基于MultiPath模型的矿井巷道三维建模方法的研究与实现

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井下三维建模技术在矿山巷道变形监测中的应用与效果评价

井下三维建模技术在矿山巷道变形监测中的应用与效果评价摘要：地下矿山作业是一个充满挑战和危险的领域，矿山巷道的稳定性和安全性一直备受关注。

随着矿山深度的增加和采矿活动的扩展，地下巷道的变形监测变得愈发重要。

井下三维建模技术是一种在矿山巷道变形监测中具有重要应用潜力的新兴工具。

本文评估了该技术在矿山巷道变形监测中的应用效果，通过对三维建模技术的采用，能够实时、精确地捕捉地下巷道的变形情况，提供了宝贵的地质信息，有助于及早发现和预防巷道变形带来的潜在安全风险。

关键字：井下三维建模，巷道变形监测，安全风险，地质信息。

引言：如何在实时、精确地掌握地下巷道变形信息的同时，确保矿山作业的安全性，一直是矿业工作者们面临的难题。

本文将探讨一项备受矿业界关注的技术——井下三维建模技术，在矿山巷道变形监测中的应用与效果评价。

这一技术不仅为巷道变形监测提供了高精度的数据基础，还能够提前预警潜在的安全风险，为矿山管理者提供了有力的工具，以确保地下作业的安全性和稳定性。

我们将深入研究这一技术的原理、应用案例以及对矿山作业的影响，希望通过本文的介绍，读者能够更全面地了解井下三维建模技术在矿山巷道变形监测中的潜力和价值，以及它对于提高矿山作业的安全性和效率的重要作用。

1.井下三维建模技术的原理与应用井下三维建模技术是一项基于激光扫描和数据处理的高级测绘技术，其工作原理基于激光束的反射原理。

这项技术通过以下方式实现：激光扫描仪器发射短脉冲的激光束，将其发送到地下巷道内。

激光束以高速穿过巷道，与地下结构的表面相互作用。

接着，部分激光能量被反射回激光扫描仪器。

系统随后测量激光束发射和返回之间的时间差。

由于光在真空中传播的速度已知，因此可以根据时间差来计算激光束的行进距离。

这个过程迅速而精确，可以测量到亚毫米级的精度。

采集到的时间和位置数据随后传输到计算机进行数据处理。

在计算机中，这些数据被用来生成三维坐标，以表示地下巷道中的物体和结构。

煤矿虚拟现实系统三维数据模型和可视化技术与算法研究

未来展望
随着科技的不断发展，煤矿虚拟现实系统三维数据模型和可视化技术与算法将进一步完善和提高。未来研究可从以下几个方面展开：
1、数据模型优化：进一步优化三维数据模型的构建方法和技术，提高数据的精度和完整性，以更好地反映煤矿井上、下环境。
2、可视化技术升级：研究更为先进的数据可视化和图像处理技术，提高可视化效果和质量，为用户提供更为真实、直观的沉浸式体验。
结论
煤矿虚拟现实系统三维数据模型和可视化技术与算法在煤矿安全生产、管理和决策等方面具有重要意义。本次演示介绍了煤矿虚拟现实系统的三维数据模型构建方法及可视化技术与算法的实现方法，并探讨了其应用场景和优势以及未来的研究方向。为了进一步提高煤矿生产和管理水平，未来还需进一步优化三维数据模型和可视化技术算法研究，并加强跨领域合作，共同推进煤矿虚拟现实系统的应用和发展。
1、数据可视化：利用图形学、计算机视觉等技术将煤矿井上、下环境的三维数据模型以图像、视频等形式呈现出来，以便用户进行观察和分析。
2、图像处理：为了提高可视化效果，需要对获取的图像进行处理，如增强、滤波、色彩调整等，以突出重要信息，提高图像质量。
应用场景与优势
煤矿虚拟现实系统三维数据模型和可视化技术与算法在煤矿安全生产、管理和决策等方面具有广泛的应用前景。具体来说，其应用场景和优势如下：
1、安全生产：通过模拟煤矿生产过程中的各种复杂情况，可以训练矿工的操作技能，提高安全生产意识。同时，可视化技术与算法还可以实时监控矿井环境，发现安全隐患，预防安全事故的发生。
2、生产计划：通过对煤矿井上为合理、高效的生产计划，优化资源配置，提高产量和效益。
3、智能化应用：将人工智能等技术引入煤矿虚拟现实系统，实现智能化决策和管理，提高煤矿生产和管理水平。

基于立体视觉的煤矿巷道三维重建方法研究

总第２８５期
计算机与数字工程
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ＆ＤｉｇｉｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏ１．４１Ｎｏ．７
１１６９
２０１３年第７期
基于立体视觉的煤矿巷道三维重建方法研究
ＣｌａｓｓＮｕ系统是矿山系统的重要组成部分，同时也是构建数字化采矿的基础。然而，由于采矿工程地下环境和条件的不断变化，对具体巷道用三维建模软件建立模型不仅工
ＧＥＹｕａｎｙｕａｎＺＨＡＮＧＨｏｎｇｊｉ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＹｕｌｉｎＣｏｌｌｅｇｅ，Ｙｕｌｉｎ７１９０００）
ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｔｈｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｔｕｎｎｅｌｄｉｇｉｔｉｚｅｍｉｎｉｎｇｉｓａｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔａｓｐｅｃｔ．Ｉｆｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｕｓｉｎｇｄｉｇ－ｉｔａｌｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｂａｓｅｄｏｎｒｏａｄｗａｙｓｅｃｔｉｏｎｐｈｏｔｏｃａｍｅｒａ，ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｏｆｔｈｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｔｕｎｎｅｌｉｓｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｅｄ．Ｐｒｏ — ｐｏｓｅｄａｌｏｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｅｎｔｅｒｌｉｎｅ－ｓｅｃｔｉｏｎａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｎｏｔｃｏｎｓｉｄｅｒｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｅｎｔｅｒｌｉｎｅ，ｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆａｓｉｎｇｌｅｒｏａｄｗａｙａｎｄｃｒｏｓｓｉｎｇｐｏｉｎｔｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｗａｙｔｏａｃｈｉｅｖｅａｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｏｌｉｄｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｔｈｅｄｒｉｆｔ，ｒａｍｐｓ，ｓｈａｆｔａｎｄｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｆａｃｔｏｒｉｅｓ，ｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｈｅｅｘｉｓｉｔｉｎｇｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｈａｓａｓｍａｌｌａｍｏｕｎｔｏｆｃａｌｃｕｌａ — ｔｉｏｎ，ａｎｄｑｕｉｃｋｌｙｒｅａｌｉｚｅｄｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．ＫｅｙＷｏｒｄｓｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｃｏａｌｍｉｎｅｔｕｎｎｅｌ，ｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｃｏｍｅｒｍａｔｃｈｉｎｇ

矿井巷道三维建模方法探讨

矿井巷道三维建模方法探讨卢星辅，肖遥，胡凯（贵州省质安交通工程监控检测中心有限责任公司，贵州　贵阳　５５００００）摘要：在巷道支护结构的有限元分析中，常需要将不同单元组合建模，这就需要考虑单元连接的处理方式。

本文讨论了巷道建模中刚性连接（Ｃｅｒｉｇ）、约束方程连接（Ｃｐ）及ＭＰＣ连接的差异，并通过算例进行了对比，总结了各种方法的优缺点及适用范围。

关键词：矿井巷道；三维建模；单元连接中图分类号：ＴＤ６７文献标识码：Ａ文章编号：１００２－５０６５（２０１９）１４－０１４５－２Discussion on Three-dimensional Modeling Method of Mine RoadwayLU Xing-fu, XIAO Yao, HU Kai（Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ　Ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｔｒａｆｆｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　Ｃｅｎｔｅｒ　ＣＯ．，　ＬＴＤ，　Ｇｕｉｙａｎｇ　５５００００，　Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｒｏａｄｗａｙ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，　ｉｔ　ｉｓ　ｏｆｔｅｎ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ｔｏ　ｍｏｄｅｌ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ，　ｗｈｉｃｈ　ｎｅｅｄｓ　ｔｏ　ｃｏｎｓｉｄｅｒ　ｔｈｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ．　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｒｉｇｉｄ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　（Ｃｅｒｉｇ），　ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ　ｅｑｕａｔｉｏｎ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　（Ｃｐ）　ａｎｄ　ＭＰＣ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｒｏａｄｗａｙ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｓｃｏｐｅ　ｏｆ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｒｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ｂｙ　ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｘａｍｐｌｅｓ．Keywords: ｍｉｎｅ　ｒｏａｄｗａｙ；　ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ；　ｕｎｉｔ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ实体单元在理论上可以用于井下开采用各个构件的模拟。

矿山测量数据处理与三维巷道建模方法探究

·技术与应用·矿山测量数据处理与三维巷道建模方法探究■张镇铄伽师县铜辉矿业有限责任公司新疆喀什 844312摘要：我国计算机应用的领域在不断的拓展过程中,对于计算机的三维矿山巷道模拟基本上是解决三维地理信息系统和数字矿山理论与应用的关键,本文分析当今地理信息系统的发展使用现状，论述矿山三维巷道建模的过程和方法及注意事项和处理原则。

