引导与控制，建模操作需要较强的综合专业知识，场景建模达不到专业领域的规范要求；2)现有建模方法中人工参与较多，模型的可重用性差，建模自动化程度低，不仅三维建模操作复杂，而且生产效率低。 

发明内容

顾及高速铁路环境的独特空间特征与关系属性，针对现有高速铁路三维场景建模方法存在的问题，本发明旨在设计一种基于基元组合与多层次语义约束的高速铁路场景快速建模方法。其目的在于：对高速铁路环境对象进行抽象和简化，描述其几何特征和属性特征，注重基元的通用性和重用性，建设高速铁路基元模型库，并厘清地形环境、线路和模型之间的空间特征和关系属性，设计多层次约束语义规则，准确描述虚拟高速铁路场景对象及各个对象之间关系，进而通过基元组合实现虚拟高速铁路场景的快速建模。为高速铁路的设计、建设、管理、仿真分析等提供一个可视化管理实验平台。 

本发明所涉及的基于基元组合与多层次语义约束的高速铁路场景快速建模方法，技术步骤包括：高速铁路基元模型库的建立；多层次约束语义规则的建立；虚拟高速铁路场景的快速生成。 

高速铁路基元模型库的建立：首先分析高速铁路线路场景中各对象模型的几何特征和属性信息，顾及计算机可视化表达约束，自上而下对高速铁路线路场景进行基元划分；其次对高速铁路环境对象进行抽象和简化，描述其几何特征和属性特征，注重基元的通用性和重用性；最后提取模型的主要特征，适当简化后进行建模渲染，并根据模型的专业类别和结构特性对模型进行分类，构建基元模型库进行统一管理和描述。 

多层次约束语义规则的建立：首先根据场景建模需求和基元模型的几何结构和特性，确定场景建设顺序和基元模型的组合顺序；其次根据线路数据和模型数据的空间和里程关系建立基元模型的空间语义规则，并使用绝对位置、相对位置和线性参照对其进行描述；然后根据地理空间坐标和线路的几何特性建立基元模型的空间姿态规则，使用水平角度、竖直角度和侧方位角对其进行描述；最后建立基本语义用于实现对基元模型的行为控制。 

虚拟高速铁路场景的快速生成：首先基于线路设计资料，系统解析基元组合和多层次语义约束规则，确定线路所对应的基元模型和组合方式；其次按照顺序语义获取基元模型，使用空间位置语义和姿态语义约束基元模型的组合行为，加入地形和影像数据，并采用细节层次模型优化场景；最后利用三维渲染引擎进行场景解析和实例化，得到虚拟高速铁路场景。 

本发明在对高速铁路各专业领域的构造物进行分析建模的基础上，使用多层次语义对模型的组合关系进行约束，通过基元模型快速组合构建虚拟高速铁路场景。该方法降低了高速铁路场景建模的难度，减少了建模过程中的人工参与程度，提高了高速铁路三维建模的自动化水平。本发明可为高速铁路的选线设计、施工建造、运营维护、耦合仿真等提供了有效的三维场景建模手段。 

附图说明

图1基元模型多层次语义约束结构图 

图2空间位置和姿态计算流程图 

图3虚拟高速铁路场景建设总体流程图 

具体实施方式

结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。 

1)基元模型库的建立