使用Civil 3D 建立数字地形模型重点.docx
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使用Civil3D建立数字地形模型重点
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AUTODESKCIVIL3D2007白皮书
使用Civil3D2007建立数字地形模型
AutodeskCivil3D软件是Autodesk公司为土木与基础设施行业提供的三维设计解决方案,适用于勘测、场地规划、总图、道路设计、水利工程、地质矿产等多个不同的行业领域。
Civil3D的功能非常强大,但其中最有价值的部分是三维数字地形模型。
利用数字地形模型,既可直观的查看场地的三维效果,也可用于土方计算、纵横断面绘制等设计与计算功能。
因此,详细了解如何生成数字地形模型非常重要。
本文不是一份全面的Civil3D入门教材,而是着重讨论如何在Civil3D中根据多种源数据创建数字地形模型。
目录
1.地形曲面...............................................................................................................................................................2
2.使用测量点数据...................................................................................................................................................3
2.1使用点数据文件..........................................................................................................................................3
a创建点编组..................................................................................................................................................4
b引用点文件..................................................................................................................................................5
2.2使用DWG图形中的点.................................................................................................................................6
a使用有高程的图形对象...............................................................................................................................6
b转换文本点..................................................................................................................................................7
3.使用现有等高线图形...........................................................................................................................................8
3.1使用三维等高线..........................................................................................................................................8
3.2二维等高线赋值..........................................................................................................................................8
3.3简化等高线..................................................................................................................................................9
a顶点消除算法..............................................................................................................................................9
b允差算法....................................................................................................................................................10
4.使用其它数据.....................................................................................................................................................11
4.1使用三维特征线........................................................................................................................................11
4.2使用边界和遮罩........................................................................................................................................124.3使用DEM文件............................................................................................................................................13
4.4使用LANDXML文件...................................................................................................................................14
5.曲面编辑.............................................................................................................................................................15
6.小结.....................................................................................................................................................................16
1.地形曲面
在Civil3D中,数字地形模型被称为“曲面”。
Civil3D中的曲面分为两种类型,即三角网曲面和栅格曲面,其中三角网曲面是缺省的曲面类型。
它使用不规则三角网（TIN来模拟真实地形,较为精确,因此更适合土木工程设计应用。
本文中的曲面均是指三角网曲面。
在Civil3D中,尽管可以使用多种不同的样式（例如等高线或坡度分析来显示曲面,但是请记住,在不同的显示样式背后,曲面的数据是以三角网模式来存储和操作的。
在Civil3D中建立曲面时,用户需要首先创建一个曲面对象,然后把源数据（例如测量点、等高线、DEM文件等添加到曲面定义中,就可以生成曲面。
在Civil3D中创建曲面对象的步骤是:
在工具空间的“快捷方式浏览”选项板上找到“曲面”结点,单击右键,选择“新建”,然后在弹出对话框中输入新建曲面的名称与描述（可选,确定即可。
创建了曲面对象之后,在工具空间的浏览选项板上,展开“曲面”结点前的
按钮,就可以看到新生成的曲面对象。
继续展开该曲面对象以及其下的“定义”结点,就可以看到在“定义”目录下面列出了多种源数据类型,例如边界、等高线、点编组等。
Civil3D能通过列表中的任一种源数据生成曲面,也可以混合使用多种源数据,只要把这些源数据都添加到曲面的定义目录下面即可。
然而,根据源数据的类型和质量不同,可能需要采取不同的处理手段。
下文将详细介绍。
2.使用测量点数据
使用原始的测量点数据创建地形模型是最直接、最准确的方式。
在使用Civil3D时,如果能获取测量点数据,那么最好是直接从测量点数据创建地形曲面,因为这样能避免通过其它软件进行处理而引入的额外误差。
根据具体情况不同,有些时候我们可以取得点数据文件,而有些时候我们只能利用现有DWG图上绘制的测量点对象。
因此,根据不同的数据来源,我们可以采用不同的创建方式。
2.1使用点数据文件
在Civil3D中,可以导入文本格式的点数据文件（.txt
或.csv。
例如,右图是一个典型的点数据文件,文件的每一
行表示一个测量点,而四列数据分别表示点编号、X、Y、Z坐
标,列之间用空格分隔。
这样的数据格式被称为“PENZ（空
格分隔”格式。
Civil3D中预定义的数据格式还有NEZ、
PENZD等。
格式名称中的每个字母代表的含义如下:
P-点编号
E-东距（AutoCAD中的X坐标
N-北距（AutoCAD中的Y坐标
Z-标高（AutoCAD中的Z坐标
D-点描述（任意字符串
格式名称中的字母排列顺序就对应于每一列的数据含义,而每种排列方式都可以选择使用逗号或者空格作为分隔符,因此可选择多种数据格式。
另外,Civil3D也允许用户自定义数据格式,详见Civil3D帮助文件中的“创建点文件格式”。
如果用户使用的点数据文件是其它格式（例如Excel文件的,则需要事先转成文本文件,并符合Civil3D的数据格式之一,然后才可以导入到Civil3D中。
a创建点编组
有了点文件之后,就可以把文件导入到Civil3D中。
通常的方式是先用点文件生成Civil点编组对象,然后使用点编组生成地形曲面。
操作步骤:
1.点击菜单“点->创建点”,然后在浮动的“创建点”工具栏上点击“导入点”按钮。
2.
