一種礦山的雙三維建模方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種礦山的雙三維建模方法，包括對(duì)地下的地質(zhì)體進(jìn)行三維建模，獲得地質(zhì)體模型；根據(jù)地理位置坐標(biāo)和地形高程數(shù)據(jù)，將表征地表特征的二維平面圖像上的各點(diǎn)拉伸至對(duì)應(yīng)的實(shí)際高度，獲得與地表形狀一致的圖件地表模型；對(duì)地下的鉆孔和巷道分別進(jìn)行三維建模，獲得鉆孔和巷道模型；根據(jù)地理位置坐標(biāo)，對(duì)獲得的所有模型進(jìn)行合并，得到礦山的雙三維模型。本發(fā)明以地理位置坐標(biāo)為關(guān)聯(lián)，將獲得的各模型合并在一起，將地上(包括地表)與地下三維一體化貫通并無(wú)縫拼接為一個(gè)有機(jī)整體，使用戶可以在本發(fā)明的雙三維模型上縱觀任意地理位置坐標(biāo)處的所有信息，用戶僅通過(guò)該雙三維模型即可對(duì)礦山進(jìn)行綜合性分析，無(wú)需翻閱大量已有的礦山資料。
【專利說(shuō)明】一種礦山的雙三維建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及礦山建模和地質(zhì)多元信息集成領(lǐng)域，尤其涉及對(duì)礦山進(jìn)行地上(包括地表)與地下雙三維貫通的建模和礦山多元地質(zhì)信息集成表達(dá)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]礦山是一類特殊的空間對(duì)象，一方面，其地下是各種地質(zhì)體，地質(zhì)體的地質(zhì)構(gòu)成及分布等信息非常重要，直接關(guān)系到礦山的開發(fā)利用及礦山開采的穩(wěn)定性，所以進(jìn)行三維建模及可視化時(shí)需要對(duì)構(gòu)成地質(zhì)體的地層、構(gòu)造、巖體、礦體等地質(zhì)信息進(jìn)行描述和表達(dá)；另一方面，礦山與人類生產(chǎn)生活的關(guān)系密切，礦業(yè)發(fā)展需要依據(jù)周邊的地形、環(huán)境、生產(chǎn)生活設(shè)施等，并需要對(duì)礦山開采及生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的環(huán)境問(wèn)題采取一定的環(huán)境保護(hù)措施。
[0003]另外，礦山在其長(zhǎng)期的勘查和開采過(guò)程中，積累了大量的生產(chǎn)、管理、科研(地、礦、物、化、遙)的二維資料，這些與礦山研究與管理相關(guān)的資料包括地質(zhì)圖、物探圖、化探圖和遙感影像，以及行政區(qū)劃圖和資源規(guī)劃圖等，這些資料包含大量的有用信息，但多以二維平面圖像表達(dá)，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)與三維模型進(jìn)行一體化集成與表達(dá)，這無(wú)疑增加了對(duì)礦山進(jìn)行綜合性分析的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有建模及集成方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)地上(包括地表)與地下各實(shí)體統(tǒng)一建模與貫通的問(wèn)題以及現(xiàn)有技術(shù)中存在的無(wú)法將所能獲得的礦山信息進(jìn)行集成表達(dá)的問(wèn)題，提供一種實(shí)現(xiàn)地上(包括地表)與地下雙三維貫通建模方法及三維模型與二維平面圖像進(jìn)行一體化集成與表達(dá)的雙三維建模方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種礦山的雙三維建模方法，包括:
[0006]對(duì)地下的地質(zhì)體進(jìn)行三維建模，獲得地質(zhì)體模型；
[0007]根據(jù)地理位置坐標(biāo)和所述礦山的地形高程數(shù)據(jù)，將表征地表特征的二維平面圖像上的各點(diǎn)拉伸至對(duì)應(yīng)的實(shí)際高度，獲得與地表形狀一致的圖件地表模型；
[0008]對(duì)地下的鉆孔進(jìn)行三維建模，獲得鉆孔模型；
[0009]對(duì)地下巷道進(jìn)行三維建模，獲得巷道模型；
[0010]根據(jù)地理位置坐標(biāo)，對(duì)獲得的所有模型進(jìn)行合并，得到所述礦山的雙三維模型。
[0011]優(yōu)選的是，所述對(duì)地下的地質(zhì)體進(jìn)行三維建模，獲得地質(zhì)體模型包括:
[0012]分別對(duì)構(gòu)成所述地質(zhì)體的各實(shí)體進(jìn)行三維建模，獲得各實(shí)體的三維模型，其中，所述實(shí)體包括地層實(shí)體、構(gòu)造實(shí)體、巖體和礦體中的至少一種；
[0013]根據(jù)地理位置坐標(biāo)，對(duì)所述各實(shí)體的三維模型進(jìn)行合并，獲得所述地質(zhì)體模型。
