矿山巷道数据组织及三维可视化研究

摘要

数字矿山，是指在矿山范围内建立一个以三维坐标为主线的矿山信息模型，该模型能描述矿山中每一个点的全部信息，并按三维组织、存储，提供有效、方便和直观的检索手段和显示手段。目前，矿山的巷道几乎都是以二维的采掘工程平面图的方式来管理。三维数字矿山系统是在传统平面地图的基础上，叠加空间矢量数据、地物兴趣点数据以及三维模型数据，对真实地形、地物进行数字化三维模拟和三维表达，为用户提供一个与真实生活环境一样的三维井下环境。与传统二维平面数据相比，三维数字矿山系统能突破平面地图对空间描述二维化、三维空间尺度感差的缺点，因此，合理地组织与管理巷道数据，实现巷道三维建模，在三维场景中对巷道模型进行索引与调度并实现巷道可视化，为矿山管理提供了一种高效、直观、有形的解决方案，同时也对矿井优化设计具有较高的应用价值。
　　本文在介绍了巷道数据来源与特点的基础上，设计了基于三维矢量图层的巷道数据结构管理方式，实现了巷道数据由二维平面到三维空间的转换。根据三维巷道之间的空间位置关系，对巷道线进行了拓扑检查并对其中的拓扑错误进行了修复，保证了巷道线在三维空间上的正确连通。最后在正确的拓扑结构基础上，自动提取了巷道的中心线，为巷道三维建模提供准确的数据，实现了巷道空间数据和属性数据的高效管理。
　　巷道模型在大范围场景中加载时，通过采用细节层次技术，逐次简化景物的表面细节，减少场景的几何复杂性，从而实现了巷道的快速绘制与画面视觉效果的协调统一。巷道在三维场景加载时，整个矿山巷道的各个模型部分根据其空间定位点加载到正确的位置，从而生成巷道整体。在介绍了常用的空间离散数据索引方式的基础上，本文提出了二叉树&四叉树的混合树索引方式来对巷道模型的三维空间定位点进行索引。文中介绍了建立层次细节模型时，分别构建模型和纹理的层次细节的方法。最后介绍了三维场景中加载巷道模型时，层次细节模型调度的方法。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状综述

1．3 研究内容及技术路线

1．4 论文结构

2 基于三维矢量数据的巷道管理

2．1 巷道数据来源与特点

2．2 巷道数据组织与数据结构

2．3 三维拓扑分析

2．4 中心线自动提取

2．5 本章小结

3 三维巷道空间数据索引与调度

3．1 三维场景空间数据索引

3．2 层次细节技术

3．3 三维LOD模型调度

3．4 本章小结

4 三维巷道数据组织及其可视化系统的实现

4．1 开发环境

4．2 功能模块的实现

5 总结与展望

5．1 本文总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间从事科学研究与发表论文情况