希望通过对矿山三维巷道建模技术的介绍，促使其在矿山合理开发及生产中发挥作用。

关键词：矿山；数据测量；三维巷道建模引言作为矿山地理信息系统的重要组成部分，矿山测量数据处理与三维巷道建模方法是否合理将对矿山地理信息系统的完善产生直接影响。

现阶段，测量技术已成为矿区发展水平提升的重要保障，随着科学技术水平的提升，矿山测量技术逐渐呈现出自动化、智能化及信息化。

作为一项复杂、工作量大的系统工程，通过健全矿区地理信息系统，可以多方面对矿山开采中的相关内容进行设计、研究，如数据、功能等，并对信息、地理等学科知识与技术进行综合利用，在其发展应用中矿山测量数据处理技术占有重要地位。

1.矿山测量与三维建模的意义矿山测量工作已成为矿区可持续发展的基础性技术，其在一定程度保证矿山安全高效生产。

矿区地理信息系统诸多环节中最重要的一环就是对矿山测量数据的信息化处理。

而根据测量信息进行三维建模有利于计算机技术系统对矿区多源信息的管理和处理分析。

对中国矿山范围通过三维坐标的方式进行标注有利于中国资源多元开发。

矿山如果建立起完整的地理信息系统，有利于维护矿山资源的梯度开发和可持续发展，也有利于解决矿山生产开采过程中的安全问题。

2.矿山测量数据处理与三维巷道建模方法随着社会经济的不断发展，矿山测量已经成为国民经济增长中的一项重要内容，矿山测量数据处理及三维巷道建模方式作为矿山作业中的重要内容，其测量数据是否精确将直接关系着工程的整体质量。

测量中应对数据处理与三维巷道建模加以重视，只有这样才能确保矿山工程的质量。

煤矿巷道三维自动建模系统的设计

煤矿巷道三维自动建模系统的设计作者：毛文杰,陆翔,马进来源：《电脑知识与技术》2010年第19期摘要:基于虚拟现实的方法和技术,开发出了煤矿巷道三维自动建模系统。

介绍了该系统的设计方法,系统构成和工作流程。

对系统中用到的关键技术进行了研究分析。

最后给出了该系统在实际生产中的一个应用实例。

关键词:虚拟现实;自动建模;工作流程;实例中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)19-5300-02Design for the 3D Automatic Modeling System of Mine LanewayMAO Wen-jie, LU Xiang, MA Jin(Tai'an Area Shandong University of Science and Technology, Tai'an 271019, China)Abstract: Based on the method and technology of virtual reality,the 3D automatic modeling system of mine laneway is developed.The design,structure and wok proess of this system is introduced in the paper.It also analyses and researches some key technology used in this system..In the end an application instance is put forward.Key words: virtual reality; automatic modeling; work proess; instance随着科技的发展,虚拟现实技术在矿业中应用也越来越广泛。

基于集成式因子图优化的煤矿巷道移动机器人三维地图构建

基于集成式因子图优化的煤矿巷道移动机器人三维地图构建邹筱瑜1，2，黄鑫淼1，王忠宾1，2，房东圣1，潘杰1，司垒1，2（1. 中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州　221116；2. 中国矿业大学江苏省矿山机电装备高校重点实验室，江苏徐州　221116）摘要：煤矿井下移动机器人作业精度严重依赖于同步定位与建图（SLAM ）技术的准确性。

井下长直巷道存在特征缺失、光照条件差等问题，导致激光里程计和视觉里程计易失效，因而限制了传统SLAM 方法在煤矿巷道的有效应用，且目前SLAM 方法的研究主要聚焦于多传感融合建图方法，较少关注激光 SLAM 方法建图精度的提升。

针对上述问题，面向移动机器人在煤矿巷道的建图需求，提出了一种基于集成式因子图优化的煤矿巷道移动机器人三维地图构建方法，采用前端构建和后端优化的策略，设计了前端点云配准模块和基于滤波、图优化的后端构建方法，使建图结果更准确、适应性更强。

针对煤矿长直巷道环境退化导致三维激光点云配准精度低的问题，融合迭代最近点（ICP ）和正态分布变换（NDT ）算法，兼顾点云几何特征和概率分布特征，设计了集成式前端点云配准模块，实现了点云的精确配准。

针对三维激光 SLAM 后端优化问题，研究了基于位姿图和因子图优化的后端构建方法，构建了集成 ICP 和NDT 相对位姿因子的因子图优化模型，以准确估计移动机器人位姿。

分别利用公开数据集 KITTI 和模拟巷道点云数据集对三维地图构建方法在不同工况下的性能进行了实验验证。

公开数据集 KITTI 上的实验结果表明：在全局一致性上，该方法与传统基于特征点匹配的A −LOAM 方法和基于平面分割及特征点提取的LeGO −LOAM 方法具有相似的性能，在建图局部精度上优于其他2种方法。

模拟巷道点云数据集上的实验结果表明：该方法具有显著优势，通过因子图优化，可得到一致性较高的三维地图，提升了煤矿巷道三维地图构建的精度及鲁棒性，解决了井下长直巷道特征点缺失、激光里程计失效的难题。

煤矿巷道三维建模系统设计与实现

通过向量运算，以确定其他的顶点。可２３梯形断面巷道．
对于断面是梯形的巷道。虑简单的情形．为断考认面为等腰梯形，图１如。可以通过参数ｔ断面上底）ｂｌ（、ｌ
的三维模型建立和绘制。
【关键词】数字矿山；维巷道模型；ｖ；Ｌ：三ｊａＪａＯＧ
ｌ引言、
三维模型绘制
” 数字矿山” 在矿山范围内建立一个以三维坐标２煤矿巷道三维建模是、
．煤为主线的矿山信息模型［其核心是在统一的时问坐标２１矿巷道总体分析１】．巷道是煤矿中的重要人工实体．由于煤矿巷道都与空间框架下，学、理地组织各类矿井数据信息，科合将海量异质的矿井数据信息资源进行全面、高效和有是空心的．般采用表面模型进行建模。一如线框模型或ＣＧ模型。巷道中心线和断面相关参数的计算是巷道Ｓ序的管理和整合，进行可视化表达，并实现图形与数据
和可视化显示的平台。用户可以直观、体地观察数使立据及其相互之间的关系。北京龙软公司开发出系列软件实现了矿区环境的三维虚拟化［煤矿生产信息化６３及
管理。
ＯＦ＝ＯＥ＋ＥＦ；ＯＢ＝ＯＡ＋ＡＢ；ＯＣ＝ＯＤ＋ＤＣ；ＯＭ＝ＯＮ＋ＮＭ；
库的有效链接。
三维建模的前提．巷道断面形态控制着巷道的几何形２０世纪９０年代中后期．着煤炭行业信息化程度态。道中心线控制巷道的空间位置和延伸方向。矿随巷煤

煤矿井下巷道三维建模时技术要点研究

煤矿井下巷道三维建模时技术要点研究作者：边毅彦来源：《科技视界》2018年第30期【摘要】矿产资源是国家经济平稳发展的重要保障基础之一，随着科学技术的发展，使得数字化在煤矿勘探、开采等领域有着广泛地应用前景。

煤矿井下三维建模的实现，是煤矿领域数字矿山重要的一部分，将加快煤矿井下信息化建设和发展，使得煤矿在勘探、开采时能够准确、立体、可视化以及数字化地记录，对提高煤矿井下工作的开展有着重要支撑作用。

本文以煤矿井下巷道为研究背景，对其建立三维模型时技术要点进行研究，为煤矿井下工作的管理水平和工作效率提供技术指导。

【关键词】煤矿资源；巷道；三维建模；信息化中图分类号： TD353 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）30-0226-002DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2018.30.1000 引言我国作为世界上的煤炭大国，其煤炭产量和使用量位于世界第一，煤炭储存量位于世界第三。

