CN110766790A - 参数驱动的高速铁路桥梁自适应多层次三维可视化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种参数驱动的高速铁路桥梁自适应多层次三维可视化方法，包括：高速铁路桥梁细节层次模型制作：设置定位层、矢量层和实体层，实体层包括实体层、施工实体层和运维实体层，根据多尺度浏览的需求，对设计实体层、施工实体层和运维实体层以参数驱动几何形体的抽象，构造尺度实体层；高速铁路桥梁细节层次模型组织管理：细节层次模型以松散方式存储，通过建立对象、版本、空间、时间连接构造复杂多维网状组织关系，支撑细节层次模型自适应动态调度；高速铁路桥梁细节层次模型自适应动态调度：将空间、时间、版本及工程应用等查询命令解算为调度条件集，实现矢量、实体模型的复杂、一体化调度与虚拟环境下的分类渲染。

Description

参数驱动的高速铁路桥梁自适应多层次三维可视化方法

技术领域

本发明涉及三维可视化领域，尤其涉及一种参数驱动的高速铁路桥梁自适应多层次三维可视化方法。

背景技术

为满足高速铁路虚拟踏勘、建设及运维仿真服务、数字孪生铁路等虚拟仿真平台内不同浏览尺度、不同工程阶段、不同管理粒度的桥梁可视化需求，须采用抽象方法构造高速铁路桥梁的细节层次(Levels of Detail，简称LOD)模型，高效组织管理同一时空中不同对象或不同时空中同一对象的LOD模型，并在网络环境下自适应动态调度所需模型，实现高速铁路桥梁的多层次三维可视化。

目前，高速铁路桥梁LOD模型均采用简化格网的方法生成，以格网索引、四叉树索引等方法组织管理，并基于视点和视距实现动态调度。其存在以下缺点：

首先，已有方法采用几何简化生成LOD模型，无法满足抽象的需求，如高速铁路桥梁首级LOD模型应为桥梁工点各墩台的位置与里程值等矢量，而现有方法只能提供简化的三维实体模型，且几何简化以格网大小、法向矢量等为依据，简化过程无桥梁构造参数引导，简化结果不可控。

其次，高速铁路桥梁全生命周期信息随工程阶段逐步修正与细化，信息的三维可视化应体现其动态过程，而已有方法仅基于空间信息建立索引来组织管理LOD模型，无法支持时间维的调度。

最后，已有方法基于视点参数调度格网简化LOD模型，调度方式单一，无法支持不同层级、不同版本、不同时间段模型的复杂调度，不能满足不同工程管理粒度、不同工程应用对于高速铁路桥梁信息可视化的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够满足不同尺度、不同阶段、不同管理粒度下高速铁路桥梁的可视化需求、模型层次丰富、LOD模型之间为多维网状关联的参数驱动的高速铁路桥梁自适应多层次三维可视化方法。

为此，本发明的技术方案如下：

一种参数驱动的高速铁路桥梁自适应多层次三维可视化方法，包括以下步骤：

S1，高速铁路桥梁LOD模型制作：根据高速铁路桥梁全生命周期信息特点与工程管理需求，设置定位层、矢量层和实体层，实体层进一步细化为设计实体层、施工实体层和运维实体层，根据多尺度浏览的需求，对设计实体层、施工实体层和运维实体层以参数驱动几何形体的抽象，构造尺度实体层；

S2，高速铁路桥梁LOD模型组织管理：高速铁路桥梁LOD模型以松散的方式存储，通过建立对象、版本、空间、时间连接来构造复杂的多维网状组织关系，支撑LOD模型的自适应动态调度；

S3，高速铁路桥梁LOD模型自适应动态调度：基于高速铁路桥梁LOD模型及LOD模型之间的多维网状组织关系，增加调度解析模块，将空间、时间、版本、工程应用等查询命令解算为调度条件集，实现矢量、实体模型的复杂、一体化调度与虚拟环境下的分类渲染。

其中，步骤S1)的具体包括以下步骤：

S1-1：在定位层，构建工程项目中所有桥梁的首层LOD模型，首先，将每个桥梁工点的首层LOD模型定义为多个三维注记点的集合，然后，查询所有参数版本，依次从各参数版本中逐一抽取桥梁工点的首层LOD模型参数；最后，添加当前版本桥梁工点首层LOD模型，向属性字段写入工点名称、版本编码、线路名称，向首层LOD模型添加起始、终止、桥台、桥墩注记点，分别写入起始里程、终止里程、桥台名称与中心里程、桥墩编号与中心里程。

