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1、AutoCAD Civil 3D 和 3ds Max Design 用于道路建模李楼 武汉大学 测绘学院。摘要：道路建模在道路的勘察设计中具有重要的意义，道路三维模型能够形象地展示工程结束后的实际景观。本文介绍了利用AutoCAD Civil 3D用于道路建模过程，并说明了如何将Civil 3D道路模型导入到 3ds Max Design中进一步加工，从而获取道路的三维景观模型。关键词：道路建模；AutoCAD Civil 3D ; 3ds Max Design;数字地面模型0引言传统的道路勘测设计大都采用2D方式来表现各种地物，而少数设计成果也只是提供局部的、静态的或者线框形式三维透视图，它
2、们都无法非常直观的来表现设计的结果。对于没有相关经验知识的人员来说，就更加难以获得形象化的感受。因此，我们需要以一种更加直观的方式来展现我们的设计蓝图。目前，三维可视化技术已成为国际的上的一大热门。通过对道路进行建模，我们可以获取道路的三维模型，再利用可视化技术我们就可以在计算机上 实现对道路的模拟，制作出具有真实感的效果图和三维动画等。在此基础上我们就可以对设计方案进行分析和评价，检测设计路线是否合理、与周围环境、景观是否协调等等。随着计算机软、硬件技术的发展，道路三维模型在道路设计中越来越受到人们的关注， 数字公路成为了国内外交通发展的必然趋势。目前，已经出现了许多优秀的道路设计软件： 国
3、外的道路 CAD软件如德国 旧& T软件公司的 CARD /1、英国Infrasoft公司的 MXRoad、 美国Inergraph公司的InRoads及我国的中交第一公路勘察设计院的Hintsoft、上海中交海德科技的海德(HEAD)系统、西安立德公路工程咨询有限公司的纬地道路辅助设计系统 (HintCAD)、东南大学李方教授主持开发的路线与互通式立交CAD系统EICAD等等。事实上，道路三维模型已经在道路勘察、设计、施工、管理养护和用户服务的各个过程中获得了应用。我们应当顺应数字化的潮流，通过学习和利用先进的技术，来提高生产效率。Autodesk公司长期以来致力于图形设计类软件的研
4、发，旗下的Civil 3D 2011就是一款优秀的土木工程的三维设计产品，本文将通过对其道路设计模块相关功能的简要说明来展现其应用 于道路设计的价值。1利用Civil 3听日3ds Max Design!行道路建模过程Civil 3D在道路建模方面具有十分强大的功能，它可以用于创建复杂的道路模型，如对 道路交叉点进行设计、设计互通、对路线进行超高编辑等，利用Civil 3D创建的道路模型能够与地形曲面很好的贴合到一起，生成美观的模型。Civil 3D提供了良好的操作界面，用户如果熟悉道路建模的相关知识，就能很快上手。但是，由于Civil 3D材质库不够丰富，渲染能力有限，而3ds Max De
5、sign作为Autodesk公司另一款著名的三维设计软件，十分适合于 三维模型的编辑， 还具有强大的渲染能力。Civil 3D所创建的道路模型在导入3ds Max Design进一步处理后，就能够生成逼真的三维景观模型。下图描述了利用 AutoCAD Civil 3D和3ds Max Design进行道路建模的流程。原始资料的准备3ds Max3ds Max Design处理模块结果输出图1利用Civil 3D和3ds Max Design进行道路建模示意图2利用Civil 3D!行道路建模2.1原始资料的搜集在利用Civil 3D进行道路设计之前，我们首先要准备必要的原始数据，包括工程项目区
6、 域的相关资料如区域概况、设计标准等。然后我们要获取项目区域的数字地形模型DTM,接着在数字地形模型的基础上进行选线、道路纵断面、横断面等的详细设计，最终完成道路数字模型的建立。下面我们就来逐一说明各个步骤：2.2创建地形曲面在AutoCAD Civil 3D中，与数字地形模型相对应的概念是“曲面”，“曲面”对象反映了实际的地形地貌，它是我们进行道路设计的基础。首先，我们需要创建一个曲面对象，然后对曲面对象进行定义，Civil3D为我们提供了多种定义曲面对象的方法，包括边界、等高线、特征线、DEM文件、图形对象、编辑、点文件、点编组等多种形式。在Civil 3D中新建一个曲面的方法是：选择“常
