高坤 杨吉波 蔡敦洁

摘要：近年来，我国城市轨道交通行业发展迅猛，国内一些大中型城市将轨道交通作为缓解交通拥堵及引领城市发展的首选方案。本论文主要阐述列车运行仿真系统的研究，包括系统的结构、特点以及实现的功能。以期能够对相关从业者提供一定的帮助。

关键词：仿真系统;结构;特点;功能

1.引言

随着城市的快速发展，城市轨道交通在人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。许多城市都大力兴建地铁，开发城市轨道交通，以缓解城市交通的压力。地铁信号系统是指挥地铁列车安全运行的自动控制系统，在保证乘客安全的同时也为乘客提供更好舒适度的乘车环境，地铁信号系统在列车运行中扮演着非常重要的角色，在正式投入运用前要经过大量的反复的测试，如果每次都要去现场才能进行测试，这将会消耗大量的社会资源。同时随着地铁的大力发展，这也会大大增加对地铁驾驶人员的需求，使得地铁运营公司要进行大量的司机培训的工作，如果驾驶人员也要去现场进行培训，那也必将花费大量的社会资源，所以地铁运行仿真就变得日趋重要。

2.仿真概念

三维视景仿真技术包含计算机仿真、计算机图形图像、信息合成以及三维显示等技术，它通过三维建模以及模型驱动等技术，从而实现对真实场景的模拟;该技术可通过视景的图形图像表示以及结构信息和体视特征来再现逼真的三维仿真场景，并且可实现与用户进行实时互动的一种交互式的三维场景，可为用户创建一个模拟真实环境变化并且与它实时交互作用的多维的图形图像世界。近年来，随着地铁技术的快速发展，在模拟地铁运行等方面，采用了视景仿真技术，并且都取得了不错的效果。

3.仿真系统的结构

可视化仿真系统主要由图像生成器、可视化数据库以及仿真应用程序等模块组成。

图像生成器主要是指实现可视化仿真所需要的计算机硬件配置设备，这里主要指电脑的显示器系统。图像生成器的性能是由每帧所能绘制的多边形数量来决定的，它的好坏是由计算机显卡对图形的植染速度、中央处理器的运行速度以及其它电脑硬件的配置来决定的。

可视化仿真的数据基础就是可视化数据库，可视化数据库是指用来构建仿真对象的三维模型的数据库，它是由支撑整个仿真系统的基础三维模型组成，所以对于整个仿真系统来说，可视化数据库决定着整个仿真系统的运行条件，通过逼真的三维建模以及更加优化的三维模型，就能获得更加真实以及效率更高的实时仿真系统。

可视化仿真一个重要的特征就是可视化仿真具有高度的交互性，操作人员可以自主的参与到仿真的过程中去，让操作人员就像在真实环境中进行模拟操作一样，为了实现可视化仿真的实时交互性，需要由仿真应用程序来实现，它不但可以驱动可视化场景的三维模型，而且也可以实现一些特别的效果，同时也可以对用户的操作进行实时的响应。

由此可见，可视化仿真需要在图像生成器这个硬件平台，用仿真的可视化数据库作为基础，通过仿真应用程序来驱动可视化的三维场景模型，从而达到仿真的目的。

4.仿真系统模型的特点

影响可视化仿真性能的因素有很多，就像三维模型的优化程度、硬件平台的配置差别等，它们或多或少都会在仿真的过程中影响着模型渲染的效果。通过理解可视化仿真模型的植染过程，可以有针对性的改进模型的优化过程以及提高硬件设施配置，从而提高仿真系统的运行速率。可视化仿真模型的渲染一般要经过应用、剔除以及绘制等过程。

4.1应用阶段

在可视化过程中首先要进行一些操作处理，例如要实时更新可视化三维场景模型数据库的一些数据，获取操作台按钮以及键盘等输入装置的操作信息，并且查找当前视点和三维视景内的三维模型的矢量位置，将这些获得的三维场景模型数据库、输入装置的操作信息以及当前视点和可视化场景内的三維模型的矢量位置存储起来，成为了场景图，接下来实现植染过程的别除与绘制。

4.2剔除阶段

在可视化仿真过程中会经常涉及到边界体与观测体两个概念，边界体就是用来指定三维模型边界范围的封闭几何体，而观测体就是可视化仿真中观察者视线范围内的虚拟几何体。在剔除阶段，通过场景图中的信息的来断定可视化仿真三维场景模型的边界体与观测体的相交关系，从而就可以判断场景图中在当前视点下所能看见的模型节点，以此为依据来剔除当前视点范围内看不见的模型节点，将需要這染的三维模型和這染指令存储为显示列表，用于接下来对三维模型进行绘制。

4.3绘制阶段

经过可视化仿真的应用和剔除，通过显示列表中存储的渲染信息和指令，把三维场景的模型数据库中的模型多边形以及纹理映射等相关数据渲染为巾贞缓存，从而进一步将三维场景的场景图数据信息以图形图像的形式绘制到显示终端设备上的窗口和通道等位置上，然后濱染下一巾贞的模型多边形以及纹理信息，以此进行循环达到动态显示的效果。

5.仿真系统功能

列车仿真系统首先能实现的功能便是人工驾驶操作的实现。主要包括：信号机点灯操作旳实现、列车牵引或制动操作的实现、列车紧急制动操作的实现、仿真系统视点的切换、列车开关门的操作。

6.结束语

现代社会城市化进程的加剧，往往伴随着人口的快速增长，这就给现代化的城市交通带来了严重的压力;道路、航空、城市轨道交通和船舶等现代化的城市交通承载着越来越重要的运输责任，与其他运输方式不同的是，城市轨道交通的运输量更大，同时它还具备安全、快速以及准时的特点。车辆仿真系统的应用能够减少对现场资源的使用，同时也消除了现场的安全隐患，这对于城市轨道交通的发展有着重大的战略意义。

参考文献：

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