مدلسازی و سازماندهی پارامتری سه بعدی (سه بعدی) برای تجسم مبتنی بر وب شبکه لوله در مقیاس شهر
خلاصه
کلید واژه ها:
خط لوله زیرزمینی ; مدل سازی پارامتریک ; تجسم ; سزیم
1. معرفی
2. مدل سازی و سازماندهی خطوط لوله
2.1. جریان کار
2.2. ساختار داده شبکه لوله
2.3. مدلسازی پارامتریک قطعه لوله
2.3.1. ساخت و ساز مش قطعه لوله
- (1)
-
به دست آوردن مختصات نقطه شروع و پایان و همچنین قطر قطعه لوله.
- (2)
-
محاسبه مختصات هر رأس در سیستم مختصات فضایی: از سه راس برای تشکیل یک مثلث استفاده می شود و همه مثلث ها به هم متصل می شوند تا هندسه قطعه لوله را تشکیل دهند.
از آنجایی که در روش مدلسازی ارائه شده در بالا، شکافهایی بین بخشها وجود دارد، برای ترمیم شکاف به درمان بیشتری نیاز است. به منظور حل مشکل شکاف، یک قطعه لوله قوس صاف ساخته شده است. شکل 3 a ساخت بخیه برای شکاف را نشان می دهد. نقطه S نقطه تقاطع خط مرکزی بخش دو لوله، نقطه P3 نقطه شروع یک قطعه لوله و نقطه P4 نقطه پایان بخش لوله دیگر است . θ زاویه تشکیل شده توسط بخش های لوله SP 3 و همچنین SP 4 است . برای تعیین قطعه قوس صاف، نقطه مرکزیابتدا باید S 1 داده شود و مختصات سه بعدی S 1 را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:
جایی که |اسپ2|طول پاره خط SP 2 است ، |اسپ1+اسپ2|طول بردار جمع SP 1 و SP 2 است . P 1 (ایکسپ1،yپ1،zپ1)و P 2 (ایکسپ2،yپ2،zپ2)نقاط تلاقی عمود بر نقطه S 1 به SP 3 و SP 4 هستند . مختصات آنها را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:
جایی که |اسپ3|طول خط SP 3 است ، |اسپ4|طول خط SP 4 است . ص 3 (ایکسپ3،yپ3،zپ3)و P 4 (ایکسپ4،yپ4،zپ4)نقاط انتهایی قطعه لوله و نقطه S هستند (ایکسس،yس،zس)نقطه اتصال دو بخش لوله است. مختصات آنها را می توان از داده های خط لوله خام بدست آورد. به همین ترتیب، |اسپ1|فاصله نقطه S تا نقطه P 1 است ، |اسپ2|فاصله نقطه S تا نقطه P 2 است . طول (L) از |اسپ1|را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:
در جایی که قطعه، نقطه مرکزی S 1 d قطر قطعه لوله است، s فاصله عمودی از نقطه مرکزی است. اس1چنبره به لوله، و متغیری است که شعاع بخیه را کنترل می کند. در شکل 3 a، بخیه زمانی که s برابر با شعاع لوله است، یک نمودار نارنجی است و زمانی که s برابر با قطر لوله است، سبز است. برای اثر ترمیم شکاف بهتر، مقدار s معمولاً کمی بزرگتر از شعاع لوله است. برای پیوند P 1 و P 2 ، یک قوس با نقطه رسم می شود اس1به عنوان مرکز و |اس1پ1|به عنوان شعاع نقطه C نقطه تقاطع خط است اساس1و قوس به عنوان طول |سیاس1|برابر است |اس1پ1|بنابراین، مختصات نقطه C را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:
نقطه سیnدر صفحه تشکیل شده توسط خط است اساس1، اس1 پ2، و سیnدر محیط دایره با نقطه قرار دارند اس1به عنوان مرکز بنابراین، می توانیم مختصات را بدست آوریم سیn(ایکسn،yn،zn)با فرمول زیر:
که در آن طول های |اس1پ1|و |اس1پ2|برابر شعاع قوس بخیه، βیک پارامتر حداقل رادیان تعریف شده توسط کاربر است که صافی شبکه بخیه را تعیین می کند و a ، b ، c و t را می توان به صورت زیر بدست آورد:
بنابراین با استفاده از این سری از مراکز (سی1،سی2…سیn)، مدل بخیه خط لوله را می توان همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است ساخت .
