一种三维隧道模型的构建方法、装置、设备及介质

本发明涉及三维模型构建，特别涉及一种三维隧道模型的构建方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、随着工程技术和建筑领域的发展，cad(计算机辅助设计)技术已经成为设计师们不可或缺的工具；在建设隧道项目时，cad图纸的使用已经成为常态，可以非常方便地绘制出隧道的平面布置和剖面图等信息；然而，将cad图纸转换为实体隧道模型仍然是一个非常复杂的过程，需要借助专业的软件和算法。

2、目前，有一些技术方案可用于将cad图纸转换为三维隧道模型；一种是cad软件内置的三维建模功能，一些cad软件内置了三维建模的功能，可以直接通过一些操作将cad图纸转换为三维模型，但这种方法通常对于复杂的隧道结构或细节处理较为有限；一种是专业的隧道设计软件，有一些专业的隧道设计软件，可以导入cad图纸并进行三维建模，这些软件通常具有更高级的功能，能够更好地处理复杂的隧道结构和细节；一种是基于点云的建模方法，通过激光扫描等技术获取隧道实际结构的点云数据，然后利用点云数据进行建模，这种方法可以较为准确地还原隧道的实际形态，但需要专业的设备和技术支持。

3、因此，现有的这些技术在提取cad图纸中的坐标点时，难以将所获取的有效坐标点来用于隧道的建模，致使在对隧道的建模时准确度较低，难以应用于实际中。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种三维隧道模型的构建方法、装置、设备及介质，可以解决现有技术中，存在的在对隧道的建模时准确度较低的问题。

2、本发明实施例提供一种三维隧道模型的构建方法，包括以下步骤：

3、获取cad文件中隧道的不同工程图，提取工程图中的二维位置信息点，将二维位置信息点转换为在三维空间中的隧道三维位置信息点；

4、利用隧道三维位置信息点确定隧道的三维路径点集和隧道的二维轮廓点集；

5、利用python函数获取隧道三维路径点集中的每个点的切线、法线和副法线向量，并将切线、法线和副法线向量设置为一个列向量，将列向量转换为变换矩阵；将不同位置的隧道二维轮廓点集沿隧道三维路径点集平移至相应位置，给每个二维轮廓点加载一个第三维0使其构成一个三维向量，并将三维向量与对应的变换矩阵相乘，得到隧道的三维轮廓点集；

6、将所获得的隧道的三维轮廓点集中每个点的顶点进行连接，获得三维的隧道模型。

7、优选地，所述提取工程图中的二维位置信息点，包括以下步骤：

8、获取cad文件中的隧道平面路径图、纵断面图和衬砌轮廓图这些工程图；

9、提取隧道平面路径图、纵断面图和衬砌轮廓图的水平方向和垂直方向的多个二维位置信息点；

10、所述二维位置信息点包括x坐标值和y坐标值。

11、优选地，所述将二维位置信息点转换为在三维空间中的隧道三维位置信息点，包括以下步骤：

12、计算二维信息点中的x坐标和y坐标之间的差异，基于所得到的差异对x坐标和y坐标进行重采样，得到在三维空间中的隧道三维位置信息点；

13、所述隧道三维位置信息点包括x坐标值、y坐标值和z坐标值。

14、优选地，所述确定隧道的三维路径点集和隧道的二维轮廓点集，包括以下步骤：

15、将隧道三维位置信息点中沿隧道走向的这些点确定为隧道的三维路径点集；

16、将隧道三维位置信息点中沿隧道不同位置的横截面上的点确定为隧道的二维轮廓点集。

17、优选地，所述得到变换矩阵，包括以下步骤：

18、计算隧道三维路径点集中的每个点处路径的导数，得到每个点的切线向量；

19、计算每个点的切线向量的导数并将其单位化，得到每个点的法线向量；

20、计算每个点的切线向量和法线向量的向量积，得到每个点的副法线向量；

21、将每个点的切线向量、法线向量和副法线向量依次设置为一个列向量，将这个列向量转换为变换矩阵。

22、优选地，所述得到隧道的三维轮廓点集，包括以下步骤：

23、将不同位置的隧道二维轮廓点集沿隧道三维路径点集中对应点的位置平移至相应位置；

24、给每个二维轮廓点加载一个第三维0，使其变成x坐标值、y坐标值和0，将x坐标值、y坐标值和0设置为三维向量，并将三维向量与所对应的变换矩阵相乘，得到隧道的三维轮廓点集。