S1-2：在矢量层，构建工程项目中所有桥梁的第二层LOD模型，首先，将每个桥梁工点的第二层LOD模型定义为墩台矢量集、梁段矢量集与属性字段，墩台矢量集由桥梁工点的所有墩台的三维矢量组成，每个墩台的三维矢量包括桩矢量、承台矢量、墩身矢量与一个属性字段，桩矢量包括中心矢量和一个属性字段，承台矢量包括范围矢量和一个属性字段，梁段矢量集由桥梁工点的所有梁段的三维矢量组成，每个梁段的三维矢量包括梁高矢量与三个属性字段，梁高矢量由高度矢量和一个属性字段组成；然后，在S1-1的基础上，从各版本参数中逐一抽取桥梁工点的第二层LOD模型参数；最后，添加当前版本桥梁工点第二层LOD模型，向属性字段写入工点名称与版本编码，创建墩台矢量集与梁段矢量集，向墩台矢量集逐一添加每个墩台的三维矢量，向其属性字段写入桥台名称或桥墩编号，向墩台的三维矢量中添加墩身矢量，向墩身矢量写入墩台的架梁点与其对应的墩台底部点以线路中线上同里程位置三维点为原点的坐标值，以墩台的架梁点为原点，向墩台的三维矢量中由下至上添加相应数目的承台矢量，依次向每个承台矢量的属性字段写入承台编号，向承台矢量的范围矢量写入其底面矩形坐标值，从左向右、从上向下向墩台的三维矢量中添加相应数目的桩矢量，依次向每个桩矢量的属性字段写入桩编号，向桩矢量的中心矢量写入桩顶坐标与桩底坐标值，向梁段矢量集逐一添加每个梁段的三维矢量，向其属性字段写入梁段的编号、起始里程与终止里程，解算当前梁段跨度内包含墩台的数目、墩名称或编号及对应的梁高，向梁段的三维矢量中添加相应数目的梁高矢量，依次向梁高矢量的属性字段写入墩名称或编号，以墩台的墩身矢量与线路中线交点为原点，计算梁段顶部与底部的坐标，写入梁高矢量的高度矢量。

S1-3：在实体层，进一步细化为设计实体层、施工实体层和运维实体层，包括以下步骤：

S1-3-1：构造桥梁的设计实体LOD模型，首先，将每个桥梁工点的设计实体LOD模型定义为墩台实体集、梁段实体集与属性字段，墩台实体集由桥梁工点的所有墩台的三维实体集组成，每个墩台的三维实体集包括桩实体集、承台实体集、墩身实体集与一个属性字段，桩实体集包括每根桩的三维实体和一个属性字段，承台实体包括每级承台的三维实体和一个属性字段，墩身实体集包括墩身实体、椎体实体、渐变板实体等，梁段实体集由桥梁工点的所有梁段的三维实体组成；在S1-2的基础上，从各版本参数中逐一抽取桥梁工点的设计实体参数；添加当前版本桥梁工点设计实体LOD模型，向属性字段写入工点名称与版本编码，创建墩台实体集与梁段实体集，向墩台实体集逐一添加每个墩台的三维实体集，向其属性字段写入桥台名称或桥墩编号，向墩台的三维实体集中添加墩身实体集，以墩台的架梁点为原点，采用参数化建模的方法构造墩身实体、椎体实体、渐变板实体等，并将其加入墩身实体集中，向墩台的三维实体集中添加承台实体集，从下向上依次向承台实体集中添加每级承台，向其属性字段写入承台编号，以每级承台底面中心为原点，采用参数化建模的方法构造承台实体并加入到承台实体集中，向墩台的三维实体集中添加桩实体集，从左向右、从上向下依次向桩实体集中添加每根桩，向其属性字段写入桩编号，以每根桩顶面中心为原点，采用参数化建模的方法构造桩实体并加入到桩实体集中，向梁段实体集逐一添加每个梁段的三维实体，向其属性字段写入梁段编号，以梁段顶面中心为原点，采用参数化建模的方法构造梁段实体并加入到梁段实体集中。

S1-3-2：构造桥梁的施工实体LOD模型，首先，在已有设计实体LOD模型的基础上进行施工深化，包括结构细化与信息补充两种情况，结构细化抽取已有设计实体LOD模型的参数和施工深化参数，采用参数化建模的方法将待细化的单一部件扩充为三维实体集，信息补充判断分项工程类别从而确定其所属实体集，采用参数化建模的方法构造分项工程的补充实体模型，将其加入到相应实体集中；然后，根据版本变更进行设计变更，在参数集中添加新版本参数，根据新版本参数重复S1-1、S1-2、S1-3-1构造定位层、矢量层及设计实体LOD模型，采用S1-3-2中施工深化方法构造桥梁的施工实体LOD模型。

S1-3-3：构造桥梁的运维实体LOD模型，首先，抽取最后一版施工实体LOD模型的参数，第二，根据运维管理的需求，采用参数驱动的方法对施工实体LOD模型进行简化，并输出为运维实体LOD模型，第三，抽取运维参数，对已生成的简化实体LOD模型进行局部修改，最后，采用S1-3-2中施工深化的信息补充方法添加附属运维实体模型。

S1-4：参数驱动几何抽象，构造尺度LOD模型，首先，根据可视化场景的大小、硬件渲染效率、应用需求精度及实体的复杂程度确定几何抽象的级数，然后，逐一抽取设计实体LOD模型、施工实体LOD模型、运维实体LOD模型，从参数集中抽取模型对应的版本参数，根据几何抽象级数，逐级进行参数驱动的几何体抽象与纹理抽象，其中，几何体抽象计算当前抽象级版本参数中圆、椭圆、弧线段等曲线构造点数，采用参数化建模的方法生成简化实体，纹理抽象计算当前抽象级的分辨率，对纹理图片进行降采样处理，降低纹理贴图精度。