2.3.2. نگاشت بافت پویا
(1) محاسبه مختصات بافت بخیه خط لوله. نگاشت بافت در بخش لوله در امتداد خط لوله و جهت عمودی گسترش می یابد. با این حال، نگاشت بافت در اتصال خط لوله پیچیده تر است. با توجه به مختصات نقطه مرکزی بخیه که با رابطه (1) محاسبه شده است، مختصات فضایی چهار گوشه به دست می آید. مختصات بافت راس P ( i , j ) روی مش بخیه را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:
که در آن n طول کاشی اصلی بین دو نقطه نمونه برداری است، |پ(من،j)پ(من+1،j)|طول نقاط است پ(من،j)و پ(من+1،j)، و |پ(من،j)پ(من،j+1)|طول نقاط است پ(من،j)و پ(من،j+1). در اینجا، ( u ، v ) سیستم مختصات بافت را نشان می دهد، که در آن محور u در امتداد جهت خط لوله است، و محور v با جهت عمودی منطبق است. محدوده مختصات بافت بین (0,0) و (1,1) است. اگر از محدوده فراتر رود، تصویر بافت با رویکرد GL_REPEAT OpenGL ترسیم می شود.
2.4. مدلسازی پارامتریک Pipe-Point
2.4.1. پردازش نقطه ویژگی
برای بهبود دقت تجسم شبکه لوله، کتابخانه مدل نمونه اولیه برای نقاط ویژگی مانند کنتورهای آب، شیرها و سایر نقاط لوله آماده شده است. با این حال، جهت و قطر هر نقطه ویژگی در سیستم شبکه لوله واقعی متفاوت است. بنابراین، پیوستن یکپارچه به نمونه اولیه و مدلهای بخش لوله با توجه به پارامترها معمولاً یک مشکل در فرآیند مدلسازی است. در شکل 6، فلش سبز جهت گیری اولیه مدل نمونه اولیه را نشان می دهد. در فرآیند مدل سازی نقطه لوله، زاویه چرخش را می توان با استفاده از رابطه نسبی بین مختصات نقطه شروع و پایان لوله محاسبه کرد و ضریب پوسته پوسته شدن را می توان با توجه به نسبت قطر لوله با توجه به اندازه به دست آورد. از مدل نمونه اولیه زاویه چرخش به صورت زیر محاسبه می شود، که در آن α، β و γ به ترتیب زوایای بین بخش لوله و محور x ، محور y و همچنین محور z را نشان می دهند:
2.4.2. پردازش نقطه اتصال
لوله های مجاور معمولاً توسط یک زانویی به هم متصل می شوند و اتصال نیاز به مدل سازی خاصی دارد. در تجسم سه بعدی، تبدیل فضایی برای قرار گرفتن یک مدل سه بعدی در موقعیت مناسب مورد نیاز است ( شکل 7 ). ماتریس مدل برای تبدیل رئوس از مختصات محلی به مختصات جهانی اعمال می شود. برای یک مدل سه بعدی فلنج در کتابخانه مدل، مختصات صحیح جهان را فقط می توان با تبدیل فضایی ماتریس مدل که شامل ترجمه، چرخش و مقیاس بندی است، به دست آورد. در معادله (10)، ماتریس مدل M به ماتریس تبدیل اعمال شده برای مدل فلنج سه بعدی اشاره دارد که در آن مقیاس بندی M ماتریس مقیاس بندی، چرخش M ماتریس چرخش و ترجمه M است.ماتریس ترجمه است:
جایی که مقیاس بندی است د/د1با قطر لوله d و قطر اولیه فلنج د1، و α، β، و γنشان دهنده زوایای بین اس1پ1→و به ترتیب محورهای x ، y و z ، ایکسپ1، yپ1، و zپ1مختصات x , y و z نقطه P 1 هستند .
2.4.3. پردازش نقطه ای چند جهته
2.5. سازمان مدل لوله مقیاس شهر
2.5.1. سازماندهی داده ها برای مدل لوله در کاشی های سه بعدی
2.5.2. تقسیم مدل های لوله به کاشی های سه بعدی
3. آزمایش و تجزیه و تحلیل
3.1. داده های تجربی
3.2. کارایی
4. نتیجه گیری و کار آینده
- (1)
-
داده های GIS لوله، از جمله بخش ها و نقاط لوله، می توانند به سرعت و به طور خودکار در یک مدل لوله سه بعدی پردازش شوند.
- (2)
-
مدل لوله به عنوان یک ساختار چهاردرخت شل سازماندهی شده است که می تواند تجسم شبکه های لوله زیرزمینی در مقیاس شهر را در یک کره مجازی برآورده کند.