[0014]優(yōu)選的是，所述分別對(duì)構(gòu)成所述地質(zhì)體的各實(shí)體進(jìn)行三維建模，獲得各實(shí)體的三維模型包括:
[0015]獲取矢量化的帶勘探線的基準(zhǔn)平面圖；
[0016]獲取矢量化的勘探線剖面圖；[0017]為所述基準(zhǔn)平面圖賦予實(shí)際的高程值；
[0018]在所述基準(zhǔn)平面圖上確定所述勘探線剖面圖所在的勘探線位置；
[0019]在所述勘探線剖面圖上確定高度等于所述高程值的坐標(biāo)網(wǎng)格線；
[0020]根據(jù)地理位置坐標(biāo)，將所述勘探線剖面圖豎直立在所述基準(zhǔn)平面圖上，使勘探線剖面圖上坐標(biāo)網(wǎng)格線與基準(zhǔn)平面圖上對(duì)應(yīng)的勘探線重合，以獲得實(shí)體建模素材；
[0021]在勘探線剖面圖上提取同一實(shí)體的輪廓線；
[0022]將所述勘探線剖面圖上的同一實(shí)體的輪廓線連接在一起，獲得對(duì)應(yīng)實(shí)體的三維模型。
[0023]優(yōu)選的是，所述方法還包括:
[0024]將所述實(shí)體建模素材作為一種模型合并至所述礦山的雙三維模型中。
[0025]優(yōu)選的是，所述方法還包括:
[0026]對(duì)地上實(shí)體進(jìn)行三維建模，獲得地上實(shí)體模型；
[0027]將所述地上實(shí)體模型合并至所述礦山的雙三維實(shí)體模型中。
[0028]優(yōu)選的是，根據(jù)地理位置坐標(biāo)，對(duì)獲得的所有模型進(jìn)行合并，得到所述礦山的雙三維模型包括:
[0029]將各模型以.max格式保存；
[0030]將各模型從3ds Max中導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)中，在導(dǎo)入的過(guò)程中將各模型根據(jù)地理位置坐標(biāo)進(jìn)行合并，得到所述礦山的雙三維模型。
[0031]優(yōu)選的是，所述方法還包括:
[0032]將所述礦山的屬性數(shù)據(jù)以模型名稱為索引保存在屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中，以在選定模型時(shí)，以選定模型的模型名稱為索引從所述屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中提取屬于所述選定模型的相關(guān)屬性數(shù)據(jù)，及顯示提取出的所述選定模型的相關(guān)屬性數(shù)據(jù)。
[0033]優(yōu)選的是，所述二維平面圖像包括遙感紋理圖像、物探圖像、化探圖像和地質(zhì)圖中的至少一種。
[0034]優(yōu)選的是，所述對(duì)地下巷道進(jìn)行三維建模，獲得巷道模型包括:
[0035]從巷道所在的中段地質(zhì)平面圖上提取巷道的中心線；
[0036]針對(duì)中心線的所有線段建立單獨(dú)的分段巷道模型；
[0037]對(duì)所有分段巷道模型在巷道的交匯處進(jìn)行貫通連接，以獲得所述巷道模型。
[0038]優(yōu)選的是，所述對(duì)地下的鉆孔進(jìn)行三維建模，獲得鉆孔模型包括:
[0039]從鉆孔柱狀圖中提取鉆孔的屬性信息，所述屬性信息包括孔口地理位置坐標(biāo)，鉆孔的最大深度、鉆孔的測(cè)斜深度、鉆孔的傾角和鉆孔的方位角；
[0040]根據(jù)所述鉆孔的屬性信息在鉆孔所在的地理位置坐標(biāo)處生成所述鉆孔的中心線.-^4 ，
[0041]圍繞所述鉆孔的中心線生成筒狀鉆孔，以獲得所述鉆孔模型。
[0042] 本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明的雙三維建模方法將各種二維平面圖像上的各點(diǎn)拉伸至對(duì)應(yīng)的實(shí)際高度，形成與地表形狀一致的各圖件地表三維模型，并以地理位置坐標(biāo)為關(guān)聯(lián)，將形成的各圖件地表模型、地質(zhì)體模型、鉆孔模型和巷道模型，以及還可以附加的地上建筑物景觀模型等合并在一起，進(jìn)而將地上(包括地表)與地下三維一體化貫通并無(wú)縫拼接為一個(gè)有機(jī)整體，使用戶可以在本發(fā)明建成的雙三維模型上縱觀任一地理位置坐標(biāo)處的所有信息，用戶僅通過(guò)該雙三維模型即可對(duì)礦山進(jìn)行綜合性分析，無(wú)需翻閱大量已有的礦山資料。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0043]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明所述礦山的雙三維建模方法的一種實(shí)施方式流程圖；
[0044]圖2示出了對(duì)構(gòu)成所述地質(zhì)體的實(shí)體進(jìn)行三維建模的一種實(shí)施方式的流程圖；
[0045]圖3示出了圖2中的實(shí)體建模素材的一種實(shí)施結(jié)構(gòu)；