步骤S2)的具体实施方式包括以下步骤：

S2-1：建立高速铁路桥梁LOD模型的对象连接，首先，以工点名称为依据抽取LOD模型，建立抽取模型的一级对象关联，然后，遍历一级关联对象的墩台模型，以桥台名称或桥墩编号为依据建立墩台二级对象关联，遍历一级关联对象的梁段模型，以梁段编号为依据建立梁段二级对象关联，最后，遍历墩台二级对象，分别以桩编号、承台号、墩身块编号为依据建立墩台三级对象关联，遍历梁段二级对象，以梁块编号为依据建立梁段三级对象关联。

S2-2：建立高速铁路桥梁LOD模型的版本连接，首先，根据设计变更建立参数版本的一级索引；然后，遍历版本的一级索引，根据索引内部细节信息更新的时间建立版本的二级索引；最后，分别以版本的两级索引为依据，抽取LOD模型，建立抽取模型的两级版本关联。

S2-3：建立高速铁路桥梁LOD模型的时空连接，首先，建立高速铁路桥梁LOD模型的空间定位和尺度连接，空间定位采用分级定位、层级继承的方法，根据里程值、线路名称、三维中线计算定位层LOD模型在虚拟场景中的位置和姿态建立一级空间定位，矢量层LOD模型继承一级空间定位信息，根据中心矢量、范围矢量与高度矢量进行位置与姿态调整建立二级空间定位，实体层LOD模型继承二级空间定位信息，以定位基准为原点进行实体模型的位置与姿态调整建立三级空间定位，尺度LOD模型继承设计、施工、运维实体LOD模型的三级空间定位信息，采用均匀分布的方法，由底层向上建立尺度关联；然后，建立高速铁路桥梁LOD模型的时间连接，根据工程周期建立一级时间定位，根据信息更新的时间细化时间轴，形成二级时间定位，最后，以信息更新时间为依据，分层逐一为LOD模型添加二级时间定位。

步骤S3)的具体实施方式包括以下步骤：

S3-1：将输入命令解算为符合LOD模型组织关系、可实施的调度条件集；

S3-2：根据调度条件集，查找LOD模型集，并进行数据检查；

S3-3：虚拟现实环境下，实现目标LOD模型集的分类表达。

本发明的参数驱动的高速铁路桥梁自适应多层次三维可视化方法重新规划LOD模型的结构体系，并以参数驱动各层级LOD模型的制作，结合三维尺度、工程生命周期、工程管理粒度组织管理LOD模型，构造LOD模型之间复杂的网状关联，在此基础上，增加调度解析模块将复杂的查询命令解算为调度条件集，从而自适应动态调度LOD模型，满足不同尺度、不同阶段、不同管理粒度下高速铁路桥梁的可视化需求。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)现有技术采用格网简化方法制作高速铁路桥梁的LOD模型，属于几何级抽象，且抽象过程不考虑桥梁的构造参数，本发明以全生命周期参数驱动LOD模型制作，模型层次丰富、简化合理、符合工程应用需求；

(2)现有技术以格网索引、四叉树索引等方法组织管理高速铁路桥梁的LOD模型，属于基于空间检索的静态组织方式，本发明以高速铁路桥梁全生命周期信息动态三维可视化为目标，建立了LOD模型的对象、版本、时空连接，LOD模型之间由传统的一维树状关联改为多维网状关联，为复杂的模型检索提供了有效支持；

(3)现有技术基于视点参数调度LOD模型，调度方式单一，本发明数据为全生命参数驱动的LOD模型，并建立了LOD模型的多维网状关联，在此基础上以调度解析模块替代简单的视域分析，实现了矢量、实体一体化自适应动态调度，满足了不同尺度、不同阶段、不同管理粒度下高速铁路桥梁的可视化需求。

附图说明

图1是本发明三维可视化方法的流程示意图；

图2是本发明中高速铁路桥梁LOD模型层次关系示意图；

图3是本发明中高速铁路桥梁LOD模型示例图；

图4是高速铁路桥梁LOD模型制作的流程示意图；

图5是本发明中矢量层LOD模型结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本发明的参数驱动的高速铁路桥梁自适应多层次三维可视化方法包括：S1，高速铁路桥梁LOD模型制作；S2，高速铁路桥梁LOD模型组织管理；S3，高速铁路桥梁LOD模型自适应动态调度。具体如下：

S1-高速铁路桥梁LOD模型制作：

如图2-图5所示，根据高速铁路桥梁全生命周期信息特点与工程管理需求，制定LOD模型的层级为三层，分别为定位层、矢量层和实体层。根据工程阶段将所述实体层进一步细化为设计实体层、施工实体层和运维实体层，根据多尺度浏览的需求，对所述设计实体层、施工实体层和运维实体层以参数驱动几何形体的抽象，构造尺度实体层。具体步骤如下：

S1-1：在定位层，构建工程项目中所有桥梁的首层LOD模型，采取以下步骤：

第一步，将每个桥梁工点的首层LOD模型定义为多个三维注记点的集合，每个三维注记点包括点的三维坐标和两个属性字段；

第二步，查询所有参数版本，依次从各参数版本中逐一抽取桥梁工点的首层LOD模型参数，包括工点名称、所属线路名称(如正线、右线绕行等)、起始里程、终止里程、桥台名称与中心里程、桥墩编号与中心里程；

