《公路真三維設計：基於體感互動和三維空間曲線的方法》是依託華南理工大學，由符鋅砂擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：公路真三維設計：基於體感互動和三維空間曲線的方法
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：符鋅砂
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
傳統的將公路空間線形分割為平、縱組合的方法，忽視公路三維自然本質，導致公路幾何特性與車輛行駛特性、駕駛人特性三者之間的不匹配，誘發嚴重的安全隱患，是公路線形設計面臨的主要困境之一。本項目著重研究公路真三維設計問題，力圖突破傳統的將公路空間線形分割為平、縱組合的方法，回歸公路幾何設計三維自然本質，從三維空間的角度考察設計的人機互動問題，利用手勢識別，提出基於體感的全新三維互動設計，重新在三維空間下的視距分析，排水分析，汽車行駛軌跡分析，建立其解析模型及其對應的設計約束模型，並將公路二維的平面線形和豎直線形歸結到一個統一的三維空間曲線，構建精確的三維空間公路線形模型，發展出控制點約束下的空間曲線快速擬合求解方法，形成G2連續的公路三維空間曲線。本項目力圖從根源上重構真三維公路幾何線形設計理論，為後續的真三維幾何設計及其最佳化奠定基礎，實現公路幾何設計理論的根本性的變革。
結題摘要
公路真三維設計面臨 “三維人機互動”與“公路三維空間曲線數學描述模型”兩個關鍵問題。本研究取得如下成果： （1）提出了基於體感互動的公路真三維設計思路，通過人體運動感知，採用手勢在帶有真實地形景觀的三維虛擬環境中直接進行公路空間曲線互動設計。 （2）建立了面向公路空間曲線設計的手勢三維自然用戶界面，對用戶界面的功能目標、組成、互動手勢系統、控制參數系統與手勢識別方法進行研究與設計。根據互動任務的不同，創造性的採用Kinect與肢體手勢進行三維虛擬導航，採用Leap Motion與手指手勢進行三維線形實體對象操控，實現了高效舒適導航與精確線形設計的兼顧。 （3）從公路三維線形本質出發，依據微分幾何曲線論，採用曲率和撓率這兩個指標對空間曲線的幾何特性進行描述，曲率、撓率作為空間曲線的內在幾何不變數，可以完全確定曲線的幾何形狀。 （4）發現公路線形設計時平縱線形的疊加並不能保證組合線形在三維空間中的連續性，當二維線形要素變化時，空間曲線的幾何連續性會存在不同程度地衰減。 （5）在車輛坐標系（即Frenet活動標架）的基礎上，將汽車視為剛體，對汽車空間運動進行了研究分析，從微觀角度建立了以三維線形指標曲率、撓率為控制量的汽車空間運動模型，綜合線形幾何連續性、車輛穩定性、行車舒適性等要求，建立了公路三維線形設計指標的工程約束模型。 （6）從線形本身的幾何特性、計算需求和信息傳遞三個方面對3-D樣條曲線、組合曲線和PH曲線進行了綜合對比，確定採用五次PH曲線進行公路三維幾何線形設計和構造。採用五階Bezier多項式形式表示PH曲線，可將三維PH曲線求解問題轉換為確定多項式係數問題，此時曲線的路徑長度、曲率和撓率均可用多項式表達式表示，可精確計算而不是估計值。本文給出了詳細的PH曲線模型的求解過程。
