三維可視化技術(shù)在數(shù)字礦山中的應(yīng)用研究

王守民

（河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊(duì)，河南 鄭州 450016）

隨著數(shù)字化礦山的建立以來，為了填充其內(nèi)部框架的完整性就將不同領(lǐng)域大量高端技術(shù)進(jìn)行選用，其中主體為數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)的獲取技術(shù)、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)更新技術(shù)、數(shù)據(jù)的快速處理與對其中有用信息的高效獲取、數(shù)據(jù)的大規(guī)模儲存、利用數(shù)據(jù)擬建三維模型技術(shù)等等，數(shù)字化礦山技術(shù)就是這些技術(shù)的集大成者[1]。數(shù)字化的礦山以大量的數(shù)據(jù)作為構(gòu)建的基礎(chǔ)，其中以數(shù)據(jù)的管理技術(shù)作為搭建的依據(jù)，以數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系與數(shù)字化模型的擬建作為數(shù)字化礦山系統(tǒng)的核心，最終表現(xiàn)為分布式網(wǎng)絡(luò)的形式。

1 數(shù)字化礦山的發(fā)展歷史

在數(shù)字化礦山剛開始發(fā)展時(shí)，采取的是二維圖形建立模型在當(dāng)時(shí)很是先進(jìn)。但隨著需求的不斷增大就讓這種二維模型不滿足發(fā)展得需求。此時(shí)三維的模型就應(yīng)運(yùn)而生，這種模型讓數(shù)據(jù)體現(xiàn)的更加清晰、讓數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系更加的明朗，這就讓三維的可視化技術(shù)逐漸地應(yīng)用越來越廣泛，這種高端的數(shù)字信息技術(shù)也成為了數(shù)字化礦山技術(shù)的核心支柱。三維可視化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就是能夠?qū)?shí)際的情況更加真實(shí)的進(jìn)行反應(yīng)，是將數(shù)據(jù)變得立體、變得透徹。三維可視化技術(shù)是在模仿的基礎(chǔ)上進(jìn)行深入化的模型理解從而進(jìn)行模型的構(gòu)建。三維可視化技術(shù)的出現(xiàn)就讓信息模型的構(gòu)建能讓礦山進(jìn)行更好的表述，讓數(shù)字化礦山中的礦石與表面的地質(zhì)形狀可以在立體的模型中體現(xiàn)相互的位置與關(guān)系，讓使用者更加直觀與清晰的看到數(shù)據(jù)。

2 三維可視化技術(shù)的構(gòu)建

構(gòu)建三維可視化模型的方式是多種多樣的，成本高昂的方法為使用大型的掃描儀器，這種方式的缺點(diǎn)為設(shè)備本身體積大、占地面積大而且十分脆弱，對搭建場地的要求也很苛刻，但掃面的十分精準(zhǔn)與透徹。當(dāng)下的許多企業(yè)都是運(yùn)用航拍設(shè)備進(jìn)行礦山的測量，航拍的精確程度高、速度快而且成本低廉，在大面積的礦山模型的制作中尤其凸顯其優(yōu)點(diǎn)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)搜集時(shí)迅速、準(zhǔn)確對于三維模型的建立有著極大的幫助。

2.1 礦山三維建模操作過程

首先要進(jìn)行航空攝影測量，之后進(jìn)行相片控制測量，最后進(jìn)行控制三角測量，到這里測量過程全部結(jié)束，開始制作模型。將測量到的數(shù)據(jù)中的立體模型地物三維數(shù)據(jù)的提取，進(jìn)行三維模型的建立，之后進(jìn)行頂部紋理自動(dòng)提取。在這三個(gè)過程中運(yùn)用了DEM與DOM進(jìn)行制作。隨后進(jìn)行外業(yè)建筑物側(cè)面紋理的采集工作與側(cè)面紋理的貼圖工作。最終將礦山的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，形成礦山的數(shù)字化三維立體模型。

2.2 礦山三維建模關(guān)鍵技術(shù)

其中就有采集三維模型關(guān)鍵性數(shù)據(jù)，其中包括了相片中的建筑、水路等等的固定場景。在三維的模型中可以體現(xiàn)出物體的位置、尺寸、立體形狀以及周圍的環(huán)境，這些都是三維模型制作的細(xì)節(jié)體現(xiàn)。對圖像中數(shù)據(jù)提取的建筑大小、高度以及占地面積都有最小要求；對于建筑物的女兒墻以及裝飾部分的圖像進(jìn)行采集；特殊的構(gòu)造建筑物要對其有與眾不同的標(biāo)注方法；建筑物的屋頂部分如有大型異物要進(jìn)行表示。