第三步，为各参数版本中每个桥梁工点的定位LOD模型填充数值：

首先，添加当前版本桥梁工点首层LOD模型，向属性字段写入工点名称、版本编码、线路名称；第二，添加起始注记点，向属性字段写入起始里程；第三，添加终止注记点，向属性字段写入终止里程；第四，逐一添加桥台注记点，向属性字段写入桥台名称与中心里程；最后，添加桥墩注记点，向属性字段写入桥墩编号与中心里程。

S1-2：在矢量层，构建工程项目中所有桥梁的第二层LOD模型，采取以下步骤：

第一步，将每个桥梁工点的第二层LOD模型定义为两个矢量集合与属性字段，所述两个矢量集合分别为墩台矢量集与梁段矢量集，所述墩台矢量集由桥梁工点的所有墩台的三维矢量组成，每个墩台的三维矢量包括桩矢量、承台矢量、墩身矢量和一个属性字段，桩矢量包括中心矢量和一个属性字段，承台矢量包括范围矢量和一个属性字段，所述中心矢量和范围矢量分别采用直线段与矩形表达，墩身矢量采用直线段表达；梁段矢量集由桥梁工点的所有梁段的三维矢量组成，每个梁段的三维矢量包括梁高矢量与三个属性字段，梁高矢量由高度矢量和一个属性字段组成，高度矢量采用直线段表达；

第二步，在S1-1的基础上，从各版本参数中逐一抽取桥梁工点的第二层LOD模型参数，包括每个墩台桩的平面排布参数与桩长参数、承台的几何参数、墩高、梁平面布置参数及梁高变化参数；

第三步，为每个桥梁工点的矢量层LOD模型填充数值，首先，添加当前版本桥梁工点第二层LOD模型，向属性字段写入工点名称与版本编码；第二，创建墩台矢量集与梁段矢量集；第三，向墩台矢量集逐一添加每个墩台的三维矢量，若当前墩台为桥台，向其属性字段写入桥台名称，否则向其属性字段写入桥墩编号；第四，计算墩台里程处线路中线的三维坐标，根据梁高变化参数、墩类型计算墩台架梁点与该点对应墩台底部相对于中线三维坐标的偏移值，向墩台的三维矢量中添加墩身矢量，向墩身矢量写入墩台架梁点与该点对应墩台底部的坐标偏移值；第五，抽取承台个数与每级承台的长、宽、高，承台从下向上顺序编号，以墩台架梁点为原点解算每级承台的底面矩形坐标，向墩台的三维矢量中添加相应数目的承台矢量，依次向每个承台矢量的属性字段写入承台编号，向承台矢量的范围矢量写入其底面矩形坐标；第六，由墩台桩的平面排布参数解算桩个数，若桩个数不为零，以墩台架梁点为原点，从左向右、从上向下解算每根桩的编号及桩中心的桩顶坐标与桩底坐标，向墩台的三维矢量中添加相应数目的桩矢量，依次向每个桩矢量的属性字段写入桩编号，向桩矢量的中心矢量写入桩顶坐标与桩底坐标；第七，根据墩台编号、里程与梁布置参数解算梁段数及每个梁段的编号、起始里程、终止里程，向梁段矢量集逐一添加每个梁段的三维矢量，向其属性字段写入梁段的编号、起始里程与终止里程；最后，解算当前梁段跨度内包含墩台的数目、名称或编号及对应墩台架梁点对应的梁高，向梁段的三维矢量中添加相应数目的梁高矢量，依次向梁高矢量的属性字段写入墩台名称或编号，以墩台的墩身矢量与线路中线交点为原点，计算梁段顶部与底部的坐标，写入梁高矢量的高度矢量。

S1-3：在实体层，进一步细化为设计实体层、施工实体层和运维实体层，采取以下步骤：

S1-3-1：构造桥梁的设计实体LOD模型，采取以下步骤：

第一步，将每个桥梁工点的设计实体LOD模型定义为两个三维实体集合与属性字段，三维实体集合分别为墩台实体集与梁段实体集，墩台实体集由桥梁工点的所有墩台的三维实体集组成，每个墩台的三维实体集包括桩实体集、承台实体集、墩身实体集与一个属性字段，桩实体集包括每根桩的三维实体和一个属性字段，承台实体包括每级承台的三维实体和一个属性字段，墩身实体集包括墩身实体、椎体实体、渐变板实体等；梁段实体集由桥梁工点的所有梁段的三维实体组成；

第二步，在S1-2的基础上，从各版本参数中逐一抽取桥梁工点的设计实体参数，包括每个墩台桩几何参数、墩台墩身的几何参数、梁体截面参数；

第三步，为每个桥梁工点的设计实体LOD模型填充数值，首先，添加当前版本桥梁工点设计实体LOD模型，向属性字段写入工点名称与版本编码；第二，创建墩台实体集与梁段实体集；第三，向墩台实体集逐一添加每个墩台的三维实体集，若当前墩台为桥台，向其属性字段写入桥台名称，否则向其属性字段写入桥墩编号；第四，向墩台的三维实体集中添加墩身实体集，以墩台的架梁点为原点，根据墩台墩身的几何参数，采用参数化建模的方法构造墩身实体、椎体实体、渐变板实体等，并将其加入墩身实体集中；第五，向墩台的三维实体集中添加承台实体集，从下向上依次向承台实体集中添加每级承台，向其属性字段写入承台编号，以每级承台底面中心为原点，根据几何参数，采用参数化建模的方法构造承台实体并加入到承台实体集中；第六，向墩台的三维实体集中添加桩实体集，从左向右、从上向下依次向桩实体集中添加每根桩，向其属性字段写入桩编号，以每根桩顶面中心为原点，根据几何参数，采用参数化建模的方法构造桩实体并加入到桩实体集中；第七，向梁段实体集逐一添加每个梁段的三维实体，向其属性字段写入梁段编号，以梁段顶面中心为原点，获取梁段范围内所有梁体截面参数，采用参数化建模的方法构造梁段实体并加入到梁段实体集中。