[0046]圖4示出了在兩個(gè)相鄰勘探線剖面圖上提取的所建實(shí)體的輪廓線；
[0047]圖5示出了將圖4所示的兩個(gè)相鄰勘探線剖面圖上提取的所建實(shí)體的輪廓線連接在一起的結(jié)構(gòu)；
[0048]圖6示出了在各勘探線剖面圖上提取的斷裂構(gòu)造實(shí)體的輪廓線；
[0049]圖7示出了根據(jù)圖6所示輪廓線連出的斷裂構(gòu)造實(shí)體的模型；
[0050]圖8示出了根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)獲取的一個(gè)勘探線剖面圖；
[0051]圖9示出了在圖8所示的勘探線剖面圖上提取的礦體的輪廓線；
[0052]圖10示出了在根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)獲取的所有勘探線剖面圖上提取的礦體的輪廓線.[0053]圖11示出了對(duì)本發(fā)明的礦體的雙三維模型進(jìn)行任意方向切剖時(shí)平面切成細(xì)條示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0054]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0055]如圖1所示，本發(fā)明的礦山的雙三維建模方法包括如下步驟:
[0056]步驟Sll:對(duì)地下的地質(zhì)體進(jìn)行三維建模，獲得地質(zhì)體模型，在此，地質(zhì)體的實(shí)體類型包括地層實(shí)體、構(gòu)造實(shí)體、巖體和礦體(或者稱已知礦體)，對(duì)應(yīng)不同的礦山，地質(zhì)體所具有的實(shí)體會(huì)有所不同，可能僅具有上述實(shí)體中的一部分。
[0057]步驟S12:根據(jù)地理位置坐標(biāo)和礦山的地形高程數(shù)據(jù)，將表征地表特征的二維平面圖像上的各點(diǎn)拉伸至對(duì)應(yīng)的實(shí)際高度，獲得與地表形狀一致的圖件地表模型(該圖件地表模型既形成了地表模型，又通過(guò)二維平面圖像攜帶的信息為地表模型賦予了相應(yīng)的特征，即通過(guò)二維平面圖像攜帶的信息獲得地表任一位置處的特征)；該地形高程數(shù)據(jù)可以為礦山的等高線數(shù)據(jù)或者數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)，將二維平面圖像上的各點(diǎn)拉伸至所處地理位置坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的實(shí)際高度，即可使二維平面圖像呈現(xiàn)與地表形狀一致的起伏。該二維平面圖像可包括研究礦山所需的遙感紋理圖像、物探圖、化探圖和地質(zhì)圖中的至少一種，利用本發(fā)明的方法可將能夠收集到的這些二維平面圖像與地下部分的三維模型進(jìn)行三維一體的集成表達(dá)。
[0058]步驟S13:對(duì)地下的鉆孔進(jìn)行三維建模，獲得鉆孔模型。
[0059]步驟S14:對(duì)地下巷道進(jìn)行三維建模，獲得巷道模型。
[0060]步驟2:根據(jù)地理位置坐標(biāo)(由于本發(fā)明屬于三維建模，因此，本發(fā)明中提及的地理位置坐標(biāo)應(yīng)理解為是三維地理位置坐標(biāo))，對(duì)獲得的所有模型進(jìn)行合并，得到礦山的雙三維模型。
[0061]由于礦山的地下巷道的入口及鉆孔的入口均位于地表上，因此，根據(jù)準(zhǔn)確地理位置坐標(biāo)對(duì)獲得的所有模型進(jìn)行合并后，可在圖件地表模型的對(duì)應(yīng)位置處相交獲得巷道模型的入口，及各鉆孔的入口，進(jìn)而本發(fā)明的方法可以實(shí)現(xiàn)地上與地下的三維一體化貫通及根據(jù)準(zhǔn)確地理位置的無(wú)縫拼接。
[0062]對(duì)于上述的礦山的雙三維模型，用戶可以進(jìn)行如下分析操作:
[0063](I)對(duì)其進(jìn)行整體的漫游瀏覽，并利用角色從地表經(jīng)巷道模型的入口進(jìn)入地下巷道進(jìn)行瀏覽。
[0064](2)根據(jù)需要將雙三維模型中的部分模型進(jìn)行隱藏或顯示，實(shí)現(xiàn)各模型的任意組合顯示與對(duì)比分析。
[0065](3)對(duì)雙三維模型進(jìn)行任意方向的切剖，進(jìn)而獲得礦山在任意剖面上的結(jié)構(gòu)。
[0066]實(shí)現(xiàn)任意方向的切剖具有兩種比較經(jīng)典的做法，第一種是采樣體素的方法，就是為包含幾何體的方形立體空間生成體素(空間采樣點(diǎn)，可以看成是立體點(diǎn)陣)。這種方法的優(yōu)勢(shì)是原理很簡(jiǎn)單，每個(gè)體素可以看成一個(gè)球，這個(gè)球就是它的影響范圍，平面切剖的時(shí)候就是檢測(cè)這個(gè)球是否與平面相交；該種方法的缺點(diǎn)是高精度情況下內(nèi)存占用極大。第二種是采用平面與三角面做幾何相交的方法，這種方法優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)存占用小，切剖的形體精度高，缺點(diǎn)是計(jì)算量巨大。
