基于网络的矿山三维巷道建模方法研究

针对现有巷道三维模型的构建多是基于单机的建模方法,存在网络环境下模型共享困难的问题,研究了一种基于网络三维图形技术的巷道建模实现方法。该方法通过巷道底板中线等特征线和断面参数,经过三维坐标转换得到断面三维线,采用分段建模算法快速建立三角形条带巷道三维模型;采用在网页中嵌入HOOPS 3D流控件和三维模型的HSF流文件实现巷道三维模型的网络发布,并借助网络三维图形技术实现了通过浏览器对大规模巷道三维模型的访问和交互。     

一种三维地下巷道建模的改进方法

三维地下巷道建模是矿山虚拟现实的关键技术,存在建模速度慢、巷道交岔口处容易重合等问题。提出了一种基于中心线断面生成三维地下巷道模型的改进方法,该方法根据原始的CAD二维平面图,通过提取关键点来生成中心线和断面线,快速建立了精确的三维地下巷道模型。以某矿山井下斜坡巷道总体布置图和其-425m中段平面联合布置图为例进行三维巷道生成虚拟现实场景,证明了此改进方法的有效性和实用性。     

掘进机断面监视系统性能试验方法研究

针对断面监视系统的一般工作原理,提出了一种断面监视系统性能试验方法。该方法通过建立机身和巷道基准来测量截割头表面特征点的空间位置,当截割头在断面监视系统引导下完成整个断面扫描后,将获得的一系列特征点空间轨迹按照机身和巷道基准投影到定义断面轮廓的平面上,从而形成实际断面轮廓;最后按照角度偏差、位置偏差和形状偏差三类指标对实际断面轮廓和设计断面轮廓进行比较,完成对断面监视系统的性能评价。试验结果验证了该方法的有效性和正确性。     

巷道实体的三维建模研究与实现

阐述了中线加断面生成巷道体三维建模方法,然后对相交情况下的巷道体进行布尔运算生成贯通的巷道。针对建模过程中存在的巷道断面的三维坐标转换、三角网格的生成、巷道体之间的布尔运算等关键技术,提出了具体的解决方法,并给出了最终的实验结果,实验验证了此三维建模方法的可行性。     

矿井通风系统三维模型的构建与应用

现有的巷道三维模型建模算法复杂,且以巷道两端端点坐标直接确定巷道的走势,不能较好地体现巷道的起伏。针对上述问题,以煤矿工程平面图为基础数据,利用巷道间的拓扑关系进行定位点采集,采用中心线加载断面的算法构建了矿井三维巷道模型。基于矿井三维巷道模型,将通风设施模型同步到三维系统中,生成了矿井通风系统三维模型及相应数据库,生成的立体图能清晰地展示矿井巷道的整体走势,结合数据库信息管理可对矿井模型进行添加、修改等智能操作。实际应用结果表明:该模型实现了矿井通风系统二维图到三维图的快速转换,可真实地展示煤矿巷道信息及工作面状况,生成的矿图数据库可实时更新,为研究矿井通风网络解算和灾变模拟提供了优良平台。     

一种长巷道形变监测中轴线提取及断面构建方法

三维激光扫描技术被广泛用于长巷道形变监测技术的研究中,但目前的研究存在多次扫描采集到的点云数据基准点移位现象;采集到的相邻点云数据公共特征不明显,多站点云拼接后会导致累计误差增大;超前巷道形变受超前支架的影响。针对上述问题,以传统十字点法中顶底板中点与两帮重点交叉的方法为基础,提出了一种基于最小二乘法的巷道中轴线提取方法。巷道定义的直角坐标系的原点位于激光束发射处,z轴位于激光扫描器的竖向扫描面内;x、y轴均位于仪器的横向扫描面内,中轴线反映了巷道整体的走向和姿态。在巷道掘进完成未受采动影响时,整条巷道进行第一遍扫描,通过最小二乘法确定整条巷道的中心点,将各中心点连接并拟合出一条完整的中轴线。在后续的巷道变形监测中,每监测一次均通过第一次的中点位置进行点云数据叠加,准确获得巷道断面内各个点云的变化情况,进而获得巷道的形变。基于拟合的中轴线构建巷道断面。采用三维激光扫描系统在塔山煤矿30507工作面回风巷对巷道形变进行了测试,结果表明：(1)巷道形变随着测点距工作面距离的增大而变小,且30507工作面回风巷的超前影响范围为150 m,巷道形变的最大点位于底板临近采空区一侧。(2)三维激光...     

