巷道三维构模及虚拟交互研究

摘 要：矿山井下巷道是矿山开采系统最为重要的组成部分,但其纵横交错、关系复杂,而巷道三维可视化系统可以对其进行客观、形象的描述。针对矿山的特性和应用需求,对巷道三维网络模型进行了研究,根据巷道原始导线点数据,将巷道抽象成结点、节点和巷道中线,并将其构成相应的拓扑关系,通过断面的加载和接口的处理实现巷道建模,再利用数据库技术和虚拟现实技术实现巷道数据的存储和三维巷道的虚拟可视化以及虚拟环境中的交互操作。最后,以山西某矿井下巷道数据,给出一个原型系统。     

基于WebGL的三维矿山巷道系统研究

介绍了基于WebGL的三维矿山巷道系统的架构,研究了数据源处理、巷道拓扑网络构建、巷道模型构建等基础问题,分析了数据预处理与清洗、规则建模、数据格式转换、二三维视图对应、路径分析等关键技术。该系统实现了三维巷道可视化并维持了三维巷道的拓扑关系。     

三维体可视化若干问题研究

首先对可视化技术特别是三维可视化算法进行了分析和对比，并根据体数据的建模方法对算法进行了归类，并指出了目前三维可视化技术存在的问题，继而从基于小波的分辨率模型的体绘制算法和基于Cluster模型的并行体绘制算法这两个方面具体探讨了对三维体可视化算法进一步研究的思路，首次提出了参数化的光照模型和图像质量评价的数学模型等概念。     

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。     

GIS数据预处理分析及若干算法的研究

该文在对GIS中数据预处理的功能进行分析的基础上重点对弧段的相交判断和结点匹配算法做了研究,详细分析了线段相交的各种情况,对弧段相交算法做了归纳和补充,该算法能全面准确地判断出相交的弧段,提出的结点匹配算法可以保证结点匹配后不会产生新的相交。     

基于多级线性结构和规则分块的虚拟八叉树

提出一种基于多级线性结构和规则分块、无指针/无位置码的虚拟八叉树模型,具有高效的结点访问效率和存储空间压缩效率,实现了指针八叉树在时间效率、线性八叉树在空间效率两方面优势的统一。新模型能够对三维实体及其内部的非均质属性进行建模,可以保证各种可视化与分析算法的处理效率,在空间信息系统和体图形学等实体建模相关的领域中具有重要的研究意义和应用价值。     

三维河床地形可视化浏览系统研究与实现

主要讨论了如何利用改进的离散数据网格化方法快速实现离散地形数据预处理。详细介绍了在综合运用改进的离散数据网格化算法、三维地形建模、真实感图形绘制、三维坐标查询以及人机交互等三维可视化相关技术的基础上,利用OpenGL基本函数编程技术开发三维河床地形可视化实时浏览系统的具体过程。通过三维河床地形可视化浏览系统,可以直观、真实地表达河床地形的三维信息及综合特征,为河床演变分析提供了一个科学有效、简便直观的可视化分析途径。     

基于特征断面的复杂巷道段三维建模

为解决巷道断面随工程需要及岩层变化不断改变,导致巷道三维建模程序复杂的问题,提出基于特征断面的巷道三维建模思想,通过建立巷道特征断面模型库,实现变化巷道段的三维建模,以期提高复杂巷道段的建模效率。首先阐述建模数据的采集方法,并对巷道断面进行了细化坐标分析;同时提出拐角处断面变化巷道段的平滑处理算法（通过圆弧来圆滑拐角处巷道中心线）,对普通巷道段采用三角剖分形成三角网完成巷道段的建模;而巷道断面发生变化的复杂巷道段存在简单曲面四边形,采用Bézier曲面及曲面的拼接完成巷道段的建模,并在实验中进行了验证     

基于分形理论的三维地形生成算法研究与实现

研究和分析基于分形理论的三维立体地形建模算法的数学原理,实现步骤,优点和存在的不足。重点讨论四边形细分法的基本原理以及在三维地形建模中的应用,并通过OpenGL语言对其进行可视化仿真。实验结果表明,算法有效、可行,完全可应用于大型地理信息系统和可视化系统中。     