[0067]以上兩種方法均不適合進(jìn)行實(shí)時(shí)切剖，考慮到切剖圖的分辨率有限，因此，本發(fā)明提出了一種采用多條射線(將一個(gè)平面分解成多射線)與幾何體相交來(lái)模擬一個(gè)平面切剖結(jié)果。這種方法的前提是分辨率有限，提高切剖圖分辨率時(shí)會(huì)增加計(jì)算量?；诖耍鲜龅膶?duì)獲得的雙三維模型進(jìn)行任意方向的切剖，進(jìn)而獲得礦山在任意切剖面上的結(jié)構(gòu)可以通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn):假設(shè)要生成一張1024*1024分辨率的圖，那么就沿X軸將如圖11所示的切剖平面切成1024個(gè)細(xì)條，這樣可將每個(gè)細(xì)條看成是一條與Y軸平行的射線，以將切剖平面與幾何體(雙三維模型)相交的問(wèn)題轉(zhuǎn)換成了射線與幾何體相交的問(wèn)題；射線穿過(guò)幾何體時(shí)會(huì)產(chǎn)生多個(gè)交點(diǎn)，在此，可將交點(diǎn)分為進(jìn)入幾何體交點(diǎn)(簡(jiǎn)稱EP)和離開幾何體交點(diǎn)(簡(jiǎn)稱QP)，其中，平面法線(幾何體與射線相交點(diǎn)所處平面的法線)與射線方向夾角大于90度就是EP，反之就是QP，這樣，沿一個(gè)方向統(tǒng)計(jì)射線上EP和QP的數(shù)目，當(dāng)遇到EP是開始一個(gè)實(shí)體區(qū)域，遇到QP時(shí)結(jié)束一個(gè)實(shí)體區(qū)域，這樣就可以找到射線上的在幾何體內(nèi)部的各實(shí)體區(qū)域。這樣，經(jīng)過(guò)1024條射線的計(jì)算就可以得到整張剖面圖的結(jié)果。生成的剖面圖可以輸出為.jpg和.bmp格式的圖片，以為下一步研究提供剖面信息。
[0068]本發(fā)明采用分別對(duì)構(gòu)成所述地質(zhì)體的各實(shí)體進(jìn)行三維建模，獲得各實(shí)體的三維模型，并根據(jù)地理位置坐標(biāo)，對(duì)各實(shí)體的三維模型進(jìn)行合并，獲得地質(zhì)體模型的方法，便于進(jìn)行各部分的隱藏或者顯示，在此，本發(fā)明提出了一種基于基準(zhǔn)平面圖和勘探線剖面圖對(duì)地質(zhì)體的實(shí)體進(jìn)行三維建模的方法，如圖2至圖5所示，該方法具體為:
[0069]步驟Slll:獲取矢量化的帶勘探線的基準(zhǔn)平面圖1作為立剖面的基準(zhǔn)，該基準(zhǔn)平面圖1可為帶有勘探線的平面地質(zhì)圖、中斷平面圖或是地質(zhì)勘查規(guī)劃平面部署圖；
[0070]步驟S112:獲取矢量化的勘探線剖面圖2。
[0071]步驟S113:為基準(zhǔn)平面圖1賦予實(shí)際的高程值，例如，如獲取的基準(zhǔn)平面圖1為2000米中斷平面圖，則將基準(zhǔn)平面圖放置在2000米高度的對(duì)應(yīng)坐標(biāo)位置處。
[0072]步驟S114:在基準(zhǔn)平面圖1上確定各勘探線剖面圖2所在的勘探線11位置。
[0073]步驟S115:在勘探線剖面圖2上確定高度等于上述高程值的坐標(biāo)網(wǎng)格線。
[0074]步驟S116:根據(jù)地理位置坐標(biāo)，將勘探線剖面圖2豎直立在基準(zhǔn)平面圖1上，使勘探線剖面圖2上的坐標(biāo)網(wǎng)格線與基準(zhǔn)平面圖1上對(duì)應(yīng)的勘探線11重合，以獲得實(shí)體建模素材。
[0075]步驟S117:如圖4所示，在勘探線剖面圖上提取所建實(shí)體的輪廓線。
[0076]步驟S118:如圖5所示，將勘探線剖面圖上的所建實(shí)體的輪廓線連接在一起，獲得對(duì)應(yīng)實(shí)體的三維模型。
[0077]在此應(yīng)當(dāng)理解的是，上述步驟S112至步驟S116是對(duì)所有可獲得的勘探線剖面圖的處理，進(jìn)而獲得實(shí)體建模素材。
[0078]由上述步驟可知，地質(zhì)體所有實(shí)體的建模均可基于上述實(shí)體建模素材進(jìn)行，即獲得上述實(shí)體建模素材后，分別基于該素材進(jìn)行上述步驟S117和步驟S118，以針對(duì)不同的實(shí)體獲得單獨(dú)的三維模型。在此，由于收集到的基準(zhǔn)平面圖、勘探線剖面圖可能為圖片格式、GIS格式或CAD格式，因此，首先需要對(duì)非矢量格式(例如圖片格式)的勘探線剖面圖和基準(zhǔn)平面圖進(jìn)行矢量化，還需要將基準(zhǔn)平面圖和所有的勘探線剖面圖轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，例如，如需要在AutoCAD中確立勘探線剖面與基準(zhǔn)平面的準(zhǔn)確空間位置關(guān)系，則需要將基準(zhǔn)平面圖和所有的勘探線剖面圖轉(zhuǎn)換為AutoCAD兼容的數(shù)據(jù)格式，如.dxf。
