利用Civil3D進行道路建模2

1、AutoCAD Civil 3D和3ds Max Design 用于道路建模李樓 武漢大學 測繪學院。摘要：道路建模在道路的勘察設計中具有重要的意義，道路三維模型能夠形象地展示工程結束后的實際景觀。本文介紹了利用AutoCAD Civil 3D 用于道路建模過程，并說明了如何將Civil 3D道路模型導入到3ds Max Design中進一步加工，從而獲取道路的三維景觀模型。關鍵詞：道路建模；AutoCAD Civil 3D；3ds Max Design；數(shù)字地面模型0 引言傳統(tǒng)的道路勘測設計大都采用2D方式來表現(xiàn)各種地物，而少數(shù)設計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

2、法非常直觀的來表現(xiàn)設計的結果。對于沒有相關經(jīng)驗知識的人員來說，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展現(xiàn)我們的設計藍圖。目前，三維可視化技術已成為國際的上的一大熱門。通過對道路進行建模，我們可以獲取道路的三維模型，再利用可視化技術我們就可以在計算機上實現(xiàn)對道路的模擬，制作出具有真實感的效果圖和三維動畫等。在此基礎上我們就可以對設計方案進行分析和評價，檢測設計路線是否合理、與周圍環(huán)境、景觀是否協(xié)調(diào)等等。隨著計算機軟、硬件技術的發(fā)展，道路三維模型在道路設計中越來越受到人們的關注，數(shù)字公路成為了國內(nèi)外交通發(fā)展的必然趨勢。目前，已經(jīng)出現(xiàn)了許多優(yōu)秀的道路設計軟件：國外的道路CA

3、D軟件如德國IBT軟件公司的CARD1、英國Infrasoft公司的MXRoad、美國Inergraph公司的InRoads及我國的中交第一公路勘察設計院的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計系統(tǒng)(HintCAD)、東南大學李方教授主持開發(fā)的路線與互通式立交CAD系統(tǒng)EICAD等等。事實上，道路三維模型已經(jīng)在道路勘察、設計、施工、管理養(yǎng)護和用戶服務的各個過程中獲得了應用。我們應當順應數(shù)字化的潮流，通過學習和利用先進的技術，來提高生產(chǎn)效率。Autodesk公司長期以來致力于圖形設計類軟件的研發(fā)，旗下的Civil 3D 2011就

4、是一款優(yōu)秀的土木工程的三維設計產(chǎn)品，本文將通過對其道路設計模塊相關功能的簡要說明來展現(xiàn)其應用于道路設計的價值。1 利用Civil 3D和3ds Max Design進行道路建模過程Civil 3D在道路建模方面具有十分強大的功能，它可以用于創(chuàng)建復雜的道路模型，如對道路交叉點進行設計、設計互通、對路線進行超高編輯等，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知識，就能很快上手。但是，由于Civil 3D材質(zhì)庫不夠豐富，渲染能力有限，而3ds Max Design作為Autodesk公司另一款著

5、名的三維設計軟件，十分適合于三維模型的編輯，還具有強大的渲染能力。Civil 3D所創(chuàng)建的道路模型在導入3ds Max Design進一步處理后，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進行道路建模的流程。圖1 利用Civil 3D和3ds Max Design進行道路建模示意圖2 利用Civil 3D進行道路建模2.1 原始資料的搜集在利用Civil 3D進行道路設計之前，我們首先要準備必要的原始數(shù)據(jù)，包括工程項目區(qū)域的相關資料如區(qū)域概況、設計標準等。然后我們要獲取項目區(qū)域的數(shù)字地形模型DTM，接著在數(shù)字地形模型的基礎上進行選

6、線、道路縱斷面、橫斷面等的詳細設計，最終完成道路數(shù)字模型的建立。下面我們就來逐一說明各個步驟：2.2 創(chuàng)建地形曲面在AutoCAD Civil 3D中，與數(shù)字地形模型相對應的概念是“曲面”，“曲面”對象反映了實際的地形地貌，它是我們進行道路設計的基礎。首先，我們需要創(chuàng)建一個曲面對象，然后對曲面對象進行定義，Civil3D為我們提供了多種定義曲面對象的方法，包括邊界、等高線、特征線、DEM文件、圖形對象、編輯、點文件、點編組等多種形式。在Civil 3D中新建一個曲面的方法是：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，執(zhí)行“創(chuàng)建曲面”，這時會彈出一個對話框，提示用戶選

