利用Civil3D進(jìn)行道路建模2

1、AutoCAD Civil 3D和3ds Max Design 用于道路建模李樓 武漢大學(xué) 測(cè)繪學(xué)院。摘要：道路建模在道路的勘察設(shè)計(jì)中具有重要的意義，道路三維模型能夠形象地展示工程結(jié)束后的實(shí)際景觀。本文介紹了利用AutoCAD Civil 3D 用于道路建模過(guò)程，并說(shuō)明了如何將Civil 3D道路模型導(dǎo)入到3ds Max Design中進(jìn)一步加工，從而獲取道路的三維景觀模型。關(guān)鍵詞：道路建模；AutoCAD Civil 3D；3ds Max Design；數(shù)字地面模型0 引言傳統(tǒng)的道路勘測(cè)設(shè)計(jì)大都采用2D方式來(lái)表現(xiàn)各種地物，而少數(shù)設(shè)計(jì)成果也只是提供局部的、靜態(tài)的或者線框形式三維透視圖，它們都無(wú)

2、法非常直觀的來(lái)表現(xiàn)設(shè)計(jì)的結(jié)果。對(duì)于沒(méi)有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的人員來(lái)說(shuō)，就更加難以獲得形象化的感受。因此，我們需要以一種更加直觀的方式來(lái)展現(xiàn)我們的設(shè)計(jì)藍(lán)圖。目前，三維可視化技術(shù)已成為國(guó)際的上的一大熱門(mén)。通過(guò)對(duì)道路進(jìn)行建模，我們可以獲取道路的三維模型，再利用可視化技術(shù)我們就可以在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)道路的模擬，制作出具有真實(shí)感的效果圖和三維動(dòng)畫(huà)等。在此基礎(chǔ)上我們就可以對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，檢測(cè)設(shè)計(jì)路線是否合理、與周?chē)h(huán)境、景觀是否協(xié)調(diào)等等。隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，道路三維模型在道路設(shè)計(jì)中越來(lái)越受到人們的關(guān)注，數(shù)字公路成為了國(guó)內(nèi)外交通發(fā)展的必然趨勢(shì)。目前，已經(jīng)出現(xiàn)了許多優(yōu)秀的道路設(shè)計(jì)軟件：國(guó)外的道路CA

3、D軟件如德國(guó)IBT軟件公司的CARD1、英國(guó)Infrasoft公司的MXRoad、美國(guó)Inergraph公司的InRoads及我國(guó)的中交第一公路勘察設(shè)計(jì)院的Hintsoft、上海中交海德科技的海德(HEAD)系統(tǒng)、西安立德公路工程咨詢有限公司的緯地道路輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)(HintCAD)、東南大學(xué)李方教授主持開(kāi)發(fā)的路線與互通式立交CAD系統(tǒng)EICAD等等。事實(shí)上，道路三維模型已經(jīng)在道路勘察、設(shè)計(jì)、施工、管理養(yǎng)護(hù)和用戶服務(wù)的各個(gè)過(guò)程中獲得了應(yīng)用。我們應(yīng)當(dāng)順應(yīng)數(shù)字化的潮流，通過(guò)學(xué)習(xí)和利用先進(jìn)的技術(shù)，來(lái)提高生產(chǎn)效率。Autodesk公司長(zhǎng)期以來(lái)致力于圖形設(shè)計(jì)類軟件的研發(fā)，旗下的Civil 3D 2011就