煤炭被称为黑黄金，是世界经济发展的重要动力来源之一，由于煤炭资源属于一次性资源，不可再生，国家把煤炭列为重要的战略资源之一。

随着经济快速发展，以及我国经济的发展情况，使得煤炭资源目前仍作为经济发展中作为主要的能源。

随着进入21世纪以来，信息化科学技术以数字化和网络化为特征推动着社会在经济、文化等方面进步发展，是社会可持续发展的重要内在保障。

信息技术广泛地应用在国家的土地、环境、交通、通讯、矿山等方方面面。

煤矿企业主要是对煤炭自然资源开发利用为对象，其主要工作涉及到煤炭资源的勘探、设计、开采、管理、运输以及销售等。

而煤炭资源在生产过程中进行工业信息化建设时，主要包括地理信息、生产信息、安全信息和市场信息等，具体主要表现在：（1）煤矿机械机电一体化在煤炭开采过程中的应用。

（2）利用互联网技术，对煤炭企业生产、销售、办公等管理系统进行自动化管理。

（3）针对煤炭开采过程中可能出现的瓦斯、突水、自燃地温等进行时时安全动态监控。

矿山巷道三维漫游研究及实现

科ｆｆｆ技论坛
矿山巷道三维漫游研究及实现
唐敏
ｆ昆明理工大学国土资源工程学院，云南昆明６０９）５０３
摘要：是在ｖａｃ编程环境下，ｉｌ＃ｕ利用Ｄｒｃ３ｉＩＤ对巷道模型进行纹理映射、ｅＸ关照设定、投影选择等等各方面处理。给出算法实现巷道的三维虚拟漫游，其中包括手动和自动两种漫游模式，同时对漫游时的碰壁问题进行分析研究。试验证明方法可行，系统运行正常。
关键词：山巷道；维漫游；矿ｒｃＸ．ｒｃ３ｃｏｏｔｅｔＤｉｅｔＤ．Ｄｉ
三维漫游是虚拟现实技术常见的应用之Ｔｘｕｅｔｘｕｅ／ｅｔｒｅｔｒ；／材质蔓ｔｘｕｅｅｔｒ＝ｘｕｅｏｄｒＴｅｔｒＬａｅ．利用计算机软硬件，创建使参与者具有身临谰ｒｍＦｌｆｅ，ｐｉｔ．ｔｒｃｏ其境的沉浸感和良好的人机交互能力的三维系ＦｏｉｅｄｖＡｐｌａｉｎＳａ— ｕＰａｈ＼ｐｃｕｅｎｅ．统，助于建立启发构思的信息环境，有进而达到ｔｐｔ＋＠ “ ” ＋ｉｔｒＩｄｘ参与者在虚拟环境中获取知识、形成概念的最ＴＳｒｇ＋．ｍ ”，文件中加ｏｔｎＯ “ ｐ）／ｉｂ；从终日标。载材质最后定义需要贴图的矩形利用地理信息系统所采集的地质数据资图１图片模型纹理选择料，通过地形和地物的建模，纹理映射，光照模型框从而贴上我们给出的材质：Ｖｅｔｘｆｒｒｃａ — ｒＢｕｆｅｔｎｅｅ设定，投影模式选择等技术，可实现具有高度真ｌＶｎｘｕｅｕｌ要；／实感的三维场景动态显示。目前该技术已在战ｇｅｅｅＢｆｒ＝ｎｌ／贴图场环境仿真、乐与３娱Ｄ游戏、场景漫游、道路的矩形框选线、土地规划、地理信息系统等诸多领域得到在定义好了绘图设备、需要了广泛的应用。例如，在正在因特网上流行的加载的材质设置以及贴图矩形现我虚拟漫游，用户只需要坐在计算机前，可以参框之后，们需要处理贴图属性就根观各大城市、旅游景点、场等，机实现了人类足即如何给巷道模型贴图，据怎不出户而四处浏览的梦想。样的原则把一个个三角网组成２三维虚拟漫游实现的模型贴上我们需要的纹理：图２两个不同阶段漫游图像在只有矿山巷道中心线数据的情况下要ｖｉｅｅｉ（ｔ，ＣｓｏｄｘＰｃｉｉｕ— ｎｏｒ．ｏｉｏＮｏｍａＴｘｕｅｅｉ实现巷道的三维漫游，首先我们必须先建立好ｔｍＶｅｔｘＰｓｔｎｒｌｅｔｒｄ目标点。当按住“Ｔ” 键时，程ｔ，ｔｏｃｏ３３ｏｔｌｔｕｏ巷道三维模型，然后对模型进行纹理映射、关ｖｓｕＶｅｔｒｖ，ｕｆａｔ，序相应函数的功能为使得起照、投影等操作，从而使模型显示在我们面前如ｏｔｆａｔ）ｕｏｔｖｌ始点向前移即起始点坐标由同逼真的现实场景。这样便可为我们后面的漫这里的贴图属性是ＤｉｃｒｔｅＸ原先的（Ｘｓ，）为（ＸＳ，ｙｓ变ｚＳ，自带的函数类型所以不需要定游功能实现提供坚实的基础条件。ｓ＋，ｚ，ｙｄｓ）由于我们的视力范２１模型的建立及可视化．义它，们只需要根据函数定义我围有限一般固定在一定的值巷道三维模型是通过我们拥有的巷道中的要求来完成贴图的要求即可。上，所以当起始点改变的时心线坐标数据以及巷道断面的模型数据，在通过组织建模生成的一系列三候终节点也当然的需要改变ＶｓａＣｉｌ＃编程平台下，ｕ根据三角网规则计算出角网坐标数据就可以完成我们同样的数值即由原先的（ｘｅ，所示我们可图３系统运行图所有巷道断面上能够描述其真实模型的其他点的贴图功能。如图ｌｅ，ｚ改变为（ｘｅ＋。ｚ。ｙｅ）ｅ，ｙｄｅ）的三维坐标，依次连接这些点构成一个个三角以选择我们的纹理设置可以改同理我们可以编辑网从而建立起我们的巷道模型｛这时我们建立变模型的纹理。 ” 。按“ ” ｌ键的数值改变，由于按“ ” ｆ键与按“ ” 』起来的模型是一个个三角网构成的悬空的模２２自动漫游及手动漫游的实现．键是相反的两个操作，这样只需控制ｄ的正负作为一个综合的漫游系统，它应该具备根值即可。一” 时，型，根本体现不了真实的情景。这就需要我们利按“ 键由于我们设置的坐标系左用ＤｒｃＤ来对这个模型进行可视化。ｉｔｅＸ３据用户要求完成各种相应操作功能进行场景漫右方向是Ｘ轴，所以要使得摄像头的位置向左因为可视化就相当于要让我们在系统中游，主要的交互工具就是键盘和鼠标，里我移动，而这则需要改变ｘ值即可。这样起始点坐标安插双我们的眼睛，所以首先需要初始化摄像们可以实现两种漫游方法：利用键盘和鼠标进便由原先的（Ｘｓ，Ｚ变为（ｘｄｓ，ｚ，节Ｓ，ｙＳ）ｓ＋，ｓ）终ｙ头以及其坐标位置。行手动漫游和利用输入巷道路径直接进行自动点同理变化， “ 键则依据前面上下键的方按一” ，／初始化摄像头起点漫游。法同样响应。设置键盘响应函数之后再来设置ｐｖｔｆｏｔＦＨｏＸ＝ｉｒａｅｌａｍｃｏ；ｆ２２１手动漫游．．鼠标响应函数，我们要通过移动鼠标来改变摄ｐｖｔｏｔＨｏＹ＝Ｏ；ｉｒａｅｆａＦｍｅｌｆ程序中摄像头就相当于我们的眼睛，我们像头看的方向。了完成这一功能，为我们首先需ｐｖｔｆｏｔｉｒａｅｌａＦｍｅ＝ＨｏＺｏ；参观某个地方从一个地点走到另一个地点就相ｆ要捕捉鼠标当前的坐标位置，然后根据鼠标移ｐｉａｅｆｏｔＴＨｏＸ＝Ｏ；ｒｖｔａｌｍｅｆ当于漫游了这个地方，这样我们要完成漫游巷动的距离来判断方向的变化，由于屏幕是二维ｐｖｔｆａＴＨｏＹ＝ｉｒａｅｌｔｏｍｅＯ；道模型就需要在程序中不断的改变摄像头的位的，我们捕捉鼠标位置的时候只能记录住它的ｆｐｉａｅｆｏｔＴｍｅ＝ｏ；ｒｖｌａＨｏＺｌｆ置。而摄像头的参数包括起始点的三维坐标和ｘ、Ｙ坐标，过记录鼠标移动的距离（ｘｄ）通ｄ，ｙ来摄像头初始化后，我们需要定义我们的绘终节点三维坐标，手动漫游时通过按键盘的判断三维模型中摄像头的方向，这就涉及到了 “ｆ” 键来表示前进， “ ” 按键表示后退， “－” 怎么由二维的坐标的变化转换为三维坐标的变按＋－图设备以及给绘图设备赋值：Ｄｖｃｅｉｅｉｅｄｖｃｅ＝ｎｌ／图设备ｕｌ绘；／键表示向左移动，一” 按“ 键表示向右移动１２１。同化。这里我们通过用ｄ来控制三维模型中ＸｘＹ通过移动鼠标控制漫游方向，这也就是我们平面的变化，ｄ来控制三维模型中Ｙｄｖｃｅｉｅ：ｎｗＤｖｅ０ｅｉｅｙｅａｄ时，ｅｅｉ（．ＤｖＴｐ．ｒ— ｃｃＨ用ｙＺ平面ｗｒ，ｔｉ．ａｅ１Ｃｒａｅｌｇ．ｏｗａｅｒｅ — 通常玩的ｃａｅｈｓｐｎｌ，ｅｔＦａｓＳｆｒＶｅｔｘｌＳ游戏的类似方法。前面我们讨论的变化。通过这么多的设置以及算法实现后我ＰｏｅｓｇｒｓｎＰｒｍ）ｒｃｓｎ，ｐｅｅｔａａｓｉ；过的，对摄像头位置定义了起始点坐标（ｘｓ，们完成了巷道内部的ｃｓ，ｙＳ游戏式的手动漫游功然后定义巷道的材质并让系统从文件中加Ｓ）Ｚ和终节点坐标（ｘｅ，ｚ，始点相当于我能，２为手动漫游中两个阶段的图像。ｅ，ｙｅ）起图载我们需要的材质：们眼睛的位置，终节点相当于我们眼睛看着的２２２自动漫游．．（转２２页）下

煤矿巷道三维建模方法设计与系统开发应用

煤矿巷道三维建模方法设计与系统开发应用∗贾庆仁;车德福;朱继文【摘要】井巷工程三维建模研究及应用对完善数字矿山工程、加快矿井信息化建设具有十分重要的意义.目前煤矿井巷的可视化及设计大多是基于二维平面进行,无法直观表达井巷及其相关实体之间的空间关系.文中对矿山井巷工程数据的特征进行了分析,抽象出井巷工程二三维数据结构及建模方法,从巷道测量数据建立三维巷道模型.最后,开发了原型系统,以开滦集团钱家营矿区为例,建立了巷道三维模型并实现可视化,验证本文研究成果的实用性和有效性.【期刊名称】《矿山测量》【年(卷),期】2018(046)004【总页数】5页(P1-4,28)【关键词】数字矿山;井巷工程;巷道双边线;三维巷道建模【作者】贾庆仁;车德福;朱继文【作者单位】东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳 110000;东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳 110000;黑龙江工程学院,黑龙江哈尔滨 150050【正文语种】中文【中图分类】TD672巷道是煤矿矿井运行、通行、通风和保证安全的通道，井巷工程的设计是实现矿井高产高效和安全生产的基本条件[1]。