7、擇創(chuàng)建的曲面類型、曲面圖層、曲面特性等，用戶設置完成后單擊“確定”按鈕后，就完成了一個新曲面的創(chuàng)建。接下來的工作就是對曲面進行定義。例如通過DEM文件來定義曲面。DEM的獲取存在多種手段，如通過地形圖、攝影測量與遙感影像數(shù)據(jù)、地面測量、既有DEM數(shù)據(jù)等方式來獲取。我們只需要展開所新建的曲面對象，選擇“定義-DEM文件”子菜單，單擊鼠標右鍵，執(zhí)行“添加”功能即可按相應提示完成該曲面對象的定義。當然我們還可以通過其它方法如導入點文件（如通過激光掃描系統(tǒng)獲取點）來完成曲面的定義。而且，可以添加不同的曲面定義文件對同一曲面對象進行定義，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，使得曲面的定義更加精細，能夠更加準確的表達實際地表模型。2.3 HYPERLINK ms-its:F:Program%20FilesAutodeskAutoCAD%20Civil%203D%202011Helpcivil_users_guide.chm:/WSc7dd9fbd5fb88e861e9cb75fe06de36a5-7fda.htm 道路的設計和創(chuàng)建有了地形曲面的參照，我們就可以進行平面線位設計、縱斷面設計、裝配的設計，并建立道路模型了。圖2 Civil 3D道路設計示例圖平面線位設計：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”來交互的創(chuàng)建路線；執(zhí)行“從對象創(chuàng)建路線”，讓我們選擇一條多段線來生成相應的路線；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、幾何空間點、要素線等幾種類型的數(shù)據(jù)來創(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)絡零件創(chuàng)建路線、從現(xiàn)有路線創(chuàng)建路線等方法來創(chuàng)建路線，讀者可通過實際操作去做進一步了解?？v斷面設計：縱斷面設計道路設計中比較關鍵的一環(huán)，縱斷面的合理與否將直接影響工程土方量的大小。在對路線縱斷面進行設計之前，我們首先要建立地形曲面縱斷面，然后參照地形曲面來設計路線的縱斷面。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，我們可以結合實際情況選擇合適的創(chuàng)建方法。裝配設計：裝配實際上代表的是道路的橫斷面，它是道路設計的核心內(nèi)容。裝配的結構直接決定了道路的外觀。而一個裝配是由若干“部件”（如邊坡、邊溝、土路肩、硬路肩、行車道、中間帶等）組合起來構成的，用戶可以自己定義部件來組裝裝配。同時，Civil 3D2011提供了豐富的部件集合，我們可以通過快捷鍵“Ctrl+3”來調(diào)出工具選項板來對裝配進行詳細設計。創(chuàng)建道路：在完成以上準備工作之后，我們就可以創(chuàng)建具體的道路對象了。通過Civil 3D“常用-創(chuàng)建與設計”面板，我們可以找到創(chuàng)建道路對應的菜單，執(zhí)行后，系統(tǒng)會依次提示我們選擇路線、選擇

11、縱斷面、選擇裝配，經(jīng)過這三個步驟后，相應的道路模型就顯示在了視口中。接下來，我們還需要對道路模型進行進一步的修改設置，使之符合我們的設計參數(shù)。通過右鍵單擊我們所創(chuàng)建的道路對象，執(zhí)行“特性”，這時會彈出一個“道路特性”的對話框，在這里我們可以對創(chuàng)建的道路對象做更細致的更改，如添加基準線，修改不同樁號之間的對應的裝配類型、設置步長、目標映射等，如圖3所示：圖3 道路屬性設置窗口此外，如果為路線指定了超高數(shù)據(jù)，那么當裝配被鋪設到路線上時，它也可以進行超高設置。Civil 3D 2011還為我們提供了豐富的分析功能，我們可以進一步的進行材質(zhì)計算、挖填方計算、視距檢查等操作，限于篇幅，本文將不詳細介紹了