[0079]在進(jìn)行上述輪廓線的連接時(shí),可采用線框建模(wireframemodeling)的方法,線框建模技術(shù)又稱為輪廓線重構(gòu)面技術(shù)，是用二維剖面上的實(shí)體截面形態(tài)來(lái)構(gòu)建三維實(shí)體表面的主要方法，具體是將同一勘探線剖面圖上屬于所建實(shí)體的兩兩相鄰的采樣點(diǎn)或特征點(diǎn)用直線連接起來(lái)，形成一系列多邊形面；然后在將不同勘探線剖面圖上的這些多邊形面拼接起來(lái)形成一個(gè)多邊形網(wǎng)格來(lái)模擬實(shí)體邊界。
[0080]基于上述地質(zhì)體實(shí)體的建模方法，下面以對(duì)地質(zhì)體的斷裂構(gòu)造為例說(shuō)明一種可供選擇的具體實(shí)施方法:
[0081](I)將實(shí)體建模素材中的一個(gè)勘探線剖面圖打開，找到要建的斷裂，重新對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化，在此，需要將屬于同一斷裂實(shí)體的線串(即上述輪廓線)保存在同一個(gè)文件下。
[0082](2)為了建立更符合實(shí)際的斷裂，要將斷裂實(shí)體與地表進(jìn)行布爾運(yùn)算，因此數(shù)字化時(shí)注意將線串畫出地表，一般可用畫點(diǎn)工具進(jìn)行數(shù)字化，用結(jié)束當(dāng)前段工具，結(jié)束一條線串的數(shù)字化。
[0083](3)在將每個(gè)勘探線剖面圖上的同一斷裂都按上述操作進(jìn)行數(shù)字化后，將其均保存在同一個(gè)線串文件中，該文件中保存的與各勘探線剖面圖相對(duì)應(yīng)的線串21如圖6所示。
[0084](4)例如應(yīng)用實(shí)體模型創(chuàng)建三角網(wǎng)工具連接線串21，生成如圖7所示的斷裂構(gòu)造實(shí)體的模型，在此，可參考地質(zhì)圖、中段地質(zhì)平面圖等其他資料對(duì)斷裂進(jìn)行完善，比如可以按平面圖所示的斷裂走向復(fù)制線框來(lái)延長(zhǎng)斷裂，如果斷裂是露出地表的，則需要將超出地表的部分剪切掉，以保留圖件地表模型以下的實(shí)體部分。
[0085]除此之外，本發(fā)明還可以利用鉆孔數(shù)據(jù)獲取上述所建實(shí)體的輪廓線，即根據(jù)原始的例如是探礦工程鉆孔數(shù)據(jù)，建立鉆孔地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，在三維建模軟件的支持下，進(jìn)行地質(zhì)解譯，按工業(yè)指標(biāo)和礦石類型在鉆孔剖面上交互式地連出實(shí)體輪廓線，該種方式尤為適合礦體和巖體的建模。
[0086]為了使用戶可以清楚地獲知地質(zhì)體模型的建立的基礎(chǔ)資料和方法，本發(fā)明的方法還包括:將上述實(shí)體建模素材作為一種模型合并至所述礦山的雙三維模型中，這樣，用戶可以通過(guò)對(duì)各模型的隱藏與顯示操作，明確實(shí)體建模素材與各實(shí)體模型之間的關(guān)系，驗(yàn)證模型建立的準(zhǔn)確性。
[0087]為了使本發(fā)明的雙三維模型可以還原礦山所處的真實(shí)環(huán)境，本發(fā)明的方法還包括對(duì)地上實(shí)體進(jìn)行三維建模，以獲得地上實(shí)體模型，并將地上實(shí)體模型合并至礦山的雙三維實(shí)體模型中。這里地上實(shí)體建模主要指一些與整個(gè)礦業(yè)相關(guān)的生產(chǎn)、運(yùn)輸、管理及生活服務(wù)等設(shè)施、人文建筑和自然景觀等的建模。其中，地上建筑物的建?？梢圆捎?dsmaX的多邊形建模(Polygon)方法,利用多邊形建模做出的模型可以方便地將建筑物的UV(定位二維紋理的坐標(biāo)點(diǎn))展開，這樣，可以先根據(jù)遙感數(shù)據(jù)或簡(jiǎn)化后的CAD建筑底圖，建立相應(yīng)的樓體拉伸多邊形，對(duì)于復(fù)雜的模型還需要通過(guò)擠出等功能完成建模；再采用處理好的圖片做成紋理貼圖，以簡(jiǎn)化建筑物模型的復(fù)雜程度，使其更具有真實(shí)感。在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，精細(xì)的模型雖然在效果上更加逼真，但是非常影響虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的輸出計(jì)算速度，所以在對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)行建模時(shí)要平衡速度和質(zhì)量的關(guān)系，盡量將模型簡(jiǎn)化，如刪除看不見的面或重疊的面、合并相同材質(zhì)的模型以減少模型數(shù)量，盡量采用貼圖技術(shù)表現(xiàn)模型上的細(xì)節(jié)。