摘要：本文闡述了計算機三維圖形技術在高速公路建設過程中的設計信息、形象進度，工程技術資料管理方面的應用，為高速公路管理者對設計、進度、質量，工程技術資料管理提供一種新的思路。
　　關鍵詞：三維；圖形技術；高速公路；可視化
　　1.引言
　　高速公路是一個國家現代化水平的重要標志之一，而高速公路的信息化建設則是實現高速公路現代化管理最重要的基礎支撐。在高速公路建設過程中，做到如何對工程建設的宏觀到微觀的管理一直困擾著高速公路建設管理人員。隨著計算機技術、圖形技術、虛擬技術、網絡技術的高速發展，目前，這一問題已能得到較好的解決。
　　在廣深沿江高速公路（深圳段）建設項目根據項目的特點，結合工程實際需要，開發并應用了基于三維圖形技術的高速公路三維可視化項目管理系統。系統做到了對整個工程項目的宏觀管理，同時也能對工程建設中各構件的微觀管理。系統摒棄了以往采用文字、表格的形式對項目進行“三控（投資控制、進度控制、質量控制）三管（合同管理、工程信息管理、安全管理）一協調”，采用形象、直觀的三維圖形技術實現對工程進度、工程質量、工程信息的管理，實現對項目的動態、實時全方位管理，同時也能擴充功能實現對投資、合同、安全的管理。
　　2.三維圖形技術
　　三維圖形技術是圖形生成和圖像理解相結合的一種新技術，它賦予了人們一種仿真的、三維的并且具有實時交互的能力，尤其是以可視化圖形技術為基礎發展起來的虛擬現實技術、三維仿真技術及科學計算可視化技術，它們的發展及其相互結合使人類認識和駕馭世界的技能得到了極大的延伸[1]。三維圖形技術已經在醫療衛生、航天、藝術、石油勘探、產品設計、建筑設計、水利工程、電子游戲、廣告和電影制作等各個領域廣泛應用，三維圖形技術已無所不在，已成為虛擬現實、實時仿真及交互三維設計等許多重要應用的關鍵技術。三維圖形技術的日趨成熟，人們使用計算機開始從二維向三維圖形技術過渡。
　　在高速公路建設行業中，三維圖形技術目前已經涉足到了高速公路的勘測設計中，而在高速公路建設管理中涉及甚少。面對高速公路建設過程中一般的MIS系統或基于GIS的二維項目管理系統難以形象直觀展現工程設計情況和施工進展情況、難以體現工程實體的空間關系、工程信息查閱及其困難等問題[2]，采用面向對象的三維圖形技術建立高速公路三維圖形模型能較好的解決以上問題，并為業主、監理、施工單位技術人員提供掌控工程進度、工程投資、工程質量、工程信息的技術手段。
　　3.三維圖形技術應用
　　三維圖形技術應用主要體現在三維設計信息管理、三維形象進度展示、三維進度數據管理、工程技術資料查閱、三維漫游、三維模型的觀察和顯示等幾個方面。
　　3.1設計信息管理
　　設計信息管理主要包括施工圖設計信息和變更信息。當前高速公路的勘測設計已基本實現了數字化，然而數字化的設計成果在施工建設管理中尚未得到充分的利用，勘測設計單位的設計成果以紙質圖表為主提交給施工單位。系統中，以勘測設計數字化成果為基礎，疊加施工建設管理信息，通過三維數字建模，實現了高速公路沿線地形圖、路線設計數據（平、縱、橫）、構造物設計數據（橋梁、隧道、涵洞）的三維圖形化管理，構件一個三維圖形化、可視化的三維操作平臺，從而實現勘測設計、施工建設管理數字化信息的集成與共享，如圖1所示。
　　高速公路建設項目涉及的面比較廣，路基形式、涵洞形式，橋梁墩柱、預制箱梁、現澆箱梁、鋼箱梁斷面形式多樣，每一構件都有其復雜的幾何模型，在經過業務計算處理后都得到了充分的體現。變更設計信息在系統中更新模型數據后，也得到了及時的展現。同時系統中將各構件的設計文件、圖紙與三維圖形工程實體進行了關聯管理，在施工過程中，通過三維圖形可以查閱其設計文件和圖紙，不需再頻繁的翻閱圖紙，查閱方便快捷。
　　
　　圖1設計信息管理
　　3.2三維形象進度展示
　　在傳統的工程進度管理中，一般采用橫道圖、墻壁縱斷面掛圖的形式來體現工程的進度情況，而在三維系統中采用填實的方式來體現工程的進度情況。系統在設計資料的基礎上，通過進度數據建模形成進度模型，形象、直觀地三維圖形展現工程進度。做到了與工程現場的進度一致，同時形成了施工進度臺帳和匯總統計表，實現了工程各層次的工程進度管理，可以了解到整個項目、各施工合同段、構造物、單構件的工程進度情況，實現了真正意義上的宏觀到微觀的工程進度管理，不需再奔波于現場也能對工程進度了于指掌，同時也能通過形象進度的完成情況來掌控各構件檔案資料的整理情況，做到工程進度完，竣工資料整理完成，實現資料整理與工程進度同步完成，有效監管理各監理、施工單位竣工資料的整理。
　　在三維圖形的具體體現形式上體現為三種：（1）竣工完成后的三維展現，通過此方式，在施工過程中可以查看到竣工后的三維情況。（2）設計與進度相結合的展現方式，采用線框形式體現設計情況，同時采用實體展示進度情況，二者結合能進行施工進度與設計對比，從而體現出距離設計目標有多遠。（3）按工程實際完成情況體現工程進度，在三維圖形中只顯示工程的實際完成，此方式與工程現場情況相同。如圖2所示。