S1-3-2：构造桥梁的施工实体LOD模型：

随着工程周期的推进，桥梁的设计参数通常无法满足施工的精细化要求，需要在设计的基础上进行施工深化，或根据实际情况实施设计变更。施工实体LOD模型在设计实体LOD模型的基础上，将设计实体LOD模型中待细化的单一部件扩充为三维实体集，并根据需要增加辅助实体集。构造施工实体LOD模型包括以下内容：

第一，施工深化：施工深化在已有设计实体LOD模型的基础上进行，包括结构细化与信息补充两种情况。结构细化指施工过程中对已有分项工程进一步细化，如墩身分块浇筑、连续梁分块施工等，首先抽取已有设计实体LOD模型的参数，然后抽取模型的施工深化参数，最后采用参数化建模的方法将待细化的单一部件扩充为三维实体集，以墩身分块浇筑为例，抽取对应墩身设计参数中的几何形体参数，抽取施工深化参数中的墩身分块高度，复制设计实体LOD模型，将墩身实体替换为墩身实体集，每个墩身实体包含墩身分块实体模型与一个属性字段，向墩身实体的属性字段写入分块编号，采用参数化建模的方法构造墩身分块实体模型，将墩身实体加入到墩身实体集中；信息补充指施工过程中新增分项工程，如贝雷梁、CFG桩、支架等，首先判断分项工程类别为下部工程、上部工程或其他，若分项工程为其他，则新增辅助实体集，然后，若分项工程为上部工程或下部工程，抽取已有设计实体LOD模型的参数，再抽取模型的施工深化参数，否则只抽取模型的施工深化参数，最后采用参数化建模的方法建立三维实体模型，并将其加入到相应实体集中，以贝雷梁为例，贝雷梁属于上部工程，抽取对应梁段设计参数中的几何形体参数，抽取贝雷梁的施工深化参数，采用参数化建模的方法建立贝雷梁的三维实体模型，并将其加入到梁段实体集中。

第二，设计变更，即为参数版本变更，首先在参数集中添加新版本参数；然后根据新版本参数重复S1-1、S1-2、S1-3-1构造定位层、矢量层及设计实体LOD模型；最后，采用S1-3-2中施工深化方法构造桥梁的施工实体LOD模型。

S1-3-3：构造桥梁的运维实体LOD模型，具体步骤为：首先，抽取最后一版施工实体LOD模型的参数；第二，根据运维管理的需求，采用参数驱动的方法对施工实体LOD模型进行简化，并输出为运维实体LOD模型；第三，抽取运维参数，对已生成的运维实体LOD模型进行局部修改；最后，采用S1-3-2中施工深化的信息补充方法添加附属运维实体模型。

S1-4：参数驱动几何抽象，构造尺度LOD模型，采取以下步骤：

第一步，根据可视化场景的大小、硬件渲染效率、应用需求精度及实体的复杂程度确定几何抽象的级数；

第二步，逐一抽取设计实体LOD模型、施工实体LOD模型、运维实体LOD模型，将其设置为当前实体模型；从参数集中抽取当前实体模型对应的版本参数；根据几何抽象级数，逐级进行参数驱动的几何抽象，包括几何体抽象与纹理抽象，几何体抽象计算当前抽象级版本参数中圆、椭圆、弧线段等曲线构造点数，采用参数化建模的方法生成简化实体，纹理抽象计算当前抽象级的分辨率，对纹理图片进行降采样处理，降低纹理贴图精度。

S2-高速铁路桥梁LOD模型组织管理：

高速铁路桥梁LOD模型以松散的方式存储，通过建立对象、版本、空间、时间连接来构造复杂的多维网状组织关系，支撑LOD模型的自适应动态调度，具体步骤如下：

S2-1：建立高速铁路桥梁LOD模型的对象连接，即建立LOD模型集中相同对象之间的关联，首先，以工点名称为依据抽取LOD模型，建立抽取模型的一级对象关联；然后，遍历一级关联对象的墩台模型，以桥台名称或桥墩编号为依据建立墩台二级对象关联，遍历一级关联对象的梁段模型，以梁段编号为依据建立梁段二级对象关联；最后，遍历墩台二级对象，分别以桩编号、承台号、墩身块编号为依据建立墩台三级对象关联，遍历梁段二级对象，以梁块编号为依据建立梁段三级对象关联；

S2-2：建立高速铁路桥梁LOD模型的版本连接，即建立LOD模型集中相同版本参数之间的关联，首先，根据设计变更建立参数版本的一级索引；第二，遍历版本的一级索引，根据索引内部细节信息更新的时间建立版本的二级索引；最后，分别以版本的两级索引为依据，抽取LOD模型，建立抽取模型的两级版本关联；

