井下巷道拼接及其三维可视化的研究和实现

论文摘要

计算机三维矿山巷道模拟是当前三维地理信息系统和数字矿山理论与技术发展中的关键问题,而巷道拼接模型同时也是三维巷道模拟的关键问题。对巷道拼接模型的研究则能进一步完善巷道建模方法,同时也完善数字矿山建模方法,促进MGIS理论、方法的发展,为开发实用商业化MGIS软件提供理论和方法基础。本文首先讨论建立三维巷道空间数据模型的方法,借鉴前人研究的成果,总结巷道数据的来源与特点,分析巷道网络元素及拓扑关系,提出基于离散点的二维巷道中心线加载断面的方法来构建三维巷道模型并给出对应的巷道数据结构。采用分层结构思想建立巷道数据库管理信息系统,提供巷道模型数据的获取、编辑、处理、存储等操作,为巷道模型及拼接算法提供准确的数据接口,降低巷道模型及拼接算法的复杂度。从计算机辅助几何设计(CAGD)方面分析现有曲面拼接算法,结合NURBS的原理,提出基于解析几何的巷道模型拼接算法和基于离散点的巷道拼接算法。结合实例重点分析基于离散点的拼接算法的关键问题,并给出具体的解决方案。以预处理过的巷道模型数据为基础,在分析基于OpenGL的可视化技术的基础上,利用面向对象的程序设计与编程方法,对巷道模型及拼接算法进行论证,并给出具体的三维显示实例。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 论文研究的背景与意义
• 1.3 三维数据模型及巷道拼接的应用研究现状
• 1.4 论文研究的主要内容
• 2 巷道三维空间数据模型
• 2.1 GIS 空间数据模型
• 2.1.1 数据模型
• 2.1.2 空间数据模型
• 2.2 三维空间数据模型的分析
• 2.3 巷道数据的特点和来源
• 2.4 三维数据模型的选择原则
• 2.5 巷道三维元素的拓扑关系
• 2.5.1 巷道网络的元素
• 2.5.2 巷道空间拓扑关系的建立
• 2.6 三维巷道的模拟方法及数据结构
• 2.6.1 巷道中心线的逼近
• 2.6.2 巷道断面的加载
• 2.6.3 巷道的数据结构
• 3 巷道数据组织—巷道数据库管理信息系统
• 3.1 数据库设计
• 3.2 巷道数据库的存储结构设计
• 3.3 巷道数据库的数据访问方式
• 3.4 巷道数据库的界面交互
• 3.4.1 用户界面设计原则
• 3.4.2 界面交互层设计
• 3.5 小结与示例
• 4 巷道模型的拼接处理研究
• 4.1 问题描述
• 4.2 曲面拼接的复杂性
• 4.3 曲线/曲面拼接的数学基础
• 4.4 常见拼接方法
• 4.5 本文的拼接算法模型
• 4.5.1 基于解析几何的算法模型
• 4.5.2 基于离散点的算法模型
• 4.6 算法分析
• 5 三维巷道的可视化研究与实现
• 5.1 基于OpenGL 的可视化研究
• 5.1.1 OpenGL 概述
• 5.1.2 OpenGL 的特点和功能
• 5.1.3 OpenGL 的图形处理流程
• 5.2 基于OpenGL构建三维巷道真实感模型的原理
• 5.3 运用OpenGL 实现巷道模型及拼接的主要技术
• 5.4 巷道模型及拼接的可视化
• 5.4.1 巷道模型的可视化
• 5.4.2 巷道模型拼接的可视化
• 6 总结
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录