12、。3 利用3ds Max Design對 HYPERLINK ms-its:F:Program%20FilesAutodeskAutoCAD%20Civil%203D%202011Helpcivil_users_guide.chm:/WSc7dd9fbd5fb88e861e9cb75fe06de36a5-7fda.htm 道路模型進一步加工在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合到了一起。在Civil 3D中我們還可以設置道路的材質(zhì)，并可以通過“對象查看器”功能來查看道路的“真實”外觀，當然，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”對場景進行渲染，系統(tǒng)將會按照相應的材質(zhì)設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)設置功能，但是它的首要任務是建立道路的網(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外觀是無法媲美實際景觀的。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計方面，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入到3ds M

14、ax Design中進行進一步的材質(zhì)調(diào)整、修飾，其渲染出來的圖像將能夠達到照片級別的效果。2010年1月12日，Autodesk公司宣布完成對土木工程可視化軟件Dynamite VSP（來自英國3AM Solutions公司）及相關資產(chǎn)的收購。Dynamite VSP正是這樣一款能夠?qū)ivil 3D 2011中生成的道路模型導入到3ds Max Design中插件工具。安裝Dynamite VSP插件后，在Civil 3D中會增加一個新的命令VSP3Dexport，在調(diào)用此命令后，系統(tǒng)會提示我們選擇需要導出的路線內(nèi)容，最終我們將得到一個后綴名為“VSP3D”的文件，然后我們在3ds 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)的轉換，接下來的工作就是在3ds Max Design中對道路模型進行進一步的精加工，效果如圖4所示。在3ds Max Design中我們可以通過Dynamite VSP插件提供的相關功能方便的增加道路護欄、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、路燈以及車輛模型，并可以將地形對應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，我們就可以對場景進行渲染，從而獲取照片級別的真實效果圖。此外，我們還可以模擬車輛在道路上行駛的情況，渲染出精美的動畫。圖4 道路模型在3D Max Design中進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 小結本文簡要介紹了利用AutoCAD Civil 3D進行道路建模的實現(xiàn)方法，并說明了如何將Ci

17、vil 3D所創(chuàng)建的道路模型導入到3ds Max Design中進行進一步修飾的方法。Civil 3D強大的道路建模功能只有用戶親自去體驗才能發(fā)現(xiàn)，當用戶熟悉Civil 3D的相關操作后，會發(fā)現(xiàn)利用Civil 3D進行道路建模是一件十分簡單的工作。用戶可以很方便的創(chuàng)建多種路線方案，并對土方量進行計算、進行視距檢查等，從而評價各條路線的優(yōu)劣，為最終方案的選擇提供參考。在Civil 3D中創(chuàng)建的道路模型導入到3ds Max Design經(jīng)過進一步處理后，我們可以獲取道路模型的渲染影像、動畫等，還可以對道路模型進行三維漫游瀏覽。這些成果在給相關領導進行展示時將十分形象，更易理解，可以對道路的細節(jié)進行

18、查看。本文中的插圖也是來自于實際項目的，道路模型是西阜石家莊段高速公路的一段，其互通模型即為實際的陳莊互通。從圖片效果來看，道路模型顯得精致美觀，充分說明了以上兩款軟件用于道路建模的可行性及優(yōu)勢。利用Civil 3D和3ds Max Design進行道路建模提高了道路三維可視化設計的質(zhì)量和速度，能夠帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。但是，目前的Civil 3D也不盡是完美的，Civil 3D推薦用戶對道路進行分段建模，每段的長度盡量不要超過1公里。當用戶路線設計過長時，將會帶來數(shù)據(jù)量的增加，Civil 3D系統(tǒng)的運行將會變得遲緩，過大的模型在導入到3ds Max Design中進一步操作也會出現(xiàn)類似的問題。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，能夠采用動態(tài)調(diào)用技術及索引機制來顯示道路局部模型，從而加快模型的顯示。參考文獻：1 鐘蜀華. Autodesk Civil 3D 2008三維數(shù)字地形模型的創(chuàng)建與應用 J.