一种基于WebGL技术的公路桥梁三维模型快速建立方法技术

本发明专利技术公开了一种基于WebGL技术的公路桥梁三维模快速建立方法，包括采用WebGL技术构建包括空间基本场景和三维渲染器及可视化相机组件等在内的基础应用结构；调用系统数据库中内置公路桥梁构件库的参数或者用户通过可视化界面录入桥梁构件参数；在公路桥梁管理系统中设置包括界面类型等桥梁拼装参数；利用WebGL技术建立桥梁上部结构和下部结构的构件三维模型；依据拼装算法将构件模型拼装成桥梁三维模型。本发明专利技术采用参数化建模的方式，先建立桥梁构件的三维模型，在组装成桥梁全桥三维模型，不但建模速度快，还能得到单体化的构件模型，对于基于BIM技术的公路桥梁养管新模式的应用具有促进作用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于WebGL技术的公路桥梁三维模型快速建立方法
本专利技术属于公路桥梁三维模型构建
，具体涉及一种基于WebGL技术的公路桥梁三维模型快速建立方法。
技术介绍
伴随着“互联网+”浪潮的袭来，基于BIM技术的公路桥梁养管新模式逐渐涌现。这种养管新模式往往需要借助桥梁三维模型(也即BIM模型)将公路桥梁的设计、施工、养护、维修、拆除等全寿命周期信息进行关联，从而实现基于全寿命周期的公路桥梁养护决策。公路桥梁三维模型是公路桥梁BIM技术应用的基础，公路桥梁三维模型的快速构建更是其中的基础性关键技术。随着我国公路桥梁正在逐步迈入大规模养护期，公路桥梁三维模型的快速建模技术对基于BIM技术的公路桥梁养管新模式显得尤为重要。在公路桥梁三维模型构建领域，目前用于公路桥梁三维模型建立的方法主要有：使用基于OpenGL技术的通用型建模软件建立三维模型，采用三维激光扫描技术建立三维点云模型，采用倾斜摄影技术构建实景三维模型等方法。上述方法均对于基于BIM技术的公路桥梁养管新模式的推广应用起到了不同程度的推动作用。但在基于BIM技术的公路桥梁养管新模式下，不但需要快速建立大量公路桥梁的三维模型；而且为服务于公路桥梁的检查评定以及养护工作，三维模型中的各桥梁构件必须是单独对象，即要求构件模型单体化。具体到基于BIM技术在公路桥梁养管工作中的实际应用时，上述技术方案又存在一定的不适用性，具体如下：(1)使用基于OpenGL技术的通用型建模软件建立桥梁三维模型，该方法建模速度慢。通用型建模软件正是由于其通用性，对于桥梁结构建模并没有提供针对性的快速建模方式；而且由于这些建模软件多是产生于房屋建筑行业，其建模方法及模型成果更多地体现了房屋建筑的特点。采用这些软件建立公路桥梁三维模型，为使模型适用于公路桥梁养护管理工作，往往还有大量的后处理工作。(2)采用三维激光扫描技术建立三维点云模型和采用倾斜摄影技术构建实景三维模型等方法，虽然能快速建立三维模型，但是在点云模型和实景模型，桥梁各构件不是单独对象，难以对各构件绑定检查、评定以及养护维修信息，更不能满足基于BIM技术的公路桥梁养管新模式的内在要求。综上所述，现有技术并不能充分满足公路桥梁快速建模以及构件模型单体化的要求，对于BIM技术在公路桥梁养管工作中的应用存在较大缺陷。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于WebGL技术的公路桥梁三维模型快速建立方法，克服了现有三维建模技术不能充分满足公路桥梁快速建模以及构件模型单体化要求的缺陷。本专利技术不但建模速度快，还能得到单体化的构件模型，对于基于BIM技术的公路桥梁养管新模式的应用具有促进作用。