基于VRP的三维成矿信息集成显示研究

王文杰， 陈建平， 胡　桥， 朱一龙

(1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京100083； 2.北京市国土资源信息研究开发重点实验室，北京100083)



基于VRP的三维成矿信息集成显示研究

王文杰1，2， 陈建平1，2， 胡桥1，2， 朱一龙1，2

(1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京100083； 2.北京市国土资源信息研究开发重点实验室，北京100083)

以青海祁漫塔格虎头崖多金属矿床三维成矿预测为例，针对矿产勘查中从二维矿产预测到三维矿产预测到研究成果二维表达的局限性，探讨了在三维成矿预测方法指导下，通过虚拟现实软件平台(VRP)，三维成矿预测信息集成表达显示过程的总体设计。对三维成矿预测中不同学科的勘探解译成果集成、综合分析多源信息以指导工程实践具有一定的意义。

VRP软件；三维成矿预测；虚拟现实；集成显示；虎头崖多金属矿床；青海祁漫塔格

0　引　言

随着地表矿、浅部矿及易识别矿的日益减少，找矿难度日益增大、找矿效果日益降低。20世纪80年代以来,隐伏矿和深部矿已成为找矿的对象(陈建平等，2007)。矿产资源勘查深度逐渐变深，矿区的矿产预测已从传统的平面二维预测转向空间立体三维预测。基于VRP软件虚拟现实(VR)技术，针对矿山成矿预测从二维预测发展到三维预测到预测过程二维表达的局限性(吴迪等，2002；姜学智等，2004；陈浩磊等，2011)，提出一种矿山三维成矿预测信息集成表达的工作流，形成集二、三维联动等功能于一体的矿山成矿预测信息集成系统，通过统一软件平台统一表达成矿预测的结果，对准确指导矿山工程实践具有重大的实际意义(王红兵，2001；苏建明等，2004；邹湘军等，2004)。

1　三维成矿预测

三维成矿预测主要分为基础资料收集、三维地质体模型构建、成矿有利信息提取、信息量计算与分级与靶区圈定等具体流程(毛先成等，2011；陈建平等，2014；袁锋等，2014；于萍萍，2015)。其中，基础资料包括：工区的二维图件(地质图、遥感图、地形图等)、工程布置及实测剖面、钻孔数据等；三维地质体建模主要是结合收集的二维地质资料，通过专业的三维建模软件(Surpac、3D MAX等)来建立研究区的地层实体模型、断裂实体模型、岩体实体模型和已知矿体实体模型。成矿有利信息的提取就是采用立方块预测单元法(史蕊等，2015；徐彬等，2015；向杰等，2016)对研究区的实体模型进行“打块”划分为最小单元块体。地质模型经空间划分得到的预测单元可以描述地质空间中的地质体、矿化分布、控矿地质因素及找矿表征变量等信息，将这些信息及单元本身的位置等信息赋值给预测单元，称为预测单元约束赋值，表达这些信息的变量称为预测单元属性(于萍萍，2015)。根据最小块体单元的单元属性值进行成矿预测中有利成矿要素的提取和分析以及三维信息量的计算和分级。靶区的圈定是指通过计算单元块体的信息量值，确定单元块体的成矿有利度，根据成矿有利度来圈定最有利成矿地段，预测靶区的圈定是三维成矿预测的成果之一，用于对工程实践给予勘查建议。

2　集成显示平台技术路线

基于VRP(Virtual Reality Platform)三维成矿预测信息的集成(杨武年等，2003；李胤等，2015)，涉及研究区域的地质、矿产、地球物理、地球化学、钻探等大量的数据资料、图件和三维模型，需要对这些数据进一步综合集成及应用解释。

三维成矿预测信息集成显示平台研究的技术路线见图1。

图1　技术路线图(以Surpac建模软件为例)Fig.1　Technical route(taking the Surpac modelling software as an example)