因此，可根據(jù)建筑物的重要性選擇建立模型的方式，例如，對(duì)于標(biāo)志性建筑物，可以采用比較精細(xì)的中模表現(xiàn)，對(duì)于陪襯性的建筑物，可以采用簡(jiǎn)模代表。對(duì)于地上樹木等簡(jiǎn)單重復(fù)的模型可以采用對(duì)象實(shí)例化技術(shù)，共享一個(gè)模型數(shù)據(jù)，通過(guò)矩陣變化放置在不用位置。其他的例如是掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)、運(yùn)輸車等可以運(yùn)動(dòng)的設(shè)備，可在3DS Max中設(shè)定剛體動(dòng)畫，以增強(qiáng)系統(tǒng)的真實(shí)性與生動(dòng)性，使系統(tǒng)中不僅僅是死氣沉沉的靜態(tài)景象。
[0088]由于例如是VRP等虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)基本具有導(dǎo)入.Max格式模型的插件，因此，上述根據(jù)地理位置坐標(biāo)，對(duì)獲得的所有模型進(jìn)行合并，得到所述礦山的雙三維模型可具體包括:先將各模型以.max格式保存，并可在3ds Max中對(duì)各模型進(jìn)行例如是貼材質(zhì)、減模、渲染、貼圖烘焙等處理，以使各模型更加逼真；再將各模型從3ds Max中導(dǎo)入例如是VRP等虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)中，虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)會(huì)在導(dǎo)入的過(guò)程中將各模型根據(jù)地理位置坐標(biāo)進(jìn)行合并，即可得到礦山的雙三維模型。
[0089]為了使用戶可以方便地獲取雙三維模型中任意選定模型的屬性，本發(fā)明的方法還包括:將礦山的屬性數(shù)據(jù)以模型名稱為索引保存在屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中，以在選定模型時(shí)，以選定模型的模型名稱為索引從屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中提取屬于選定模型的相關(guān)屬性數(shù)據(jù)，及顯示提取出選定模型的相關(guān)屬性數(shù)據(jù)。這樣，用戶僅通過(guò)本發(fā)明的雙三維模型，即可對(duì)礦山進(jìn)行全面性分析與研究，無(wú)需再翻閱大量現(xiàn)有紙質(zhì)資料，具有省時(shí)、省力及表現(xiàn)直觀的特點(diǎn)。
[0090]上述步驟S14中對(duì)地下巷道進(jìn)行三維建模，獲得巷道模型可具體包括如下步驟:
[0091]步驟S141:從巷道所在的中段地質(zhì)平面圖上提取巷道的中心線，在此，如果中段地質(zhì)平面圖為CAD格式，這樣可以在CAD原圖中提取關(guān)于巷道的信息形成巷道文件，再通過(guò)GIS軟件對(duì)巷道文件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，以將巷道文件導(dǎo)入GIS軟件中進(jìn)行投影、配準(zhǔn)、數(shù)字化的預(yù)處理，最后將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的巷道文件轉(zhuǎn)換為.dxf文件，以最終導(dǎo)入3ds max作為巷道建模的中心線。
[0092]步驟S142:針對(duì)中心線的所有直線段建立單獨(dú)的分段巷道模型；[0093]步驟S143:對(duì)所有分段巷道模型在巷道的交匯處進(jìn)行貫通連接，以獲得巷道模型，在此，貫通的方式根據(jù)巷道的交匯處的結(jié)構(gòu)可分為X型、Y型和弧型。
[0094]為實(shí)現(xiàn)巷道的快速模型構(gòu)建，可對(duì)巷道分三級(jí)處理:
[0095](I)對(duì)于主平臺(tái)巷道建立精模。這主要采用巷道斷面沿巷道中心線放樣的方法實(shí)現(xiàn)巷道的建模，對(duì)巷道交叉處采用3ds max的超級(jí)布爾命令(proboolean)進(jìn)行貫通處理,來(lái)建立錯(cuò)綜復(fù)雜的巷道結(jié)構(gòu)，最后對(duì)巷道的頂、底、及側(cè)面分離后分別進(jìn)行材質(zhì)貼圖處理。在巷道頂板上每間隔一段距離放置了自由點(diǎn)光源以模擬真實(shí)巷道里的燈光效果，另外可對(duì)巷道內(nèi)設(shè)施如運(yùn)輸車、軌道、電線等也進(jìn)行相應(yīng)的模型構(gòu)建。
[0096](2)對(duì)次一級(jí)的巷道建立簡(jiǎn)模。這可以在ArcGIS中對(duì)數(shù)字化好的巷道中心線進(jìn)行了融合(dissoved)處理，并通過(guò)緩沖(buffer)生成以巷道實(shí)際寬度一半為半徑的緩沖區(qū)。將生成的面文件轉(zhuǎn)換為.dxf格式，以導(dǎo)入3ds max中進(jìn)行擠出即可生成截面為方形的貫通的巷道，最后再對(duì)巷道進(jìn)行材質(zhì)貼圖處理。