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于WebGL技术的公路桥梁三维模型快速建立方法，包括以下步骤：步骤一、利用WebGL技术构建基础应用结构，包含空间基本场景、三维渲染器以及可视化相机组件，用于创建具有三维坐标的空间容器；步骤二：依据现行公路桥梁设计规范及公路桥梁通用设计图提取多种构件的基本尺寸参数，来构建组件式桥梁构件库，并按照桥梁结构形式及层次分类存储；步骤三：在公路桥梁管理系统中选择和输入桥梁拼装参数，确定拼装过程中的几何拓扑关系，并通过从步骤二所建立的组件式桥梁构件库选择拼装构件来确定各构件形式；步骤四：采用WebGL技术建立桥梁下部结构各构件模型及桥梁上部结构各主梁的构件模型；步骤五：依据桥梁拼装算法及桥梁拼装参数，考虑公路桥梁各构件的空间位置拓扑关系，利用WebGL技术组装桥梁构件模型形成公路桥梁整体三维模型；步骤六：采用WebGL技术在步骤一所创建的具有三维坐标的空间容器中渲染展示公路桥梁三维模型，包括利用requestAnimationFrame方法渲染公路桥梁三维场景模型，利用Raycaster选中构件模型，利用TrackballControls控件控制构件模型的缩放、平移和旋转。进一步地，步骤二中还能够通过可视化界面，以输入结构参数的方式，向构件库中添加自定义组件。进一步地，步骤三中桥梁拼装参数包括截面类型、荷载等级、桥面宽度、路基类型、斜度、跨径、跨数、单梁宽度、主梁片数、结构材料、桥墩类型、墩身高度、桥墩基础类型、桥墩基础高度、桥台类型及桥台基础类型。进一步地，步骤四中采用WebGL技术建立桥梁下部结构各构件模型包括：以盖梁顶面中心位置为坐标原点，利用ShapeGeometry方法绘制盖梁截面，然后利用ExtrudeGeometry方法生成盖梁几何体，赋予其材质生成网格，利用CylinderGeometry方法分别建立桩基和墩身模型，赋予其材质生成网格，利用CubeGeometry方法分别建立系梁、防震挡块和制作垫石，赋予其材质生成网格。进一步地，步骤四采用WebGL技术建立桥梁上部结构各主梁的构件模型具体为：利用ExtrudeGeometry方法拉伸形成多个主梁构件的三维模型。进一步地，步骤五中采用的桥梁拼装算法具体步骤如下：1)输入主梁片数M和主梁跨数N，将主梁片数变量m和主梁跨数变量n初始化为1；2)判断主梁片数变量m的值，若为m＝1，则生成右边梁，主梁片数变量m自加1；若1<m<M，则生成中间梁，主梁片数变量m自加1；如此循环，直到m＝M，则生成左边梁，完成一跨的主梁建立，进入步骤(3)；3)判断主梁跨数变量n的值，若n≤N，则将主梁片数变量m重置为1，主梁跨数变量n自加1，循环步骤2)；若n>N，则完成全桥的主梁建模，结束。进一步地，步骤六中当选中某构件模型时，能够设置该构件的颜色、透明度及线框展示效果。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：(1)由于采用基于WebGL技术的参数化建模方案，它克服了基于OpenGL技术的通用型建模软件建模慢的缺陷，并且该方法由于紧密结合桥梁结构自身特点，克服了通用型软件在公路桥梁三维建模不完全适用的缺陷，更是提升在全国公路桥梁中占大多数的常规公路桥梁三维模型构建速度，满足了基于BIM技术的公路桥梁养管新模式对于快速建模的内在要求。(2)本专利技术采用了基于WebGL技术的构件模型组装成全桥模型的方案，相比于采用三维激光扫描技术获得三维点云模型以及采用倾斜摄影技术建立三维实景模型而言，本方案是先建立公路桥梁构件模型，再组装成公路桥梁全桥模型，满足了基于BIM技术的公路桥梁养管新模式对于构件模型单体化的内在要求。附图说明图1是本专利技术方法的流程图；图2是公路桥梁构件三维模型；图3是桥梁构件模型组装成全桥三维模型的组装算法流程图；图4是采用本专利技术建立的公路桥梁三维模型。