S2-3：建立高速铁路桥梁LOD模型的时空连接，即以虚拟场景为世界坐标系，为LOD模型添加空间位置与姿态信息，以工程周期为时间轴为LOD模型添加时间信息，采取以下步骤：

第一步，建立高速铁路桥梁LOD模型的空间连接，LOD模型的空间连接包括空间定位和尺度连接，空间定位采用分级定位、层级继承的方法，首先，定位层LOD模型对应一级空间定位，根据里程值、线路名称、三维中线计算三维定位点、旋转角，从而确定其在虚拟场景中的位置和姿态，第二，矢量层LOD模型对应二级空间定位，定位基准从其一级空间定位中继承，中心矢量、范围矢量与高度矢量以定位基准为原点进行位置与姿态调整，第三，实体层LOD模型对应三级空间定位，定位基准从其二级空间定位中继承，以定位基准为原点进行实体模型的位置与姿态调整；尺度连接只针对尺度LOD模型，首先，根据可视化场景的大小、硬件渲染效率、应用需求精度对世界范围内的观察尺度进行离散化，形成尺度层级，然后，反向建立LOD模型的尺度连接，为设计、施工、运维实体LOD模型建立底层尺度关联，提取每个模型的尺度LOD模型，由于尺度LOD模型兼顾实体模型本身的复杂度，其个数可小于尺度层级数，故采用均匀分布的方法，由底层向上建立尺度关联；

第二步，建立高速铁路桥梁LOD模型的时间连接，首先，根据工程周期建立一级时间定位，包括勘察设计阶段、建设施工阶段和运营维护阶段；第二，根据信息更新的时间细化时间轴，形成二级时间定位；最后，以信息更新时间为依据，分层逐一为LOD模型添加两级时间定位。

S3-高速铁路桥梁LOD模型自适应动态调度：

基于高速铁路桥梁LOD模型及LOD模型之间的多维网状组织关系，增加调度解析模块，将空间、时间、版本、工程应用等查询命令解算为调度条件集，实现矢量、实体模型的复杂、一体化调度与虚拟环境下的分类渲染，具体步骤如下：

S3-1：将输入命令解算为符合LOD模型组织关系、可实施的调度条件集，包括视角调度、时间调度、对象调度和版本调度等；

S3-2：根据调度条件集，查找LOD模型集，并进行数据检查，首先，对不同种类的调度条件进行优先级排序；然后，根据首层条件抽取LOD模型，根据调度条件的优先级逐层进行筛选，形成目标LOD模型集；最后，对目标LOD模型集进行数据正确性、完整性检查，移除错误模型；

S3-3：虚拟现实环境下，实现目标LOD模型集的分类表达，按照数据类型，将目标LOD模型集划分为三维矢量与三维实体，分别在虚拟环境中加载和渲染绘制。

Claims (10)

1.一种参数驱动的高速铁路桥梁自适应多层次三维可视化方法，包括以下步骤：

S1，高速铁路桥梁细节层次模型制作：根据高速铁路桥梁全生命周期信息特点与工程管理需求，设置定位层、矢量层和实体层，所述实体层进一步细化为设计实体层、施工实体层和运维实体层，根据多尺度浏览的需求，对所述设计实体层、施工实体层和运维实体层以参数驱动几何形体的抽象，构造尺度实体层；

S2，高速铁路桥梁细节层次模型组织管理：高速铁路桥梁细节层次模型以松散的方式存储，通过建立对象、版本、空间、时间连接来构造复杂的多维网状组织关系，支撑细节层次模型的自适应动态调度；

S3，高速铁路桥梁细节层次模型自适应动态调度：基于高速铁路桥梁细节层次模型及细节层次模型之间的多维网状组织关系，增加调度解析模块，将包括空间、时间、版本、工程应用在内的查询命令解算为调度条件集，实现矢量、实体模型的复杂和一体化调度及虚拟环境下的分类渲染。

2.根据权利要求1所述的参数驱动的高速铁路桥梁自适应多层次三维可视化方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：

S1-1：在定位层，构建工程项目中所有桥梁的首层LOD模型；

S1-2：在矢量层，构建工程项目中所有桥梁的第二层LOD模型；

S1-3：在实体层，进一步细化为设计实体层、施工实体层和运维实体层；

S1-4：参数驱动几何抽象，构造尺度LOD模型。

3.根据权利要求2所述的参数驱动的高速铁路桥梁自适应多层次三维可视化方法，其特征在于，所述步骤S1-1包括：

将每个桥梁工点的首层LOD模型定义为多个三维注记点的集合，然后，查询所有参数版本，依次从各参数版本中逐一抽取桥梁工点的首层LOD模型参数；最后，添加当前版本桥梁工点首层LOD模型，向属性字段写入工点名称、版本编码、线路名称，向首层LOD模型添加起始、终止、桥台、桥墩注记点，分别写入起始里程、终止里程、桥台名称与中心里程、桥墩编号和中心里程。

4.根据权利要求2所述的参数驱动的高速铁路桥梁自适应多层次三维可视化方法，其特征在于：步骤S1-2包括：

第一步，将每个桥梁工点的第二层LOD模型定义为墩台矢量集、梁段矢量集与属性字段，墩台矢量集由桥梁工点的所有墩台的三维矢量组成，每个墩台的三维矢量包括桩矢量、承台矢量、墩身矢量与一个属性字段，桩矢量包括中心矢量和一个属性字段，承台矢量包括范围矢量和一个属性字段，梁段矢量集由桥梁工点的所有梁段的三维矢量组成，每个梁段的三维矢量包括梁高矢量与三个属性字段，梁高矢量由高度矢量和一个属性字段组成；

