三维可视化
[0080] I. 1数字地面模型（DTM)概念：
[0081] 数字地面模型（Digital Terrain Model)，简称DTM，是用大量的三维坐标X、y、z 对地形表面形态等多种信息的一个数字表示。由于数模原始数据点的分布形式不同，数据 采集的方式不同，以及数据处理、内插的方法不同和最后的输出格式不同等原因，数字地面 模型分为很多种类。而数模的组织形式、数据结构及其数据处理方式又取决于原始地形数 据的分布形式，所以根据数模中已知数据点的分布形式划分数模类型，数字地面模型可以 分为规则数模和不规则数模。规划数模是指原始数据点之间有固定的联系，具体体现在模 型格网是规则等距，这种数模具有输出简单，数据检索和内插简单快速，最大缺点是不能适 应地形的变化；不规则数模是指原始地形数据点之间无任何联系，数据点是随机分布的，以 不规则三角网（Triangulated Irregular Networks)模型为主，其优点是能较好的适应地 形变化，内插精度高，可以表示任意形状的区域边界。所以本发明地形建模模块采用就是基 于TIN三角网数字地面模型。
[0082] 1. 2地形数据采集
[0083] 建立数字地面模型，首要环节就是地形数据的采集。目前在实用中常采用的数据 采集方式有三种：由航测仪器从航空照片上获得地形数据；从已有地形图上由数字化仪输 入地形数据；由可记录量测数据的电子经炜仪、全站式速测仪器从野外实测获得地形数据。
[0084] 用航测方法采集数据能直观地观察地表形态，工作环境好，可以随意和方便地控 制地形点的分布和密度，所得到的地形信息可靠、精度高。特别是随着航测在公路测试方面 的应用的不断扩大，大多设计院的大比例尺地形图也是由航测获得的，通过航测来获取地 形数据越来越成为主流。航测采集数据还有一个优点就是航测使用的解析测图仪在测图是 可以附带记录测图信息，不需特意为建立数字地面模型而重新采集，这给数据采集带来了 极大的方便，所以航测数据采集是目前在大规模公路测设状态下最理想、最易接受和推广 的数模数据采集方式。
[0085] 利用航测采集地形数据，由于点的分布与密度是随意控制的，特别适宜大范围的 已知点要求较多的基于TIN三角网的数字地面模型，故本发明的地形建模的数据来源也是 通过航测手段采集的。
[0086] 1. 3地形数据预处理
[0087] 原始地形数据采集后，经过Iroad道路设计软件处理可以转换成三维地形采样 点，但由于原始地形数据点密度大且数量大，难免出现一些错误点和奇异点，因些有必要对 散点地形数据进行预处理，在保证地形基本细节特征的前提下，对散点数据进行简化，剔出 错误点和奇异点，这样不但可以保证地形的正常模拟，还有利于提高数据检索和内插效率， 减少系统资源消耗。
[0088] 本发明在对数据进行简化时，采用层次细节模型（LOD)，即在保证地形完整的前提 下，删除地形的非特征点，自适应地降低地形场景的复杂度，减少系统数据冗余，提高系统 帧率。LOD技术能很好的解决海量地形数据处理与系统有限的渲染能力之间的矛盾。
[0089] 2、三维道路建模及可视化
[0090] 2. 1、道路模型的构建方法
[0091] 道路模型的构建是基于下述思想：道路建成后，原来的地面由建成的道路表面代 替，从这个角度观察道路表面，它实际上是地面的一部分。所以，可以用一般建立地表模型 的方法建立道路模型。
[0092] (1)数据的准备
[0093] 道路模型表面可由道路中心线、道路路基边缘线、道路边坡线组成的封闭的多边 形组成。当，把这些表达道路模型表面的线作为特征线。在进行完道路的平、纵、横设计后， 即可按照需要的断面距离计算这些特征线的三维坐标，一般为20米一个断面，也可根据需 要加密。把所得三维坐标按照所在特征线沿路线前进方向进行记录。
[0094] (2)数据管理和组织
[0095] 本发明在DEM数据组织与管理上采用了 Windows独有的文件映射技术。运用该技 术，达到了 DEM数据在时空上的最佳组合状态。同时，在基于32位的机器上，可处理的数据 量为180X108GB，以最少的系统资源获得最快的几何查询及处理速度。
