数字矿山是智能矿山能够实现的基础(数字化矿山软件) 虚拟矿山应用研究:随着虚拟现实技术的不断发展，虚拟现实技术在数字矿山建设中的应用逐渐成为矿山研究的热点之一。 矿山数字化需要矿山可视化分析。目前，国外已经出现了许多成熟的矿山三维可视化分析软件，如PC_Mine、microLYNX、Vulcan、GoCAD等。 由于矿山信息的复杂性，特别是巷道和地层的数据，国内还没有成熟的矿山三维软件。 随着GIS(地理信息系统)技术的发展，二维空数据模型和数据结构已经相当成熟。 由于3D 空之间的数据庞大而复杂，目前还没有一个全面的数据模型和相应的数据结构能够完美地描述和表达现实中的所有3D对象。 如何将虚拟现实场景应用于矿山，结合成熟的2D GIS组件技术，尝试构建一个虚拟的数字矿山，是本文讨论的主要问题。 1 & nbsp虚拟现实及相关软件虚拟现实(VR & mdash虚拟现实)技术是由计算机及相关软硬件系统生成的高科技仿真系统。 它构成了一个基于视觉感知的虚拟环境，包括听觉、触觉，甚至味觉。它通过特殊的设备使锻炼者有身临其境的感觉。 将虚拟现实技术引入地理信息系统，不仅能促进其自身的发展，还能更大程度地满足社会的需求。 MuhiGen Creator/Vega Prime是由MPI & mdash由MuhiGen-Paradigm公司推出的虚拟现实模拟产品 MuhiGen Creator用于实时生成三维数据库，具有完整的交互式实时三维建模、自动大规模地形、三维人文景观和道路生成器等功能。 它可用于战场、城市仿真、计算可视化等领域，是一种理想的虚拟场景建模环境。 Vega Prime是一款专门用于实时视觉、声音模拟和虚拟现实领域的软件。 包括一个图形用户界面Lynx Prime和一系列用C++实现的库文件和头文件 在Visual C++环境下可以调用这些头文件，通过编程实现虚拟场景的交互控制。 2 & nbsp基于组件的GIS开发及相关软件基于组件的GIS是一种采用面向对象技术和组件思想的GIS。GIS的每个功能模块被划分为若干组件，这些组件可以通过可视化软件开发工具方便地与其他非GIS组件集成，形成最终的GIS基础平台和应用系统。 目前，大多数GIS软件公司都把开发组件式GIS作为一项重要的发展战略。MapX是Mapinfo公司提供的一款快速、易用、功能强大的组件产品，实现了Mapinfo Professional的大部分功能。 MapX在VB、Dephi、VC++等可视化环境下，通过设置属性，调用相应事件的相应方法，可以实现数据可视化、专题分析、地理查询、地理编码等丰富的地图信息系统功能。 3虚拟数字矿山的建模技术3.1矿山地形建模MuhiGen Creator可以处理DED格式的地形数据，可以转换各种原始数字高程数据(GRID、TIN等。)与真实地理坐标转换成DED格式数据(格式转换可使用ARC/INFO、Global Mapper等软件进行) Creator有四种地形转换算法:1)规则网格算法(Polymesh) 在该算法中，从高程格网采样生成均匀的直线格网表面，并按照定义的后采样率为每个采样点的样本创建多边形，每个采样点的样本将成为地形多边形的顶点。2)不规则网格算法。 采样方法与常规网格略有不同。它创建一个非矩形多边形，这样采样点就可以靠近地形变化最大的特征点。因此，对于相同数量的多边形，不规则三角形比规则多边形更能准确地描述地形。3) Delaune算法(Delaunay) 对数据库中的每个高程点进行采样。如果要检测脊和谷，则定义一系列采样点并将其添加到三角测量计算中。 同样，为了保护海岸线，Creator检查每一条与海岸线相交的新多边形边，并将沿岸的采样点添加到三角剖分计算中；4)连续自适应地形算法(CAT & mdash连续自适应地形) CAT算法的优点是不同层次细节模型之间的转换非常平滑，不会出现突变。 