在“导入点”对话框中选择正确的数据格式,点击按钮找到并选择数据文件,然后
点击按钮创建一个新的点编组（输入一个点编组名称,例如“survey”。
点击“确定”后,Civil3D就会创建一个点编组,包含该文件中所有的测量点对象。
3.创建点编组后,在绘图区域中应能看到所有的测量点（可能需要缩放当前视图区域才能看到。
同时,在Civil3D工具空间的“浏览”页面上选中对应的点编组结点后,数据列表中会显示该编组中所有的测量点。
用户可以在此处直接查看和修改点数据,图形会自动更新。
（小技巧:
点击列表上任一列的栏头,则所有的点记录会按照该列的数值进行排序。
在任一行记录上单击右键,选择“缩放到”,则当前视图会自动缩放到该点所在的位置。
4.（如果尚未创建曲面对象,此时请先创建曲面。
在工具空间的浏览选项板上,单击展开“曲面”结
点前的
按钮,然后找到已生成的曲面结点,右键
单击“定义”下的“点编组”结点,在弹出菜单中
选择“添加...”
5.在弹出的点编组列表中,选择名称为“Survey”的
点编组,然后单击“确定”。
很快,图上就生成了
地形曲面的等高线（根据制图样板的不同,曲面的
显示方式可能不同。
在这种方式中,所有的点数据都存放在DWG文件中,并且曲
面与点编组是动态关联的。
如果修改了点数据（例如标高,那么地形曲面可以动态的进行更新,因此非常方便。
但由于在图文件中生成了大量的点对象,需要消耗较多的系统资源,因此只适合于点数量较小（<50000的情况。
如果点数较多,那么建议使用下面的方式:
b引用点文件
为了节省系统资源,提高效率,在Civil3D中也可以不创建Civil点对象,而是通过引用外部点文件的方式直接创建曲面。
这种方式的步骤与上一种方式相似,但更为快捷:
1.创建一个新的曲面。
2.在工具空间的浏览选项板上,单击展开“曲面”结点前的
按钮,然后找到新生成的曲面结点,右键单击“定义”下的“点文件”结点,在弹出菜单中选择“添加...”
