基于Unity3D的煤礦地層建模及可視化研究

魯志滔

摘要：隨著三維可視化在煤礦領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)地層模型進(jìn)行可視化顯示具有重要意義。文章根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，選用數(shù)據(jù)點(diǎn)漸次插入算法加上反距離權(quán)重插值法進(jìn)行地層版面的構(gòu)建。接著根據(jù)Unity3D對(duì)模型表示的Mesh結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，連接頂?shù)装婷嫘纬傻貙幽Ｐ汀Ｗ罱K使用Unity3D引擎將其可視化。

關(guān)鍵詞：地層建模；Unity3D；三維可視化

1地層建模的數(shù)據(jù)屬性

要對(duì)地質(zhì)地層進(jìn)行建模，主要根據(jù)基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)。雖然有著復(fù)雜多樣的地質(zhì)數(shù)據(jù)特征信息，但等值線數(shù)據(jù)、剖面圖數(shù)據(jù)和鉆孔數(shù)據(jù)這3種數(shù)據(jù)是地質(zhì)地層建模的主要依據(jù)。統(tǒng)計(jì)組合這3種數(shù)據(jù)，能為三維地質(zhì)建模提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2構(gòu)建地層模型的算法實(shí)現(xiàn)

2.1數(shù)據(jù)點(diǎn)漸次插入算法的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)點(diǎn)漸次插入算法的第一步是建立一個(gè)超級(jí)三角形包圍點(diǎn)集中所有點(diǎn)。在構(gòu)建包圍所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的超級(jí)三角形后，開始對(duì)點(diǎn)集中的點(diǎn)進(jìn)行插入。插入一點(diǎn)，判斷該插入點(diǎn)在三角網(wǎng)的哪個(gè)三角形中，找到該三角形后，插入點(diǎn)分別連接該三角形的3個(gè)頂點(diǎn)，形成新的3個(gè)三角形，再刪除原三角形。不斷地重復(fù)此步驟，直到最后一個(gè)點(diǎn)插入完成。數(shù)據(jù)點(diǎn)漸次插入法構(gòu)建三角網(wǎng)的具體步驟如下：

（1）聲明一個(gè)點(diǎn)列表和三角形列表并利用構(gòu)造將其初始化。

（2）判斷點(diǎn)集中點(diǎn)的個(gè)數(shù)。如果少于3則返回空，結(jié)束方法；如果大于等于3，建立超級(jí)三角形并把超級(jí)三角形放入列表中，往下一步。

（3）遍歷點(diǎn)列表中所有的點(diǎn)，逐一插入。從三角形列表中尋找插入的點(diǎn)在哪個(gè)三角形內(nèi)。

（4）當(dāng)插入點(diǎn)在某個(gè)三角形的外接圓中，插入點(diǎn)連接該三角形三個(gè)頂點(diǎn)，形成3個(gè)新的三角形，刪除原三角形，并將新三角形加入三角形列表。

（5）當(dāng)點(diǎn)插入完畢后，刪除超級(jí)三角形。

（6）得到的三角形集合即所要構(gòu)建的三角網(wǎng)。

2.2反距離權(quán)重插值法

反距離權(quán)重插值法是以插值點(diǎn)到各個(gè)已知點(diǎn)的距離為基礎(chǔ)，權(quán)重是各距離倒數(shù)的整合。總體體現(xiàn)的效果數(shù)已知點(diǎn)離插值點(diǎn)的距離越近影響就越大，反之距離越遠(yuǎn)影響就越小。此算法根據(jù)若干個(gè)已知點(diǎn)的距離權(quán)重計(jì)算出插入點(diǎn)的空間信息，對(duì)解決由于鉆孔分布不均導(dǎo)致模型誤差較大給出了較為合適的解決方案。所以本文采用反距離權(quán)重插值法對(duì)三維鉆孔數(shù)據(jù)點(diǎn)估值，進(jìn)行新的點(diǎn)集插入。

2.3結(jié)合地質(zhì)數(shù)據(jù)生成三角網(wǎng)

構(gòu)建底板三角網(wǎng)，主要依據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)點(diǎn)，對(duì)于本文要構(gòu)建的地層模型，在已有的鉆孔數(shù)據(jù)點(diǎn)是不夠的，為了減少空間的未知性，進(jìn)行未知點(diǎn)的插入，插入要求是：在已生成的三角網(wǎng)的基礎(chǔ)上，以每個(gè)三角形的外接圓心為未知的插入，由于圓心的縱橫坐標(biāo)是確定的，所以需要做的是利用反距離權(quán)重插值法對(duì)未知點(diǎn)的高程進(jìn)行空間估值。最終結(jié)果如圖1所示。