矿体三维实体模型算法研究

论文摘要

矿体三维实体模型可以加深人们对复杂矿体构造的认识,为矿山企业的生产、设计提供直接的指导。然而,在建立矿体三维实体模型方面,目前尚无成熟完备的算法,仍有许多问题需要解决。针对我国矿山普遍使用平面和剖面图上圈定的矿岩界线作为生产和设计基础资料的现实,作者提出了利用矿体二维剖面轮廓线构建矿体三维实体模型的一种新算法,即基于约束条件的同步优先最短对角线法。众所周知,利用二维剖面轮廓线构建三维实体的技术在医学影像领域应用已经非常普遍,但是在矿体三维实体构建过程中,当相邻矿体剖面轮廓线形体差异较大、轮廓线上点数相差较多,以及轮廓线形状非常复杂时,极易出现异常锥体连接,或者孤立轮廓点等问题。一些学者曾对此进行过专门研究,也提出过一些解决方案,但实际效果不很理想。作者通过深入研究,克服重重困难,最终提出了基于约束条件的同步优先最短对角线算法,在一定程度上解决了上述问题。其核心思想是,对相邻轮廓线的步进速度进行动态约束,尽可能保证三角面片连接操作沿着轮廓线走向方向同步进行。针对相邻轮廓线间整体相似,但局部差异很大的情况,算法也做了相应的处理,使同步约束更加趋于合理,不会因单纯追求同步而造成跨度异常增大和错位连接。该算法在本溪南芬露天铁矿3号矿体三维实体模型构建过程中得到了验证,所构建的矿体三维实体具有表面平滑和过渡自然的特点。使用该算法构建矿体三维实体模型,需要事先对轮廓分支、轮廓对应关系等进行预处理,文中对此有比较详尽的讨论。此外,还讨论了矿体尖灭等问题的处理方法。最后,作者利用C++Builder开发工具开发了矿体三维实体建模系统。该系统既可以独立运行,也可以通过内置的编程接口供第三方软件系统直接调用,为二维矿山辅助设计软件增加三维实体建模功能提供了一种方便、快捷的手段。在整个系统实现过程中,从需求分析、总体设计到详细设计,全部采用UML语言（Unified Modeling Language,即统一建模语言）进行建模,使系统结构变得更加直观,易于理解。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 研究内容
• 1.4 技术路线
• 第2章 矿体三维实体模型及建模方法
• 2.1 空间数据模型
• 2.2 矿体三维实体数据模型
• 2.2.1 基于面元的模型
• 2.2.2 基于体元的模型
• 2.3 矿体三维实体建模方法
• 2.4 基于二维轮廓线构建三维实体的算法原理
• 2.4.1 基本原理
• 2.4.2 最大体积法与最小表面积法原理
• 2.4.3 最短对角线法原理
• 2.4.4 同步前进法原理
• 2.4.5 其他轮廓线重构算法
• 第3章 基于约束条件的同步优先最短对角线算法
• 3.1 地质剖面图与矿体剖面模型
• 3.2 基于矿体剖面轮廓线构建矿体三维实体
• 3.2.1 基本流程
• 3.2.2 轮廓对应关系的处理
• 3.2.3 轮廓分支问题的处理
• 3.3 基于约束条件的同步优先最短对角线算法
• 3.3.1 基本原理
• 3.3.2 实现算法
• 3.3.3 矿体尖灭的处理
• 第4章 基于约束条件的同步优先最短对角线算法实现
• 4.1 计算机三维图形实现原理及方法
• 4.1.1 三维图形原理及工作流程
• 4.1.2 从三维空间图形到二维平面图像
• 4.2 矿体三维实体构建程序的实现
• 4.2.1 开发平台与运行环境
• 4.2.2 系统设计与主要数据结构
• 4.2.3 系统实现
• 4.2.4 真实感三维实体
• 4.3 应用实例
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