3.在“添加点文件”对话框中,选择数据格式和要导入的文件（参见“创建点编组”,点击“确定”。
于是就完成了创建曲面的过程。
上述两种方式的不同特点,可以通过下面的表格进行对比:
创建点编组引用点文件
数据存储点数据存放在DWG文件内部,以后不再需要访问外部文件点数据存放在外部文件中,重新生成曲面时需要访问外部文件
数据显示在图形中可以显示所有点对象,并
可使用工具空间查看点数据
在Civil3D环境中无法显示点数据
数据修改在工具空间的列表上直接修改点数据,曲面可以自动更新需修改点文件,然后手动重新生成曲面
运行性能消耗系统资源较多,因此速度较慢消耗较少的系统资源,速度较快
从上表中可以看出,“创建点编组”的功能更丰富,但消耗资源较多,速度较慢,因此适合于点数量较少（<50000、并且需要在图中显示点对象的场合;而“引用点文件”的功能较简单,仅能生成曲面而不能显示点对象,但速度更快,因此适合于需要用大量点数据快速生成曲面的场合。
2.2使用DWG图形中的点
使用点文件虽然方便,但并不是任何情况下都可获得点文件。
很多
情况下,我们只能拿到DWG格式的图文件,而图上标明了勘测点的坐标
和标高。
例如,右图来自一张典型的地形图。
图上用圆形（有时是
AutoCAD点对象或者图块标示出点的位置（即XY坐标,旁边用文字
标出点的高程。
有些情况下,图形对象（包括AutoCAD点对象、图块或
圆形,以下同本身的Z坐标就是正确的高程值,而有些情况下图形对象
本身的Z坐标为0。
根据原始数据的情况不同,需要采取不同的处理手段:
a使用有高程的图形对象
如果AutoCAD点、图块、或者文字对象本身的Z坐标就是高程值,那么Civil3D可以直接从这些图形对象创建Civil点对象。
步骤是:
1.新建曲面
2.在工具空间的浏览选项板上,展开新建的曲面结点,在“定义->图形对象”结点上右键单击,选择“添加…”
3.在弹出对话框中选择要添加的对象类型,例如点或图
块,确定
4.用框选方式选中要添加的所有要转换的对象,回车。
（注:
您也许希望先通过关闭掉其它的图层,以防止
错误的选中其它对象。
曲面就创建好了。
b转换文本点
如果点位处的图形对象本身Z坐标为0（甚至有时根本没有图形对象,只有文字,通过文字对象表示点高程,那么就可以使用Civil3D本地化扩展中提供的“转换文本点”工具,先把文本转换成Civil点对象和编组,然后再使用点编组创建曲面。
使用“转换文本点”工具的前提是:
zCivil3D2006中文版及更高版本,并已安装本地化扩展包
z要识别的文本均位于同一个图层上,并且文本的内容就是点的高程值
z每个点高程文本到点位的相对偏移都相同。
例如,下面左图是满足这个条件的,而右图
则不满足（Civil3D2006与2007版还不能准确的处理右图的情况
在满足上述前提条件的情况下,就可以使用“转换文本点”工具。
步骤是:
1.点击菜单“点->实用程序->转换文本点”
2.按提示,选中任一个点高程文本对象
3.按提示,输入该高程文本对应的点位置
4.输入这一批高程点的描述
5.接下来,Civil3D将自动搜索该文本对象所在的图层上的所有文本,并根据相同的点位偏移,
在每个文本对应的点位置上创建一个Civil
点对象,该点的高程值就是文本的内容,并且为点
添加描述。
最后,Civil3D还将创建一个点编组（使用该描述为编组命名,并把这次生成的所有Civil点放在该编组中
“转换文本点”是一个非常方便的工具,它可以快速的把DWG图上现有的勘测点识别为Civil点编组。
如果希望将识别出的高程点导出成为点文件,还可以使用Civil3D的导出功能（菜单“点->实用程序->导出”。
有了点编组或点文件,您就可以使用它们来创建曲面（参见第2.1节。
3.使用现有等高线图形
在很多时候,用户手上并没有原始测量点数据,而是使用现有的DWG格式的等高线地形图。
因此,除了使用测量点数据,Civil3D还可以从现有的等高线图形创建数字地形。
这些等高线通常是直线、多段线或样条曲线。
（注意:
Civil3D不能直接使用样条曲线生成曲面。
如果是样条曲线,需要先使用AutoCADExpress工具转换成多段线对象。
3.1使用三维等高线
无论现有的等高线对象是直线或是多段线,只要它们是三维的（也就是有正确的Z坐标,那么就可以直接用来创建地形曲面。
无论等高线是否有间断,对于最后结果通常没有大的影响。