第二步，在S1-1的基础上，从各版本参数中逐一抽取桥梁工点的第二层LOD模型参数，包括每个墩台桩的平面排布参数与桩长参数、承台的几何参数、墩高、梁平面布置参数及梁高变化参数；

第三步，为每个桥梁工点的矢量层LOD模型填充数值。

5.根据权利要求4所述的参数驱动的高速铁路桥梁自适应多层次三维可视化方法，其特征在于，为每个桥梁工点的矢量层LOD模型填充数值的步骤如下：

首先，添加当前版本桥梁工点第二层LOD模型，向属性字段写入工点名称与版本编码；

第二，创建墩台矢量集与梁段矢量集；

第三，向墩台矢量集逐一添加每个墩台的三维矢量，若当前墩台为桥台，向其属性字段写入桥台名称，否则，向其属性字段写入桥墩编号；

第四，计算墩台里程处线路中线的三维坐标，根据梁高变化参数、墩类型计算墩台架梁点与该点对应墩台底部相对于中线三维坐标的偏移值，向墩台的三维矢量中添加墩身矢量，向墩身矢量写入墩台架梁点与该点对应墩台底部的坐标偏移值；

第五，抽取承台个数与每级承台的长、宽、高，承台从下向上顺序编号，以墩台架梁点为原点解算每级承台的底面矩形坐标，向墩台的三维矢量中添加相应数目的承台矢量，依次向每个承台矢量的属性字段写入承台编号，向承台矢量的范围矢量写入其底面矩形坐标；

第六，由墩台桩的平面排布参数解算桩个数，若桩个数不为零，以墩台架梁点为原点，从左向右、从上向下解算每根桩的编号及桩中心的桩顶坐标与桩底坐标，向墩台的三维矢量中添加相应数目的桩矢量，依次向每个桩矢量的属性字段写入桩编号，向桩矢量的中心矢量写入桩顶坐标与桩底坐标；

第七，根据墩台编号、里程与梁布置参数解算梁段数及每个梁段的编号、起始里程、终止里程，向梁段矢量集逐一添加每个梁段的三维矢量，向其属性字段写入梁段的编号、起始里程与终止里程；

最后，解算当前梁段跨度内包含墩台的数目、名称或编号及对应墩台架梁点对应的梁高，向梁段的三维矢量中添加相应数目的梁高矢量，依次向梁高矢量的属性字段写入墩台名称或编号，以墩台的墩身矢量与线路中线交点为原点，计算梁段顶部与底部的坐标，写入梁高矢量的高度矢量。

6.根据权利要求2所述的参数驱动的高速铁路桥梁自适应多层次三维可视化方法，其特征在于，步骤S1-3包括：

S1-3-1，构造桥梁的设计实体LOD模型，采取以下步骤：

第一步，将每个桥梁工点的设计实体LOD模型定义为两个三维实体集合与属性字段，三维实体集合分别为墩台实体集与梁段实体集，墩台实体集由桥梁工点的所有墩台的三维实体集组成，每个墩台的三维实体集包括桩实体集、承台实体集、墩身实体集与一个属性字段，桩实体集包括每根桩的三维实体和一个属性字段，承台实体包括每级承台的三维实体和一个属性字段，墩身实体集包括墩身实体、椎体实体、渐变板实体等；梁段实体集由桥梁工点的所有梁段的三维实体组成；

第二步，在S1-2的基础上，从各版本参数中逐一抽取桥梁工点的设计实体参数，包括每个墩台桩几何参数、墩台墩身的几何参数、梁体截面参数；

第三步，为每个桥梁工点的设计实体LOD模型填充数值：首先，添加当前版本桥梁工点设计实体LOD模型，向属性字段写入工点名称与版本编码；第二，创建墩台实体集与梁段实体集；第三，向墩台实体集逐一添加每个墩台的三维实体集，若当前墩台为桥台，向其属性字段写入桥台名称，否则向其属性字段写入桥墩编号；第四，向墩台的三维实体集中添加墩身实体集，以墩台的架梁点为原点，根据墩台墩身的几何参数，采用参数化建模的方法构造墩身实体、椎体实体、渐变板实体等，并将其加入墩身实体集中；第五，向墩台的三维实体集中添加承台实体集，从下向上依次向承台实体集中添加每级承台，向其属性字段写入承台编号，以每级承台底面中心为原点，根据几何参数，采用参数化建模的方法构造承台实体并加入到承台实体集中；第六，向墩台的三维实体集中添加桩实体集，从左向右、从上向下依次向桩实体集中添加每根桩，向其属性字段写入桩编号，以每根桩顶面中心为原点，根据几何参数，采用参数化建模的方法构造桩实体并加入到桩实体集中；第七，向梁段实体集逐一添加每个梁段的三维实体，向其属性字段写入梁段编号，以梁段顶面中心为原点，获取梁段范围内所有梁体截面参数，采用参数化建模的方法构造梁段实体并加入到梁段实体集中；

