使用Civil 3D 建立数字地形模型重点.docx

1、使用Civil 3D 建立数字地形模型重点1AUTODESK CIVIL 3D 2007 白皮书使用 Civil 3D 2007 建立数字地形模型Autodesk Civil 3D 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。 Civil 3D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 Civil 3D入门教材

2、,而是着重讨论如何在 Civil 3D 中根据多种源数据创建 数字地形模型。目录1. 地形曲面 .22. 使用测量点数据 .32.1 使用点数据文件 .3a 创建点编组 .4b 引用点文件 .52.2 使用 DWG 图形中的点 .6a 使用有高程的图形对象 .6b 转换文本点 .73. 使用现有等高线图形 .83.1 使用三维等高线 .83.2 二维等高线赋值 .83.3 简化等高线 .9a 顶点消除算法 .9b 允差算法 .104. 使用其它数据 .114.1 使用三维特征线 .11 4.2使用边界和遮罩 .12 4.3使用 DEM 文件 .134.4使用 L AND XML 文件 .145

3、. 曲面编辑 .156. 小结 .161. 地形曲面在 Civil 3D 中,数字地形模型被称为“曲面”。 Civil 3D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 Civil 3D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 Civil 3D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

4、到曲面定义中,就可以生成曲面。在 Civil 3D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。 Civil 3D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

5、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 Civil 3D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 Civil 3D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,

6、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。 Civil 3D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, Civil 3D也允许用户自定义数据格式,详

7、见 Civil 3D 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 Civil 3D的数据格式之一,然后才可以导入到 Civil 3D中。a 创建点编组有了点文件之后,就可以把文件导入到 Civil 3D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

8、“ survey ”。点击 “确定”后, Civil 3D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 Civil 3D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,

9、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

10、文件为了节省系统资源,提高效率,在 Civil 3D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,

11、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 Civil 3D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(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

12、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 Civil 3D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:z Civil 3D 2006 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

13、足(Civil 3D 2006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, Civil 3D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, Civil 3D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

14、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 Civil 3D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, Civil 3D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:Civil 3D不能直接使用样条曲线生成曲面。如果是样条曲线,需要先

15、 使用 AutoCAD Express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”。 Civil 3D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

16、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 Civil 3D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

17、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 Civ

18、il 3D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 Civil 3D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 Civil 3D软件中,已经包含了 Autodesk GIS 软件 Map 3D 的功能。因此,还可以利用 Map 3D 功能中提供的另一种

19、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。

20、4. 接受所有其他默认值。单击“完成”5. Civil 3D 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,