礦山虛擬現實系統建模技術研究

摘 要:本文研究了虛擬現實建模過程中的相關技術問題，提出了一種3D虛擬礦山靜態建模方法，并運用3ds Max建立了虛擬礦山三維靜態模型，包括井下巷道和井上建筑等三維實體建模，取得了較好的初步應用效果。

關鍵詞:虛擬現實靜態建模VRML

中圖分類號:TP391.9文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(b)-0042-01

1 引言

虛擬現實技術是計算機技術發展到一定階段的產物，隨著虛擬現實技術的不斷發展，將虛擬現實技術應用于礦山建設逐漸成為礦山數字化研究的熱點，目前市場上出現不少成熟的礦山三維建模軟件，如3ds Max、GoCAD、Maya、VRML等。本文研究虛擬現實建模過程中的相關技術問題，并運用3ds Max建立了虛擬礦山中的礦井靜態建模。

虛擬現實技術(Virtual Reality)的基本特征有沉浸性、交互性和構想性。它綜合利用了計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人工智能技術、計算機網絡技術、并行處理技術等多種技術，對人的視覺、聽覺、觸覺等感覺器官的功能進行模擬，使人能夠沉浸在計算機生成的虛擬境界中，并能夠通過語言、手勢等自然的方式與之進行實時交互，創建一種人性化的多維信息空間[1]。

3D Studio Max簡稱3ds Max，是Autodesk公司開發的基于PC系統的三維動畫渲染和制作軟件。其主要特點包括:豐富的插件;操作簡單;較好的兼容性;效果逼真。目前，3ds Max被廣泛應用于廣告、影視、工業設計、多媒體制作以及工程可視化等領域[2]。

2 建模目標的獲取及三維建模

2.1 建模目標體信息的獲取

目標體是場景中目標建模的基礎，工程圖紙、目標體的機械圖紙和實地考察是獲取目標體的通用方法。建模目標體大致可以分為井上部分和井下部分，如圖1所示。井上目標體包括:建筑物、機械設備、道路等。井下目標體包括:豎井、巷道、水管、礦車等。作者通過對河北省某鐵礦的實地考察、了解礦井的詳細情況，為建立礦井模型做了充分的準備[3]。

2.2 礦山系統實體建模

井上目標體建模需要了解建筑物、地表、機械設備、道路等外形構造，我們使用3ds Max對目標體分別進行建模，圖2為構造的井架模型。通過合成技術把井上的目標體合成到一起，調整標體的比例，從而使整體具有一定的協調性。井下實體建模時，

主要對豎井、巷道、礦車、采掘面、線路管道等目標體的建模。由于巷道之間復雜的空間關系和巷道的幾何不規則性為井下建模帶來了一定的難度。巷道建模時，根據礦井結構的特點，首先建立中間層巷道，從而比較容易確定不同水平之間位置關系，建立整體的框架，便于快速建模。在中間水平模型建好之后進行上一水平面巷道的按照這個順序完成整道建模。完成巷道的整體模型之后把其他井下目標體合成到巷道之中，并調后設置最后把井上把部分和井下部分進行組合，最終形成整體模型[4][5]。

3 實現方案

由于礦山系統龐大、設備眾多，并隨著各種模型的建立、紋理渲染等工作的展開，使得計算機運行速度明顯減慢。要想使模型系統更加真實就要求各個部分的模型盡量精細化，但是模型的細化必然影響計算機的運行速度。處理好這對矛盾是本課題的難點。具體解決方案:(1)充分運用3ds Max中的插件，如Quicksilver渲染器，板巖材質編輯器、貼圖和建模功能等。插件的充分利用不僅可以使模型過程簡化，而且能夠保證很好的模型的真實性。(2)對象重用:在虛擬場景中，許多模型是相同的，把相同的模型進行統一管理，這樣不但減少了編碼過程中的復雜性，而且減輕了系統開銷，加快了瀏覽速度。(3)設置可視范圍:在固定的可視范圍內的場景模型可以顯示出來，而在該范圍以外的場景模型是不顯示的，這樣可以加快瀏覽速度，減少系統開銷。

4 結論

本文研究了礦井的靜態建模方法，并將建模結果初步應用于生產實際，對井下員工的培訓起到了一定的作用?？梢云诖S著相關研究的深入，建模方法得到進一步完善，應用3ds Max虛擬仿真軟件可以很方便地實現場景的虛擬仿真。隨著虛擬現實技術在礦山建設中的廣泛應用，礦山數字化建設的逐步完善，虛擬現實技術將有助于提高我國資源生產效率，提高安全生產水平。

參考文獻

[1]張金釗，張金摘，張金銳.虛擬現實三維立體網絡程序設計語言VRML[M].北京:清華大學出版社，2004.

[2]蔣毅.3DStudioMAX軟件在虛擬現實技術上的應用[J].硅谷，2009，(4):78.

[3]王志杰等.基于虛擬現實技術的礦山三維建模、顯示及漫游系統[J].測繪工程，2006，15(4):45-47.

[4]孫麒，劉迎春，徐春霞.基于VRML的虛擬場景漫游實現[J].計算機工程與設計，2008，29(14):3748-3751

[5]謝義林等.虛擬數字礦山的研究與應用[J].礦業工程，2006，5(1):56-59.