类螺旋特征测点数据的闭曲面建模方法研究

复杂曲面及海量点云测量数据的曲面建模已成为通用CAD/CAM软件的重要功能;然而,对于复杂的闭曲面建模方法,仍然存在许多技术上的难题,至今尚未能很好的解决,比如,基于海量的测量数据,如何进行闭曲面特征点识别,如何进行区域分割与处理,这一切都使得闭曲面建模过程中很难采用已经成熟的自由曲面建模技术和方法.通过研究异步仿形测量原理以及测量数据类型,针对鞋楦测量形成的空间螺旋线数据特征,提出一种闭曲面建模方法.该方法包括如下步骤:首先对测量点数据处理;并以特征螺旋线数据为基础对曲面进行三角分割;最后,以三角Bezier曲面为基础进行曲面构造,并将各曲面进行拼接、裁剪,形成完整的曲面.采用该方法对鞋楦测量数据的建模实例说明,能够有效地对具有空间螺旋线数据特征的闭曲面进行数据处理、曲面重构,提高了产品建模效率.     

基于稀疏三维散点的地下巷道可视化重建方案

为了对地下巷道进行三维可视化重建,提出了一种基于稀疏三维散点的巷道可视化方案.根据地下巷道的形状规律,建立了梯形断面巷道的三维数学模型,将巷道分为多段,根据稀疏的三维散点得到每段巷道的中心线位置、长度数据和断面顶点,画出每段巷道的各个面,以完成整条巷道的重建.实验验证表明,该方法可视化巷道所需要的三维点数量很少,且有一定抗噪性,稳定性.     

涡轮叶片冷气通道转接段的特征分析及建模

冷气通道转接段是航空发动机涡轮叶片中的复杂曲面特征。通过对冷气通 道转接段进行特征分析,提出其建模方法,从数学上证明了该方法可实现对冷气通道的G1 光滑转接,提取关键建模参数,并编写程序实现了冷气通道转接段的参数化设计,达到了快 速建模和快速修改的目标,同时也为涡轮叶片中其他复杂特征的参数化设计提供了借鉴。     

基于圆柱体轴向包围盒检测的巷道相交建模

针对岩土工程中三维巷道相交建模复杂、运算时间长的问题,根据巷道的几何特性,提出了一种圆柱体-轴向包围盒的双层包围盒检测方法。该方法能够快速查找出可能相交的三角形单元,结合三维实体布尔运算实现了一种不规则三角形网(TIN)巷道曲面相交的快速构建方法。详细讲述了圆柱体-轴向包围盒(AABB)双层包围盒碰撞检测的基本原理以及实体相交布尔运算中的关键技术,对生成的实体网格提出优化方案。通过工程实例验证,在巷道曲面相交建模中,相比于层次有向包围盒(OBB)算法,圆柱体-AABB双层包围盒在包围盒生成方面效率提高近50%,具有建模简单、检测时间短、顶层检测准确度高等特点。     

Space corner smoothing of CNC machine tools through developing 3D general clothoid

Tool paths defined by G01/G02/G03 commands need to be smoothed to eliminate the discontinuities of velocity, acceleration and jerk at the junction points. Because of inherent problems of curve fillets, traditional corner smoothing strategies are limited to the smoothing of corners in plane. This article presents a method to smooth the space corners through blending the position, tangent, curvature and sharpness of the adjacent trajectory segments based on 3D general clothoid splines, which are analytically developed by proposing 3D clothoid with G³ continuity. The 3D general clothoid realizes extending the traditional clothoid from 2-dimension to 3-dimension, and reserves some good properties of the traditional clothoid, i.e. the curve length parameterization and the analytically expressed curvature. It can also achieve higher degree of continuity compared to the traditional 2D clothoid. Based on the proposed 3D general clothoid, a corner smoothing algorithm, which is suitable for the smoothing of any planar or space line-line, line-arc or arc-arc pairs with G³ continuity, is proposed. At the same time, a smoothing-error-constraining-algorithm is developed to constrain the smoothing error within the tolerance. Simulation and experimental results, which are obtained from the smoothing of trajectories containing space corners, trajectories containing planar corners with G02/G03 commands, and trajectories containing planar corners with only G01 commands, demonstrate that the proposed corner smoothing algorithm can effectively increase the machining quality and efficiency.     

