专利名称：一种大规模轨道线路的动态建模方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于轨道交通仿真中以实际轨道线路数据为依据的三维轨道模型动态建模及实时仿真方法，可应用于大型轨道交通工程项目的设计、规划，基于车辆运行视景仿真的驾驶员培训、安全性分析等工程应用中。
背景技术：
需要进行高质量轨道交通仿真时，传统处理方法是使用专业建模软件根据线路数据进行手工建模，但是这种方法很难处理大规模的实际轨道线路数据，并且需要巨额的研发投入。有学者提出根据实际轨道线路数据进行动态建模，典型的如蒲浩等人提出的建模方法:1)用扫描面的生成方法来构建，如铁路轨道，公路的中央分隔带，防撞护栏等，只需设计好放样截面，再指定放样路径便可完成三维造型；2)利用空间阵列复制技术，能按照指定的轨迹线复制对象，对铁路沿线的枕木，电线杆等进行建模。这类方法的缺点在于:基于放样和扫描生成的三维轨道模型不精细、仿真度不高，同时对枕木，电线杆等进行单个的复制建模的速度较慢，只在以离线方法生成所有轨道模型，再进行加载和仿真，而不可能对任意输入的实际轨道线路数据进行即时动态建模和实时运行仿真。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种大规模轨道线路的动态建模方法，使仿真系统能在普通个人计算机上运行，能根据给定的实际轨道线路数据进行快速的、包括较高真实感模型的动态建模，并进行实时的运行仿真。为解决上述技术 问题，本发明所采用的技术方案是:一种大规模轨道线路的动态建模方法，该方法为:I)根据仿真系统的精度要求和轨道线路曲率半径的统计信息，确定轨道模型基本单元段的长度和类别，对轨道基本单元段进行建模；所述轨道段的类型包括直道和弯道；2)将所有轨道模型基本单元段进行一次加载；3)读取当前要仿真的实际轨道线路数据，计算虚拟场景中所有轨道段的位置及方向参数；4)根据当前视点所处线路公里标位置，动态拼接当前公里标周围的轨道模型；5)根据当前视点和视线方向对虚拟场景进行实时渲染显示。6)判断当前视点所在位置是否超出当前轨道场景的有效范围，若超出，且用户未要求结束仿真，则返回4);否则，退出仿真系统。作为优选方案，所述步骤I)中，采用建模软件3DS MAX对轨道基本单元段进行建模。所述步骤3)中，轨道段的位置及方向参数过程如下:I)假设当前轨道段起始点Ai的坐标为(\^ *方向角为a i ；
2)对于当前类型为直道，长度为Li的轨道段，下一轨道段，即弯道段的起点坐标
(x,Y.v4+|)及方向角a i+1满足
权利要求
1.一种大规模轨道线路的动态建模方法，其特征在于，该方法为: 1)根据仿真系统的精度要求和轨道线路曲率半径的统计信息，确定轨道模型基本单元段的长度和类别，对轨道基本单元段进行建模；所述轨道段的类型包括直道和弯道； 2)将所有轨道模型基本单元段进行一次加载； 3)读取当前要仿真的实际轨道线路数据，计算虚拟场景中所有轨道段的位置及方向参数； 4)根据当前视点所处线路公里标位置，动态拼接当前公里标周围的轨道模型； 5)根据当前视点和视线方向对虚拟场景进行实时渲染显示。
6)判断当前视点所在位置是否超出当前轨道场景的有效范围，若超出，且用户未要求结束仿真，则返回4);否则，退出仿真系统。
2.根据权利要求1所述的大规模轨道线路的动态建模方法，其特征在于，所述步骤I)中，采用建模软件3DS MAX对轨道基本单元段进行建模。
3.根据权利要求1所述的大规模轨道线路的动态建模方法，其特征在于，所述步骤3)中，轨道段的位置及方向参数过程如下: 1)假设当前轨道段起始点Ai的坐标为，方向角为aj ； 2)对于当前类型为直道，长度SLi的轨道段，下一轨道段，即弯道段的起点坐标 (Hh)及方向角α i+i满足
4.根据权利要求1所述的大规模轨道线路的动态建模方法，其特征在于，所述步骤4)中，动态拼接当前公里标周围的轨道段的过程为: 1)找到当前视点公里标附近的轨道模型所包含的轨道段，根据不同类型的轨道段，采用不同的拼接方式:对于所拼接类型为直道、长度为L的轨道段，如果所述直道的轨道基本单元段长度为m，则使用L/m个轨道基本单元段对该轨道段进行以原点为轴心的平移空间变换进行组合拼接；对于所拼接类型为弯道、长度为L、曲率半径为r的轨道段，如果所述弯道的轨道基本单元段长度为m，则使用L/m个曲率半径为r的轨道基本单元段对该轨道段进行以原点为轴心的旋转空间变换进行组合拼接； 2)获取上述步骤3中轨道段的位置和方向参数，并根据位置和方向参数信息，应用平移、旋转变换指定I)中拼接好的轨道段至其在整个轨道中的位置。
5.根据权利要求1所述的大规模轨道线路的动态建模方法，其特征在于，所述步骤5)中，调用OpenGL底层渲染平台对虚拟场景进行实时渲染显示。
全文摘要
本发明公开了一种大规模轨道线路的动态建模方法，为了能根据不同的轨道线路数据动态进行三维轨道建模，在初始化阶段对使用专业建模软件构建的轨道模型基本单元段进行一次加载，并分解计算线路上各个轨道的位置、方向等参数，然后在仿真阶段直接根据当前视点位置对轨道及场景进行实时拼接和显示。本方法简单有效，能在普通个人计算机上进行大规模轨道线路的实时仿真；本发明可应用于大型轨道交通工程项目的设计、规划，基于车辆运行视景仿真的驾驶员培训、安全性分析等工程应用中。
文档编号G06T17/00GK103236084SQ20131017949
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月15日 优先权日2013年5月15日
发明者廖胜辉, 夏佳志, 刘石坚, 梁毅雄, 邹北骥, 胡旺, 陈再良, 王磊, 向遥 申请人:中南大学