具体实施方式下面对本专利技术作进一步详细说明：一种基于WebGL技术的公路桥梁三维模型快速建立方法，能够基于少量的桥梁结构参数，采用WebGL技术建立公路桥梁的三维构件模型，并通过构件组装算法，快速建立常规公路桥梁的三维模型，实现公路桥梁快速建模的要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于WebGL技术的公路桥梁三维模型快速建立方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、利用WebGL技术构建基础应用结构，包含空间基本场景、三维渲染器以及可视化相机组件，用于创建具有三维坐标的空间容器；/n步骤二：依据现行公路桥梁设计规范及公路桥梁通用设计图提取多种构件的基本尺寸参数，来构建组件式桥梁构件库，并按照桥梁结构形式及层次分类存储；/n步骤三：在公路桥梁管理系统中选择和输入桥梁拼装参数，确定拼装过程中的几何拓扑关系，并通过从步骤二所建立的组件式桥梁构件库选择拼装构件来确定各构件形式；/n步骤四：采用WebGL技术建立桥梁下部结构各构件模型及桥梁上部结构各主梁的构件模型；/n步骤五：依据桥梁拼装算法及桥梁拼装参数，考虑公路桥梁各构件的空间位置拓扑关系，利用WebGL技术组装桥梁构件模型形成公路桥梁整体三维模型；/n步骤六：采用WebGL技术在步骤一所创建的具有三维坐标的空间容器中渲染展示公路桥梁三维模型，包括利用requestAnimationFrame方法渲染公路桥梁三维场景模型，利用Raycaster选中构件模型，利用TrackballControls控件控制构件模型的缩放、平移和旋转。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于WebGL技术的公路桥梁三维模型快速建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、利用WebGL技术构建基础应用结构，包含空间基本场景、三维渲染器以及可视化相机组件，用于创建具有三维坐标的空间容器；
步骤二：依据现行公路桥梁设计规范及公路桥梁通用设计图提取多种构件的基本尺寸参数，来构建组件式桥梁构件库，并按照桥梁结构形式及层次分类存储；
步骤三：在公路桥梁管理系统中选择和输入桥梁拼装参数，确定拼装过程中的几何拓扑关系，并通过从步骤二所建立的组件式桥梁构件库选择拼装构件来确定各构件形式；
步骤四：采用WebGL技术建立桥梁下部结构各构件模型及桥梁上部结构各主梁的构件模型；
步骤五：依据桥梁拼装算法及桥梁拼装参数，考虑公路桥梁各构件的空间位置拓扑关系，利用WebGL技术组装桥梁构件模型形成公路桥梁整体三维模型；
步骤六：采用WebGL技术在步骤一所创建的具有三维坐标的空间容器中渲染展示公路桥梁三维模型，包括利用requestAnimationFrame方法渲染公路桥梁三维场景模型，利用Raycaster选中构件模型，利用TrackballControls控件控制构件模型的缩放、平移和旋转。


2.根据权利要求1所述的一种基于WebGL技术的公路桥梁三维模型快速建立方法，其特征在于，步骤二中还能够通过可视化界面，以输入结构参数的方式，向构件库中添加自定义组件。


3.根据权利要求1所述的一种基于WebGL技术的公路桥梁三维模型快速建立方法，其特征在于，步骤三中桥梁拼装参数包括截面类型、荷载等级、桥面宽度、路基类型、斜度、跨径、跨数、单梁宽度、主梁片数、结构材料、桥墩类型、墩身高度、桥墩基础类型、桥墩基础高度、桥台类型及桥台基础类型。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张阳，梁鹏，黄亦雅，赵锋力，李聪，王玺翔，刘祖锋，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61