基于opengl的三维数字路面系统设计与实现

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1、分类号：TP3910710-2009124045硕士学位论文基于OpenGL的三维数字路面系统设计与实现汪花梅导师姓名职称马荣贵教授申请学位级别工学硕士学科专业名称计算机应用技术论文提交日期2012年05月25日论文答辩日期2012年06月05日学位授予单位长安大学DesignandImplementationof3DDigitalRoadSystemBasedOnOpenGLADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WangHuameiSupervisor：Prof

2、.MaRongguiChang’anUniversity,Xi’an,China摘要随着高速公路的快速发展，公路的养护维修成为当前一项异常重要的任务。目前，路面数据采集系统已相当成熟，但相对滞后的路面重构技术却无法直观地将大量的检测数据应用到道路养护维修中。传统的路面三维重构模型大多针对道路的选线设计，对于路面表面的行车安全信息，如平整度、车辙等信息基本上不能直观地表现出来，特别是无法分析对行车安全危害最大的拥包(在行车水平力的作用下，使路面产生推移而形成局部不规则隆起的变形)和坑槽(在行车作用下，路面骨料局部脱落而产生的坑洼)

3、，因此难以满足道路质量评估和养护维修管理的需求。本文通过将路面三维实体映射到由路面里程、路面横断面和路面相对高程组成的三维路面坐标系中，把路面的三维重构简化为基于横断面的重构。根据路面重构技术提出了路面的三层重构模型：纹理层，断面层和GPS层，每层数据都有各自的采集精度且反应不同的道路特征信息。如何实现三层数据的融合、构造三维路面的网格模型，从而完成三维路面重构是本文研究的重点。本文设计的三维数字路面系统主要包括四部分，分别是三维路面重构、三维场景显示与交互、道路环境视频回放以及三维路面数字信息的查询与显示。运用OpenGL三维

4、可视化技术实现了三维路面四种绘制方式，包括网格路面、平滑路面、基于DEM地形晕渲技术实现的彩色路面和基于三角形剖分纹理映射技术实现的纹理路面。相比传统的公路三维可视化重构，本文设计的三维数字路面系统不仅能够实现真实路面的重构，检测路面的多种病害(坑槽、拥包等)，而且可以显示路面检测信息。三维数字路面系统的设计与实现进一步提高了路面的数字化管理水平，在路面质量评价和养护管理中具有广泛应用价值。关键词：三维路面重构，车辙，GPS，纹理映射，OpenGLIAbstractWiththerapiddevelopmentofhighway

5、,highwaymaintenancebecameanextremelyimportanttask.Atpresent,theroaddataacquisitionsystemhasreachedmaturity.However,astheimmatureroadreconstructiontechnology,alargenumberofdetectiondatacouldnotbeappliedtotheroadmaintenance.Traditionalroadreconstructionmodelsweremostly

6、designedforrouteselection,whichcouldnotdepictroadsafetyinformationvividly,suchasroughness,rutandsoon.Especiallywhenitcametoanalyzeswellings(Withthehorizontalforceofdriving,deformationofpartialirregularupliftweregeneratedonroadsurface)andpotholes(Withtheforceofdriving

7、,potholesweregeneratedbecauseofaggregateshedding)whicharehazardoustodrivingsafety.Itwashardtomeetthedemandsofroadqualityevaluationandmaintenancemanagement.Inthispaper,thethree-dimensionalroadreconstructioncouldbesimplifiedtocross-sectionalreconstructionbymappingthree

8、-dimensionalroadentitytothree-dimensionalcoordinate,thecoordinatewhichconsistedofroadmileage,roadcross-sectionandroadrelativeheight