在進(jìn)行紋理的采集時(shí)，航拍最能體現(xiàn)的就是地形地貌，其次由于近景拍攝的效果也可以得出建筑物的細(xì)節(jié)。為了詳細(xì)的體現(xiàn)建筑物各自的特點(diǎn)，就要利用野外拍攝的手法，在進(jìn)行野外拍攝時(shí)對光線有著極為苛刻的要求；有大量的結(jié)構(gòu)與外形相同的建筑，可以進(jìn)行多次的拍攝后選取最佳的拍攝效果進(jìn)行采用。

在進(jìn)行拍攝時(shí)不僅要對照片進(jìn)行詳細(xì)的編號進(jìn)行區(qū)分，還要對建筑物進(jìn)行各個(gè)方向的拍攝，而且各個(gè)方向的所有照片能夠覆蓋整個(gè)建筑物；進(jìn)行高層與超高層建筑的拍攝時(shí)可以豎向分割，保證其完整性即可。

在進(jìn)行三維模型的構(gòu)建時(shí)要注意，三維模型由地貌模型與地上三維模型組成。首先要進(jìn)行地貌模型的制作，在制作前要先確定不同場景各自的三維坐標(biāo)。將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡化與分類，最后利用影像映射技術(shù)將收集到的紋理制成三維地表，最后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)構(gòu)建為三維模型。之后進(jìn)行地上三維模型的制作，地上三維模型經(jīng)過細(xì)致的劃分后擁有很多子項(xiàng)目，其中包括了建筑、道路、紋理、綠化等等。其中較大的建筑裝飾要進(jìn)行詳細(xì)的制作，各個(gè)細(xì)節(jié)要進(jìn)行做到一致；對制作的模型的結(jié)構(gòu)、比例有著苛刻的要求；在進(jìn)行綠化的制作時(shí)要對樹木進(jìn)行細(xì)化，不可完全進(jìn)行復(fù)制；在進(jìn)行公共區(qū)域的制作時(shí)，可以簡化不重要建筑，但地標(biāo)性建筑要進(jìn)行細(xì)致的制作。

在進(jìn)行紋理貼圖的制作時(shí)，要有相對應(yīng)的文件保存方式，對文件的要求也有著規(guī)定；在模型的制作中也有著嚴(yán)格的規(guī)格要求，材質(zhì)的形狀要采取正方形，避免出現(xiàn)多邊型或者不規(guī)則的圖像；在進(jìn)行貼圖中要求貼圖中只有建筑物沒有其余的障礙物。

在模型制作后為了保障模型的質(zhì)量與清晰度，就要對模型的整體進(jìn)行優(yōu)化，在不破壞模型整體質(zhì)量與清晰度的情況下，刪除多余的數(shù)據(jù)，讓模型的整體得到精簡。在完成優(yōu)化后就要進(jìn)行模型的渲染，讓模型更加的真實(shí)與清晰，這就需要對模型進(jìn)行自發(fā)光貼圖的貼合。在進(jìn)行燈光效果的制作時(shí)，要突出明暗的對比，讓平行光調(diào)高、天光調(diào)低，讓陰影的質(zhì)量適當(dāng)?shù)脑黾?。在模型完全成型后就要加入三維地理信息發(fā)布系統(tǒng)，對模型中的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)籌的管理與計(jì)算，讓三維模型可以實(shí)時(shí)對選定的場景進(jìn)行展現(xiàn)與定位，讓使用者在使用時(shí)更加的得心應(yīng)手。

3 三維可視化技術(shù)在數(shù)字礦山中的應(yīng)用

數(shù)字化地圖的三維可視化模型在實(shí)際應(yīng)用中效果極佳，近兩年三維可視化模型的研究在虛擬城市、地形地貌渲染方面有著極大的進(jìn)步。在進(jìn)行礦山中礦石的尋找中，先利用地震勘探技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造的確定，在初步發(fā)現(xiàn)礦石后再進(jìn)行這部分的地層勘探，目的是明確找出其中的礦石的位置，以及對礦石整體價(jià)值的估算。在以往的勘查中由于地質(zhì)條件復(fù)雜，就讓這種方式得出的結(jié)果準(zhǔn)確程度低，而三維技術(shù)的出現(xiàn)就讓這種情況得到了解決。在三維模型中可以更加直觀得出礦石的分布，再由專業(yè)人員進(jìn)行評估，這種方式更加的準(zhǔn)確與直觀。

4 結(jié)語

當(dāng)三維可視化技術(shù)與數(shù)字礦山技術(shù)結(jié)合后，就讓礦山的數(shù)據(jù)得到了細(xì)節(jié)化的、整體化的體現(xiàn)，讓復(fù)雜的地下情況得到清晰的展現(xiàn)，讓生產(chǎn)生活變得更加高效與安全。數(shù)字化礦山技術(shù)還并不完善，需要進(jìn)一步的深化與加強(qiáng)，結(jié)合人工智能技術(shù)在未來就可以實(shí)現(xiàn)無人采礦，讓勞動(dòng)力得到解放。