添加等高线到曲面的步骤是:
1.在图形区域中选中任一条等高线。
单击右键,选择
“选择类似对象”。
Civil3D会自动选中同一图层上
的所有等高线对象
2.在工具空间的浏览选项板上展开要添加的曲面。
在
“定义->等高线”结点上单击右键,选择“添
加...”。
在弹出的对话框中点击“确定”即可
注意:
上述操作时,需保证所有的等高线对象位于一个
图层上,并且该图层上没有其它的直线或多段线对象。
如果
等高线对象位于几个不同的图层上,则可以分批添加,每次
处理一个图层。
3.2二维等高线赋值
如果现有的等高线是二维的（Z坐标为0或者Z坐标不正确,那么还需要先使用Civil3D本地化扩展中提供的“等高线赋值”工具,为其赋上正确的高程值。
等高线赋值的步骤是:
1.点击菜单“曲面->实用程序->等高线赋值”
2.按提示,先输入第一根等高线的高程值,再输入等高线的高
程增量
3.绘制一条橡皮线,依次穿过所有要赋值的等高线
4.继续绘制橡皮线,或者回车结束命令。
命令完成后,凡是赋
上高程值的等高线会用红色标示出来。
完成赋值后,就可以使用“添加三维等高线”功能将其添加到曲面定义中。
注意:
使用这个工具时,要赋值的等高线对象应是连续的多段线。
如果等高线有中断,那么必须分批进行处理。
另外,必须保证橡皮线仅穿过要赋值的等高线而不穿过其它的多段线对象,必要时可以关闭其它的图层。
3.3简化等高线
在现有的DWG地形图上的等高线,通常是由多段线表示。
有时候,多段线的顶点间距非常之短,因此每条多段线上都具有非常密集的顶点。
从这些等高线生成曲面时,过多的顶点数量并不能保证生成的曲面更准确的反映现实地形,反而会消耗更多系统资源,严重影响速度。
因此,有时候希望对这些等高线进行简化,减少顶点数量（参见下图所示。
在Civil3D中,为等高线简化提供了两种不同的算法:
a顶点消除算法
这是Civil3D默认的等高线简化方式。
使用这种方式,只要在添加等高线到曲面的对话框中（参见第3.1节指定顶点消除因子（包括距离和角度即可。
该算法的示意图如下:
从图中可以看到,当该顶点两侧相邻的线段总长度（L1+L2小于给定距离,并且偏转角θ小于给定角度时,该顶点就被忽略,也就是把此处的等高线波折拉直。
因此,要加大简化的幅度,可以适当的增加顶点消除的距离和角度即可。
b允差算法
在Civil3D软件中,已经包含了AutodeskGIS软件Map3D的功能。
因此,还可以利用Map3D功能中提供的另一种多段线简化方式:
允差算法。
它的示意图如下:
从图中可见,允差算法只需要用户指定一个允差带宽。
在这个带宽范围内的多段线波折将被拉直,从而生成简化的多段线。
要加大简化的幅度,只需要增加允差带宽的值。
允差算法的操作步骤如下:
1.输入命令“mapclean”
2.在“要包括在图形清理中的对象”栏目中,选中“全部选择”,然后选择要清理的等高线所在图层。
点击“下一步”
3.在“选择动作”页面的“清理动作”列表中,单击“简化对象”。
单击“添加>”。
然后在“清理参数”下,将“允差”设置为适当的值
（注意:
如果在此页面上选择“清理动作”为“清理多段线”,那么也可以使用顶点消除算法进行等高线简化。
4.接受所有其他默认值。
单击“完成”
5.Civil3D将自动简化该图层上的所有多段线。
然后,就可以使用简化后的等高线创建曲面。
等高线简化是一项非常有用的功能,往往能大幅度提高曲面的生成速度。
虽然它也会在一定程度上损失数据精度,但在处理大面积地形时,通常这是可以接受的牺牲。
顶点消除算法和允差算法并没有一定的优劣之分,而对于算法的参数设置也需要根据具体情况进行选择,有可能要多尝试不同的算法和不同的参数设置,然后选择一种较好的配置。
这需要一定的经验积累和摸索。
4.使用其它数据
4.1使用三维特征线
在现有的地形图上,有时还会遇到地形特征线,例如山脊线或山谷线。
如果这些地形特征线是用三维多段线表示的,并且每个顶点都有正确的Z坐标,那么也可以将其作为源数据加入到曲面定义中（可以与其它数据混合使用。
添加的方式与“添加三维等高线”相似,只是选择将其加入到“定义”结点下的“特征线”类别中,并且选择特征线类型为“标准”即可。
另一种情况是地形上有垂直的陡壁,
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