传统的矿山井巷工程设计一般是在纸质图上进行或用其它软件辅助设计，通常需要用二维图形来表示复杂的井巷分布和相关地质现象，只有经验丰富的设计人员才能完成。

井巷设计如何能突破二维限制，在三维平台下完成可视化及设计是一个值得深入研究的问题。

国内外众学者也对井巷工程以及巷道建模以及三维真实表达做了大量研究。

国内汪云甲、伏永明研究了由二维巷道到三维巷道的自动建模方法[2]；侯运炳等提出了采矿工作平面的辅助设计系统，但缺乏三维模型的支持，无法分析巷道与周边复杂三维地质条件的空间关系[3-4]；魏连江等致力于可视化技术的巷道计算机辅助设计[5]。

此外，国内外地质矿山领域出现了一些商业化软件，如Surpac[6]、Datamine[7]等，都有不错的交互作图能力。

但大部分软件主要针对矿业工程、地质工程、安全培训等方面进行研究，专门针对井巷工程的研究很少，而且软件费用十分昂贵。

矿山巷道三维动态建模机制研究

第72卷第6期!色#属（矿山部分）2020年11月Doi：10.3969/j.issn.1671-4172.2020.06.001矿山巷道三维动态建模机制研究王彬，冀虎，戴锐（矿冶科技集团有限公司，北京100160）摘要：当前巷道三维建模是数字矿山的重要组成部分，通过现有技术手段建立的巷道模型虽然满足可视化需求，但由于精度不高，无法满足分析算法和可视化渐变效果的要求$提出了通过生成三角面片的方法，动态创建矿山巷道三维模型$通过阐述巷道断面、巷道壁、巷道底面和巷道交点过渡模型的三角面片建模机制，结合布尔并集运算融合模型，建立满足指定精度要求的矿山巷道三角面片三维模型$关键词：数字矿山；数字巷道；三维巷道模型中图分类号:TD67文献标志码：A文章编号：167）4172（2020）06000105A study on3D dynamic modeling mechanism of mine roadwayWANG Bin J I Hu,DAI Rui(BGRIMM Technology Group,Beijing100160,China)Abstract:At present,3D modeling of roadway plays an important role in digital mining.Although the roadway model established by the existing technical methods meets the needs of visualization,it can't meet the requirements of the analysis algorithm because of the low accuracy.In this paper,the dynamic three-dimensional model of mine roadway was proposed by t h e me t h od of generating t r iangular facepla t e.The t h ree-dimensional model of t h e t h ree-angledfaceofmineroadwaywases ablishedbyexpounding he riangularface modelingmechanismof he ransiion modelofroadwayfaul,roadwaywa l,roadwaybo omsurface,androadwayin ersecionpoin,andcombining wi h heBooleanpara l eloperaionfusion model.Key words：dig i t a l mine；dig i t a l roadway；3D roadway model矿山巷道是在矿体之间钻凿出的各种通路，用来运矿、通风、排水、行人以及为采出矿石新开凿的各种必要准备工程等，对生产安全和经济效益具有直接的影响。

基于MultiPatch的巷道三维表面建模及其算法分析

第36卷第6期2011年11月测绘科学Science of Surveying and MappingVol.36No.6Nov.作者简介：邵亚琴（1982-），女，赤峰人，硕士，助教，2009年毕业于中国矿业大学，主要从事测量数据平差处理，矿山三维可视化及虚拟现实在古建筑虚拟重建中的应用研究。

E-mail ：shaoyaqin2@收稿日期：2010-08-03基金项目：国家自然科学基金项目资助（50534050，50811120111）基于MultiPatch 的巷道三维表面建模及其算法分析邵亚琴①②，汪云甲②（①内蒙古科技大学矿业工程学院，内蒙古包头014010；②中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州221008）【摘要】本文针对巷道截面类型较多、不过分强调实体结构、且巷道交叉接口处较难处理的特点，将巷道抽象为三维表面模型，提出了采用ArcGIS 中的MultiPatch 作为构建巷道表面模型数据结构的方法，对不同类型巷道接口的拼接算法进行了具体分析，并以山西潞安常村煤矿井下巷道为例，通过二次开发实现了矿井巷道的三维表面建模，建立了矿井巷道三维建模原型系统，取得了良好的效果。

【关键词】巷道；三维表面模型；Multipatch ；算法分析；拼接处理【中图分类号】TD175【文献标识码】A 【文章编号】1009-2307（2011）06-0019-031引言矿山地理信息系统（MGIS ）作为三维地理信息系统的一个重要分支，其空间目标的三维可视化及其空间分析成为研究的热点。

巷道系统是矿山信息系统的重要组成部分，如何立体、直观、准确地表现并反映井下巷道及其空间关系，是矿山测绘科技工作者的重要研究课题，也是煤矿安全、高效、合理开发的重要保障［1］。

