１３４ 应用科学 科２０１ 赫１９霾 Ｏ年第期
浅析计算机虚拟现实技术在公路设计中的应用
李寒冰 ，赵永平。
（１．江苏省交通规划设计院，江苏南京２１０００５；２．江苏交通丁程咨询监理有限公司，江苏南京２１００３６）
摘要虚拟现实技术是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体
技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计
算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建一种适人化的多维信息空间。主要介绍虚拟现实的
一
些特征和硬软件基础，并重点分析计算机虚拟现实技术在公路设计中的一些应用。
关键词虚拟现实技术；设计
中图分类号ＴＰ 文献标识码Ａ 文章编号１６７３—９６７１一（２０１ ｏ１１０１—０１３４一叭
１虚拟现实的重要特征和硬软件基础
１）虚拟现实的重要特征。虚拟现实技术具有以下４个特征：①多感
知性，所谓多感知性就是除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，
还有听觉感知、触觉感知、力觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、
嗅觉感知等。②存在感，又称临场感，在虚拟现实的环境中，用户能感
到自己成为了一个“发现者和行动者”。③交互性，是指用户可以对模
拟环境中的物体直接操作，并从环境得到信息或感受。④自主性，是指
虚拟环境中的对象具有依据物理定律动作的能力。
２）虚拟现实的硬软件基础。虚拟现实的主要硬件设备包括：高性
能计算机；广角的立体显示设备；观察者的跟踪设备；人体姿势的跟踪
设备；立体声设备；触觉、力反馈；语言输入输出等硬件设备。
虚拟环境中采用的软件有四类：①语言类：如ｃ＋＋、ＯｐｅｎＧＬ、ＶＲｗＬ
等。②建模软件类：￣／ＪＡｕｔｏＣＡＯ、ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ、ＰｒｏＰＥｎｇｉｎｅｅｒ、Ｉ－ＤＥＡＳ、
ＣＡＴＩＡ等。③应用软件类：指用户自己的各种需求，选择或者开发的自
用软件。④通用的商用工具软件包：帮助用户建立虚拟环境的通用和基
本的软件，可以使用户显著地加快虚拟现实系统的开发进程。可用于建
立虚拟环境的图形软件包有：ＷＴＫ、ＯｐｅｎＧＬ、Ｊａｖａ３Ｄ、ＶＲＭＬ￣。
２公路计算机虚拟现实辅助设计
１）公路平面线形辅助设计。公路平面是公路在地平面上的投影，
公路的平面设计就是确定公路的走向和平面组成要素，以及各要素的参
数信息，最后定出公路逐桩坐标。在平面设计中首先要根据地形等高线
确定起点、终 和中间的路面控制点。这些点确定了将要设计出来的公
路的大致走向和弧度。
选定公路控制点后，要完成公路的组成计算，公路平面线形主要是
由直线——缓和曲线——圆曲线——缓和曲线——直线这样的方式组合
而成。其相关的参数计算方法。
２）公路纵断面辅助设计。沿着道路中线竖直剖切然后展开即为路
线纵断面，它总是一条有起伏的空间线，公路纵断面设计主要的任务是
根据汽车的动力特性、道路等级、当地自然条件以及工程经济等，研究
起伏空间线几何构成的大小及长度，以便达到行车安全迅速、运输经济
合理及乘客舒适的目的。这些要求必然需要公路要有好的纵断面组成。
纵断面图是道路纵断面设计的主要成果，也是道路设计的重要技术文件
之一。把道路的纵断面图与平面图结合起来，就能准确的定出道路的空
间位置。
在纵断面图上有两条主要的线：一条是地面线，它是根据中线上各
