基于WebGL的煤矿三维巷道可视化研究

摘要

如今能源行业发展迅速，信息化成为当下的发展趋势。数字矿山的概念被屡屡提及，数字矿山是对于实际煤矿的数字化表现，其最终目标是达到煤矿的综合自动化，是国家战略资源的安全保障体系，是能源可持续发展的重要基石。而煤矿三维巷道的可视化是数字矿山的主要研究对象之一，煤矿三维巷道的可视化可以模拟出错综复杂的煤矿交通系统，同时增强数字矿山的可视化效果，提高相关人员的工作效率。本文的主要工作如下：
　　首先通过分析目前煤矿三维巷道可视化技术的国内外研究现状；按照模型化流程，根据现实世界中的三维巷道抽象化为对象/要素概念模型，依据三维巷道的空间拓扑关系建立基于面向对象的逻辑数据模型，结合三维巷道的空间数据结构生成计算机能够识别的形式化语言，实现对煤矿三维巷道原始数据的管理。
　　然后基于AutoCAD的DXF文件结构，设计算法提取并处理巷道底板中线数据，分析当前主流的巷道断面，以巷道断面加载巷道底板中线的方式进行三维建模，分别使用折线、Catmull-Rom样条曲线、基于De Casteljau算法的二次贝塞尔曲线对拐弯巷道进行优化处理。
　　最后验证文中提到的建模方法的可行性和实用性，使用WebGL结合Node.js技术，借助Three.js引擎渲染三维巷道，构建煤矿三维巷道的可视化系统，系统主要包含：巷道数据提取、网络拓扑图、三维建模、外部模型展示、模型编辑等模块。
　　该系统旨在通过煤矿二维巷道图生成三维的立体巷道，对于煤矿的采掘变化能够及时反应到三维巷道中，为数字矿山的三维地理信息系统打下基础。

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摘 要

Abstract

Contents

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容

1.4 章节安排

2 相关理论及关键技术

2.1 地理信息系统

2.2 三维可视化

2.3 煤矿三维巷道的空间数据特征

2.4 WebGL

2.4.1 基本原理

2.4.2 坐标转换

2.4.3 WebGL 引擎

2.5 本章小结

3 煤矿三维巷道的空间数据模型

3.1 煤矿三维巷道的数据源

3.2 煤矿三维巷道的概念模型

3.3 煤矿三维巷道的拓扑关系

3.4 煤矿三维巷道的逻辑模型

3.5 煤矿三维巷道的空间数据结构

3.6 本章小结

4 数据处理及巷道建模

4.1 数据处理

4.2 巷道建模

4.2.1 巷道断面分析

4.2.2 底板中线加载巷道

4.3 巷道拐弯处建模

4.4 本章小结

5 系统设计与实现

5.1 系统结构设计

5.2 数据库设计

5.3 系统功能模块

5.3.1 数据导入

5.3.2 网络拓扑

5.3.3 三维建模

5.3.4 人物、机器模型

5.3.5 模型编辑

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