根据井下巷道固有的特点，很多学者提出了不同的巷道建模方法。

按建模技术划分，包括应用通用三维建模软件建模、自主开发三维建模系统和基于组件技术进行二次开发［2-3］。

三维矿井模型优化与可视化研究

三维矿井模型优化与可视化研究刘萍萍;陆兆攀;马昱阳【摘要】为了能在矿井作业前充分的了解井下的作业情况,降低煤矿行业严重事故包括爆炸、火灾、坍塌等带来的风险,本文通过分析矿井井下的环境特点,利用虚拟现实技术,结合3ds Max建模技术和VC++调用OpenGL图形接口技术,基于边折叠的递进网格多细节层次算法对模型进行优化,利用计算机技术模拟出逼真的矿井生产环境,实现友好的人机交互虚拟矿井应用系统,满足了煤矿安全生产教育训练的要求.%In order for to fully understand the operation in the pits in advance and reduce risk of serious accidents in coal mining industry such as explosion,fire and collapse,a realistic mining production environment is simulated for the safety education and training.Based on the analysis of the characteristics of the environment in the pits,combined with the 3ds Max modeling techniques and VC+ + calling the OpenGL graphics interface techniques,the models are bulit by using virtual reality technology and well optimized based on the progressive mesh LOD algorithm for edge collapse.A friendly man-machine interactive virtual system is realized by using high-tech computer technology.【期刊名称】《西安工业大学学报》【年(卷),期】2017(037)001【总页数】8页(P28-35)【关键词】虚拟现实技术;三维建模技术;OpenGL;多细节层次算法【作者】刘萍萍;陆兆攀;马昱阳【作者单位】西安工业大学计算机科学与工程学院,西安710021;西安工业大学计算机科学与工程学院,西安710021;西安工业大学计算机科学与工程学院,西安710021【正文语种】中文【中图分类】TP399煤炭行业作为中国一项高风险、高危险行业之一，其安全生产与广大人民群众的根本利益有着密切的关系.煤矿生产过程中要求定期对矿工要进行安全教育、危险情况下的救生训练，还要求煤矿研究人员及时反映矿井下真实的安全研究情况.煤矿行业严重事故主要包括爆炸、火灾、坍塌等[1]，这种事故是在真实环境中不能进行模拟训练的，因此需要借助虚拟现实技术来开发一套系统，作业人员通过该套系统模拟矿井正常工作情况及特殊情况发生时矿井中的救灾情况，还可以分析矿井事故并重现事故情景.国内对于虚拟现实技术的研究起步较晚，如北京航空航天大学[2]对虚拟现实的研究主要是在实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境、飞行员训练仿真等系统方面.中科院及北京大学等机构对虚拟现实的研究主要是为了实现分布环境下的三维交互[3-4].哈尔滨工业大学计算机系[5]在人的表情合成和唇动合成等技术方面已经取得一定成果，而目前正在进行的研究也是虚拟环境中人的手势及语音方面.国内的其他重点高等院校和科研机构在虚拟现实技术领域也都开展了许多研究，但大部分的研究成果大多围绕在用户交互界面、后台软件、后台硬件、感知操作等具体技术上[6]，却缺乏在操作方式层面上的分析.虚拟现实技术在矿产行业的应用当前仍处于探索阶段.因此，针对这些不足，本文分析了我国矿产生产的特点，引入虚拟现实技术，模拟矿井工作环境和井下三维虚拟环境[7]，提出一种基于边折叠算法的递进网格多细节层次(Levels of Detail，LOD)算法，通过此算法对虚拟矿井系统模型进行优化，提高加载速度，增加碰撞检测技术，并结合3ds Max建模技术和VC++调用OpenGL图形接口技术开发出一套数字化矿井应用系统，真实、生动的反映井下作业情况.虚拟现实技术(Virtual Reality，VR)，是一种高端人机界面，通过视、听、触、嗅和味等多种感觉通道的实时模拟和实时交互[8].他充分利用计算机硬件和软件技术，通过计算机集成技术模拟虚拟三维空间，提供一个实时虚拟环境，具有“沉浸”、“交互”和“构想”3个基本特征.虚拟现实的实现需要多种相关技术的支持，包括可视化设备、多媒体技术、人机交互接口技术、多通道感知技术、系统集成技术的硬件技术及虚拟环境平台、应用系统开发工具、三维图形建模技术的软件技术. 1.1 基于建模的虚拟现实技术基于建模方法的核心是对虚拟模型的建立.虚拟模型的建立一般可以采用不同的建模软件，如CAD、Autodesk Revit、3ds Max等.考虑到建模的逼真程度和后期在VC++平台和OpenGL接口上实现虚拟矿井应用系统，选用3ds Max来对模型进行建立.当模型被建立之后，需要保存成统一的格式并进行整合，再进行模型的效果渲染，方便后期实现友好人机交互的虚拟矿井应用系统.1) 三维模型的建立.虚拟场景模型分为静态模型和动态模型，这两种模型应分开建模.对一些有CAD图纸的地理建筑或规则物体，可通过CAD的导入来建立三维模型；而对一些没有相应CAD图的比较复杂的地理建筑或是无规则物体，则需要用视觉感受物体去进行三维建模.2) 模型的实时渲染.虚拟现实场景的真实感主要来源于对场景和模型的渲染程度.实时性的好坏是影响用户视听体验的关键因素.为了保证虚拟场景的实时感，应使模型的刷新频率高于20帧/s.在保持较高刷新频率的同时，使场景模型看上去又相对逼真，就需要降低场景模型的复杂程度，可以通过场景分块和可见消隐两种方法来实现.3) 碰撞检测.给虚拟场景中的物体模型加上碰撞检测技术，增加用户的真实感.1.2 LOD算法LOD是一种多层次建模技术[9]，他的基本思想是根据物体模型在场景环境中离视点的距离决定物体模型的细节程度和渲染效果，降低离视点较远物体模型的细节度，获得高效的模型加载速度.LOD算法类型分为静态化简算法和动态化简算法.静态LOD在运行过程中预先生成模型，因此具有加载方便、计算简单、渲染速度快等特点.但其模型是离散分布的，需要占较大内存，且不同精度模型进行切换时，会出现画面跳动[10].动态LOD化简算法发生在程序运行过程中，不仅与模型本身有关，并且与模型所在的外部环境信息相关.动态化简发生在模型的局部区域，具有实时性，并且根据视点位置的不同，简化时可以生成多细节层次模型.动态化简算法又分为层次表示法和递进网格表示法.在本系统开发中，通过3ds Max 软件与OpenGL的相互结合使用，可以降低了系统构建的复杂程度.构建虚拟矿井模型的关键部分是矿井井下场景的建模，明确组成矿井井下生产场景模型的各部分子模型.例如，矿井生产场景中的矿车子模型、轨道子模型、矿壁子模型、管道子模型等重要组成部分.根据其存在的状态特性，可划分为动态实体模型(如矿车模型)和静态实体模型(如管道模型、轨道模型等). 2.1 虚拟矿井的静态实体模型构建在矿井系统场景中，井下静态实体包括矿井井筒、矿井中巷道的铁轨、矿井管道、电路及自救系统等.静态建模主要是以实体自身特性的几何模型建模和以实体因外部环境引起的物理模型建模组成.静态实体模型的物理建模，主要是对因外在环境引起的不同实体纹理.而静态实体模型的几何模型，主要是自身外形的实体模型.在静态实体模型的几何建模过程中，根据采集的实体模型数据，参照其复杂程度，对于规则静态实体模型来说，可以使用3ds Max的基础建模来实现规则模型的建立.而对于不规则实体模型来说，可以先使用AutoCAD来实现对模型轮廓的修改，再通过3ds Max对模型进行建立.虚拟实体模型的构建遵循的原则是，系统模型由内而外，空间结构自上而下，实现模型构建的层次性，在使用建模软件构建的过程按照由简入繁的方式来构建系统模型.在对实体模型进行三维建模时，满足用户视觉体验的前提下，尽可能降低模型多余的面，以使系统模型得到优化，增强了场景实时显示速率.2.2 虚拟矿井的动态实体模型构建在构建矿井系统模型过程中，在构建运动部分时有可能改变原来模型组织的内部结构，所以应在建模形成的模型文件中增加与运动部分链接的自由度节点，设置相应的定位坐标，并在自由度基础上对模型的运动部分进行分析，从而确定运动关系. 动态实体模型作为虚拟矿井系统模型的重要组成部分，其过程是：① 用建模工具3ds Max来构建矿井系统模型中动态模型的静态、动态两个部分，在构建动态模型过程中将自由度增大；② 增强子动态实体模型的动画展示效果；③ 在虚拟矿井系统的模型中，呈现动态模型的flash效果.2.3 虚拟矿井场景的材质建模及灯光设置在初期构建的虚拟矿井系统中，数据采集和数据处理的原因会导致构建出的模型存在画面效果差、立体感弱等问题.这要求对虚拟模型的材质进行贴图的图片需要经过Photoshop的处理.当经过处理后的材质贴图与虚拟模型实体不匹配时，需要在3ds Max中进行细微调整，一般会用到3ds Max里的UVW的贴图命令或者UVW的展开命令对图片进行调整处理，使模型和纹理贴图相匹配.虚拟矿井场景模型的渲染需要同灯光的设置与摆放在一起进行，从灯光的设置可以观察到场景模型渲染效果的优劣，而从场景模型的渲染效果又可以观察灯光的设置和摆放是否合理，从而做出及时处理.渲染就是对场景中的模型赋予材质并进行贴图着色，通过图片的信息保存场景中模型的渲染信息.利用3ds Max的渲染器对虚拟矿井场景模型进行反复几次渲染实验后能够得出最优的一组参数，此时再进行最后的烘焙，最终展示出的虚拟矿井系统模型效果会更加具有真实感，动画效果展示更加逼真.虚拟矿井是一个复杂的场景，通过对虚拟矿井应用系统的分析，确定虚拟数字化矿井系统的结构，设计内部功能和模块，平台分成了虚拟控制台和虚拟矿井场景两部分，其总体架构图如图1所示.3.1 OpenGL的矿井三维模型可视化3.1.1 纹理映射技术纹理是那些被映射到三维图像表面的二维图像.虚拟现实系统中用3ds Max来建造的模型本身表面是十分光滑且不真实的，只有一个大概形状，如水池的波纹，如果用模型建模会很麻烦且面片很多，但如果用纹理就可以很简单的达到需求效果.因此通过纹理技术可以使虚拟现实中的场景模型或者设备模型拥有表面的纹理和色彩的明暗，增强模型的真实感，并减少模型的面片数量和资源大小，提高加载效率.3.1.2 基于边折叠的递进网格LOD算法优化由于矿井场景的复杂性，在加载模型生成逼真的场景时，复杂的模型会造成系统CPU负载过大，会出现系统工作不协调的情况，引起模型输出延迟及画面帧刷新太慢的现象，从而降低了矿井系统的体验效果.如图2所示.对于两个半径相等而所组成的面片数不相等的球体模型来说，其所需求的系统CPU负载和内存量是不同的，见表1.为了能加快场景模型的输出，保证虚拟场景的实时性，则需使场景的复杂性得到简化.对于矿井场景中离观察者较远的物体，不需要描绘细节，适当的合并物体的一些三角形面片，对画面的视觉效果没有产生影响.虚拟矿井系统的模型细节度从全细节角度通过相关简化操作，使模型的细节层度降低，经过处理后的模型可以根据特定场合要求进行选择，而没有必要在任何场合都选择全细节模型，进而使场景模型三角形数量大大的减少.在采取LOD算法对矿井模型进行优化时，需要判断场景物体是否需要进行简化以及应该在哪些时刻对模型采用使用何种层次细节度来表示物体，根据虚拟矿井系统内部结构复杂的特点，提出一种基于边折叠算法的递进网格LOD算法，通过此算法对虚拟矿井系统模型进行优化.1) 递进网格的基本思想递进网格的基本思想是以边折叠为简化元操作的网格简化算法，三角形网格的边折叠操作过程如图3所示，一组对偶操作包括一个边折叠操作和一个相对应的顶点分裂操作，边折叠操作是将边(a,b)合成顶点{a′}，并删掉三角形{a,b,c}和{a,b,d}；相反，顶点分裂操作把顶点{a′}分裂成边(a,b)，并生成新的三角形{a,b,c}和{a,b,d}. 此方法的特点是每次简化迭代所改变的局部网格元素都相同，一个顶点、一条边和两个三角形，因此可产生十分规整的信息序列.