基于CATIA的铁路线路二维设计成果三维可视化展示方法

摘要

目前，在铁路线路设计领域，各设计单位依然普遍采用AutoCAD这一二维设计软件，各个设计阶段的设计成果也均以平、纵断面图和路基横断面图等二维图纸的形式提供，设计习惯一时难以转变。二维设计成果无法取得直观的视觉效果，不利于设计人员查看线路周围的环境，检查协调性，也不利于线路方案的展示以及线路设计成果的汇报和审查。本文以机械设计制造领域优秀的软件CATIA为平台，开发了与二维设计成果对接的三维可视化系统。该系统可以读取基于AutoCAD的二维设计成果（平、纵断面图和路基横断面图），快速自动实现设计成果的三维可视化展示。
　　主要工作如下:
　　1)创造性地将机械设计制造领域的软件CATIA应用到铁路线路三维可视化展示上来，提出“基于AutoCAD二次开发实现铁路线路二维设计成果自动解析、基于CATIA二次开发实现铁路线路三维场景自动建模”的思想，借鉴CATIA自底向上的产品设计理念构思了系统总体设计。
　　2)分析了AutoCAD电子等高线地形图中的地貌和地物，通过二次开发，实现了地貌点云的自动提取，并在CATIA平台下构建了三维地貌;对AutoCAD和CATIA进行二次开发，实现了地物信息自动提取及CATIA平台下的地物自动建模。
　　3)对三维空间的线路中线进行分析，提出“基于线路控制点将线路中线划分为若干直线段”的思路。基于上述思路，通过二次开发，实现了平、纵断面图的自动读取与解析，迅速提取线路中线的空间三维信息。
　　4)对CATIA进行二次开发，利用CATIA中的实体类型，根据提取的线路中线的空间三维信息，实现了桥梁、隧道、轨道等构造物与设备主体部分的自动建模。
　　5)对AutoCAD和CATIA进行二次开发，实现了路基横断面图的自动解析和路基本体的自动建模，并对路堑地段的路基建模等问题制定了有效解决方案。
　　6)结合渲染和三维漫游等手段，营造了较为逼真的线路三维可视化场景。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 相关研究现状

1．3 研究内容与方法

1．4 本章小结

第2章 系统实现方法和系统开发关键技术

2．1 系统实现方法

2．1．1 系统实现方法选择

2．1．2 CATIA平台简介

2．1．3 应用CATIA自底向上的产品设计理念构思系统总体设计

2．2 系统开发关键技术

2．2．1 AutoCAD二次开发技术

2．2．2 CATIA二次开发技术

2．2．3 Access二次开发技术

2．3 本章小结

第3章 基于二维电子等高线地形图在CATIA中构建三维地形

3．1 电子等高线地形图

3．2 点云与逆向工程理论

3．3 地貌点云提取与地貌建模

3．3．1 AutoCAD中电子等高线地形图的等高线分析

3．3．2 提取等高线三维坐标

3．3．3 提取高程注记点三维坐标

3．3．4 地貌建模

3．4 地物信息提取与地物建模

3．4．1 房屋信息提取与建模

3．4．2 池塘信息提取与建模

3．4．3 河流、道路信息提取与建模

3．5 地物三维注记

3．6 本章小结

第4章 基于线路二维设计成果在CATIA中构建三维实体线路

4．1 基于线路平面图和纵断面图提取线路中线空间三维信息

4．1．1 线路平面图和纵断面图概述

4．1．2 线路中线控制点分析

4．1．3 提取线路中线平、纵断面控制点三维坐标

4．1．4 提取线路中线曲线加密点三维坐标

4．1．5 提取线路中线构造物类型变化点三维坐标

4．2 CATIA三维可视化环境的全局坐标系和线路横断面局部坐标系

4．2．1 两种坐标系定义

4．2．2 坐标转换

4．3 在CATIA中创建桥梁、隧道及轨道实体模型

4．3．1 以肋实体型式创建桥跨结构、桥台、隧道洞身及Nf7

4．3．2 桥墩建模

4．3．3 锥体护坡建模

4．4 基于路基横断面图在CATIA中创建路基本体实体模型

4．4．1 路基横断面信息提取

4．4．2 路基本体建模

4．4．3 路基地段地形点云的处理

4．5 在CATIA中创建线路里程桩

4．6 本章小结

第5章 系统优化与系统功能验证

5．1 系统优化

5．1．1 进程外和进程内两种开发方式

5．1．2 系统优化方案

5．2 系统功能验证

5．2．1 登录系统

5．2．2 地形三维模型“零件”建模

5．2．3 线路三维模型“零件”建模

5．2．4 三维场景建模

5．3 添加材质与观察三维场景

5．3．1 创建材质库并添加材质

5．3．2 在不同模式下观察三维场景

5．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献