4、是一款優(yōu)秀的土木工程的三維設(shè)計(jì)產(chǎn)品，本文將通過(guò)對(duì)其道路設(shè)計(jì)模塊相關(guān)功能的簡(jiǎn)要說(shuō)明來(lái)展現(xiàn)其應(yīng)用于道路設(shè)計(jì)的價(jià)值。1 利用Civil 3D和3ds Max Design進(jìn)行道路建模過(guò)程Civil 3D在道路建模方面具有十分強(qiáng)大的功能，它可以用于創(chuàng)建復(fù)雜的道路模型，如對(duì)道路交叉點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)互通、對(duì)路線進(jìn)行超高編輯等，利用Civil 3D創(chuàng)建的道路模型能夠與地形曲面很好的貼合到一起，生成美觀的模型。Civil 3D提供了良好的操作界面，用戶如果熟悉道路建模的相關(guān)知識(shí)，就能很快上手。但是，由于Civil 3D材質(zhì)庫(kù)不夠豐富，渲染能力有限，而3ds Max Design作為Autodesk公司另一款著

5、名的三維設(shè)計(jì)軟件，十分適合于三維模型的編輯，還具有強(qiáng)大的渲染能力。Civil 3D所創(chuàng)建的道路模型在導(dǎo)入3ds Max Design進(jìn)一步處理后，就能夠生成逼真的三維景觀模型。下圖描述了利用AutoCAD Civil 3D和3ds Max Design進(jìn)行道路建模的流程。圖1 利用Civil 3D和3ds Max Design進(jìn)行道路建模示意圖2 利用Civil 3D進(jìn)行道路建模2.1 原始資料的搜集在利用Civil 3D進(jìn)行道路設(shè)計(jì)之前，我們首先要準(zhǔn)備必要的原始數(shù)據(jù)，包括工程項(xiàng)目區(qū)域的相關(guān)資料如區(qū)域概況、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等。然后我們要獲取項(xiàng)目區(qū)域的數(shù)字地形模型DTM，接著在數(shù)字地形模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行選

6、線、道路縱斷面、橫斷面等的詳細(xì)設(shè)計(jì)，最終完成道路數(shù)字模型的建立。下面我們就來(lái)逐一說(shuō)明各個(gè)步驟：2.2 創(chuàng)建地形曲面在AutoCAD Civil 3D中，與數(shù)字地形模型相對(duì)應(yīng)的概念是“曲面”，“曲面”對(duì)象反映了實(shí)際的地形地貌，它是我們進(jìn)行道路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。首先，我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)曲面對(duì)象，然后對(duì)曲面對(duì)象進(jìn)行定義，Civil3D為我們提供了多種定義曲面對(duì)象的方法，包括邊界、等高線、特征線、DEM文件、圖形對(duì)象、編輯、點(diǎn)文件、點(diǎn)編組等多種形式。在Civil 3D中新建一個(gè)曲面的方法是：選擇“常用-工具空間-瀏覽-（圖形集文件名）-曲面”在曲面上右鍵鼠標(biāo)，執(zhí)行“創(chuàng)建曲面”，這時(shí)會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話框，提示用戶選

7、擇創(chuàng)建的曲面類型、曲面圖層、曲面特性等，用戶設(shè)置完成后單擊“確定”按鈕后，就完成了一個(gè)新曲面的創(chuàng)建。接下來(lái)的工作就是對(duì)曲面進(jìn)行定義。例如通過(guò)DEM文件來(lái)定義曲面。DEM的獲取存在多種手段，如通過(guò)地形圖、攝影測(cè)量與遙感影像數(shù)據(jù)、地面測(cè)量、既有DEM數(shù)據(jù)等方式來(lái)獲取。我們只需要展開(kāi)所新建的曲面對(duì)象，選擇“定義-DEM文件”子菜單，單擊鼠標(biāo)右鍵，執(zhí)行“添加”功能即可按相應(yīng)提示完成該曲面對(duì)象的定義。當(dāng)然我們還可以通過(guò)其它方法如導(dǎo)入點(diǎn)文件（如通過(guò)激光掃描系統(tǒng)獲取點(diǎn)）來(lái)完成曲面的定義。而且，可以添加不同的曲面定義文件對(duì)同一曲面對(duì)象進(jìn)行定義，具體步驟在此就不贅述了。這樣，我們就可以將多種可以利用的數(shù)據(jù)綜合起

