三维巷道矢量模型生成与动态漫游

论文摘要

巷道作为矿山项目中重要的空间要素,它在数字矿山系统中占有十分重要的位置。由于巷道在地下纵横交错,单纯用二维图形很难直观的表达出地下巷道几何形态和所处的空间位置,因此有必要找到一种合适的三维巷道模型生成方法并实现巷道三维仿真。考虑到矢量模型在三维表达上的优势,本文提出了一种巷道矢量模型的建模方法,它在保证巷道形态正确的同时,将巷道模型的生成与连接处平滑一次性完成。针对巷道连接处处理这个难点,在巷道连接处插入旋转的断面组,使生成巷道体的同时又完成了连接处的平滑处理,即保证巷道无缝连接又降低了算法的复杂度。在实际应用中,巷道往往与其它地质实体共同存在。为了更直观的展示出巷道与其它地质实体的位置关系,本文提出一种巷道体表面着色的方法,它把与同一个实体相交的巷道表面区域赋上相同的属性值,然后用不同的颜色对巷道表面上属性不同的区域进行填充,清晰的标识出与巷道相交的实体以及相交区域的空间位置。在上述巷道模型的基础之上,本文提出一种针对巷道漫游数据的计算方法,该方法对漫游路径进了平滑处理,将当前所处巷道底面的法向量作为视线的向上向量,并且拉长了视点与朝向点的距离,使视觉效果更加真实流畅。最后结合OpenGL技术,实现三维巷道的动态漫游,为更进一步从内部验证巷道结构的正确性和优化巷道设计提供了最直接的工具。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状和水平
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 论文的组织结构
• 第二章 GIS空间数据模型
• 2.1 空间数据模型
• 2.2 三维空间数据模型
• 2.3 常见矢量数据结构
• 2.4 巷道三维数据模型
• 2.4.1 三维数据模型选取原则
• 2.4.2 巷道数据特点
• 2.4.3 适合巷道的三维数据模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 三维巷道矢量模型的生成
• 3.1 巷道中心线数据源
• 3.1.1 三维中心线建模
• 3.1.2 巷道的自相交问题
• 3.1.3 中心线数据预处理
• 3.2 绕任意轴旋转变换算法
• 3.2.1 旋转变换的基本步骤
• 3.2.2 旋转矩阵
• 3.3 巷道的三维建模方法
• 3.3.1 巷道横断面建模
• 3.3.2 直巷道的建模方法
• 3.3.3 连接处的平滑处理
• 3.4 复杂度分析与实验效果
• 3.5 本章小结
• 第四章 巷道体表面着色
• 4.1 基本概念
• 4.1.1 三维流形网格模型
• 4.1.2 地质实体的特点
• 4.2 巷道体的数据结构
• 4.3 巷道体区域划分
• 4.3.1 巷道体与地质实体交线生成
• 4.3.2 重建巷道表面三角网格
• 4.4 表面颜色填充
• 4.4.1 地质实体嵌套关系的确定
• 4.4.2 判定点与体包含关系
• 4.4.3 表面三角网格区域定位
• 4.5 实验结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 三维巷道动态漫游与可视化技术
• 5.1 可视化原理与实现
• 5.1.1 三维模型可视化原理
• 5.1.2 OpenGL三维场景显示技术
• 5.2 三维巷道动态漫游
• 5.2.1 OpenGL场景漫游原理
• 5.2.2 漫游路径生成
• 5.2.3 视线朝向点位置
• 5.2.4 视点向上方向
• 5.3 实验结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 进一步研究内容
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果