منابع
- مندز، ای. شال، جی. هاومن، اس. Junghanns، S. فلنر، دی. Schmalstieg, D. تولید مدل های معنایی سه بعدی زیرساخت های زیرزمینی. محاسبات IEEE. نمودار. Appl. 2008 ، 28 ، 48-57. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- بالوگون، آل. Matori، AN; Lawal، DU Geovisualization خطوط لوله زیرسطحی: یک رویکرد سه بعدی. مد. Appl. علمی 2011 ، 5 ، 158. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- بررسی خط لوله زیرزمینی شهری. در دسترس آنلاین: http://www.mohurd.gov.cn/wjfb/201605/t20160510_227405.html (در 10 مارس 2020 قابل دسترسی است).
- دونر، اف. تامپسون، آر. استوتر، جی. لمن، سی. پلوگر، اچ. ون اوستروم، پی. زلاتانوا، اس. راه حل هایی برای کاداستر 4 بعدی – با مطالعه موردی در مورد شبکه های ابزار. بین المللی جی. جئوگر. Inf. علمی 2011 ، 25 ، 1173-1189. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- حجازی، آی.ح. اهلرز، ام. زلاتانوا، اس. نیبو: رویکردی جدید برای نمایش و تحلیل شبکههای ابزار داخلی در سیستمهای اطلاعات جغرافیایی سه بعدی. بین المللی جی دیجیت. زمین 2012 ، 5 ، 22-42. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- لی، اس. کای، اچ. Kamat، VR سیستم جغرافیایی آگاه از عدم قطعیت برای نقشه برداری و تجسم ابزارهای زیرزمینی. خودکار ساخت و ساز 2015 ، 53 ، 105-119. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- پنگ، جی. Peng, F. Le روش ارزیابی مبتنی بر GIS منابع فضای زیرزمینی برای برنامه ریزی فضایی شهری: روش شناسی قسمت 1. تون. Undergr. فناوری فضایی 2018 ، 74 ، 82-95. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- هو، ز. Gu, Q. یک روش بهبود یافته برای ترسیم نقطه خط لوله زیرزمینی در اتوکد. جی. ژئومات. 2011 ، 4 ، 43-44. [ Google Scholar ]
- لیو، هی؛ کوچک، JC; مدل سازی سه بعدی کارتر، JP کامل برای اثرات تونل زنی بر روی سیستم های پشتیبانی موجود در منطقه سیدنی. تون. Undergr. فناوری فضایی 2008 ، 23 ، 399-420. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- دو، ی. زلاتانوا، اس. رویکردی برای تجسم سه بعدی خطوط لوله. در نوآوری در سیستم های اطلاعات جغرافیایی سه بعدی ; Springer: Berlin/Heidelberg, Germnay, 2006; ص 501–507. شابک 354036997X. [ Google Scholar ]
- بکر، تی. ناگل، سی. Kolbe، TH مدلسازی سه بعدی معنایی شبکه های چندکاربری در شهرها برای تجزیه و تحلیل و تجسم سه بعدی. در حال پیشرفت و روندهای جدید در علوم ژئو اطلاعات سه بعدی ; پولیو، جی.، دانیل، اس.، هوبرت، اف.، ویرایش. Springer: برلین/هایدلبرگ، آلمان، 2013; صص 41-62. [ Google Scholar ]
- گروگر، جی. Plümer, L. CityGML—مدل های شهری سه بعدی معنایی قابل تعامل. ISPRS J. Photogramm. Remote Sens. 2012 ، 71 ، 12-33. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- وو، زی. وانگ، ن. شائو، جی. روش ریخته گری پرتوی دنگ، G. GPU برای تجسم خطوط لوله سه بعدی در یک کره مجازی. بین المللی جی دیجیت. زمین 2019 ، 12 ، 428–441. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- کلارک، RJ برنامه ریزی و نقشه برداری از فضای زیرزمینی – مروری. تون. Undergr. فناوری فضایی 2000 ، 15 ، 271-286. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- هانتر، جی. بروکینگ، سی. ریدینگ، ال. Vink, S. یک سیستم مبتنی بر وب که امکان ادغام، تجزیه و تحلیل و تجسم سه بعدی زیرسطحی داده های پایش آب های زیرزمینی و مدل های زمین شناسی را فراهم می کند. بین المللی جی دیجیت. زمین 2016 ، 9 ، 197-214. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- رسچ، بی. وهلفارت، آر. Wosniok, C. تجسم 4 بعدی مبتنی بر وب داده های جغرافیایی دریایی با استفاده از WebGL. کارتوگر. Geogr. Inf. علمی 2014 ، 41 ، 235-247. [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
- سزیم در دسترس آنلاین: https://cesiumjs.org/about/ (در 29 مارس 2020 قابل دسترسی است).