8、來(lái)，使得曲面的定義更加精細(xì)，能夠更加準(zhǔn)確的表達(dá)實(shí)際地表模型。2.3 HYPERLINK ms-its:F:Program%20FilesAutodeskAutoCAD%20Civil%203D%202011Helpcivil_users_guide.chm:/WSc7dd9fbd5fb88e861e9cb75fe06de36a5-7fda.htm 道路的設(shè)計(jì)和創(chuàng)建有了地形曲面的參照，我們就可以進(jìn)行平面線位設(shè)計(jì)、縱斷面設(shè)計(jì)、裝配的設(shè)計(jì)，并建立道路模型了。圖2 Civil 3D道路設(shè)計(jì)示例圖平面線位設(shè)計(jì)：Civil 3D 2011為我們提供了非常豐富的路線創(chuàng)建方法，如使用路線創(chuàng)建工具提供的“路線布

9、局工具”來(lái)交互的創(chuàng)建路線；執(zhí)行“從對(duì)象創(chuàng)建路線”，讓我們選擇一條多段線來(lái)生成相應(yīng)的路線；執(zhí)行“創(chuàng)建最佳擬合路線”，我們可以選擇AutoCAD塊、AutoCAD圖元、AutoCAD點(diǎn)、幾何空間點(diǎn)、要素線等幾種類型的數(shù)據(jù)來(lái)創(chuàng)建一條最佳的擬合路線。此外，我們還可以使用從道路創(chuàng)建路線、從網(wǎng)絡(luò)零件創(chuàng)建路線、從現(xiàn)有路線創(chuàng)建路線等方法來(lái)創(chuàng)建路線，讀者可通過(guò)實(shí)際操作去做進(jìn)一步了解?？v斷面設(shè)計(jì)：縱斷面設(shè)計(jì)道路設(shè)計(jì)中比較關(guān)鍵的一環(huán)，縱斷面的合理與否將直接影響工程土方量的大小。在對(duì)路線縱斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，我們首先要建立地形曲面縱斷面，然后參照地形曲面來(lái)設(shè)計(jì)路線的縱斷面。Civil 3D 2011的縱斷面創(chuàng)建面板為我

10、們提供了多種縱斷面的創(chuàng)建方法，我們可以結(jié)合實(shí)際情況選擇合適的創(chuàng)建方法。裝配設(shè)計(jì)：裝配實(shí)際上代表的是道路的橫斷面，它是道路設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。裝配的結(jié)構(gòu)直接決定了道路的外觀。而一個(gè)裝配是由若干“部件”（如邊坡、邊溝、土路肩、硬路肩、行車(chē)道、中間帶等）組合起來(lái)構(gòu)成的，用戶可以自己定義部件來(lái)組裝裝配。同時(shí)，Civil 3D2011提供了豐富的部件集合，我們可以通過(guò)快捷鍵“Ctrl+3”來(lái)調(diào)出工具選項(xiàng)板來(lái)對(duì)裝配進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。創(chuàng)建道路：在完成以上準(zhǔn)備工作之后，我們就可以創(chuàng)建具體的道路對(duì)象了。通過(guò)Civil 3D“常用-創(chuàng)建與設(shè)計(jì)”面板，我們可以找到創(chuàng)建道路對(duì)應(yīng)的菜單，執(zhí)行后，系統(tǒng)會(huì)依次提示我們選擇路線、選擇