　　
　　圖2工程形象進度展示
　　3.3三維進度數據管理
　　為了能夠通過三維系統真實展現公路工程的進度，在服務器中心建立了數據庫來管理工程進度數據，系統與工程進度數據庫相連接，同時為各個要體現進度的工程對象依次建立數據表。數據表根據工程類別的不同設置不同的表結構，達到高速公路工程建設的需要。由于高速公路工程建設地域廣闊，路線長，工程類型多樣，所以必須提供一個工程進度數據錄入接口。考慮到現實的可操作性，通過客戶端將各合同段分別建立用戶，用戶只需通過互聯網登陸系統即可將進度數據方便快捷的錄入到管理處中心數據庫，各三維瀏覽端用戶實時更新三維圖形展示工程形象進度。
　　3.4工程技術資料管理
　　三維圖形對象具有可操作性，在三維圖形中可以對其進行圖形選擇，因此為了解工程的資料情況帶來了極大的方便性，做到了“想了解什么就能了解到什么”。工程資料來源由兩大部分組成，一部分來自本系統自身管理的工程文檔，包括與工程實體相關的設計資料、影像資料等，另一部分來自試驗、質量評定系統產生的質檢資料。三維圖形工程實體與工程劃分中的各構件建立了對應關系，因此可通過三維圖形追溯工程劃分構件的質檢資料并返回，從而實現通過圖形查閱工程質檢資料，而設計資料、影像資料直接與圖形關聯的，因此可直接點擊圖形查詢。如圖3所示。
　　
　　圖3工程資料查閱
　　3.5三維漫游
　　利用虛擬現實技術、圖形技術，結合現有的高速公路沿線真實地形數據和高速公路完整設計資料，根據設計變更及時更新模型，構建出設計完成后的高速公路三維場景，提供道路真實場景的交互與查詢，用戶可以選擇自動式或者交互式的方式進行道路三維漫游。對于自動式漫游而言，用戶以高速公路中線為漫游線路進行漫游。而交互式漫游可以利用操作交互設備（如鼠標、鍵盤），進而操縱屏幕中的照相機在三維中定位，并允許用戶在界面上進行定位查詢公路相關構造物信息、工程進度信息以及工程資料，即可以對三維圖形工程實體進行操作。在虛擬的世界中，我們可以任意角度，任意比例的觀看我們所感興趣的內容，絲毫沒有束縛之感，做到“想看那里就看那里”，猶如其身臨其境。如圖4所示。
　　
　　圖4三維漫游
　　3.6三維圖形技術特點
　　（1）與傳統沙盤、靜態效果圖、三維動畫的方式來展示設計成果，具有其可操作性。
　　傳統沙盤在于其空間的限制性太大，不足以體現出整個項目的設計細節；靜止的效果圖只能向觀看者展示項目的某一個或某幾個方面，對觀看者提出的其他問題與要求必須以相近的圖像或文字加以說明，運作起來不直觀、不全面，具有相當大的局限性；動畫演示在一定程度上彌補了靜止畫面的不足之處，聲音與動畫同步播放，生動細致。但是嚴格意義上講，這種瀏覽演示方式只是用于設計成果的演示，并只能按規定的路徑漫游，而對于典型的工程項目則缺少應有的嚴謹性、靈活性與客觀性。這三種方式都不具備操作性，而三維可視化管理系統采用的是矢量圖形，能對其進行任意比例的縮放、任意角度的觀看，可從多角度了解工程的設計、進度情況等，同時能對圖形進行選擇操作，為工程資料的查閱提供了便捷的手段。
　　（2）與傳統的MIS、二維GIS系統比較具有直觀、形象和豐富性等特點。
　　傳統的MIS（管理信息系統）僅僅采用文字、表格、直方圖、餅圖的形式來展示工程信息，而三維圖形系統確恰恰能做到形象、直觀展示工程。二維GIS（地理信息系統）系統則只是采用二維的圖形表達工程平面情況，而不是三維立體的，不能體現出構造物的空間幾何關系，具有很大的片面性和局限性，三維圖形卻彌補了其不足，充分、完整的體現了工程的實際情況。同時三維圖形其完整性，恰恰也豐富了工程的各種信息的查閱、檢索與利用。
　　4.三維圖形技術應用和發展
　　計算機三維圖形技術在高速公路建設行業發展給工程的全過程施工管理帶來了一種全新的方法，給工程行業提供一種先進的技術，給工程技術人員的工程管理帶來了質的飛躍，由原來的手工計算轉變為直觀的圖型建模，計算過程由計算機自動完成，是信息化管理工作方式的巨大轉變，工作效率得到很大提高。三維圖形技術在整個建筑行業的不斷完善，使建設項目管理工作變得容易，將真正實現建筑全生命周期的工程項目管理信息化[3]。將三維圖形技術拓展到高速公路后期養護、維修、運營管理中將全面實現交通行業的三維信息化管理。
　　參考文獻
　　[1]呂希奎,周小平.實戰OpenGL三維可視化系統開發與源碼精解.電子工業出版社,2009.6
　　[2]黃利芒.高速公路三維可視化項目管理系統設計及應用.城市建設,2010.10
　　[3]井文革.運用計算機三維圖形技術實現工程造價全過程管理信息化.科技咨訊,2009