一组n个边折叠操作序列会相应产生一组连续的近似网格序列，可表示为当然，也可以使用顶点分裂转换，通过最简网格M0得到后续的高细节层次网格，从理论上说，这两种操作是可逆的，可表示为2) 边折叠的误差测度边折叠的误差测度取边折叠后生成的新顶点到相关的一组平面(被折叠边的两个端点相关联的平面)的距离平方和作为误差测度.这种方法计算简单，占用内存小，并且速度快，得到的简化网格质量很高.他是一种兼顾了运行速度和模型质量的较理想的误差测度.在欧式空间中，平面的表达式为nTv0+d=0其中n=[nxnynz]T是平面的单位法矢，d是常量.点v=[xyz]T到该平面的距离的平方就可表示为D2=(nTv+d)2=(vTn+d)(nTv+d)=vT(nnT)v+2dnTv+d2可以定义三元组Q=(a,b,c)=(nnT,dn,d2)来表示D2，其公式为D2=Q(v)=vTav+2bTv+c其中a是一个3*3的对称矩阵，b是一个3维向量，c是一个常数.利用2次误差测度可以方便误差累加的实现，其公式为Q1(v)+Q2(v)=(Q1+Q2)(v)其中(Q1+Q2)=(a1+a2,b1+b2,c1+c2).将对应于顶点各个相关平面的误差矩阵求和，求得该顶点的误差矩阵.在网格中，以各个边的误差矩阵为边的两个顶点的误差矩阵之和为Q=Q1+Q2，二次误差值即为Q(v).3.1.3 边折叠的递进网格LOD算法在虚拟矿井模型优化中的实现优化模型M0，M1，M2…需保持和原始的网格模型一定程度的相似特征，其重点在于边折叠的选择及边折叠后目标点位置的确定，这些取决于边折叠代价.当然他最好能够满足三个条件：①运算简单；②可提供原始模型到简化模型的简化记录；③可以对大部分网格模型进行简化.基于上述准则，为了更符合矿井的实际需求，将删除一条较短的边对整体模型形状的影响及二次误差值对模型表面平坦程度的影响作为参考，提出采用边长平方的乘积和二次误差值来衡量边折叠代价.边折叠代价计算公式为edgecolcost(v)=Q(v)×L2式中:edgecolcost(v)为边折叠代价；Q(v)为被折叠边的二次误差值；L为被折叠边的边长.被折叠边的选择：每次边折叠的选择应由折叠代价edgecolcost(v)以从小往大的排列顺序进行折叠.鉴于可能会发生边折叠操作引起三角形形状畸变等特殊情况，因此需要对边折叠后新产生的三角形网格模型进行检查.如果新产生的网格模型合理，则可实行边折叠操作，若出现畸变等特殊情况，则取边集合中下一条优先级的边进行折叠操作.需要考虑被折叠边选定后该边折叠生成的目标点的位置.对于大物体、宽场景三维模型的大数据量，为了提高简化效率，虚拟矿井模型直接利用原始数据.所以本算法中的新顶点还是被折叠边中较小代价的原始点，只要分别计算edgecolcost(v1)和edgecolcost(v2)的大小，由于L相同，则实际上也就是比较Q(v1)和Q(v2)的大小，选择其中边折叠代价较小的那个顶点就可以了.通过采用OpenGL编程实现上述边折叠的递进网格LOD算法技术的实现如下：//将a移到b，对ab边边折叠void Collapse(Vertex *a,Vertex *b)if(!b){delete a;//a是一个单独的点，所以只需删除他return;}int i;//建立tmp——a的所有相邻顶点的列表List<Vertex *>tmp;for(i=0;i<a->neighbor.num;i++){tmp.Add(a->neighbor[i]);}//删除以ab为边的三角形for (i=a->face.num-l;i>=0;i--){if (a->face[1]->Has Vertex(b)){delete (a->face[i]);}}//更新余下的三角形——用b代替afor (i=a->face.num-l;i>=0;i--){a->face[i]->ReplaceVertex(a,b);}delete a;//重新计算临近顶点的边折叠代价for (i=0;i<tmp.num;i++){Compute Edge Cost At Vertex (tmp[i]);}}经过上述算法对虚拟矿井中的一个矿车进行简化实验后，得出数据见表2.相应的图4为矿车的模型网格层次图，其中图4(a)是矿车的原始细节层次图，而图4(b)是经过算法简化后的比较粗糙的细节层次模型.从结果可以看出，经过简化后的小车面片的顶点和三角面数明显减少.3.1.4 碰撞检测的实现用户在交互过程中，为了能逼真的显示三维仿真场景，保证情况的真实性，给人以沉浸感，防止在仿真过程中出现“穿墙而过”、“穿土而入”等现象，从而降低模拟仿真的可信度，不能给人以真实感，所以需要运用到碰撞检测技术，计算相应的碰撞是否发生.分析碰撞检测方法，明确碰撞对象是碰撞检测技术的关键.对于边线平行于坐标轴时系统选择AABB包围盒方法[11]来实现碰撞检测，对于不平行于坐标轴的物体采用包围圆的方式实现碰撞检测，取斜边的两个顶点，算出斜边的中间点，然后让中间点向上或者下稍微偏移一点，这样就是一组不在一条直线上的三个点，通过这三个点可以确定一个巨大的圆，就可以通过计算摄像机与圆心的距离来判断是否发生碰撞.本系统中，当人与矿井中其他物体发生碰撞后，就不再继续向前运动.程序中核心代码如下：iftf(inti){//真为碰撞float a1=fabs(g_eye[2]-objposi[i].z);float b1=fabs(g_eye[0]-objposi[i].x);r=sqrt((a1*a1)+(b1*b1));//计算摄像机与圆心的距离int c;if (g_eye[2]>-4926) c=0;if (g_eye[2]<=-4926) c=1;}switch(c){case0:if(fabs(g_eye[0]-objposi[i].x)<objposi[i].sizew/2&&//包围盒碰撞检测fabs(g_eye[2]-objposi[i].z)<objposi[i].sizel/2)returnTRUE;else returnFALSE;break;case1:if (r<objposi[i].size)returnTRUE;else return FALSE;break;}//包围圆碰撞检测通过以上的代码检测，如果碰撞为真，则摄像机位置返回上一次的位置，如果碰撞为假，则继续漫游，这样就完成了三维漫游中的碰撞检测.3.2 虚拟矿井系统的实现针对虚拟数字化矿井系统的功能要求将系统分为三个相对独立的模块，三维总体模型的显示和优化模块、数字化矿井系统场景显示平台和系统交互性.本系统设计的系统运行原理如图5所示.3.2.1 虚拟矿井3D场景实现1) 本系统中三维矿井场景的建模过程主要分为两步：① 采用建模软件中的基本多边形方法对矿井的巷道和其他相关设施建好大致模型，接着对建好的模进行细节修改，使模型的形状及外观符合要求；② 利用采集到的相关照片资料，对模型表面绘制贴图，利用图像处理软件对模型进行处理，添加光照、颜色、纹理等特殊效果，使模型更加真实.2) 通过矿井中各设备各物体的分布图和具体的平面图建立一个和真实矿井一模一样的虚拟矿井，需要三维空间数据和真实影像数据两种数据，具体包括巷道平面和高度数据、纹理数据等.虚拟矿井系统的数据处理程序如图6所示.① 构建各个单体设备的单个模型及巷道模型，并分别对设备模型以及巷道模型进行纹理贴图；② 将矿井场景中的模型分别输出为VRML文件；③ 将导出的模型使用Inline节点内联到一个大的VRML 文件当中，导入摄像机、光照及视点等所需文件，完成了虚拟矿井应用系统全部的三维模型的整合.3) 纹理数据处理：纹理数据处理采用拍摄并绘制的方法.① 利用摄像机采集矿井里所有设备的各个细节信息并导入电脑；② 运用图像软件进行扭曲、斜切等调整，对原始图像进行切割，调整图像的对比度及部分颜色的填充，以JPG、TGA等格式进行储存；③ 对矿井系统的三维模型进行优化，完成虚拟矿井系统总体三维模型的输出.4) 三维模型数据转换：运用3ds Max建模工具画出相关素材的实际尺寸和样式，如相应的模型纹理贴图以及虚拟矿井巷道的总体平面图等，然后利用接口技术对模型进行相应的转换，将其输入到矿井场景数据库中，有利于应用程序的调用.3.2.2 虚拟矿井的人机交互虚拟矿井系统的虚拟仿真环境通过键盘、鼠标、显示屏与用户进行交互，通过用户的输入实时的反馈给系统，系统将对这些输入进行计算和处理，输出结果到显示器上，使用户看到的景物细节更加逼真，符合自然规律.一个友好交互的虚拟矿井系统，需要对人机交互系统和其主要模块的构成，有一个概括的阐述.该系统界面包括系统说明、安全章程、用户管理、进入系统、设备管理、故障管理这几大模块功能，如图7所示这是程序的主界面，用户登录成功可以进到这个页面.3.2.3 三维漫游的实现基于虚拟现实技术的数字化矿井应用系统中最重要的部分是矿井内的漫游.用户经过界面进入漫游系统是整个系统的核心，通过设备的运转、矿车的运动、采矿的过程来对矿井中的煤矿生产进行教育训练和学习了解.虚拟矿井漫游系统的实现主要是通过一台摄像机模拟人眼对场景中景物进行观察.在OpenGL中主要通过gluLookAt(…)函数来对虚拟矿井场景进行观察，这个函数是用来改变虚拟矿井场景中视点的位置.这个视点的位置代表的是用户眼睛的位置.当用户控制主视角在虚拟矿井场景中漫游时，看到远处的景物模型越来越近，则说明视点在虚拟矿井场景中的位置发生了变化.gluLookAt(…)函数如下：gluLookAt (GLdouble eyex,GLdouble eyey,GLdouble eyez,GLdouble centerx,GLdouble centery,GLdouble centerz,GLdouble upx,GLdoubleupy,GLdouble upz)gluLookAt(…)函数是用来控制摄像机的，其中前三个参数表示摄像机的摆放位置，中间三个参数表示视点位置，也就是摄像机需要对准哪个点进行观察，后面的三个参数表示摄像机的朝向，通过这三组参数移动摄像机位置，改变视点就可以实现摄像漫游，漫游效果如图8所示.1) 分析了矿井巷道及巷道内设备的三维几何建模技术，利用3ds Max建模软件实现了三维虚拟矿井的整体场景和部分设备模型的建模.2) 运用LOD算法，对递进网格简化算法进行改进.提出基于边折叠的递进网格LOD算法，该算法以边折叠操作为基础，通过运算简便的边折叠代价，选择合理的边和顶点重新生成三角化模型，实现边折叠操作，达到递进网格模型快速生成的需求，运算简便、加载速度快、占用内存少，并且保证了简化模型和原始模型的相似性.3) 通过对虚拟矿井应用系统分析，实现了三维巷道可视化，通过包围盒方法实现了碰撞检测，并在OpenGL的3D图形界面上实现了文字提示等交互功能，完成了虚拟矿井应用系统的开发，实现友好的交互界面，系统逼真的再现了煤矿井下场景和设备，满足了煤矿安全生产教育训练的要求.(in Chinese)[3] 赵沁平,沈旭昆,吴威，等.分布式虚拟环境DVENET研究进展[J].系统仿真学报,2000,12(7):291.ZHAO Qinping,SHEN Xukun,WU Wei,et al.Research Progress of Distributed Virtual Environment DVENET[J].Journal of SystemSimulation,2000,12(7):291.(in Chinese)[4] 董士海.人机交互的进展及面临的挑战[J].计算机辅助设计与图形学报,2004,16(1):1.DONG Shihai.Progress and Challenge of Human-ComputerInteraction[J].Journal of Computer-Aided design & Computer Graphics,2004,16(1):1.(in Chinese)[5] 高文,陈熙霖,晏洁.虚拟人面部行为的合成[J].计算机学报,1998,21(8):694. GAO Wen,CHEN Xilin,YAN Jie.Synthesis of Facial Behavior for Virtual Human[J].CHINESE J COMPUTERS,1998,21(8):694.(in Chinese)[6] SQUELCH A P.Virtual Reality or Mine Safety Training in Stitute of Mining and Metallurgy,2001.101(4):209.[7] 蔡治邦.矿井安全生产虚拟现实系统的研究[D].焦作：河南理工大学,2010. CAI Zhibang.Research on Virtual Reality System of MineSafety[D].Jiaozuo:Henan Polytechnic University,2010.(in Chinese)。

