虛擬現實技術在交通方面的應用
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來源：中國投影網
2009-6-4 10:31:29
編輯：白云
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當前，地理信息系統(Geographic Information System，簡稱GIS)的研究成果和應用系統主要集中于描述二維空間信息，但由于二維地理信息系統將實際的三維事物通過二維的方式表示，主要是基于抽象符號的系統，不能給人以自然界的直觀感受，大量的多維空間信息無法得到利用。
虛擬現實（VR）與GIS技術的發展，為解決上述問題帶來了新的契機。利用虛擬現實技術，結合真實地形數據，可以建立沉浸感、交互性、逼真的三維虛擬場景，用戶可以在虛擬環境中以自然方式導覽三維場景，結合GIS與數據庫技術，構建一個三維可視化信息系統，使得用戶可以從三維導覽環境、地理信息系統及數據庫三個方面快速查找、定位和理解場景及相關其它信息。
高速公路實現可視化管理
近兩年來，在山西省科技推廣計劃的支持下，繼續發展，研制“網絡化高速公路三維可視化信息系統”。主要目標是建立一種新型的網絡化、三維可視化高速公路信息管理方式，來對高速公路設計前、施工中和竣工后這三個過程進行方案驗證、功能展示和信息管理，集高速公路的三維可視化導覽、地理信息規劃、高速公路設計、建設和養護數據管理、高速公路設計全方位剖面和高速公路多媒體人文景觀信息為一體，突出在網絡環境下高速公路的三維瀏覽、公路組成的即時編輯、數據一致性訪問和在設計、施工和養護階段異構數據的存儲、管理和分析等。
高速公路三維信息可視化信息系統功能含有涉及高速公路設計、施工和養護各階段的信息管理功能。系統主要涉及數據信息的組織、管理與表示三方面的內容，分別對應系統框架的后端數據服務層、地理信息管理（GIS）層、前端信息表示層。
后端數據庫層
是整個系統的基礎，存貯了該系統所需的空間信息和屬性信息數據。其中空間數據有二維線畫圖數據、三維場景模型數據、圖像數據及各構件的三維模型數據。屬性數據主要包括構件的信息數據及紋理素材數據。
GIS管理層
把場景及構成部件的地理位置與屬性數據有機地結合起來，可進行快速準確的空間定位、查詢，還提供信息表示所需的其它服務，如三維漫游時地形數據的調度、多維信息表示時的坐標維轉換等。
前端信息表示層
提供用戶多種信息的表示形式和用戶可以進行的操作。三維的場景圖界面給用戶一種身臨其境的感受，用戶可以在其中以自然的方式移動、瀏覽場景及各種構設施和定位查詢所處位置的屬性數據。二維地圖反映了地形上各構造物的位置及相互之間的地理關系，主要用于三維漫游的導航、快速定位漫游位置和查詢構件信息等。
三維的數據管理方法
基于虛擬現實和PDM（Product Data Management，產品數據管理）技術，我們對高速公路的設計與維護進行了研究，在對工程的圖紙文檔的管理與使用的基礎上，將虛擬現實技術和PDM技術相結合，提出一種三維的數據管理方法，解決三維可視化與信息管理系統的結合問題。
一個大規模場景往往由大量不同的復雜的對象組成的，高速公路由多個合同路段組成，而每個合同路段又包括路面、匝道、互通、涵洞以及橋梁等等，他們之間形成一種層次包涵關系。因此，這時可以把路面、匝道、互通、涵洞以及橋梁等對象看作是特殊的“零部件”對象，整個“山西大運高速公路”就是由這些零部件組成的“產品”。在這里引入PDM和虛擬現實技術，研究和開發一個能夠管理和維護大規模虛擬場景的管理信息系統，實現對三維模型，二維的CAD圖紙等數據的有效管理，并根據數據靈活配置虛擬環境，實現一個基于VR和PDM技術的高速公路設計與維護子系統。
對大量的設計圖紙，借助掃描儀將圖紙轉化為點陣信息存入計算機。在圖紙管理中，需要對大量具有關聯的數據和圖紙進行處理、分類。考慮圖紙的數量大、類型多的特點，采用了分類、分層的結構存儲掃描圖紙，并設計相關的數據庫結構，從而提高檢索速度。
將公路路況、橋梁、涵洞、道班及水毀的錄像資料、照片、圖片等信息以一定的方式存儲到計算機中，并實現與公路地理信息的關聯，滿足了公路養護多媒體信息可視化的要求。
數據庫管理模塊將高速公路的設計信息、養護信息及其它各種信息整合在一起，以完成對各種信息的保存和查詢功能。數據庫管理模塊通過接收地理信息數據分析模塊傳遞的查詢語句，對查詢語句進行分析，然后在相應的數據庫中查找相應信息，并把相應信息或數據傳送到客戶端。高速公路信息管理系統進行高速公路的日常維護記錄和路面性能評價等。系統所需的各種路況數據及養護信息（文檔、圖形、圖像及視頻、音頻信息）以不同的方式采集后輸入計算機，通過數據庫模塊加以處理和管理，為用戶提供所需要的數據。系統將所有的信息以3D模型、2D圖片和文字形式等進行保存和管理，并將各種異構數據整合在一起，向用戶提供強大的查詢功能。例如對于某個路段某個樁號的道路，能夠方便地查閱到與該地點相關的各種文字資料、圖片資料和相應的三維場景。
客戶端包括可視化表現和資料查詢兩個功能。可視化表現主要針對四類數據：二維導航圖、三維模型數據、縱斷圖和相關說明信息。資料查詢部分根據數據內容可以分為設計資料和養護資料兩部分；從表現形式上可以分為文字、圖片和視頻三類。此外，客戶端還具有身份驗證功能，以提高系統的安全性。
資料管理主要針對公路的設計資料、構造物信息和養護信息。出于系統易用性的考慮，把資料的增加、刪除和修改功能從客戶端轉移到Web服務器。這些資料從表現形式上分為文字、圖片和視頻三類，需要對它們進行不同的處理。
建設成效
基于虛擬現實、GIS、PDM等技術，采用空間數據與屬性數據相結合的混合數據模型，成功地將空間屬性和物理屬性有機地結合在一個系統中，同時實現了圖形、圖像和查詢統計數據的綜合分析與處理等功能。
應用結果表明，高速公路的三維可視化不僅能改善瀏覽高速公路信息的視覺效果，提供設計方案建成后的直觀形象，更能為決策機構和領導直觀、快速地提供決策信息，為深層次分析奠定基礎，還能為高速公路后期維護提供原始資料查詢與決策。
該系統在“大運”高速公路建設中建立了完整666公里的電子數據資料，形成集設計、施工、養護為一體的信息管理平臺，并且將設計資料由紙質轉為電子文檔，減少圖紙存貯和人員維護量，易于查詢、管理，便于領導和主管部門隨時查詢養護記錄和養護費用、目前道路狀況，已正式投入使用三年多的時間。目前該系統正在山西全省的道路建設進行推廣，已經應用在東山南環，武宿，原太高速公路等，均取得了良好的反響。
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