三维矢量数据矿山模型算法研究及在Blender中的应用

摘要

未来世界是资源整合的世界，数字化矿山的发展离不开各种技术资源的整合。把虚拟现实技术资源和仿真技术资源整合到矿山应用中，是数字化矿山的重要议题。将这两种技术运用于矿山建设及生产管理的基础是矿山模型的快速、智能、准确的三维可视化。本文论述的矿山模型主要指地下矿山人工构筑物模型和矿山散体模型如井巷，硐室，围岩碎块及矿块等。
　　模型数据的组织方式决定了模型构建的准确性。矢量数据结构数据存储冗余低，结构简单，精度高且能很好地表现出地理实体的空间分布特征，另外三维动画开源软件Blender模型数据结构是基于点线面体的三维矢量数据结构。因此以Blender为可视化平台构建矿出模型时，利用三维矢量数据结构组织模型数据可以使模型构建更加方便、模型准确度更高，同时可利用Blender的python应用接口实现Blender与外部资源进行数据交换，为Blender作为数字化矿出建设资源整合的平台创造基础条件。
　　本文试图通过Python计算机语言实现矿山模型构建算法，根据原始矿山数据计算出矿山模型的可视化三维矢量数据，然后以Blender为可视化平台完成对矿山模型的三维自动建模及矿出应用。研究结果表明，以Blender为平台，根据模型几何算法自动生成的三维矢量数据模型，不仅可以准确表达地下矿山人工构筑物模型，还可以作为溜井仿真试验中散体矿石模型以及采空区冒落模拟中组成围岩的单元实体模型。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 三维矢量数据模型数据结构与算法分析

1．2．1 矢量数据结构与栅格数据结构

1．2．2 三维矢量数据矿山模型算法分析

1．3 三维矢量数据矿山模型的研究现状分析

1．4 研究内容与技术路线图

第2章 可视化平台及实现方法

2．1 Blender简介

2．1．1 Blender特点

2．1．2 刚体运动仿真环境

2．2 算法实现方法

2．2．1 编程语言的介绍

2．2．2 Python编程语富

2．2．3 Python宏包Sympy

2．2．4 Python与Blender的交互

第3章 三维矢量数据模型几何元素的空间位置关系算法研究

3．1 基本几何元素的空间位置关系

3．2 点与线、面、体的空间位置关系判定

3．2．1 点与线、面位置关系判定算法研究与实现

3．2．2 点与体位置关系判定算法研究与实现

3．3 其它几何元素对象之间的位量关系的判定

3．3．1 线与面位置关系判定算法分析

3．3．2 线与体的位置关系判定算法分析

3．3．3 面与体的位置关系判定算法分析

3．3．4 体与体的位置关系判定算法分析

3．4 小结

第4章 矿山人工构筑物模型的算法研究与实现

4．1 井巷模型自动建模的算法研究与实现

4．1．1 数据录入保存及自动生成流程

4．1．2 井巷模型的生成算法研究与实现

4．2 矿山其它人工构筑物模型的生成算法分析

4．3 体模型之间的包含关系处理算法研究与实现

4．3．1 包含关系处理算法分析

4．3．2 井巷的相交处理

4．3．3 多进程计算

4．4 应用实例

第5章 三维矢量数据矿山模型的扩展应用

5．1 溜井放矿三维模拟仿真

5．1．1 前期准备

5．1．2 散体矿石的程序化自动生成

5．1．3 溜井放矿仿真实验结果及分析

5．2 采空区冒落横拟实验

5．2．1 Gmsh

5．2．2 采空区围岩的单元实体建模

5．2．3 采空区冒落模拟

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

附录

附录11 攻读硕士学位期间发表的论文

附录12 攻读硕士学位期间参加的科研项目