[0097](3)重要性差的巷道可直接對(duì)實(shí)測(cè)中段地質(zhì)平面圖中巷道數(shù)據(jù)經(jīng)格式轉(zhuǎn)換導(dǎo)入3ds max中設(shè)置相應(yīng)高度，轉(zhuǎn)換為可渲染樣條線即可實(shí)現(xiàn)巷道的空間展布。
[0098]上述步驟S13中對(duì)地下的鉆孔進(jìn)行三維建模，獲得鉆孔模型可具體包括:
[0099]步驟S131:從鉆孔柱狀圖中提取鉆孔的屬性信息，所述屬性信息包括孔口地理位置坐標(biāo)，鉆孔的最大深度、鉆孔的測(cè)斜深度、鉆孔的傾角和鉆孔的方位角。
[0100]步驟S132:根據(jù)所述鉆孔的屬性信息在鉆孔所在的地理位置坐標(biāo)處生成所述鉆孔的中心線。
[0101]步驟S133:圍繞所述鉆孔的中心線生成筒狀鉆孔，以獲得所述鉆孔模型。
[0102]例如可根據(jù)鉆孔柱狀圖對(duì)鉆孔的屬性信息進(jìn)行錄入整理，最終建立形成鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)所需要的四個(gè)Excel電子表格,即開孔坐標(biāo)表、測(cè)斜數(shù)據(jù)表、巖性表和樣品分析表，其中，開孔坐標(biāo)表的屬性字段主要包括鉆孔編號(hào)、孔口地理位置坐標(biāo)、鉆孔的最大深度(即終孔深度)和孔跡線類型；測(cè)斜數(shù)據(jù)表的屬性字段主要包括鉆孔編號(hào)、鉆孔的測(cè)斜深度、鉆孔的傾角和鉆孔的方位角；樣品分析表的屬性字段主要包括鉆孔編號(hào)、樣品編號(hào)、取樣深度自、取樣深度至、樣長(zhǎng)和各樣品元素分析值；巖性分析表與樣品分析表類似，只是將各樣品元素分析值換成了巖性描述。將上述四個(gè)電子表格按照三維數(shù)據(jù)庫(kù)所特定的格式導(dǎo)入Surpac軟件中，即可形成包含鉆孔數(shù)據(jù)的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，依據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)在Surpac中的顯示，即可在鉆孔所在的地理位置坐標(biāo)處生成鉆孔的中心線。在此，如果僅是為了獲得鉆孔模型，僅需要利用開孔坐標(biāo)表和測(cè)斜數(shù)據(jù)表生成鉆孔的中心線即可，如果需要采用鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行地質(zhì)體實(shí)體的三維建模，就需要利用上述巖性分析表和樣品分析表，使生成的鉆孔中心線具有地質(zhì)體實(shí)體的分段顯示，這樣就可以利用鉆孔數(shù)據(jù)對(duì)地質(zhì)體實(shí)體(特別是巖體和礦體)進(jìn)行解譯圈定，獲得地質(zhì)體實(shí)體在各鉆孔剖面上的輪廓線，進(jìn)而建立實(shí)體模型。在此，利用鉆孔數(shù)據(jù)獲取上述礦體的輪廓線的方法可包括:
[0103](I)創(chuàng)建勘探線剖面圖，在鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)打開之后，可以看到工作區(qū)中可能出現(xiàn)多條勘探線，這需要在例如是Surpac的建模軟件中，利用切剖面功能獲取各勘探線所在的勘探線剖面圖，圖8示出了所獲取的一個(gè)勘探線剖面圖。
[0104](2)地質(zhì)解譯，即在圖8所示的勘探線剖面圖上圈定礦體，得到如圖9所示的輪廓線，在此，勘探線剖面圖上會(huì)根據(jù)上述樣品分析表和巖性表在對(duì)應(yīng)的位置具有標(biāo)識(shí)。例如以解譯金礦體為例，主要的解譯原則可采用:見礦點(diǎn)間直線連接，外推為工程間距的1/2尖滅，各勘探線剖面圖間為1/4相鄰工程間距尖滅。
[0105](3)按照(2)的方法獲得如圖10所示的所有勘探線剖面圖上關(guān)于礦體的輪廓線。
[0106]以上依據(jù)圖式所示的實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明的構(gòu)造、特征及作用效果，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，但本發(fā)明不以圖面所示限定實(shí)施范圍，凡是依照本發(fā)明的構(gòu)想所作的改變，或修改為等同變化的等效實(shí)施例，仍未超出說(shuō)明書與圖示所涵蓋的精神時(shí)，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種礦山的雙三維建模方法，其特征在于，包括: 對(duì)地下的地質(zhì)體進(jìn)行三維建模，獲得地質(zhì)體模型； 根據(jù)地理位置坐標(biāo)和所述礦山的地形高程數(shù)據(jù)，將表征地表特征的二維平面圖像上的各點(diǎn)拉伸至對(duì)應(yīng)的實(shí)際高度，獲得與地表形狀一致的圖件地表模型； 