[0096] 文件映射步骤如下：
[0097] ①调用CreateFile函数打开要映射的文件；调用CreateFileMapping函数，其中 要求传入之前CreateFile函数返回的句柄，该函数在CreateFile函数创建的文件对象基 础上生成一个的内存映射对象；
[0098] ②调用MapViewOfFile函数映射整个文件的一个区域或者整个文件到内存。该函
[0099] 数返回指向映射到内存的第一个字节的指针；用该指针来读写文件；
[0100] ③调用UnmapViewOtFile函数来解除文件映射；
[0101] ④调用CloseHandle函数来关闭内存映射文件。注意必须传入内存映射文件的句 柄；
[0102] ⑤调用CloseHmldle函数来关闭文件。注意必须传入由CreateFile函数创建的 文件的旬柄。
[0103] 2. 2、道路无缝链接模型的构建方法
[0104] 构建无缝链接模型的难点是：在设计面区域内，存在有地形数掘点。建立无缝链接 模型时，处于设计面区域内的地形数据点不可以参与构网。设计面区域是多个复杂的不规 则区域。本发明建立道路模型采用分块建立，即按照公路路段分段，再通过拼接建立整条道 路的模型，这样分的目的在于利用逐点插入法建立道路无缝链接模型时，对落在道路区域 内的地形点能够快速判断并剔除出去。
[0105] (1)地形模型的建立
[0106] 考虑到带状地形特征和路面的限制条件，系统选择TIN来表达地形，对于三维公 路表达除了点状地物（如路灯等）外所有地物模型只要是与地形模型相交的都应该被镶嵌 在地形模型中成为地形模型中的一部分或一层这样才能在三维显示时取得正确的表达效 果。因此，路面及其构造物必须镶嵌在地形模型中，应该用道路模型替换地形模型中属于此 范围的三角形使得地面模型和道路模型无缝地集成在一起。具体思路是：先建立地形模型 然后将设计数据的外围轮廓线提出来，一个外围轮廓线组成一个平面多边形，将该多边形 按约束边对TIN进行插值处理，并将该多边形内的三角形剔除；
[0107] (2)路面模型建立
[0108] 道路模型的构建思想：道路建成后，原来的地面由建成的道路表面代替，从这个角 度观察道路表面，它实际上是地面的一部分，所以可以用一般建立地表模型的方法建立道 路模型。
[0109] 道路模型表面可由道路中心线、道路路基边缘线、道路坡脚线组成的封闭多边形 组成。当然为了更细致的表达道路细节，也可加入道路中央分隔带线、路肩边缘线、道路边 坡坡沟线等。把这些表达道路模型表面的线作为特征线。在进行完道路的平、纵、横设计 后，即可按照需要的断面距离计算这些特征线的三维坐标，一般为一个断面，也可根据需要 加密，把所得三维坐标按照所在特征线沿路线前进方向进行记录。本发明建立道路模型采 用逐点插入算法。
[0110] 本发明定义道路的中线、路基边缘线、边坡坡顶坡沟线为地形特征线，这样在建立 三角形时就能顾及到道路表面的实际形状。
[0111] 公路设计数据主要有纵、横断面数据，纵断面其实是道路中心线，一般以里程粧号 表示，主要包括粧号，三维坐标（X、Y、Z)和方位角（A)横断面设计数据包括粧号、偏距、高程 和编码等。编码说明点的类型如路边、水沟、边坡等，通过编码可以确定相邻断面之间点的 连接关系，左边和右边用单双号区分。根据纵横断面信息，可求出所有横断面上各点的三维 坐标按顺序存入顶点坐标数组计算公式为：
[0112] X = x0+d · cos A · y = y〇+d · sin A
[0113] 式中Xc^ytl为中心线粧号点坐标，A为横断面方位角。
[0114] 基本步骤如下：
[0115] ①建立道路模型；
[0116] ②提取道路模型边界，并产生边界文件。；
[0117] ③导入地形点，读取边界文件，逐点判断地形点是否落在道路模型区域内，如果 否，则加入到模型中，并按Delaunay法则生成三角网。如果是落在道路模型区域内，；
[0118] ④建立道路模型；
[0119] (3)道路附属设施三维模型的建立
[0120] 将三维模型分为三类：①具有几何形态的不变性和表面材质、纹理的相似性，具有 重要的形状和位置特征，如路灯等；②具