桩点的高程而绘制的一条不规则线，反映了沿着中线地面的起伏变化情
况；另一条是设计线，它是经过技术上、经济上以及美学上等多方面比
较后定出的一条具有规则形状的几何线，反映了道路路线的起伏变化情
况。
注意尺寸比例的因素，尽量减少线性的大幅度变化，注意隐藏面的消
隐，减少系统内存的占用，提高运行速度和效率。本系统中，模型导人
ＯＰｅｎＧＬ前是没有纹理的，所需要做的工作就是将所拍的照片制成纹理图
片格式存储起来，在ｏｐｅｎＧＬ中，由函数ｍａｋｅｌｍａｇｅ（）产生凋用，并且
所有纹理映射的初始化工作都在程序ｍｙｉｎｉｔ（）中进行。￣ｇｌＴｅｘＩｍａｇｅ２ｄ
（）说明一个全分辨率的图像，其参数指出了图像的尺寸、图像类型、
图像位置和图像的其它籽陛，接着连续调用函数ｇｌＴｅｘＰａｒａｍｅｔｅｒ＊（）说
明纹理怎样缠绕物体和当象素与纹理数组中的单个元素不能精确匹配
时如何过滤颜色；再接着用函数ｇｌＴｅｘＥｎｖ＊（）设置画图方一式为ＧＬ＿
ＤＥＣＡＬ；最后，调用函数ｇｌＥｎａｂｌｅ（）启动纹理映射。
４虚拟漫游系统的设计
场景的导入涉及到的问题首先是导人格式的要求。对于三维模型的
存储有ｏｂｊ，ｍａｘ以及３ｄｓ等格式，．ｍａｘ是３Ｄｍａｘ的专有文件格式，３ｄｓ是通
用的３Ｄ文件格式，可以导人多种三维软件文件，是一个标准文件格式。
本文的三维模型使用的是３Ｄｍａｘ￣ｌＪ建，存储的格式为．ｍａｘ，而．ｍａｘＳＣ件格
式是符合文档方式，每个插件都可以输出自己的格式到ｍａｘ文件当中，
所以直接解析ｍａｘ文件并不是一个可取的方法。若要将三维模型导人到
ＯｐｅｎＧＬ中，包括以下几种方法： ，
１）首先将．ｍａｘ文件转化为．ａｄｓ形式，再使用３ｄｓ２ｃ这种软件工具，
将．ａｄｓ文件转换成为ＯｐｅｎＧＬ的ｃ语言程序，然后把模型部分复制出来，由
ＯｐｅｎＧＬ读取即可，但是转换为ｃ语言程序后，如果出现错误，不容易找
出错误并进行改正。
２）可以使用３ｄｗｉｎ￣件直接将３ｄ８格式转换为ＯｐｅｎＧＩ格式。
３）可以将模型文件导出成ｇ１．ｈ的形式，导人工程文件头文件中即
可。
４）将ｍａｘ文件转换为３ｄｓ文件后，在ＯｐｅｎＧＬ中编写调用函数进行模
型的读取。
５）使用３ＤＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ软件读入模型的ａｄｓ文件，通过另存将其转化
成能为ＯｐｅｎＧＬ／ｉｆｉ用的．ｃｐｐ文件，最终转化后的文件是由大量的浮点数组
成，这些浮点数包含了模型面、材质、顶点、法线和纹理等的全部信
息，并按照这些属性分类。然后我们在ＯｐｅｎｃＩ程序中专门定义一个读取
模型参数的类，在此类中实现读取相应的浮点数的函数的所有功能，再
在主程序中调用。
５结束语
作为一门先进的人机交流技术，虚拟现实技术同时逐步流行于世界
范围内的各个领域，如虚拟现实建筑物的展示与参观，虚拟现实手术培
训，虚拟现实游戏，虚拟现实影视艺术，建筑设计、工业设计、培训、
医学领域。例如建筑设计师可以运用虚拟现实技术向客户提供三维虚拟
模型。
３计算机虚拟现实技术在道路模型的建模中的应用
关于道路实体模型的建立，首先是获得建模数据，道路的高程数据
和几何形状以及曲线、拐角、弯度等数据来自平面图、剖面图等建筑图
纸，此外还包括具体的尺寸和比例。在基础数据的基础上建模完成后，参考文献
还要对模型进行相应的纹理映射，纹理数据的来源主要是实体的正向照 ［１］公路路线三维可视化设计研究进展廖明军森林工程，２００４，０６．
片，也只有正向拍摄的照片才有纹理利用价值。 ［２］李伟；虚拟现实技术在道路交通领域中的应用探讨［Ｊ］．交通科技与经
其次是模型的建立，根据ＣＡＤ图纸，在３Ｄｍａｘ中建立三维模型， 济，２００４，０４．