- کاشی های سه بعدی در دسترس آنلاین: https://cesium.com/blog/2015/08/10/introducing-3d-tiles/ (در 9 ژوئن 2020 قابل دسترسی است).
- مشخصات کاشی های سه بعدی در دسترس آنلاین: https://github.com/AnalyticalGraphicsInc/3d-tiles/tree/master/specification#tileset-json (در 9 ژوئن 2020 قابل دسترسی است).
- چن، ی. شورج، ا. رجبی فرد، ع. صبری، اس. از IFC تا کاشی های سه بعدی: یک راه حل منبع باز یکپارچه برای تجسم BIM ها بر روی سزیم. ISPRS Int. J. Geo Inf. 2018 ، 7 ، 393. [ Google Scholar ] [ CrossRef ] [ نسخه سبز ]
- ژورادو، جی.ام. اورتگا، ال. گراسیانو، آ. Feito، برنامه GIS مبتنی بر وب FR برای تعامل بلادرنگ زیرساخت های زیرزمینی از طریق واقعیت مجازی. در مجموعه مقالات GIS: مجموعه مقالات سمپوزیوم بین المللی ACM در مورد پیشرفت در سیستم های اطلاعات جغرافیایی، ردوندو بیچ، کالیفرنیا، ایالات متحده آمریکا، 1 تا 10 نوامبر 2017. [ Google Scholar ]
- وانگ، اس. سان، ی. سان، ی. گوان، ی. فنگ، ز. لو، اچ. کای، دبلیو. Long, L. یک چارچوب ترکیبی برای مدلسازی با کارایی بالا شبکه های لوله سه بعدی. ISPRS Int. J. Geo Inf. 2019 ، 8 ، 441. [ Google Scholar ] [ CrossRef ] [ نسخه سبز ]
- چین، M. Of H. و U.-RD از PR مشخصات فنی برای تشخیص خط لوله زیرزمینی شهری. در دسترس آنلاین: http://www.mohurd.gov.cn/wjfb/201905/t20190506_240463.html (در 9 ژوئن 2020 قابل دسترسی است).
- Weinhaus، FM; Devarajan, V. نگاشت بافت مدل های سه بعدی صحنه های دنیای واقعی. کامپیوتر ACM. Surv. 1997 ، 29 ، 325-365. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- Goodchild، MF; گوا، اچ. آنونی، ا. بیان، ال. دی بی، ک. کمبل، اف. کراگلیا، ام. اهلرز، ام. ون جندرن، جی. جکسون، دی. و همکاران نسل بعدی زمین دیجیتال Proc. Natl. آکادمی علمی ایالات متحده آمریکا 2012 ، 109 ، 11088-11094. [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
- بررسی اجمالی Khronos Group Inc. glTF. در دسترس آنلاین: https://www.khronos.org/gltf/ (دسترسی در 6 ژوئن 2020).
- Keysers, J. Review of Digital Globes 2015 ; مرکز تحقیقات تعاونی استرالیا و نیوزلند برای اطلاعات فضایی: ملبورن، استرالیا، 2015; ISBN 0994301901. [ Google Scholar ]
- زین مایر، م. برندز، یو. دوسن، او. Strobelt، H. ارائه تعاملی سطح از جزئیات نمودارهای بزرگ. IEEE Trans. Vis. محاسبه کنید. نمودار. 2012 ، 18 ، 2486-2495. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- Abdon، D. SPANS-A GIS مبتنی بر چهار درخت. محاسبه کنید. Geosci. 1992 ، 18 ، 471-475. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- وانگ، آر. Qian, X. OpenSceneGraph 3.0: Beginner’s Guide ; Packt Publishing Ltd.: Birmingham, UK, 2010; ISBN 1849512833. [ Google Scholar ]
- سیلک، جی. روبیک، بی. Ungerer، T. ناهمزمانی در محاسبات موازی: از جریان داده تا چند رشته ای. J. توزیع موازی. محاسبه کنید. تمرین کنید. 1998 ، 1 ، 3-30. [ Google Scholar ]
- لی، ایکس. بله، AGO مدلسازی توسعه شهری پایدار با ادغام اتوماتای سلولی محدود و GIS. بین المللی جی. جئوگر. Inf. علمی 2000 ، 14 ، 131-152. [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
بدون دیدگاه