浅谈虚拟现实技术在轨道交通工程投标中的应用

黄晓梅

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430063)

某轨道交通首期工程是地铁线网最重要的线网基线,对于后续地铁工程的建设有重大示范作用。线路全长42 km,共设置车站31座,其中高架车站6座,地下车站25座,建成后,将贯穿主城,连接新城,有力地支撑新城的发展。其中一期工程全长18 km,共4站3区间，如果采用传统设计模式对项目说明有相当大的局限性,不够直观,限制较多。为了取得此工程的勘察设计总承包，采用虚拟现实等多媒体技术运用于首期工程的前期投标、方案评审、三维动画制作,通过创建虚拟场景达到现实中效果,使以往只能借助传统的设计模式提升到数字化即看即所得的完美境界,大大提高了设计和规划的质量与效率。

1 虚拟现实

虚拟现实技术,英文名Virtual Reality,简称VR,也称灵境技术,是近年来出现的高新技术,是以交互性、沉浸性和构想性为三大突出特征，计算机生成的可以创建和体验虚拟世界的高技能模拟系统。它综合利用计算机图形学、仿真技术、多媒体、网络等技术,模拟人的感觉器官功能,构成三维数字模型,编制到计算机中去产生一个逼真的，具有视、听、触等多种感知的虚拟环境,如同身临其境。借助人的感知和认知能力,启发人的思维,以全方位地获取虚拟环境所蕴涵的各种空间信息和逻辑信息。

虚拟现实技术旨在突破系统和用户环境的界限， 突破用传统方法表达事物局限,使人们可以实现任何想象的环境虚拟并与其自然地进行交流。此技术已被推广到科学、技术、工程、医学、娱乐等不同领域,广泛应用到大型工程漫游、城市规划、展会等领域,虑拟现实技术在这些领域所表现出的效果比起其他技术要优秀得多。

2 虚拟现实在工程中的作用与意义

工程项目一般采用传统的、静止的成效图,只能向观者展示项目某一个或某几个方面,对业主所提出的其他问题与要求，必须以相近的图像或文字加以说明,运作起来不直观、不全面,具有相当大的局限性。

虚拟现实技术为核心的多媒体介绍程序,通过最新的多媒体信息技术和创意为项目投标提供最优秀的方案演示技术服务，为工程设计模拟提供更多的技术解决方案,将包含大量晦涩术语的专业项目,难以通过文字想象的项目规划和工程技术场景,以及专业技术人员精心的方案策划构思,采用三维动画及多媒体技术展现出来,以获得对项目直观的理解和感受。在产品中运用各种表现方式对相关素材进行集成,在最短时间内传递尽可能充分的信息,使相对枯燥的设计方案、项目的周边环境(重要的地形、外观)得以生动直观的表现,以获得其最大程度上的理解和反馈,实现设计方案的完美表达和诠释。

虚拟现实又提供了一个通向虚拟工程空间的途径。要达到增强现实的目的,即用虚拟物体来丰富、增强真实的环境。将真实环境和虚拟现实的景象结合起来,既便于生成复杂环境,又便于对实际物体的操作。

3 虚拟现实在轨道交通工程投标中的应用

虚拟现实作用可表现为不同的形式,用得比较多的是将工程中的某种概念设计或构思可视化,主要用到实物虚化、虚物实化和高性能的计算机处理技术,目的是通过将现实世界向多维信息化空间映射,使甲方及其评委从虚拟环境中获取同真实环境中一样或相似的视觉、听觉等客观认知。

3.1 用GOOGLE影像地图打造轨道交通首期工程三维虚拟动画

目前,轨道交通在全国各大中城市如雨后春笋、遍地开花,以前所未有的速度迅猛发展。而“用GOOGLE影像地图打造轨道交通三维虚拟动画”就是以Google影像地图为依据,通过下载和拼接轨道交通沿线的Google影像地图之后,直接在其上精确勾勒出轨道交通线路的走向,进而制作出高度逼真的轨道交通线路的走向动画以及沿线各个站点的方位(如图1)。其结果是更直观地将轨道交通线路和沿线周边环境融合在一起,看过之后让人一目了然。因此,在方案评审和成果汇报过程中,运用这一手段,更能以清晰而精确的画面,能得到决策者们的青睐,且印象深刻。更有甚者,如将轨道交通平、纵面的平面动画和Google影像地图上的三维动画结合在一起,做成平、纵、剖三度空间实时同步的动画效果,可以更直观的表现轨道交通的设计理念和设计思路,将复杂问题简单化。从图2可以看出,不仅主画面上的影像动画真实表现了城市轨道交通在现实环境中的运营情景,而且,从右上角和下面的平、纵断面线路走向动画中,也实时同步展示了列车每时每刻的准确位置。这样,就可以在一副画面上用三维虚拟动画从三度空间表述轨道交通的实时运行情景。

图1 列车出站上高架

图2 列车出隧道上高架并通过“世纪城站”

3.2 用三维实体和场景构造地铁线的三维虚拟动画

虚拟现实技术的快速发展,使虚拟现实中的场景更加真实,虚拟显示中的人物也更加形象生动。“用三维实体和场景构造地铁线的三维虚拟动画” 是由基于真实数据建立的数字模型组合而成,严格遵循工程项目设计的标准和要求，建立逼真的三维数字场景,对轨道交通方案设计进行真实的“再现”。在投标过程中,建立轨道交通线路的走向与空间位置的三维景观模型是实现仿真的关键。通过虚拟现实线路的选线与主要控制点,即线路及沿线周边景观模型,如地形、地貌、线路构造物等,使设计人员对线路比选、车站分布、站址的选定、站房设计及人流分析等以高度可视化,强有力地展示设计者的各种设计方案是否符合轨道交通网络的合理布置及其后的运营效果。

其中合理地进行换乘枢纽交通组织设计是保障轨道网高效运转的前提,换乘交通枢纽是保障乘客能方便、舒适、快速实现不同线路的转换。如图1直观体现综合交通管理站轨道之间、轨道与地面公交的换乘及旅客进出车站换乘状况。大量的三维模型与纹理数据处理能力提高,虚拟现实技术在道路桥梁应用现状在高速公路与桥梁建设中虚拟现实技术也得到了充分地

应用。图3、图4直观地体现地铁线穿过大板桥立交桥及周边的大板桥车辆段、机场高速公路收费站的情形。

图3 综合交通管理站的换乘分析

图4 6号线通过大板桥立交周边景观

4 结束语

从轨道交通工程投标情况的效果看,虚拟现实的引入,使得项目可行性探讨变得愈加图像化和具体化,互动性大为提高。它在工程设计领域的不断渗透和应用,使得设计者和用户、业主之间的交流得以在更合理的平台上进行,大大提高了工作效率,节约了项目的认证成本。可以预测,虚拟现实技术在工程设计投标领域会有更大的施展空间。

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