但由于CAT算法生成的地形数据库只能在SGI Performer系统中运行，因此地形选择算法主要由用户数据库的硬件类型决定，需要考虑的因素包括处理速度、支持的边界匹配、三角形条带的能力以及可以处理的最大多边形数。 3.2矿山地表特征的建模矿山地表特征的建模一般采用数字化的CAD格式矢量图，导入Creator进行建模。 注意Creator只能处理AutoCAD R12/T12 dxf格式的数据，所以需要将图像保存为这种格式。 地表建筑物或构筑物的高度可通过实地测量或高分辨率遥感影像获得；表面纹理可以用数码相机直接拍摄，然后用Photoshop等图像处理软件进行处理和校正。 模型建立后，添加纹理、材质、阴影等。可以获得更好的虚拟仿真效果。 3.3井下巷道建模目前井下巷道信息主要以CAD格式的双线开采工程平面图来表达。 首先，根据开挖平面图上的高程信息，在CAD中使用三维多线段重绘巷道。同时将高程信息赋予各个节点，实现巷道的单线显示。最后保存为dxf格式数据，引导创建者建立具有真实坐标和拓扑关系的三维巷道模型。 4具有GIS特征的虚拟数字矿山数据及其组织4.1:虚拟场景的数据源3D虚拟场景是对客观世界的反映，主要描述客观世界中的地形、地貌、地物、文化特征和人工模型(地物)。 三维虚拟场景的构建是对客观世界进行抽象和数字化的过程。 为了使建立的虚拟场景具有实用价值，建立的模型必须具备传统地图的基本特征:1)测量:数据要有严格的数学基础；2)直观:实现制图综合，按要求显示最重要的内容；3)扫视:使用地图语言。 3D数据模型使用的数据格式是Creator的Open Flight，是一种层次化的数据结构，通过几何层次和属性来描述3D对象。 它创建的场景是一个或多个树形数据库，是整个虚拟场景的数据库。 每次开放:& nbsp飞行文件代表一个数据库，它有效地描述了模型或地形的几何形状、层次结构和图形属性。 每个数据库由根节点(db)、子节点(组、对象)和叶节点(面)组成 在建模之前，必须收集客观世界中的相关数据，并且这些数据必须是可测量的，主要收集:& mdash& mdash空之间的数据 包括主要的地形和地形数据，主要描述场景的轮廓。 原始地形数据可以来自地形图的等高线、离散高程点、其他有高程的陡坡线、湖泊的平面多边形等。，也可以通过处理航拍照片、机载激光扫描仪扫描的数据或SAR/ INSAR等卫星遥感影像获得。 地物数据主要是指建筑物、构筑物的位置和结构数据；道路、河流、绿化树木等的平面位置及相关数据。 & mdash& mdash纹理数据 粘贴在地形上的纹理，也称为地理纹理，一般来自数字正射影像图(DOM)或数字栅格地图(DRG)。 遥感影像和航拍空照片可以处理成DOM，地形图经过扫描、图形定向、几何校正、色彩校正后可以形成DRG。 一般地物的纹理主要由数码相机采集。 OpenFlight模型接受的标准纹理格式有rgb、rgba、int、inta，以及常见的tif、gif、jPg等。，但容易造成系统不稳定，纹理图像大小一般为2# & mdash& mdash属性资料 如果只能在三维场景中漫游，而不能对场景中的物体进行查询、测量等一些基本操作，那就没有GIS的特性。 二维GIS数据包含大量的属性数据，MapX可以接受tab表格式，其属性数据文件(..DAT)包含空之间数据的完整属性 通过相互响应机制，将二维矢量图和三维场景图连接起来，消除三维场景中的失落感。 4.2虚拟场景的数据组织2D 空数据主要以MapX图层(tab文件)组织，每一层都包含具体的数据集，如道路、学校、商店等。 三维空数据采用Creator的OpenFlight数据结构进行组织，其层次结构用于按照地形和地物(道路、学校、商店等)的分类来组织数据。). 属性的组织方法。数据:1)数据量不大，可以用MapX的tab表组织，空(..