土石方工程三维模拟系统V0

1、1-16土石方工程三维模拟系统V1.0土石方工程三维模拟系统V1.0说明书2-16土石方工程三维模拟系统V1.0目录1软件概述3.1.1 软件运行3.1.2 系统配置3.1.3 主要功能特点3.1.4 后期规划3.2软件结构4.3软件操作说明4.3.1 软件主菜单4.3.2 项目文件管理5.3.3 项目编辑5.4应用实例124.1 应用一124.2 应用二144.3 应用三153-16土石方工程三维模拟系统V1.0土石方工程三维模拟系统V1.01软件概述本软件为免费共享软件，处于开发测试阶段，仅用于学习交流。土石方工程三维模拟系统V1.0,通过导入实际测量点云数据和抽样钻孔数据信息，采用DTM

2、三角网三维建模技术和像素沙盒三维建模技术相结合，实现了地质体积自动建模计算，模型内部任意位置层次结构信息查看与修改，可作为地形地貌查看工具，山体地质结构分析、物体内部层次结构分析工具，道路、厂址、场地布置初步设计分析工具。1.1 软件运行本软件运行在PC及其兼容机上，使用Windows位操作系统，免安装运行,解压后直接双击“tsf_v1.exe”图标，确认图形运行参数后，就可以进入软件主界面，进行需要的软作电作。1.2 系统配置软件配置：Win7、Win8、Win10等Windows操作系统；硬件配置：PC机及其兼容机上运行，要求Pentium4,4GB内存，10GB硬盘及以上。建议使用高配置

3、PC机运行本程序。1.3 主要功能特点目前主要开发了两个功能：一、导入原始测量点云数据自动进行三维模型建模。主要特点：1）可创建DTM模型，建模精度取决于测量数据点云，用于精确体积计算；2）可创建像素沙盒模型，建模精度为1m,前期实现简单的修改编辑功能，添加、删除米方块，后期扩展开发可实现更加复杂操作，提供更多模拟功能；3）提供必要的材质、渲染处理，像素地质贴图可来源于现场实际图像；4）以第一人称视角进行地形浏览，可以更加沉浸于场景之中，了解地形地貌特征。5）导入勘察阶段抽样钻孔数据，生成地质层次结构，可实现对任意位置层次结构剖面查看，前期开发主要分为5种地质层次结构：耕植土层、强风化岩层、长

4、石斑岩层、花岗岩石层、闪长斑岩层。二、土方开挖施工层、施工段划分功能，主要特点可查看划分的指定区段总土石方量，各地质结构构成估算比例。前期主要估算耕植土、强风化岩、规格料比例。1.4 后期规划以后该软件暂考虑两个方向发展：1）附加更多功能，如主要施工机械需求量计算及模拟，施工道路设计、自动最短路径优化，导入工程机械、车辆模型，进行施工模拟，道路交通模拟，堆场、生活区、办公区等场平布置模拟优化，4D4-16土石方工程三维模拟系统V1.0进度计划模拟优化等；2）提高局部像素模型精度，达到cm级甚至mm级，满足建筑工程施工精度要求，拓宽至更多领域应用。2软件结构主要包括六个模块：UI操作菜单模块，数

5、据输入模块，数据处理模块，显示输出模块，环境模拟模块，浏览操作模块。1）UI操作菜单包含：主菜单窗口、项目文件编辑窗口、项目操作窗口等。2）数据输入模块包含：测量数据点云读入、抽样钻孔数据读入、外部（OBJ格式）模型读入等功能；3）数据处理模块包含：DTM建模、布尔差运算、体积计算、钻孔数据插值运算、像素模型建模与编辑等功能；4）显示输出模块包含：综合信息显示、运算进度显示、数据本地存储（像素模型本地存储尚未完善）等功能；5）环境模拟模块包含：水域环境模拟、陆地环境模拟、天候变化模拟等功能；6）浏览操作模块包含：第一人称视角显示与操作、重力/飞行模拟、碰撞检测等功能；3软件操作说明3.1 软件

6、主菜单软件主界面见图1,主界面主要包括两个功能：1）点击“继续”或“项目文件”按钮进入项目文件管理界面；2）点击简介可显示本软件相关介绍，见图2。图1软件主界面5-16土石方工程三维模拟系统V1.0图2软件简介3.2 项目文件管理在软件主界面，点击“项目文件”或“继续”按钮进入项目文件管理界面，见图3。在软件界面左侧文本输入框输入名称，然后点击“新建项目”按钮，可在右侧项目列表新建项目，鼠标移动到项目列表相应项目文件上可进行项目文件操作，包括打开进入项目、删除指定项目。图3项目文件管理界面3.3 项目编辑在项目文件管理界面选择相应项目文件，点击“打开”按钮，读取指定项目数据，进入该项目界面，见

