矿山虚拟现实系统建模技术研究

矿山虚拟现实系统建模技术研究

摘要:本文研究了虚拟现实建模过程中的相关技术问题,提出了一种3d虚拟矿山静态建模方法,并运用3ds max建立了虚拟矿山三维静态模型,包括井下巷道和井上建筑等三维实体建模,取得了较

好的初步应用效果。

关键词:虚拟现实静态建模vrml

中图分类号:tp391.9 文献标识码:a 文章编

号:1674-098x(2011)07(b)-0042-01

1 引言

虚拟现实技术是计算机技术发展到一定阶段的产物,随着虚拟现实技术的不断发展,将虚拟现实技术应用于矿山建设逐渐成为矿山数字化研究的热点,目前市场上出现不少成熟的矿山三维建模软件,如3ds max、gocad、maya、vrml等。本文研究虚拟现实建模过程中的相关技术问题,并运用3ds max建立了虚拟矿山中的矿井静态建模。

虚拟现实技术(virtual reality)的基本特征有沉浸性、交互性和构想性。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术等多种技术,对人的视觉、听觉、触觉等感觉器官的功能进行模拟,使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中,并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互,创建一种人性化的多维信息空间[1]。

3d studio max简称3ds max,是autodesk公司开发的基于pc系

统的三维动画渲染和制作软件。其主要特点包括:丰富的插件;操作简单;较好的兼容性;效果逼真。目前,3ds max被广泛应用于广告、影视、工业设计、多媒体制作以及工程可视化等领域[2]。

2 建模目标的获取及三维建模

2.1 建模目标体信息的获取

目标体是场景中目标建模的基础,工程图纸、目标体的机械图纸和实地考察是获取目标体的通用方法。建模目标体大致可以分为井上部分和井下部分,如图1所示。井上目标体包括:建筑物、机械设备、道路等。井下目标体包括:竖井、巷道、水管、矿车等。作者通过对河北省某铁矿的实地考察、了解矿井的详细情况,为建立矿井模型做了充分的准备[3]。

2.2 矿山系统实体建模

井上目标体建模需要了解建筑物、地表、机械设备、道路等外形构造,我们使用3ds max对目标体分别进行建模,图2为构造的井架模型。通过合成技术把井上的目标体合成到一起,调整标体的比例,从而使整体具有一定的协调性。井下实体建模时,

主要对竖井、巷道、矿车、采掘面、线路管道等目标体的建模。由于巷道之间复杂的空间关系和巷道的几何不规则性为井下建模

带来了一定的难度。巷道建模时,根据矿井结构的特点,首先建立中间层巷道,从而比较容易确定不同水平之间位置关系,建立整体的

框架,便于快速建模。在中间水平模型建好之后进行上一水平面巷道的按照这个顺序完成整道建模。完成巷道的整体模型之后把其他

井下目标体合成到巷道之中,并调后设置最后把井上把部分和井下部分进行组合,最终形成整体模型[4][5]。

3 实现方案

由于矿山系统庞大、设备众多,并随着各种模型的建立、纹理渲染等工作的展开,使得计算机运行速度明显减慢。要想使模型系统更加真实就要求各个部分的模型尽量精细化,但是模型的细化必然影响计算机的运行速度。处理好这对矛盾是本课题的难点。具体解决方案:(1)充分运用3ds max中的插件,如quicksilver渲染器,板岩材质编辑器、贴图和建模功能等。插件的充分利用不仅可以使模型过程简化,而且能够保证很好的模型的真实性。(2)对象重用:在虚拟场景中,许多模型是相同的,把相同的模型进行统一管理,这样不但减少了编码过程中的复杂性,而且减轻了系统开销,加快了浏览速度。(3)设置可视范围:在固定的可视范围内的场景模型可以显示出来,而在该范围以外的场景模型是不显示的,这样可以加快浏览速度,减少系统开销。

4 结论

本文研究了矿井的静态建模方法,并将建模结果初步应用于生产实际,对井下员工的培训起到了一定的作用。可以期待随着相关研究的深入,建模方法得到进一步完善,应用3ds max虚拟仿真软件可以很方便地实现场景的虚拟仿真。随着虚拟现实技术在矿山建设中的广泛应用,矿山数字化建设的逐步完善,虚拟现实技术将有助于提高我国资源生产效率,提高安全生产水平。

参考文献

[1] 张金钊,张金摘,张金锐.虚拟现实三维立体网络程序设计语言vrml[m].北京:清华大学出版社,2004.

[2] 蒋毅.3dstudiomax软件在虚拟现实技术上的应用[j].硅谷,2009,(4):78.

[3] 王志杰等.基于虚拟现实技术的矿山三维建模、显示及漫游系统[j].测绘工程,2006,15(4):45-47.

[4] 孙麒,刘迎春,徐春霞.基于vrml的虚拟场景漫游实现[j].计算机工程与设计,2008,29(14):3748-3751

[5] 谢义林等.虚拟数字矿山的研究与应用[j].矿业工

程,2006,5(1):56-59.