基于角点网格的复杂地质模型表面提取算法

在低渗透、老油田的二次开发过程中,基于三维地质模型的综合分析、设计越来越重要。其中复杂三维地质模型的构建也是重难点。分析了实际工程应用中的现实需求,并基于现有技术选择了基于角点网格的地质模型作为切入点,在介绍角点网格的相关定义与特点的基础上,针对现有关于角点网格的研究主要集中在对角点网格的划分方法上的现状,提出了一种新的对基于角点网格形式表示的复杂地质体提取其表面模型的方法,并详细介绍了算法思路及处理流程。通过多组样例数据及实际油田数据的验证,得到了所需的表面模型并且效率满足实际要求,提出的方法能有效提取基于角点网格的复杂地质体表面模型。     

三维隧道矢量模型生成方法

在矢量模型的基础上设计一种隧道生成方法,在保证隧道形态正确的同时,将隧道模型的生成与连接处的平滑一次性完成。它首先在中心线上插入垂直的断面组,然后根据隧道截面形状生成一组平行线起始点,并将平行线与断面组求交,最后连接对应断面上的交点完成建模。针对隧道连接处处理这个难点,在隧道连接处插入旋转的断面组,使生成隧道体的同时又完成了连接处的平滑处理,既保证隧道无缝连接又降低了算法的复杂度。     

形态学尺度空间城市建筑物自动分类算法

建筑物类型的确定可为3维重建、图像检索等提供重要依据,而实现其自动判断往往是困难的。通过分析城市建筑物中两大基本类型建筑物的角点特点,利用大尺度形态筛获得初步轮廓区域;通过改进Hough变换和提出的线段、角点优化算法,对各类型角点进行分类统计,实现数码相机拍摄的平顶和非平顶建筑物的自动分类。通过对几十幅采集的建筑物图像进行实验证明,提出的线段优化算法可以有效消除错误轮廓线的影响,进而实现建筑物类型判断,准确率可以达到80%。     

真实感3D人脸快速建模研究*

现有的三维人脸建模方法存在三点不足：建模条件苛刻、建模精度不高和建模时间长。针对以上不足,提出明暗恢复形状（SFS）和局部形变模型融合的3D人脸建模方法。该方法利用SFS快速恢复3D人脸粗糙数据,得到3D轮廓脸;然后分别对人脸不同局部应用形变模型恢复其局部3D精确数据,并使用其对轮廓脸进行内插平滑处理重建出高精度3D人脸模型。实验结果表明：该方法能够获得较好的建模精度,在短时间内可以通过单幅真实图像重建出个性化的三维人脸模型。     

基于特征的复杂地铁车站三维数字建模方法与应用

三维地下空间数字建模中,地层建模通过三角网等方法已经能够方便地实现,地下建（构）筑物的快速建模目前仍然是一个难题,尤其是对体形复杂的地下结构,如地铁枢纽车站。通过将基于特征的建模方法应用于一个复杂地铁枢纽车站建模实例,证明基于特征的建模方法能够有效解决复杂地下建（构）筑物数字建模的困难。     

三维可视化建模方法在位场模拟中的应用

根据重磁位场正演模拟的要求,提出了一种基于截面的三维地质体可视化建模方法。该方法利用改进的最短对角线法构建截面间的地质体表面,改进的最短对角线法弥补了最短对角线法不能有效寻找起始点的缺陷,并能够处理任意角点数的截面之间的地质体表面构建。将其应用于重磁位场正演模拟可以使可视化数据结构和计算数据结构一致,简化了算法并提高了计算精度,因而提出的方法是一种有效实用的方法。     

面向水库型小流域的多源水利三维建模方法研究

针对大型河道三维可视化建模中采用激光雷达、声呐等传感器获取水下地形建模方式操作复杂且成本较高的缺陷,在利用基础测绘成果构建实景地形模型的基础上,采用多源三维模型融合方法对月塘水库小流域进行实景建模。首先采用倾斜摄影三维建模技术对重点水利工程进行实景建模,并利用专业建模软件对重要控制单元进行构件级建模;然后利用已有河道断面数据结合河流面状矢量数据,实现流域内胥浦河河道实景三维建模;最后通过人机交互方式对多源实景模型进行微调与相互印证,实现月塘水库小流域多源三维模型精准融合构建。研究成果可为河道型水库的预报调度与洪水风险分析提供可视化模型基础与决策支撑。