7、用 -工具空间-浏览- （图形集文件名）-曲面”在曲面上右键鼠 标，执行“创建曲面”，这时会弹出一个对话框，提示用户选择创建的曲面类型、曲面图层、 曲面特性等，用户设置完成后单击“确定”按钮后，就完成了一个新曲面的创建。接下来的工作就是对曲面进行定义。例如通过DEM文件来定义曲面。DEM的获取存在多种手段，如通过地形图、摄影测量 与遥感影像数据、地面测量、既有DEM数据等方式来获取。我们只需要展开所新建的曲面对象，选择“定义->DEM文件”子菜单，单击鼠标右键，执行“添加 -功能即可按相应提 示完成该曲面对象的定义。当然我们还可以通过其它方法如导入点文件（如通过激光扫描系统获取点）来完成
8、曲面的定义。 而且，可以添加不同的曲面定义文件对同一曲面对象进行定 义，具体步骤在此就不赘述了。这样，我们就可以将多种可以利用的数据综合起来，使得曲面的定义更加精细，能够更加准确的表达实际地表模型。2.3道路的设计和创建有了地形曲面的参照，我们就可以进行平面线位设计、纵断面设计、装配的设计，并建 立道路模型了。装配是道路播断面的模投图2 Civil 3D道路设计示例图平面线位设计：Civil 3D 2011为我们提供了非常丰富的路线创建方法，如使用路线创建工具提供的“路线布局工具”来交互的创建路线；执行“从对象创建路线”，让我们选择一条多段线来生成相应的路线； 执行“创建最佳拟合路线”，我们可
9、以选择 AutoCAD块、AutoCAD 图元、AutoCAD点、几何空间点、要素线等几种类型的数据来创建一条最佳的拟合路线。此外，我们还可以使用从道路创建路线、从网络零件创建路线、从现有路线创建路线等方法来 创建路线，读者可通过实际操作去做进一步了解。纵断面设计：纵断面设计道路设计中比较关键的一环，纵断面的合理与否将直接影响工程土方量的大小。在对路线纵断面进行设计之前，我们首先要建立地形曲面纵断面，然后参照地形曲面来设计路线的纵断面。Civil 3D 2011的纵断面创建面板为我们提供了多种纵断面的创建方法，我们可以结合实际情况选择合适的创建方法。装配设计：装配实际上代表的是道路的横断面，它
10、是道路设计的核心内容。装配的结构直接决定了道路的外观。而一个装配是由若干“部件”（如边坡、边沟、土路肩、硬路肩、行车道、中间带等）组合起来构成的，用户可以自己定义部件来组装装配。同时，Civil 3D2011提供了丰富的部件集合，我们可以通过快捷键"Ctrl+3”来调出工具选项板来对装配进行详细设计。创建道路：在完成以上准备工作之后，我们就可以创建具体的道路对象了。通过Civil 3D“常用-创建与设计”面板，我们可以找到创建道路对应的菜单，执行后，系统会依次提示 我们选择路线、选择纵断面、选择装配，经过这三个步骤后， 相应的道路模型就显示在了视口中。接下来，我们还需要对道路模型进行
11、进一步的修改设置，使之符合我们的设计参数。 通过右键单击我们所创建的道路对象，执行“特性 ”，这时会弹出一个“道路特性”的对 话框，在这里我们可以对创建的道路对象做更细致的更改，如添加基准线，修改不同桩号之间的对应的装配类型、设置步长、目标映射等，如图 3所示：图3道路属性设置窗口此外，如果为路线指定了超高数据，那么当装配被铺设到路线上时，它也可以进行超高设置。Civil 3D 2011还为我们提供了丰富的分析功能，我们可以进一步的进行材质计算、挖 填方计算、视距检查等操作，限于篇幅，本文将不详细介绍了。3利用3ds Max Design道路模型进一步加工在Civil 3D中，我们已经完成了道
12、路建模的主要的工作，道路的三维模型与地形模型已完美的结合到了一起。在Civil 3D中我们还可以设置道路的材质，并可以通过“对象查看器 ”功能来查看道路的“真实”夕卜观，当然，Civil 3D还提供了许多其它的查看方式（如3D Hidden、3dWireframe、概念等视图样式）。我们可以将所创建的道路模型调整到合适的角度，然后 调用Civil 3D系统命令“ RENDER对场景进行渲染，系统将会按照相应的材质设置输出渲染 后的图像，我们可以保存生成的图像供参考使用。Civil 3D 2011虽然提供了材质设置功能，但是它的首要任务是建立道路的网格模型，其 渲染能力有限，所以使用Civil