地图文件)和属性数据(。dat)通过交叉索引文件连接；2)大量的数据可以通过大型商业数据库(SQL Server、Oracle等)进行组织。)，并且可以利用MapX的数据绑定功能将其与空之间的数据链接起来，或者利用AD0(微软ACFIVEX数据对象)直接操作数据库中的数据。 同时，3D模型的名称、2D GIS表中的关键字段和数据库表中的关键字段可以一一对应，从而实现空之间的数据和属性的关联 整个数据组织(数据来源包括各种相关的纸质地图、电子地图、表格、文档等。)如图1所示。 5具有GIS特色的矿山虚拟场景交互5.1:2D地图与3D场景二维地图的相互响应缺乏立体感，而3D虚拟场景则有失落感。2D地图和三维虚拟场景的相互响应，有效地克服了2D地图和三维虚拟场景各自独立的缺点，实现了优势互补。 2D地图与三维场景相互响应的主要方式有:1)通过坐标联系。 二维电子地图和三维场景地图都基于统一的坐标系。在三维场景漫游的过程中，实时变化的视点以坐标的形式反映在二维地图上，同时点击二维地图中的任意一点。 用当前点的坐标更新3D场景中的视点坐标，实现2D地图和3D场景的相互响应；2)通过对象的唯一名称进行联系。 在虚拟场景中，通过点击鼠标和碰撞检测获得被点击物体的名称。由于三维场景中模型的名称与tab表和数据库表中的关键字段相对应，因此可以获得物体的属性信息，也实现了二维地图与三维场景的相互响应。 5.2 & nbsp2D地图和三维虚拟场景的操作对于2D地图，MapX提供了丰富的嵌入式功能，如一般的地图操作(放大、缩小、漫游等。)以及各种专题图的制作(范围值、等级符号、点密度、独立值、直方图、饼状图)。 对于三维场景地图的距离测量，可以使用鼠标通过碰撞检测获得两点的三维坐标来计算两点之间的距离。 通过与2D地图的相互响应实现属性查询(其本质是获取与之对应的2D对象的属性信息)，如图2所示。 对于3D场景图的空分析，目前还没有成熟的算法，但是可以做一些简化，比如可以将缓冲区分析转化为相应的2D地图运算，通过2D地图和3D场景的相互响应，将运算结果反映到虚拟场景中。 如图3所示 6 & nbsp结合山西某矿山虚拟示范工程，开发了虚拟数字矿山原型系统。 资料为1: 2 000和局部1: 500扫描地形图、挖掘工程平面图、井上下井对比图、工业广场和工人村的各种文字和图像。 首先对扫描的地形图进行配准，然后矢量化得到AutoCAD R12的矢量地图(dxf格式)。 引导创作者建立工业广场和工人村模式。 根据上述隧道建模方法，采用开挖工程方案 实现巷道模型的建立。 Photoshop对实地采集的图像进行处理，将生成的纹理粘贴在模型表面，并为模型添加光源和材质，完成模型制作。 使用tab表建立相应的属性字段，完成属性数据的输入。 在Vega Prime的GUI界面中，准备各种对象的属性，生成ACF(应用配置文件)文件，用VC的MFC完成虚拟数字矿山原型系统(见图4、图5)。 结论将组件式GIS应用于数字矿山，与GIS二次开发组件(MapX)有机结合，可以开发出具有一定功能的虚拟数字矿山系统，满足矿山整体展示、巷道设计、矿山生态重建仿真等需求。 但由于软件的系统配置要求较高，不能结合Web插件，3D 空分析较弱，这些方面还需要进一步研究和拓展。 & nbsp 免责声明：本网部分内容来自互联网媒体、机构或其他网站的信息转载以及网友自行发布，并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。本网所有信息仅供参考，不做交易和服务的根据。本网内容如有侵权或其它问题请及时告之，本网将及时修改或删除。凡以任何方式登录本网站或直接、间接使用本网站资料者，视为自愿接受本网站声明的约束。
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