25、优选地，所述获得三维的隧道模型，包括以下步骤：

26、将所获得的得到隧道的三维轮廓点集中的每个点进行连接，获得在三维空间中连续的隧道网格；

27、并将轮廓点转换成顶点数组，在连续的隧道网格上将相邻的顶点通过面连接，获得三维的隧道模型。

28、本发明实施例还提供一种三维隧道模型的构建装置，包括：

29、隧道位置?？?，用于获取cad文件中隧道的不同工程图，提取工程图中的二维位置信息点，将二维位置信息点转换为在三维空间中的隧道三维位置信息点；

30、隧道路径及轮廓构建?？?，用于利用隧道三维位置信息点确定隧道的三维路径点集和隧道的二维轮廓点集；

31、变换矩阵应用?？?，用于利用python函数获取隧道三维路径点集中的每个点的切线、法线和副法线向量，并将切线、法线和副法线向量设置为一个列向量，将列向量转换为变换矩阵；将不同位置的隧道二维轮廓点集沿隧道三维路径点集平移至相应位置，给每个二维轮廓点加载一个第三维0使其构成一个三维向量，并将三维向量与对应的变换矩阵相乘，得到隧道的三维轮廓点集；

32、模型构建模型，用于将所获得的隧道的三维轮廓点集中每个点的顶点进行连接，获得三维的隧道模型。

33、本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器和处理器；

34、所述存储器，用于存储计算机程序；

35、所述处理器，用于执行所述存储器中存储的计算机程序时，实现如上所述的一种三维隧道模型的构建方法的步骤。

36、本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的一种三维隧道模型的构建方法的步骤。

37、本发明实施例提供一种三维隧道模型的构建方法、装置、设备及介质，与现有技术相比，其有益效果如下：

38、本发明将从cad中所得到的隧道三维位置点确定隧道的三维路径点集和不同位置的二维轮廓点集，并将隧道的三维路径点集中的每个点的切线向量、法线向量和副法线向量构建为一个变换矩阵，将不同位置的二维轮廓点集变换为三维向量后乘以相应位置的变换矩阵，以准确的确定轮廓点的位置、路径和方向，将轮廓点的顶点连接以确定隧道的三维模型，对于隧道的三维模型构建的准确度大大提高，准确的构成了一个在三维空间中扭曲和变形的实体模型。

39、而且，本发明中对于每个点的切线向量、法线向量和副法线向量的计算，以及变换矩阵的运算相乘和轮廓点的连接均通过计算机自动计算，整体速度快效率高，可广泛应用于各种类型的隧道建模中。

技术特征：

1.一种三维隧道模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种三维隧道模型的构建方法，其特征在于，所述提取工程图中的二维位置信息点，包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的一种三维隧道模型的构建方法，其特征在于，所述将二维位置信息点转换为在三维空间中的隧道三维位置信息点，包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的一种三维隧道模型的构建方法，其特征在于，所述确定隧道的三维路径点集和隧道的二维轮廓点集，包括以下步骤：

5.根据权利要求1所述的一种三维隧道模型的构建方法，其特征在于，所述得到变换矩阵，包括以下步骤：

6.根据权利要求1所述的一种三维隧道模型的构建方法，其特征在于，所述得到隧道的三维轮廓点集，包括以下步骤：

7.根据权利要求1所述的一种三维隧道模型的构建方法，其特征在于，所述获得三维的隧道模型，包括以下步骤：

8.一种三维隧道模型的构建装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器和处理器；

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～7任一项所述的一种三维隧道模型的构建方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种三维隧道模型的构建方法、装置、设备及介质，涉及三维模型构建技术领域，包括获取隧道工程图的二维坐标并将其转换成三维坐标；确定隧道的三维路径点集和二维轮廓点集；获取隧道三维路径中每个点的切线、法线和副法线向量，并设置为一个列向量，将列向量转换为变换矩阵；给每个二维轮廓点加三维0使其构成一个三维向量，并将三维向量与对应的变换矩阵相乘，得到隧道的三维轮廓点集；将轮廓点的顶点进行连接，获得三维的隧道模型。本发明将隧道的三维路径点集中的每个点的切线向量、法线向量和副法线向量构建为一个变换矩阵，将二维轮廓点集变换为三维向量后乘以相应位置的变换矩阵，以准确的确定轮廓点的位置、路径和方向，将轮廓点的顶点连接以确定隧道的三维模型，对于隧道的三维模型构建的准确度大大提高。

技术研发人员：欧雪峰,汤聪,徐世权,廖玮,欧阳淋旭,周业,唐孝龙,周文涛,许旺,张永杰,徐鸿
受?；さ募际跏褂谜撸?/b>长沙理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29