矿井三维模型可视化系统的设计与实现

矿井三维模型可视化系统的设计与实现之五兆芳芳创作摘要：巷道包含了庞杂的拓扑信息和空间信息，是矿井其他信息的空间载体，其建模尤为重要.本文针对矿井三维模型可视化的需要，设计并实现了一套基于Java语言的矿井三维可视化模型.系统主要包含不合断面巷道模型的分类和参数化构建、矿井液压支架模型的实现、巷道纹理材质库的选择、光照选择，巷道漫游等.关头词：矿井三维可视化，JOGL，Java，巷道1引言数字矿山作为一种庞杂的三维空间信息系统，不但能够存储、阐发和表达真实矿山中各类空间实体对象的属性信息，并且涉及大量庞杂的空间定位特征及可能拓扑关系的组织和办理.因而，数字矿山的三维空间数据模型是联结真实矿山世界和计较机中抽象的矿山世界的桥梁[1].本研究就是对矿井三维模型可视化系统进行设计与实现.通过数字矿山扶植至少可以在以下几个方面给矿山企业带来利益：1、提高矿山企业的生产效率和资源优化；2、增强矿山的平安办理，积极的预防矿难事故；3、下降决策的风险性，提高企业快速反响能力.本文针对煤矿井下情况抽象出各类图元，在空间上模拟真实井下系统，实现了矿井三维模型可视化系统[2-3].2 JOGL图形库JOGL是Java对OpenGL API绑定的开源项目并设计为采取Java开发的应用程序提供2D/[4-5]标准中的API和几近所有第三方开发商的扩展提供完整拜访，并且集成了AWT和Swing界面组件.JOGL函数库的复杂抽象要比高度抽象如Java 3D函数库执行起来高效的多，因为其大部分代码是自动生成的，所以JOGL的升级可以迅速的与OpenGL升级相统一[6-8].3矿井三维模型可视化的设计巷道由于存在于地下，其数据提取不像地表实体一样复杂.巷道图元与巷道图元间采取非直线形式，以实际角度进行弧形连接.按照巷道的不合用途，其断面形状，宽度，高度也都不一样，所以可以从巷道断面形状入手抽象出几例模型.模型依照断面分类，可以复杂分为矩形断面巷道，梯形断面巷道，拱形断面巷道，圆形断面巷道.各例巷道图元按照其断面形状，自然具备其属性数据[9].在点线面模型中，最根本的是点和线，面和体是通过线复合而来的，所以设计巷道的主要思路为点和线的确定，然后组成面和体[10].巷道图元的整体设计，绘制起点设定在笛卡尔坐标系的原点，巷道向屏幕z 轴负标的目的延伸.笛卡尔坐标系如图3.1所示.比方矩形断面巷道：矩形断面巷道需要接受的参数包含：矩形宽，高，以及巷道的长.当给定参数后开始建模，按照点绘制面，进而组成体.如上所述，修建的起点位于笛卡尔坐标系原点，绘制的标的目的为先绘制矩形左竖直面，然后依照顺时针标的目的，将其他面逐渐构出.使用OpenGL 函数按照点坐标绘制出三角形，然后再拼成巷道模型.如图3.2所示：按照以上三维模型阐发，在OpenGL 情况下可以从点坐标入手，以相应绘制模式构建出三角形面，继而构建成为矩形面，最终构建成不合类型的巷道模型，实现各类巷道模型的可视化成立[11].液压支架三维模型阐发液压支架的型式良多.煤矿液压支架有以下属性特点，按照中间顶杠的有力伸缩，支架高度可以调节；支架前面板可以自由旋转角度，以灵活的支撑采区顶部.由此，可以在设定了其单个支架的大小后，连续排在采区进行模图3.1 笛卡尔坐标系图3.2 矩形巷道数学模型成立拟.其三维模型需要考虑以下问题：一是液压支架的连动部分是按照其两排支柱的伸缩来控制，二是前支架面板的旋转角度可以自由设定.由上阐发，设支柱高度参数为PlankHeight，支架前面板水平旋转角度参数为FrontPanelAngle.如图3.3所示，当支柱凹凸伸缩时，左边随之旋转的面板旋转角度设为LeftTurnAngle，而左边上下两块面板的旋转夹角设为InterturnAngle.此处还有一个假定数据是面板长度，假定液压支架的上下两块面板大小一样，左边两块随动面板与上下两块面板大小也都一样.图3.3 液压支柱数学模型巷道图元的连接三维矿井情况下，使用已经抽象出的巷道图元，搭建走向不合的巷道时需要将巷道图元以一定的角度连接起来，从而组建成为真正的三维矿井走向图.以下是巷道仰望连接拐角图：补齐圆办法矩形连接拐角的主要功效是将两个矩形巷道图元连接起来，所需要的参数就是两个矩形巷道图元的对接参数，包含两个巷道宽度，高度，标的目的.将两个巷道的参数输入，就可得到图元拐角.如图3.4所示：这种算法，称为“补齐圆法”，即便用所给参数将两巷道图元用弧形连接起来，而内外的这两段弧形必是某圆上的一段，而这个圆唯一.按照图元连接坐标战争缓长度将圆补齐，再按照圆心角和半径求出平缓过渡的单元坐标.由于三维矿井的概念是开放性的，所以本文的设计并不是是针对某一矿井，而是按照特定矿井实体数据构建出三维模型，将矿井巷道以及其他设备图元化，按照实体数据搭建模型.另外，在搭建总体的三维虚拟矿井时，也需要一些其他东西做渲染帮助，如光照.系统提供两种光照方法，散光源和点光源.两种光源都是为模拟不合场景提供选择使用.如图3.6所示：4 系统运行图3.4 矩形巷道连接拐角图3.6 构建巷道综合显示效果就是将液压支架放入巷道的采区中，再配合光照和交互，进行实际的巷道模拟进行综合的显示.运行效果如图4.1所示：图4.1 采煤区综合显示5 结论本文按照矿井三维可视化的需求，主要对矿井三维模型可视化做了阐发和设计.将矿井内巷道、液压支架等多个实体参数综合到计较机中.本文的设计和阐发对提高煤矿企业效益，构建数字矿山等都具有深远意义.。

三维巷道场景中虚拟漫游路径优化研究

三维巷道场景中虚拟漫游路径优化研究程芳;徐华【摘要】Virtual roaming technology,as an important part of virtual reality,is increasingly applied to various fields such as mine,and the study of tunnel paths is one of its key factors.In order to enhance the reality of roaming and avoid the phenomenon of visual jitter and scene hopping,the scene roaming path is carried on optimization design.In this paper,through the analysis of the spatial data of the 3D tunnel,we construct a 3D tunnel model,and draw it based on the viewpoint transformation of OpenGL,so as to realize the viewpoint tracking for mining tunnel.On this basis,we use the linear interpolation and Cardinal spline curve fitting algorithm for optimization of the tracking path,which solve the problem of the jump and distortion in the roaming.The application in mine roadway shows that this optimization method can realize the smooth motion in the roaming,avoid the phenomenon of visual jitter and scene jumping,and also can be applied to other virtual scenes for realization of virtual roaming.%虚拟漫游技术是虚拟现实的重要部分,越来越多地运用到矿山等各领域,而对矿井巷道路径的研究是虚拟漫游的关键因素之一.为增强漫游的真实感,避免视觉抖动和场景跳跃现象,对场景漫游路径进行优化设计.首先通过对三维矿井巷道空间数据的分析,构建了三维矿井巷道模型,并在基于OpenGL的视点变换的基础上绘制三维巷道模型,实现对矿井巷道的视点追踪.然后在此基础上,运用线性等分插值和Cardinal样条曲线相结合的拟合算法,对视点追踪路径进行了优化,解决了漫游过程中视点跳跃现象和失真现象.矿井巷道的实际场景应用表明,该方法实现了漫游过程中自然平滑的运动,达到了视觉上场景的平稳移动,并能够适用于其他虚拟场景,实现场景虚拟漫游.【期刊名称】《计算机技术与发展》【年(卷),期】2018(028)002【总页数】5页(P140-144)【关键词】三维巷道;虚拟漫游;视点追踪;路径优化;Cardinal【作者】程芳;徐华【作者单位】北京化工大学信息科学与技术学院,北京100029;北京石油化工学院信息工程学院,北京102617【正文语种】中文【中图分类】TP391.90 引言随着数字化进程在金属矿山领域的发展，视景仿真技术和虚拟漫游技术越来越多地运用到矿山生产等各个领域。

