三維虛擬交互技術(shù)在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用

摘 要：伴隨現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息處理技術(shù)的發(fā)展，以GIS地理信息系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)可視化技術(shù)為主導(dǎo)的新興手段，逐步融入到地質(zhì)礦產(chǎn)勘查信息化建設(shè)之中。文章擬以Unity 3D引擎為開發(fā)平臺(tái)，運(yùn)用三維虛擬交互技術(shù)來構(gòu)建三維地質(zhì)礦產(chǎn)交互系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查數(shù)據(jù)的模擬顯示與成果共享，加強(qiáng)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造與礦體特征的動(dòng)態(tài)化分析。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)礦產(chǎn)勘查；Unity 3D引擎；三維虛擬交互

伴隨現(xiàn)代科技的進(jìn)步與發(fā)展，數(shù)字遙感、地理信息與現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理等技術(shù)，逐步應(yīng)用到地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作中，但由于傳統(tǒng)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查資料成果以地形圖、地質(zhì)圖等二維形式為主，因而地質(zhì)信息表現(xiàn)形式相對(duì)單一，難以直觀形象的恢復(fù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)與空間展布狀態(tài)；而采用Unity 3D利用三維虛擬交互技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)二維地質(zhì)圖件與三維數(shù)據(jù)模型的整合分析，極大提升地質(zhì)礦產(chǎn)勘查數(shù)據(jù)信息化管理層次。

1 Unity 3D三維建模

Unity 3D由Unity Technologies公司開發(fā)，采用類似Director、Virtools等交互式圖形創(chuàng)建工具，可為建筑工程可視化研究與三維場(chǎng)景創(chuàng)建提供專業(yè)化操作引擎，該平臺(tái)支持Windows與Mac OS X操作系統(tǒng)，并可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的在線發(fā)布。

Unity 3D采用面向?qū)ο髮?shí)體的場(chǎng)景建設(shè)方案，基于Direct 3D、Open GL進(jìn)行模型渲染，快速建立對(duì)象區(qū)域的虛擬仿真場(chǎng)景，并可通過相關(guān)JavaScript或C#腳本來操作實(shí)體模型的反演軌跡，可從多視角展現(xiàn)三維場(chǎng)景狀態(tài)情況，便于對(duì)空間實(shí)體的宏觀漫游與微觀剖面分析，從定性與定量的視角來感知對(duì)象信息。

2 三維虛擬交互技術(shù)

作為計(jì)算機(jī)仿真學(xué)的重要分支，三維虛擬交互利用模擬環(huán)境、假定感知、多源傳感器等相關(guān)技術(shù)，將其應(yīng)用于地質(zhì)礦產(chǎn)勘查中時(shí)，可建立實(shí)體動(dòng)態(tài)三維數(shù)據(jù)模型，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)傳輸與數(shù)據(jù)操控手段，實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)模型間的虛擬交互。

受地質(zhì)條件與地層作用的影響，加之?dāng)?shù)據(jù)采集的形式與手段的差異，地質(zhì)礦產(chǎn)勘查數(shù)據(jù)復(fù)雜多樣、結(jié)構(gòu)化異構(gòu)顯著，由于地質(zhì)礦產(chǎn)勘查數(shù)據(jù)離散性、不規(guī)則的特征，使得傳統(tǒng)地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)難以共享分析與整合應(yīng)用；通過將三維虛擬機(jī)交互技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)礦產(chǎn)勘查行業(yè)，通過利用三維幾何形狀定義、坐標(biāo)框架轉(zhuǎn)換，來構(gòu)建基于統(tǒng)一空間坐標(biāo)框架與格式基準(zhǔn)的區(qū)域?qū)ο罅Ⅲw模型，利用對(duì)象操控與虛擬現(xiàn)實(shí)漫游技術(shù)，有助于實(shí)現(xiàn)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查數(shù)據(jù)的立體場(chǎng)景展示、地礦資源體量估算、地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急可視化指導(dǎo)。

3 三維虛擬交互技術(shù)在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用探究

文章擬采用Unity 3D為三維場(chǎng)景創(chuàng)建引擎，對(duì)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真建模與虛擬場(chǎng)景整合，利用計(jì)算機(jī)鍵盤與鼠標(biāo)等輸入設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)地質(zhì)礦產(chǎn)區(qū)域的場(chǎng)景漫游、斷層與構(gòu)造分析，并可對(duì)礦產(chǎn)資源基本屬性進(jìn)行檢索查詢。

地質(zhì)礦產(chǎn)勘查三維交互系統(tǒng)，可分為應(yīng)用層、中間層與數(shù)據(jù)基礎(chǔ)層3類，其應(yīng)用層主要指用戶采用Web瀏覽器控件進(jìn)行數(shù)據(jù)模型操作，中間層借助JavaScript編程技術(shù)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)分層間的數(shù)據(jù)與模型交互，系統(tǒng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)層則包含地形與地質(zhì)數(shù)據(jù)圖形、三維地質(zhì)模型、遙感圖像數(shù)據(jù)以及相關(guān)的屬性文件。其三維虛擬交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