7、图4。项目界面左上角为综合信息显示窗口，显示必要的数据与操作状态。左侧为折叠菜单面板。3.3.1 导入数据面板本软件附示例文件以供参考，包括测量点云数据、钻孔数据、设计面文件，试验运行请选择“project01.csv"，“project02.csv”数据量较大，若电脑配置较低可能会卡顿死机。折叠菜单面板第一级为导入数据面板，该面板主要进行场景选择与测量数据6-16土石方工程三维模拟系统V1.0导入操作，新建项目初始化场景为水域环境见图4,选择陆地选项效果见图5电脑配置较低建议选择陆地环境，水域环境更适合高配置电脑。图4项目界面图5陆地环境导入地表数据，可选取两种模式：1）选择“导入

8、点云”，是指选择原始地形测量数据文件，数据文件格式是后缀为*.csv的电子表格，电子表格数据格式见图6;2）选择“导入模型”，是指选择导入其它软件生成的三维立体图形，文件格式为OBJ文件。ABC|DE11点号描述坐标M坐标Z坐标21513303.2952966062.C453732515325.271296C018.1813743515339.7762965997.94537到4515344.892965939.10337|6_0还356：8292965923.34337图6测量数据格式抽样钻孔数据文件是用于创建像素模型时，生成层次结构模型。钻孔数据文件格式是后缀名为*csv的电子表格格式，数

9、据内容格式见图7,第1列为钻孔点点号，第24列为钻孔点坐标，第5列为钻孔点孔口高程取整，第6列之后为相7-16土石方工程三维模拟系统V1.0应钻孔深度地质类型，地质类型代号见图8ABCDEFGH1rKL1点号YX1工四舍五入Id2bSm4m5tnEm7n232514921.592965545.9671.第7J122222319S14T26.33二9演了03.15也工;4213333342Q14WJ7,272HE7E298166.4212223335_21515W&骋2965819.世17.6122?33362251216.332065871.B1L&9烟122233724514

10、665.44965550.9879.79加1122222图7钻孔数据格式ALB1地质类型代号2粉质粘土13长石斑岩强风化24长石斑岩35|花岗岩46闪长野岩5图8地质类型代号选择地表数据文件、地质钻孔数据文件完成后，需要进行设计开挖面设置。开挖面设置包括两种形式：1）导入模型，仅支持obj格式三维模型，对于复杂开挖面，应使用其它软件，例CAD、3dsmax、犀牛等软件进行设计开挖面建模，导出为obj格式模型文件，在建立转换模型过程中，注意设置基准点为本软件综合信息显示窗口的基准点坐标，才能导入至准确位置；2）对于设计开挖面为平面的项目，选择“输入高程（m）”选项，输入相应的设计开挖面高程。水平

11、面高程设置用于陆地或水域平面高程设置。导入数据面板设置完成状态见图9。图9导入数据面板设置3.3.2 三维浏览操作本软件使用第一人称沉浸式地形浏览，更加具有代入感，地形浏览效果见图10、图11。按下鼠标右键，移动鼠标进行镜头旋转与俯视仰视操作；滑动鼠标滚轮进行镜头缩放；键盘"W”、"S”、"A”、“D”进行前、后、左、右操作，同时按下“左Shift”键进行加速；按“左Ctrl”键开启/关闭重力模式；在开启重力模式下按Space键进行跳跃操作，关闭重力模式下，按Space键提升飞行高度。建模水平面高程设置可更改水面/地面高程，效果见图12。8-16土石方工程三维模拟

12、系统V1.0图10重力地形浏览图11飞行俯视图12修改水平面标高效果3.3.3 建模工具面板“导入数据”面板设置完成后进入“建模工具”面板，单击“DTM”按钮,使用测量数据文件进行三维地形建模，建模过程见图13,建模完成后效果见图14。9-16土石方工程三维模拟系统V1.0图13DTM三维地形建模图14DTM地形模型效果生成像素模型。在DTM三维地形模型创建并检视确认后，按建模工具面板“像素模型”按钮，转换DTM地形模型为带地质结构的像素模型，创建过程及效果见图15、图16。图15像素模型建模过程10-16土石方工程三维模拟系统V1.0图16像素模型效果三维模型布尔差运算。初步完成剖切算法、剖