矿井三维模型可视化系统的设计与实现

矿井三维模型可视化系统的安排与真止之阳早格格创做纲要：巷讲包罗了搀纯的拓扑疑息战空间疑息，是矿井其余疑息的空间载体，其修模尤为要害.本文针对于矿井三维模型可视化的需要，安排并真止了一套鉴于Java谈话的矿井三维可视化模型.系统主要包罗分歧断里巷讲模型的分类战参数化构修、矿井液压收架模型的真止、巷讲纹理材量库的采用、光照采用，巷讲漫游等.闭键词汇：矿井三维可视化，JOGL，Java，巷讲1弁止数字矿山动做一种搀纯的三维空间疑息系统，没有但是不妨保存、分解战表白真正在矿山中百般空间真体对于象的属性疑息，而且波及洪量搀纯的空间定位特性及大概拓扑闭系的构造战管造.果而，数字矿山的三维空间数据模型是联结真正在矿山天下战估计机中抽象的矿山天下的桥梁 [1].本钻研便是对于矿井三维模型可视化系统举止安排与真止.通过数字矿山修造起码不妨正在以下几个圆里给矿山企业戴去佳处：1、普及矿山企业的死产效用战资材劣化；2、加强矿山的仄安管造，主动的防止矿易事变；3、落矮计划的危害性，普及企业赶快反应本领.本文针对于煤矿井下环境抽象出百般图元，正在空间上模拟真正在井下系统，真止了矿井三维模型可视化系统[2-3].2 JOGL图形库JOGL是Java对于OpenGL API绑定的启源名目并安排为采与Java启垦的应用步调提供2D/[4-5]典型中的API战险些所有第三圆启垦商的扩展提供完备考察，而且集成了AWT战Swing界里组件.JOGL函数库的简朴抽象要比下度抽象如Java 3D函数库真止起去下效的多，果为其大部分代码是自动死成的，所以JOGL的降级不妨赶快的与OpenGL降级相统一[6-8].3矿井三维模型可视化的安排巷讲由于存留于天下，其数据提与没有像天表真体一般简朴.巷讲图元与巷讲图元间采与非曲线形式，以本量角度举止弧形对接.根据巷讲的分歧用途，其断里形状，宽度，下度也皆纷歧样，所以不妨从巷讲断里形状进脚抽象出几例模型.模型依照断里分类，不妨简朴分为矩形断里巷讲，梯形断里巷讲，拱形断里巷讲，圆形断里巷讲.各例巷讲图元根据其断里形状，自然具备其属性数据[9].正在面线里模型中，最基础的是面战线，里战体是通过线复合而去的，所以安排巷讲的主要思路为面战线的决定，而后形成里战体[10].巷讲图元的完全安排，画造起面设定正在笛卡我坐标系的本面，巷讲背屏幕z 轴背目标蔓延.笛卡我坐标系如图3.1所示.比圆矩形断里巷讲：矩形断里巷讲需要担当的参数包罗：矩形宽，下，以及巷讲的少.当给定参数后启初修模，根据面画造里，从而形成体.如上所述，构筑的起面位于笛卡我坐标系本面，画造的目标为先画造矩形左横曲里，而后依照逆时针目标，将其余里渐渐构出.使用OpenGL 函数根据面坐标画造出三角形，而后再拼成巷讲模型.如图3.2所示：根据以上三维模型分解，正在OpenGL 环境下不妨从面坐标进脚，以相映画造模式构修出三角形里，既而构修成为矩形里，最后构修身分歧典型的巷讲模型，真止百般巷讲模型的可视化修坐[11].液压收架三维模型分解液压收架的型式很多.煤矿液压收架有以部下性特性，根图3.1 笛卡我坐标系图3.2 矩形巷讲数教模型修坐据中间顶杠的有力伸缩，收架下度不妨安排；收架前里板不妨自由转动角度，以机动的收撑采区顶部.由此，不妨正在设定了其单个收架的大小后，连绝排正在采区举止模拟.其三维模型需要思量以下问题：一是液压收架的连动部分是根据其二排维持的伸缩去统造，二是前收架里板的转动角度不妨自由设定.由上分解，设维持下度参数为PlankHeight，收架前里板火仄转动角度参数为FrontPanelAngle.如图3.3所示，当维持下矮伸缩时，左边随之转动的里板转动角度设为LeftTurnAngle，而左边上下二块里板的转动夹角设为InterturnAngle.此处另有一个假设数据是里板少度，假设液压收架的上下二块里板大小一般，左边二块随动里板与上下二块里板大小也皆一般.图3.3 液压维持数教模型巷讲图元的对接三维矿井环境下，使用已经抽象出的巷讲图元，拆修走背分歧的巷讲时需要将巷讲图元以一定的角度对接起去，从而组修成为真真的三维矿井走背图.以下是巷讲俯视对接拐角图：补齐圆要领矩形对接拐角的主要功能是将二个矩形巷讲图元对接起去，所需要的参数便是二个矩形巷讲图元的对于接参数，包罗二个巷讲宽度，下度，目标.将二个巷讲的参数输进，便可得到图元拐角.如图3.4所示：那种算法，称为“补齐圆法”，纵然用所给参数将二巷图3.4 矩形巷讲对接拐角讲图元用弧形对接起去，而内中的那二段弧形必是某圆上的一段，而那个圆唯一.根据图元对接坐标战仄慢少度将圆补齐，再根据圆心角战半径供出仄慢过度的单元坐标.由于三维矿井的观念是启搁性的，所以本文的安排并没有是是针对于某一矿井，而是根据特定矿井真体数据构修出三维模型，将矿井巷讲以及其余设备图元化，根据真体数据拆修模型.其余，正在拆修总体的三维假造矿井时，也需要一些其余物品干渲染辅帮，如光照.系统提供二种光照办法，集光源战面光源.二种光源皆是为模拟分歧场景提供采用使用.如图3.6所示：图3.6 构修巷讲4 系统运止概括隐现效验便是将液压收架搁进巷讲的采区中，再协同光照战接互，举止本量的巷讲模拟举止概括的隐现.运止效验如图4.1所示：图4.1 采煤区概括隐现5 论断本文根据矿井三维可视化的需要，主要对于矿井三维模型可视化干了分解战安排.将矿井内巷讲、液压收架等多个真体参数概括到估计机中.本文的安排战分解对于普及煤矿企业效用，构修数字矿山等皆具备少近意思.。

复杂巷道工程三维可视化建模方法研究及应用

复杂巷道工程三维可视化建模方法研究及应用徐海,罗周全,刘晓明(中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙410083)摘要:针对某矿山的具体工程实际,运用Surpac 、D i m i ne 等数字化工具,开展了矿山复杂巷道三维可视化建模方法研究,形成了二种有效的巷道三维建模方法,并通过分析、对比不同巷道三维建模方法的优缺点,优化建模参数,提高了巷道三维建模的精度。

三维可视化建模方法在某矿山巷道的应用结果表明,所建模型可靠,可辅助矿山进行巷道优化设计和巷道工程施工计划编制等。

关键词:三维可视;巷道工程;Surpac ;D i m i ne ;三维建模中图分类号:TD672文献标识码:A文章编号:0253-6099(2011)01-0019-05St udy of 3D Visualiz ationM odeli ngM et hods f or Co mple x Road way Engi neeri ngand Its ApplicationXU H a,i LUO Zhou quan ,LI U X iao m i n g(School o f Res ources and Safety Engineering,Central South University,Changsha 410083,H unan,Ch i n a )Abst ract :In vie w o f practical pro j e cts i n one m i n e ,stud ies have been undertaken on 3D v isualization m ode ling m ethods for co m plex r oadw ay eng i n eering by using soft w are ,such as Surpac and D i m i n e ,and t w o effecti v e v isualizati o n m odeling m ethods were obta i n ed .A fter analysis and co m parison of advantages and disadvan tages of 3D m odeli n g m ethods ,the accuracy of t h e three di m ensional r oadw ay m odeling has been i m proved by opti m izi n g m odel para m eters .The app lication of 3D v isualization m odeling m e t h ods i n so m e m ini n g roadw ay sho w ed that the 3D m odel estab lished is reliable and help f u l for roadw ay design opti m izati o n and prepari n g eng ineeri n g plann i n g .K ey w ords :3D visua lizati o n ;roadw ay eng ineeri n g ;Surpac ;D i m ine ;3D m odeli n g 矿山巷道三维建模是矿床三维建模的重要内容,也是实现地下巷道的可视化表达、空间分布优化分析及提高矿山生产管理水平的重要手段。

一种三维GIS矢量数据结构的研究――以矿山应用为例

一种三维GIS矢量数据结构的研究――以矿山应用为例关键词三维地理信息系统矢量数据结构六组拓扑结构层次树矿山Abstract Discussing the shortcoming existing in the traditional data structure and according to the underground mining condition and referring to 2D vector GIS topologic data structure， the authors propose six groups structures to describe topologic relations among six elements: Point-node， ARC， Ring， Surface， Body， and Complex object.“Levels-tree”is to be used to maintain the six group topologic structures dynamically. Finally， the authors give a whole description of a typical complex object of underground mining.Some experiments are made to prove that the six group topologic structures raises the needs for spatially oriented GIS form the points of view of mining related activities and the data structure on maintain topologic structure can be reduced to a large extent by using the “Levels-tree” technique.Keywords 3D-GIS， Vector data structure， Six group structures，Levels-tree， Mine1 引言矿山地理信息系统（Mine Geographic Information System）所处理的空间数据，从本质上讲是三维连续分布的，而且垂直方向上的信息和水平方向上的信息具有同等重要的意义。