基于ArcGIS Engine的矿井巷道三维自动建模方法的研究与实现

文章比较和分析了几种矿井巷道三维建模技术,提出了一种基于ArcGIS MultiPatch 3D数据结构的矿井巷道三维建模方法,即在C#开发环境下,结合巷道自身的特点,在ArcGIS Engine平台上进行二次开发,实现了矿井巷道的三维自动建模。该方法为矿井巷道三维信息系统的建立提供了新的解决方案。     

基于井斜数据的井眼轨迹三维可视化算法分析与设计

提出了一种基于井斜数据的井眼轨迹三维可视化方法,并给出了其建模过程,进行了算法分析和设计。     

基于有向弧的多边形拓扑关系生成算法

本文提出了一种基于结点弧段邻接关系自动生成多边形拓扑关系的算法,对每个结点的关联弧段按方位角排序并对这种排序进行了补充定义,对弧段的方向也作了相关规定。以此为基础,本算法避免了多边形内角的重复计算和反复搜索,提高了建立多边形拓扑关系的效率。最后,对该算法进行了分析和实例计算。     

基于GPU的地下管线三维可视化建模研究

地下管线的三维建模与可视化是构建“数字城市”的重要内容,总结现有地下管线实时建模算法的不足,提出一种利用GPU编程实现的地下管线实时三维可视化建模算法。利用现代GPU的可编程特性将管线建模的计算任务全部移植到GPU端完成,CPU端只需传入管径和管线节点坐标,利用GPU提供的几何着色器完成管线模型的顶点坐标计算、管线顶点数据自动生成及管线三角网构建等工作,并通过光照和纹理映射实现管线材质的真实感效果。实验结果表明,该算法克服了现有建模算法的缺陷,能够在保证管线拟合逼真度的基础上完成大规模管网系统三维实时可视化建模的任务。     

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.     

基于三维可视化平台的煤矿综合自动化系统设计

针对煤矿综合自动化系统中的工业组态软件不能很好地处理空间信息的问题,设计了一种基于三维可视化平台的煤矿综合自动化系统;给出了基于该系统的数字矿山的总体结构,详细介绍了该系统结构及三维可视化平台与综合自动化系统的数据集成和数据接口方式的实现。实际应用表明,该系统实现了巷道、工作面、井下机电设备场景的精细建模,提高了矿井的现代化管理水平。     

三维虚拟战场环境中雷达网防御范围建模计算及可视化方法

针对虚拟战场环境中雷达网防御范围的建模计算及三维可视化需求,参照STK的方法,在通用建模的基础上通过预先处理及三角形对的相交快速检测等算法求得雷达网防御范围。试验结果表明,该算法通用性较强,对战场环境三维可视化的建模与仿真具有重要的借鉴意义。     

基于参数化设计的三维桥梁模型构建

参数化设计是几何体建模的重要手段,而桥梁的三维可视化是当今桥梁信 息化的发展趋势。论文针对桥梁外观参数化模型可视化的需要,对几何体参数化建模的原理 和方法进行了深入探讨。结合桥梁结构特点,分析了主要桥梁组件结构（如T 梁、盖梁柱 式墩、轻型桥台等）构件图的几何和拓扑关系,对组件进行了参数化设计,实现组件的三维 建模;并对组件中特殊图元（如圆弧倒角形墩柱、桥台近似锥面护坡）的绘制算法进行详细 研究;根据各组件间空间位置的拓扑关系,利用参数化变量驱动计算各组件空间位置坐标, 进行桥梁的快速拼接。完成的桥梁三维参数化建模以参数为驱动,用户可以对设计结果进行 可视化修改。所实现的三维参数桥梁可视化系统具有模型构建精致,参数化建模彻底、建模 速度快,参数分类清晰,可视化效果好的特点。     

断层地质体的三维建模技术研究

对复杂地质体中的断层三维建模技术进行研究与讨论。分析断层三维数据来源给出数据空间模型;系统地对‘已有的断层三维建模的技术进行分析比较,在此基础上提出一种使用TIN和三棱柱混合数据模型的断层地质体建模技术,从而有效地解决了断层三维可视化问题。     

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。     

煤矿地质三维可视化的研究与应用

利用SQL Server 2005为数据库,采用先进的TIN数字高程模型、VC＋＋面向对象技术和多媒体建模方法作为前台开发工具,利用不规则三角网Delaunay算法自动生成标准的TIN三角网地形,通过OpenGL强大的三维处理和显示引擎,实时、动态生成各种矿井实体,再现井上下真实的三维场景,构建三维可视化应用,实现了煤矿三维可视化系统。