13、3D创建的道路模型的真实外观是无法媲美实际景观的。然而，3ds Max Design作为Autodesk公司的另一款软件则在三维模型的制作设计方面，具有惊人 的表现力。如果我们能够将Civil 3D所制作的道路模型导入到3ds Max Design中进行进一步的材质调整、修饰，其渲染出来的图像将能够达到照片级别的效果。2010年1月12日，Autodesk公司宣布完成对土木工程可视化软件Dynamite VSP（来自英国3AM Solutions公司）及相关资产的收购。Dynamite VSP正是这样一款能够将 Civil 3D 2011中生成的道路模型导入 到3ds Max Design中插
14、件工具。安装Dynamite VSP插件后，在 Civil 3D中会增加一个新的命令 VSP3Dexport,在调用此 命令后，系统会提示我们选择需要导出的路线内容，最终我们将得到一个后缀名为“VSP3D'的文件，然后我们在 3ds Max Design 软件中执行"Dynamite VSP->Geometry Import->Civil 3D （VSP3D） File*'功能，在弹出的窗体中我们可以选择想要导入到3ds Max Design的道路元素。这样就完成了从 Civil 3D到3ds Max Design的道路模型数据的转换， 接下来的工作就是在
15、 3ds Max Design中对道路模型进行进一步的精加工，效果如图4所示。在3ds Max Design中我们可以通过 Dynamite VSP插件提供的相关功能方便的增加道路护 栏、斑马线、路边人行道等，还可以在道路的两旁增加合适的景观树、路灯以及车辆模型， 并可以将地形对应的影像作为贴图附加到地形曲面上。在模型修饰修饰完毕后，我们就可以对场景进行渲染，从而获取照片级别的真实效果图。此外，我们还可以模拟车辆在道路上行驶的情况，渲染出精美的动画。图4道路模型在3D Max Design中进一步编辑后模型示例4小结本文简要介绍了利用 AutoCAD Civil 3D进行道路建模的实现方法，并
16、说明了如何将Civil3D所创建的道路模型导入到3ds Max Design中进行进一步修饰的方法。Civil 3D强大的道路建模功能只有用户亲自去体验才能发现，当用户熟悉Civil 3D的相关操作后，会发现利用Civil3D进行道路建模是一件十分简单的工作。用户可以很方便的创建多种路线方案，并对土方 量进行计算、进行视距检查等，从而评价各条路线的优劣，为最终方案的选择提供参考。在Civil 3D中创建的道路模型导入到3ds Max Design经过进一步处理后，我们可以获取道路模型的渲染影像、动画等，还可以对道路模型进行三维漫游浏览。这些成果在给相关领导进行展示时将十分形象，更易理解，可以对
17、道路的细节进行查看。本文中的插图也是来自于实 际项目的，道路模型是西阜石家庄段高速公路的一段，其互通模型即为实际的陈庄互通。从图片效果来看，道路模型显得精致美观，充分说明了以上两款软件用于道路建模的可行性及优势。利用Civil 3D和3ds Max Design进行道路建模提高了道路三维可视化设计的质量和速度， 能够带来巨大的经济效益和社会效益。但是，目前的Civil 3D也不尽是完美的，Civil 3D推荐用户对道路进行分段建模，每段的长度尽量不要超过1公里。当用户路线设计过长时，将会带来数据量的增加，Civil 3D系统的运行将会变得迟缓，过大的模型在导入到 3ds Max Design中
18、进一步操作也会出现类似的问题。我们期待Civil 3D及3ds Max Design产品在后续版本中能够支持更大模型的建模，能够采用动态调用技术及索引机制来显示道路局部模型，从而加快模型的显示。参考文献：1 钟蜀华.Autodesk Civil 3D 2008三维数字地形模型的创建与应用J.科技情报开发与经济，2008, 18 (10) _3 .2 王河I ,万迪文.基于Civil 3D的道路工程设计方案比选J.江西水利科技，2010, 36.DOI:10.3969/j.issn.1004-4701.2010.03.07.3 王志斌，张成,王艳军等.基于公路横断面模型的道路建模研究A.中国公路学会计算机应用分会2008年学术年会论文集C. 2008 .4 刘凯.三维道路表面建模的TIN算法D. 2007.5 李旭华.数字地面模型(DTM)及Civil 3D用于公路选线J.黑龙江交通科技，2007, 33 (5) 2 .