井下巷道三维建模及可视化方法研究与实现

摘要

矿山生产的数字化与智能化是建立数字化矿山的原由。在统一的四维空间体系中，科学合理地整合各类矿山数据资源，构建集智能化、图形化、网络化、数字化于一体的生产设计、生产计划、生产管理一体化的集成系统，是建设数字化矿山的核心所在。井下巷道的三维可视化是创建真三维的数字化矿山环境的重要组成部分。对井下巷道的空间位置、关键属性和空间拓扑进行三维渲染可视化，能够清晰、直观地展示井下各类巷道间的关系。在实际的生产过程中，井下巷道三维可视化系统的建立，能够实时地反映出井下巷道掘进作业的进度，从而保证煤矿开采过程中的安全程度，提高开采过程中的管理水平，营造实时高效的矿山安全生产的经营环境。这充分体现了建立井下巷道三维可视化的重要性和必要性。
　　本论文综述了井下巷道三维建模及可视化方法的研究现状。叙述了井下巷道三维可视化的关键技术。分析了井下巷道的数据源与特点，研究了井下巷道的三维空间数据模型，并建立了井下巷道的三维模型。研究了井下巷道各种类型的交叉点的模型构建，采用共点多巷道独立建模的技术方法，解除巷道交叉点建模重合度大的问题。结合数据库理论设计并建立了井下巷道数据库。在Qt交互界面上，实现了巷道数据的直接读取与建模。利用OGRE图形渲染引擎直接渲染巷道模型，实时地进行井下巷道的三维可视化。在虚拟的井下巷道中进行场景漫游，体验三维巷道的真实感程度。在实践层面上，验证了该算法的可行性和实用性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文的研究技术路线

1．4 论文的研究内容及组织结构

2 三维可视化的关键技术

2．1 数据库理论

2．2 虚拟现实技术

2．3 应用程序开发框架

2．4 三维图形建模

2．5 图形渲染引擎

2．6 着色器技术

3 井下巷道三维空间数据模型的建立

3．1 三维空间数据模型

3．1．1 井下巷道的空间数据模型

3．1．2 选择三维数据建模的原则

3．1．3 巷道建模的数据源及特点

3．2 井下巷道空间数据模型的设计

3．2．1 巷道关键点

3．2．2 巷道空间拓扑的建立

3．2．3 巷道的数据结构

3．3 井下巷道三维模型的建立

3．3．1 提取关键点

3．3．2 巷道中心线的逼近

3．3．3 巷道断面的构建

3．3．4 巷道外拓点索引建模

3．3．5 巷道内部设备模型的构建

4 井下巷道数据库的建立

4．1 巷道数据库的设计与建立

4．1．1 井下巷道数据库的设计

4．1．2 巷道数据库的数据规范化

4．1．3 巷道数据库的建立

4．2 巷道空间数据的获取与组织

4．2．1 巷道空间数据的采集

4．2．2 巷道的分割与编码

5 井下巷道的三维可视化

5．1 井下巷道的渲染

5．1．1 巷道数据库的连接

5．1．2 巷道三维场景构建

5．1．3 井下巷道渲染流程

5．2 井下巷道三维场景可视化

5．2．1 井下巷道三维可视化实现

5．2．2 井下巷道的三维场景漫游

5．2．3 井下巷道单节点处的场景漫游

5．2．4 井下巷道二节点处的场景漫游

5．2．5 井下巷道三节点处的场景漫游

6 结论

参考文献

附录

作者简历

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