對(duì)地下的鉆孔進(jìn)行三維建模，獲得鉆孔模型； 對(duì)地下巷道進(jìn)行三維建模，獲得巷道模型； 根據(jù)地理位置坐標(biāo)，對(duì)獲得的所有模型進(jìn)行合并，得到所述礦山的雙三維模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對(duì)地下的地質(zhì)體進(jìn)行三維建模，獲得地質(zhì)體模型包括: 分別對(duì)構(gòu)成所述地質(zhì)體的各實(shí)體進(jìn)行三維建模，獲得各實(shí)體的三維模型，其中，所述實(shí)體包括地層實(shí)體、構(gòu)造實(shí)體、巖體和礦體中的至少一種； 根據(jù)地理位置坐標(biāo)，對(duì)所述各實(shí)體的三維模型進(jìn)行合并，獲得所述地質(zhì)體模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述分別對(duì)構(gòu)成所述地質(zhì)體的各實(shí)體進(jìn)行三維建模，獲得各實(shí)體的三維模型包括: 獲取矢量化的帶勘探線的基準(zhǔn)平面圖； 獲取矢量化的勘探線剖面圖； 為所述基準(zhǔn)平面圖賦予實(shí)際的高程值； 在所述基準(zhǔn)平面圖上確定所述勘探線剖面圖所在的勘探線位置； 在所述勘探線剖面圖上確定高度等于所述高程值的坐標(biāo)網(wǎng)格線； 根據(jù)地理位置坐標(biāo)，將所述勘探線剖面圖豎直立在所述基準(zhǔn)平面圖上，使勘探線剖面圖上坐標(biāo)網(wǎng)格線與基準(zhǔn)平面圖上對(duì)應(yīng)的勘探線重合，以獲得實(shí)體建模素材； 在勘探線剖面圖上提取同一實(shí)體的輪廓線； 將所述勘探線剖面圖上的同一實(shí)體的輪廓線連接在一起，獲得對(duì)應(yīng)實(shí)體的三維模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 將所述實(shí)體建模素材作為一種模型合并至所述礦山的雙三維模型中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 對(duì)地上實(shí)體進(jìn)行三維建模，獲得地上實(shí)體模型； 將所述地上實(shí)體模型合并至所述礦山的雙三維實(shí)體模型中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，根據(jù)地理位置坐標(biāo)，對(duì)獲得的所有模型進(jìn)行合并，得到所述礦山的雙三維模型包括: 將各模型以.max格式保存； 將各模型從3ds Max中導(dǎo)入虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)中，在導(dǎo)入的過(guò)程中將各模型根據(jù)地理位置坐標(biāo)進(jìn)行合并，得到所述礦山的雙三維模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 將所述礦山的屬性數(shù)據(jù)以模型名稱為索引保存在屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中，以在選定模型時(shí)，以選定模型的模型名稱為索引從所述屬性數(shù)據(jù)庫(kù)中提取屬于所述選定模型的相關(guān)屬性數(shù)據(jù)，及顯示提取出的所述選定模型的相關(guān)屬性數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述二維平面圖像包括遙感紋理圖像、物探圖像、化探圖像和地質(zhì)圖中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述對(duì)地下巷道進(jìn)行三維建模，獲得巷道模型包括: 從巷道所在的中段地質(zhì)平面圖上提取巷道的中心線； 針對(duì)中心線的所有線段建立單獨(dú)的分段巷道模型； 對(duì)所有分段巷道模型在巷道的交匯處進(jìn)行貫通連接，以獲得所述巷道模型。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述對(duì)地下的鉆孔進(jìn)行三維建模，獲得鉆孔模型包括: 從鉆孔柱狀圖中提取鉆孔的屬性信息，所述屬性信息包括孔口地理位置坐標(biāo)，鉆孔的最大深度、鉆孔的測(cè)斜深度、鉆孔的傾角和鉆孔的方位角； 根據(jù)所述鉆孔的屬性信息在鉆孔所在 的地理位置坐標(biāo)處生成所述鉆孔的中心線； 圍繞所述鉆孔的中心線生成筒狀鉆孔，以獲得所述鉆孔模型。
【文檔編號(hào)】G06T17/00GK104008570SQ201410196180
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】陳建平, 于淼, 鄭嘯, 于萍萍, 安力立, 馬賀清 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）