11、縱斷面、選擇裝配，經(jīng)過(guò)這三個(gè)步驟后，相應(yīng)的道路模型就顯示在了視口中。接下來(lái)，我們還需要對(duì)道路模型進(jìn)行進(jìn)一步的修改設(shè)置，使之符合我們的設(shè)計(jì)參數(shù)。通過(guò)右鍵單擊我們所創(chuàng)建的道路對(duì)象，執(zhí)行“特性”，這時(shí)會(huì)彈出一個(gè)“道路特性”的對(duì)話框，在這里我們可以對(duì)創(chuàng)建的道路對(duì)象做更細(xì)致的更改，如添加基準(zhǔn)線，修改不同樁號(hào)之間的對(duì)應(yīng)的裝配類型、設(shè)置步長(zhǎng)、目標(biāo)映射等，如圖3所示：圖3 道路屬性設(shè)置窗口此外，如果為路線指定了超高數(shù)據(jù)，那么當(dāng)裝配被鋪設(shè)到路線上時(shí)，它也可以進(jìn)行超高設(shè)置。Civil 3D 2011還為我們提供了豐富的分析功能，我們可以進(jìn)一步的進(jìn)行材質(zhì)計(jì)算、挖填方計(jì)算、視距檢查等操作，限于篇幅，本文將不詳細(xì)介紹了

12、。3 利用3ds Max Design對(duì) HYPERLINK ms-its:F:Program%20FilesAutodeskAutoCAD%20Civil%203D%202011Helpcivil_users_guide.chm:/WSc7dd9fbd5fb88e861e9cb75fe06de36a5-7fda.htm 道路模型進(jìn)一步加工在Civil 3D中，我們已經(jīng)完成了道路建模的主要的工作，道路的三維模型與地形模型已完美的結(jié)合到了一起。在Civil 3D中我們還可以設(shè)置道路的材質(zhì)，并可以通過(guò)“對(duì)象查看器”功能來(lái)查看道路的“真實(shí)”外觀，當(dāng)然，Civil 3D還提供了許多其它的查看方式（如3

13、D Hidden、3dWireframe、概念等視圖樣式）。我們可以將所創(chuàng)建的道路模型調(diào)整到合適的角度，然后調(diào)用Civil 3D系統(tǒng)命令“RENDER”對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行渲染，系統(tǒng)將會(huì)按照相應(yīng)的材質(zhì)設(shè)置輸出渲染后的圖像，我們可以保存生成的圖像供參考使用。Civil 3D 2011雖然提供了材質(zhì)設(shè)置功能，但是它的首要任務(wù)是建立道路的網(wǎng)格模型，其渲染能力有限，所以使用Civil 3D創(chuàng)建的道路模型的真實(shí)外觀是無(wú)法媲美實(shí)際景觀的。然而，3ds Max Design 作為Autodesk公司的另一款軟件則在三維模型的制作設(shè)計(jì)方面，具有驚人的表現(xiàn)力。如果我們能夠?qū)ivil 3D所制作的道路模型導(dǎo)入到3ds M

14、ax Design中進(jìn)行進(jìn)一步的材質(zhì)調(diào)整、修飾，其渲染出來(lái)的圖像將能夠達(dá)到照片級(jí)別的效果。2010年1月12日，Autodesk公司宣布完成對(duì)土木工程可視化軟件Dynamite VSP（來(lái)自英國(guó)3AM Solutions公司）及相關(guān)資產(chǎn)的收購(gòu)。Dynamite VSP正是這樣一款能夠?qū)ivil 3D 2011中生成的道路模型導(dǎo)入到3ds Max Design中插件工具。安裝Dynamite VSP插件后，在Civil 3D中會(huì)增加一個(gè)新的命令VSP3Dexport，在調(diào)用此命令后，系統(tǒng)會(huì)提示我們選擇需要導(dǎo)出的路線內(nèi)容，最終我們將得到一個(gè)后綴名為“VSP3D”的文件，然后我們?cè)?ds Max

15、Design軟件中執(zhí)行“Dynamite VSP-Geometry Import-Civil 3D (VSP3D) File”功能，在彈出的窗體中我們可以選擇想要導(dǎo)入到3ds Max Design的道路元素。這樣就完成了從Civil 3D到3ds Max Design的道路模型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，接下來(lái)的工作就是在3ds Max Design中對(duì)道路模型進(jìn)行進(jìn)一步的精加工，效果如圖4所示。在3ds Max Design中我們可以通過(guò)Dynamite VSP插件提供的相關(guān)功能方便的增加道路護(hù)欄、斑馬線、路邊人行道等，還可以在道路的兩旁增加合適的景觀樹(shù)、路燈以及車(chē)輛模型，并可以將地形對(duì)應(yīng)的影像作為貼圖附加

