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地铁列车运行控制视景仿真系统中三维建模技术的研究与实现

宋晓伟  
【摘要】: 轨道交通视景仿真是用于交通特性研究、驾驶培训以及客户展示的一种重要工具。由于具有安全性高、再现性好、可开发性强等显著优点,近年来,有关轨道交通视景仿真系统的研究与开发已成为国际上的一个重要发展方向。 虚拟现实技术和计算机仿真技术的发展为研究和开发地铁列车运行控制视景仿真系统提供了技术保障。研究和开发地铁列车运行控制视景仿真系统,必须首先为地铁司机提供虚拟的驾驶环境,为列车提供虚拟的运行环境,另外还要让客户产生很强的沉浸感。因此,视景建模成为进行视景仿真开发的最重要的工作。 本课题以北京市科技计划项目——基于通信的城市轨道交通CBTC系统的研究与开发为背景,以北京地铁2号线为实际研究对象,开发出一个桌面型的视景仿真系统,成功的实现了地铁列车运行控制实时视景仿真。论文在复杂实体建模、虚拟场景设计、实时性优化和系统实现等方面展开工作,实现了视景仿真建模技术的一些重要概念和方法。 论文在对视景建模技术理论分析的基础上,结合地铁列车运行场景的特征,选择专业的视景仿真建模软件MultiGen Creator建造出列车运行的三维环境。给出了场景建模实现方法,重点介绍了可视化建模技术。在此基础上,合理利用建模关键技术,从场景结构优化和模型构建优化两方面,提出了基于MultiGen Creator的三维虚拟场景建模的优化技术和方法,很好地解决了“实时性”和“真实感”矛盾的问题,显著提高了系统的实时渲染和响应速度。最后,基于Vega的三维场景渲染技术,论文实现了系统的场景显示与实时漫游、模型驱动与实时控制、人物和自然现象仿真等功能,另外还对子系统间的通信进行了设计,满足了通信要求。 演示结果表明:利用本文所述的视景建模理论和方法的建立的模型经驱动后所生成的视景,视景图像输出流畅,并达到一定程度的逼真度和立体感,已应用于北京地铁2号线基于CBTC的实验线路的研究与开发。


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