13、切后三维体积计算。例：使用地形测量数据生成三维地形模型见图17中白色三维地形模型，导入设计开挖面模型见图17中棕色模型。剖切效果见图17,剖切过程见图18。布尔运算代码有待优化，运算时间较长，导入的设计面必须要大于剖切模型剖切面，且设计面法线方向须向上。具体操作步骤为：1）在导入数据面板设计开挖面选项勾选“导入设计面图17模型剖切（obj）”；2）单击“打开”按钮，打开文件浏览目录，类型选择"（obj）”，导入设计面模型；3）在浏览窗口确认设计面是否正确导入，鼠标选择设计面模型，在属性面板可以对设计面位置、缩放进行调整，旋转请勿调整，调整后计算过程中不会计算旋转角度；4）点击“布尔差

14、”按钮，模型进行剖切运算。图18剖切过程三维体积计算。选择布尔差运算后的模型或者待计算的像素三维模型，然后单击“选择域体积”，就可以完成体积计算，计算结果在建模工具面板中显示，见图19、图20。11-16土石方工程三维模拟系统V1.0图19DTM模型体积计算图20像素模型选择域体积3.3.4 属性面板模型浏览窗口中一些模型是允许选择的，以便进行属性查看、修改的，包括导入的设计面模型（obj）,生成的像素模型。当选择单个对象时，属性面板可以查看、修改选择的对象信息，包括位置坐标信息，旋转角度信息（旋转角度相对于基点0,0,0）,缩放信息。在操作过程中，一般请勿修改对象属性，修改后易引发后续操作、

15、运算错误。3.3.5 编辑面板编辑面板提供像素模型编辑修改功能，包括隐藏选择对象、取消隐藏、删除选择对象、取消选择、增加像素块、删除像素块命令。像素模型修改效果见图21。12-16土石方工程三维模拟系统V1.0图21像素模型编辑功能4应用实例4.1应用一2020年01月03日，施工单位对现场堆料场进行地形测量工作，2020年01月06日，收到施工单位报送的测量报验单*大堆现有石料地形测量（编号：*）,经组织审查，并利用本软件将现场测量数据生成三维地形模型（见图22）与现场实际地形地貌对比检查，发现具体问题如下：图22堆料场三维地形模型（1）堆料场西侧局部地形因过于陡峭，现场测量人员当时无法安全

16、攀登测量，此处地形未测量，见图23,施工单位报送的测量报告未进行标注说明。若使用本次测量数据为依据，进行涉及堆料场西侧区域工程量相关计算工作，将造成计算结果偏差过大；13-16土石方工程三维模拟系统V1.0特合信息曾口笥二点悌1哪0.口296&4W.0,1?too-1n.oo)自地下霹1122.fi2ki3762fE开|v值入嘉青Fe1|5'事率耳理丁典DTM打开力vBullcxi图23三维模型与现场地形对比图（2）依据本次测量数据生成的三维模型与现场实际地形地貌对比（见图23、图24,图24为图23图中与现场实际地貌不符部分放大图），堆料北侧区域地形图严重失真，与现场地形地貌

17、不符。针对上述问题，要求施工单位认真分析产生上述问题原因，采取有效措施，杜绝此类问题再次发生，若再次发生此类问题，将依据工程现场安全质量处罚管理（编号：QA-XP-400）第6.2.3条“质量红线：1）弄虚作假（工作过程、工器具材料、质量文件记录、签名等）。”进行处罚。后施工单位主动承认错误，因为挖运队提前挖运，造成通知测量验收时地形已改变，在报验测量报告时将已挖运的土石方工程量加入了本次测量报告之中，施工单位主动承诺将重新组织测量。土石方工程三维模拟系统V1.014-16图24地形不符合处对比放大图4.2应用二采用示例文件夹中示例文件，进行原始地貌开挖至设计面工程量计算。步骤1:运行本程序，

18、在项目管理界面新建一项目工程，名称“项目1”，并进入项目；步骤2:展开“导入数据”面板，场景选择“陆地”，地表数据文件选择示例文件夹中“project01.csv"，地质钻孔数据选择示例文件夹中“zk_data.cs。,设计开挖面选择示例文件中“project01.obj"，建模水平面输入“18”m；步骤3:展开“建模工具”面板，先点击“DTM”建模，然后单击“布尔差”，等待运算结束，选中新生成的模型，再单击“选择域体积”按钮，计算结果见图25,原始地貌开挖至设计面DTM模型体积为77.4万m3;15-16土石方工程三维模拟系统V1.0图25DTM模型体积步骤4:单击建模工具面板