（1）地質(zhì)體三維數(shù)據(jù)獲取，其來源為3D max或Sketchup軟件制作的相關(guān)模塊，模型的頂點(diǎn)坐標(biāo)包含三維空間坐標(biāo)信息，用于礦體或地質(zhì)體的定位，采用TIN三角網(wǎng)來構(gòu)筑模型骨架，降低數(shù)據(jù)冗余度，然后利用紋理貼圖映射的形式，增強(qiáng)模型的真實(shí)度。

（2）將生成的三維模型數(shù)據(jù)導(dǎo)出為可被Unity 3D所識(shí)別的3ds格式，并在Unity 3D中構(gòu)建數(shù)據(jù)場(chǎng)景模型，同時(shí)可利用Material類對(duì)所建立的三維模型進(jìn)行著色器自定義、紋理材質(zhì)修改等操作，然后利用相關(guān)插件進(jìn)行網(wǎng)格渲染。

（3）融入屬性數(shù)據(jù)信息，為Unity 3D所導(dǎo)入與渲染的三維模型添加相關(guān)的物理與屬性信息，利用網(wǎng)格碰撞器來模擬與檢測(cè)地質(zhì)體之間的作用關(guān)系，完善數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)模型與地質(zhì)體屬性信息。

（4）利用JavaScript或C#編程技術(shù)，進(jìn)行三維虛擬交互系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)開發(fā)，并采用網(wǎng)絡(luò)腳本實(shí)現(xiàn)三維系統(tǒng)的在線發(fā)布與訪問瀏覽。

利用Unity 3D構(gòu)建地質(zhì)礦產(chǎn)勘查數(shù)據(jù)的三維虛擬交互系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)單模型、單地質(zhì)對(duì)象的檢索查詢，拾取地質(zhì)礦體三維坐標(biāo)、巖性數(shù)據(jù)與地質(zhì)年代信息，并可在線調(diào)用與編輯相關(guān)的空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新；形象直觀的表達(dá)空間對(duì)象間的相對(duì)關(guān)系，利用空間插件通道與計(jì)算機(jī)編程技術(shù)，快速繪制區(qū)域礦體剖面圖，在實(shí)現(xiàn)地質(zhì)體模型空間漫游的同時(shí)，查看實(shí)體對(duì)象的內(nèi)部剖面數(shù)據(jù)信息。

4 結(jié)束語

以地質(zhì)礦產(chǎn)勘查資料數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)編程、三維虛擬交互與Unity 3D開發(fā)技術(shù)，創(chuàng)建地質(zhì)礦產(chǎn)三維場(chǎng)景模型，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)礦產(chǎn)信息的動(dòng)態(tài)可視與交互操作，是實(shí)現(xiàn)地質(zhì)礦產(chǎn)資源管理數(shù)字化的重要環(huán)節(jié)；建立跨平臺(tái)的虛擬三維交互平臺(tái)，摒棄了傳統(tǒng)桌面單一客戶端專業(yè)應(yīng)用程序顯示的弊端，以Web網(wǎng)絡(luò)瀏覽器訪問的形式提升三維模型數(shù)據(jù)查詢、展示與應(yīng)用的效果；將其應(yīng)用于地質(zhì)勘查與礦山資源信息化管理后，有助于實(shí)現(xiàn)地質(zhì)礦產(chǎn)資源的協(xié)調(diào)優(yōu)化與整合分配，有助于三維地質(zhì)礦產(chǎn)模型的綜合共享，提升地質(zhì)礦產(chǎn)勘查領(lǐng)域的信息化與數(shù)字化水平。

參考文獻(xiàn)

[1]羅智勇，楊武年.基于鉆孔數(shù)據(jù)的三維地質(zhì)建模與可視化研究[J].測(cè)繪科學(xué)，2008（2）.

[2]程朋根，劉少華，等.三維地質(zhì)模型構(gòu)建方法的研究及應(yīng)用[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（地球科學(xué)版），2004（2）.

[3]張夏林，吳沖龍，翁正平，等.數(shù)字礦山軟件（QuantyMine）若干關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用[J].地球科學(xué)（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)），2010（2）.

[4]徐立明，牛新生.地質(zhì)體三維可視化模擬的現(xiàn)狀與展望[J].西南民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006（1）.

作者簡(jiǎn)介：盧正哲（1987-），男，現(xiàn)為江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局地質(zhì)信息中心工程師，從事地質(zhì)礦產(chǎn)、地質(zhì)礦產(chǎn)科普、基于Unity3d的三維虛擬交互等相關(guān)技術(shù)研發(fā)工作。

劉曉（1989-），現(xiàn)為江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局地質(zhì)信息中心測(cè)繪助理工程師，從事地質(zhì)數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)開發(fā)與測(cè)試等相關(guān)工作。