马跃 天津中德应用技术大学

现阶段，我国正处于社会经济的快速发展期，公路建设蓬勃发展，在国民经济中发挥着重要作用，根据相关数据显示，截止2014 年，我国高速公路里程已经达到10.6 万公里，成为世界第一。大量的事实表明公路的设计和规划对公路的使用质量和运营效益有巨大的影响，特别是在我国地貌环境复杂，部分山地公路是“用钱堆出来的”，造价成本极其高。近年来，随着三维动画技术的发展，技术被广泛应用到公路设计中，进行平、纵、横综合设计，对工程项目的实施有着至关重要的指导价值，只有优秀的公路设计，才能更好的为国民经济发展服务，获取更大的社会经济效益。

一、三维动画技术的现状及发展趋势

随着三维动画技术的成熟，许多人提出运用三维动画技术进行路线设计，简言之就是用三维的设计方法去检验三维的公路产品，尽管这样的提议是一次重大变革，但是在实际应用中仍然出现了众多问题，例如数据冗杂，功能单一。现阶段主要通过AUTOCAD 和3DMAX软件确定路径，进行渲染，这种方法视点比较固定，无法进行全方位观察；也存在路径和放映速度固定，播放过程中，无法实时查询所经区域的地形信息；同时线框模型无法对公路地形特征信息进行存储，动画渲染工作量巨大，不利于对模型数据的访问。目前相对比较成熟的公路三维建模方法是实体建模方法，以数字地面模型(DTM)为基础,根据路线平面、纵断面建立公路填方和挖方实体,在此基础上进行布尔运算，该方法原理简明,易于开发实现。

目前，公路仿真技术正在向着多角度、集成化、一体化的方向发展。三维设计思想已经逐渐进入公路设计领域，但是由于种种因素，三维动画技术并未在公路设计中发挥巨大的作用，影响了公路路线设计质量。鉴于此，相关的研究人员已经着手进行技术的改革，减少不必要的程序，使得相关的程序更加的合理科学，随着技术的进一步发展，三维动画技术必将取代传统的二维路线设计方法，得到更加广泛的应用。

二、CARD/1 设计软件分析

目前纬地三维动画CAD 系统可实现三种路线三维效果，但是效果不佳，只能实现单向、单视角、单路线的固定模式。而CARD/1 路线设计软件除了能完成纬地三维动画CAD 系统的效果，还能实现公路三维动态可视动画。CARD/1 设计软件的实现过程包括以下三个阶段：第一阶段是地形图数据准备阶段，首先对矢量地形图进行接口，同时对光栅地形图进行读入和处理以及光栅图矢量化进而对地形图输入/输出，接着对地形图处理并建立数字模型；第二个阶段是设计阶段，按照轴线设计→纵断面设计→编辑横断面开发文件→横断面戴帽子步骤进行；最后一个阶段是三维动态检验阶段，按照编辑动画建立文件→行驶模拟→结果检查步骤进行。根据前人的研究和实践分析，CARD/1 的在设计软件实现过程中具有无需进行数据交换，保证了设计精度，同步显示三维动画，可以调整行车方向，视点高度，对设计结果可以进行修改等优点，特别适合在山区公路设计中进行推广。缺点主要表现在对设计人员的编写程序能力要求较高，前期主要是德语版，接下来实现了英语版，但是由于语言障碍，应用的广泛性收到了影响。

三、CARD/1 三维动画设计数据准备

地形图是三维动画设计的基础，现有的地形图类型一般包括3D矢量、2D 矢量和光栅，地形图导入CARD/1 系统管理是首要任务。以光栅图数据为例，当其进入CARD/1 系统管理，软件会读入需要的格式数据，接下来转换为RAL 文件存储，然后将光栅图拼接起来进行切边等操作。如果要得到3D 地形图，还需要对光栅图进行矢量化。对于地形图数据的读入和处理主要按照地形图数据的读入→地形图处理→数字地面模型的建立→数据检查顺序进行。接下来是平面线形设计，CARD/1 是以地形图数据库作为勘测数据的中枢，可以辅助工程师实时放样设计线位单元，在数据导入之后，便可以开始路线平面的轴线设计工作。在接下来是纵断面拉坡设计，纵断面设计主要通过地面线、设计线、控制点和视距检查四个功能实现设计，其中设计线实现了各类相关信息同屏显示、交互设计过程数据精确、数图互动显示，配合键盘输入、灵活多样的设计方法和设计工具、及时地精确信息查询等功能。最后是横断面戴帽子设计，在该环境下，系统实现了自动化程序，这些命令序列可以适应各种类型横断面线设计的需求。具有功能自行滚动成长、功能强大的横断面开发环境和简单易学的横断面开发语言等优点。从步骤上看，首先是横断面开发命令，例如POINT 可以给出绝对坐标来产生一个点，RPOINT 命令可以设计一个点，SLOPE 命令设计相对于上一个点的新点，SHOULDER命令设计固定坡度，SWALE 命令设计一个由4 点组成的边沟，也会用 到DITCH、EMBANKMENT、SEMBANKMENT、ROUND 和SUBGRADE 等命令。

四、结语

三维动画技术在线路工程设计中的应用是一项相对复杂的系统问题，前人在具体的案例研究中也分析了CARD/1 三维动画内部开发命令集以及三维动画行驶模拟的实现过程，说明了视图输出的方法。尽管三维动画技术在线路工程设计应用中面临众多障碍，但是三维动画技术可以节省工程造价 ，使得公路线路的设计更为科学合理，因此需要得到交通部门和相关学者的重视，进一步提升现有技术。