S1-3-2，构造桥梁的施工实体LOD模型，步骤如下：

第一，在已有设计实体LOD模型的基础上进行施工深化，包括结构细化与信息补充两种情况，所述结构细化包括：首先抽取已有设计实体LOD模型的参数，然后抽取模型的施工深化参数，最后采用参数化建模的方法将待细化的单一部件扩充为三维实体集，以墩身分块浇筑为例，抽取对应墩身设计参数中的几何形体参数，抽取施工深化参数中的墩身分块高度，复制设计实体LOD模型，将墩身实体替换为墩身实体集，每个墩身实体包含墩身分块实体模型与一个属性字段，向墩身实体的属性字段写入分块编号，采用参数化建模的方法构造墩身分块实体模型，将墩身实体加入到墩身实体集中；所述信息补充包括：首先判断分项工程类别为下部工程、上部工程或其他，若分项工程为其他，则新增辅助实体集，然后，若分项工程为上部工程或下部工程，抽取已有设计实体LOD模型的参数，再抽取模型的施工深化参数，否则只抽取模型的施工深化参数，最后采用参数化建模的方法建立三维实体模型，并将其加入到相应实体集中；

第二，设计变更：首先在参数集中添加新版本参数；然后根据新版本参数重复S1-1、S1-2、S1-3-1构造定位层、矢量层及设计实体LOD模型；最后，采用S1-3-2中施工深化方法构造桥梁的施工实体LOD模型；

S1-3-3：构造桥梁的运维实体LOD模型，包括：

首先，抽取最后一版施工实体LOD模型的参数，第二，根据运维管理的需求，采用参数驱动的方法对施工实体LOD模型进行简化，并输出为运维实体LOD模型，第三，抽取运维参数，对已生成的简化实体LOD模型进行局部修改，最后，采用S1-3-2中施工深化的信息补充方法添加附属运维实体模型。

7.根据权利要求2所述的参数驱动的高速铁路桥梁自适应多层次三维可视化方法，其特征在于，步骤S1-4包括：

第一步，根据可视化场景的大小、硬件渲染效率、应用需求精度及实体的复杂程度确定几何抽象的级数；

第二步，逐一抽取设计实体LOD模型、施工实体LOD模型、运维实体LOD模型，将其设置为当前实体模型；从参数集中抽取当前实体模型对应的版本参数；根据几何抽象级数，逐级进行参数驱动的几何抽象，包括几何体抽象与纹理抽象，几何体抽象计算当前抽象级版本参数中圆、椭圆、弧线段的曲线构造点数，采用参数化建模的方法生成简化实体，纹理抽象计算当前抽象级的分辨率，对纹理图片进行降采样处理，降低纹理贴图精度。

8.根据权利要求1所述的参数驱动的高速铁路桥梁自适应多层次三维可视化方法，其特征在于，步骤S2包括：

S2-1，建立高速铁路桥梁LOD模型的对象连接：首先，以工点名称为依据抽取LOD模型，建立抽取模型的一级对象关联；然后，遍历一级关联对象的墩台模型，以桥台名称或桥墩编号为依据建立墩台二级对象关联，遍历一级关联对象的梁段模型，以梁段编号为依据建立梁段二级对象关联；最后，遍历墩台二级对象，分别以桩编号、承台号、墩身块编号为依据建立墩台三级对象关联，遍历梁段二级对象，以梁块编号为依据建立梁段三级对象关联；

S2-2，建立高速铁路桥梁LOD模型的版本连接：首先，根据设计变更建立参数版本的一级索引；第二，遍历版本的一级索引，根据索引内部细节信息更新的时间建立版本的二级索引；最后，分别以版本的两级索引为依据，抽取LOD模型，建立抽取模型的两级版本关联；

S2-3，建立高速铁路桥梁LOD模型的时空连接，以虚拟场景为世界坐标系，为LOD模型添加空间位置与姿态信息，以工程周期为时间轴为LOD模型添加时间信息。

9.根据权利要求8所述的参数驱动的高速铁路桥梁自适应多层次三维可视化方法，其特征在于，步骤S2-3包括：

首先，建立高速铁路桥梁LOD模型的空间定位和尺度连接，空间定位采用分级定位、层级继承的方法，根据里程值、线路名称、三维中线计算定位层LOD模型在虚拟场景中的位置和姿态建立一级空间定位，矢量层LOD模型继承一级空间定位信息，根据中心矢量、范围矢量与高度矢量进行位置与姿态调整建立二级空间定位，实体层LOD模型继承二级空间定位信息，以定位基准为原点进行实体模型的位置与姿态调整建立三级空间定位，尺度LOD模型继承设计、施工、运维实体LOD模型的三级空间定位信息，采用均匀分布的方法，由底层向上建立尺度关联；然后，建立高速铁路桥梁LOD模型的时间连接，根据工程周期建立一级时间定位，根据信息更新的时间细化时间轴，形成二级时间定位，最后，以信息更新时间为依据，分层逐一为LOD模型添加二级时间定位。

10.根据权利要求1所述的参数驱动的高速铁路桥梁自适应多层次三维可视化方法，其特征在于，步骤S3包括：

S3-1：将输入命令解算为符合LOD模型组织关系、可实施的调度条件集；

S3-2：根据调度条件集，查找LOD模型集，并进行数据检查；

S3-3：虚拟现实环境下，实现目标LOD模型集的分类表达。

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