16、到地形曲面上。在模型修飾修飾完畢后，我們就可以對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行渲染，從而獲取照片級(jí)別的真實(shí)效果圖。此外，我們還可以模擬車(chē)輛在道路上行駛的情況，渲染出精美的動(dòng)畫(huà)。圖4 道路模型在3D Max Design中進(jìn)一步編輯后模型示例4 HYPERLINK ms-its:F:Program%20FilesAutodeskAutoCAD%20Civil%203D%202011Helpcivil_users_guide.chm:/WSc7dd9fbd5fb88e861e9cb75fe06de36a5-7fda.htm 小結(jié)本文簡(jiǎn)要介紹了利用AutoCAD Civil 3D進(jìn)行道路建模的實(shí)現(xiàn)方法，并說(shuō)明了如何將Ci

17、vil 3D所創(chuàng)建的道路模型導(dǎo)入到3ds Max Design中進(jìn)行進(jìn)一步修飾的方法。Civil 3D強(qiáng)大的道路建模功能只有用戶親自去體驗(yàn)才能發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用戶熟悉Civil 3D的相關(guān)操作后，會(huì)發(fā)現(xiàn)利用Civil 3D進(jìn)行道路建模是一件十分簡(jiǎn)單的工作。用戶可以很方便的創(chuàng)建多種路線方案，并對(duì)土方量進(jìn)行計(jì)算、進(jìn)行視距檢查等，從而評(píng)價(jià)各條路線的優(yōu)劣，為最終方案的選擇提供參考。在Civil 3D中創(chuàng)建的道路模型導(dǎo)入到3ds Max Design經(jīng)過(guò)進(jìn)一步處理后，我們可以獲取道路模型的渲染影像、動(dòng)畫(huà)等，還可以對(duì)道路模型進(jìn)行三維漫游瀏覽。這些成果在給相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行展示時(shí)將十分形象，更易理解，可以對(duì)道路的細(xì)節(jié)進(jìn)行

18、查看。本文中的插圖也是來(lái)自于實(shí)際項(xiàng)目的，道路模型是西阜石家莊段高速公路的一段，其互通模型即為實(shí)際的陳莊互通。從圖片效果來(lái)看，道路模型顯得精致美觀，充分說(shuō)明了以上兩款軟件用于道路建模的可行性及優(yōu)勢(shì)。利用Civil 3D和3ds Max Design進(jìn)行道路建模提高了道路三維可視化設(shè)計(jì)的質(zhì)量和速度，能夠帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但是，目前的Civil 3D也不盡是完美的，Civil 3D推薦用戶對(duì)道路進(jìn)行分段建模，每段的長(zhǎng)度盡量不要超過(guò)1公里。當(dāng)用戶路線設(shè)計(jì)過(guò)長(zhǎng)時(shí)，將會(huì)帶來(lái)數(shù)據(jù)量的增加，Civil 3D系統(tǒng)的運(yùn)行將會(huì)變得遲緩，過(guò)大的模型在導(dǎo)入到3ds Max Design中進(jìn)一步操作也會(huì)出現(xiàn)類似的問(wèn)題。我們期待Civil 3D及3ds Max Design產(chǎn)品在后續(xù)版本中能夠支持更大模型的建模，能夠采用動(dòng)態(tài)調(diào)用技術(shù)及索引機(jī)制來(lái)顯示道路局部模型，從而加快模型的顯示。參考文獻(xiàn)：1 鐘蜀華. Autodesk Civil 3D 2008三維數(shù)字地形模型的創(chuàng)建與應(yīng)用 J.