三维成矿预测信息集成显示涉及到不同类型数据格式的转换。平台构建工作中，常见的数据格式有：以MapGIS为软件平台的WT、WL、WP(面)格式文件，以ArcGIS为软件平台的shape格式文件以Surpac、3D MAX、3DMine等主流建模软件为平台的DTM、3DS、(3DMine数据格式)地质体模型文件,以AutoCAD为软件平台的DXF、DWG格式的工程布置、勘查剖面等文件。

通过单一的软件平台VRP来综合管理成矿预测过程中不同数据格式的各种文件，进行研究成果的集成表达与分析。

以VR技术、3S 技术、三维建模技术、数据库技术等高新技术为支撑，以深部成矿要素空间数据库为管理后台，将研究所涉及的原始资料、模型及成果等数据信息集成整合到同一个坐标系下，进行统一的管理并实现成果输出和三维展示(于萍萍等，2012)，也就意味成矿预测过程中不同数据格式的所有要素均要转化为VRP软件支持的VRP格式来进行表达。

WRL和DXF数据格式是目前最普遍的两种数据格式，WRL是一种虚拟现实文本格式文件，DXF是一种矢量图像的格式文件。三维成矿预测信息的集成过程中所要表达的要素均可通过转化成为DXF或者WRL再转化为VRP。

3　集成显示平台的结构设计

按照三维成矿预测研究的基本流程，对基于VRP的三维成矿预测信息进行集成显示设计。集成显示平台主要分为基础资料、三维模型、有利成矿因素分析、信息量计算与分级和靶区圈定5个模块，每个模块分别对应与三维成矿预测研究相关的要素，三维成矿预测集成显示平台的具体结构设计如图2。

4　集成显示平台的构建

参照三维成矿预测信息集成显示平台的结构设计，以青海祁漫塔格虎头崖多金属矿床为例，将三维成矿预测研究的整体过程划分为基础资料、三维模型、有利成矿因素分析、信息量计算与分级和靶区圈定5个模块,基于三维建模技术、信息技术、虚拟现实(陈建国等，2012；马贺清等，2012)等技术，应用Surpac专业地质建模软件、3D MAX以及VRP软件等构建三维成矿预测信息集成显示平台。

图2　集成显示平台结构设计Fig.2　Architecture design of integrated display platform

4.1二维信息的集成

青海祁漫塔格虎头崖多金属矿三维成矿预测研究收集了该研究区的多种地质资料，包括矿区的1∶1 000 MapGIS格式地质图、工程布置图、69条CAD格式勘探线剖面图以及矿区范围内的30 m分辨率的ArcGIS格式的DEM数据。首先对收集到的各种资料进行处理(投影转换、校正、融合、矢量化纸质图件等)，以使不同数据源的资料在同一坐标系下地理位置一致(安力立等，2012)。所有的二维资料格式都要转成WRL虚拟现实文本格式文件,再以3D MAX软件为过渡，通过3D MAX与VRP之间的插件VRP-for-3D MAX导入到VRP虚拟现实场景中。特别需要注意的是VRP软件不支持线状数据的转入，所以对于青海虎头崖多金属矿区收集的二维勘探线剖面数据，首先需要作最小尺寸的缓冲区，将二维线状文件转成面状文件再按照以上步骤完成勘探线剖面场景的导入。

4.2三维模型场景的构建

VRP中，三维模型场景的构建主要分为三维实体模型(地上模型+地下模型)、成矿有利信息块体模型、信息量值块体模型、圈定靶区实体模型。地上三维模型包括由GIS软件获取DEM自动生成的地形实体模型，再将对应位置由遥感影像生成的三维立体图像和地表模型叠加融合。地下三维模型是指根据研究区地质概况，利用专业矿山建模软件Surpac建立的符合地质认识的地层实体模型、断裂实体模型、岩体实体模型和矿体实体模型。三维模型是成矿预测的基础，三维模型虚拟现实场景的搭建(图3)使其能够直观地表达矿体的产状、几何形态以及空间分布，从而辅助专业人员研究矿体与围岩、地层和构造之间的关系及成矿规律，进而对隐伏矿体作出准确的预测。三维成矿预测研究中不同成矿有利信息的提取分析是最终圈定靶区的关键，对研究区实体模型进行“打块”后，根据不同条件约束提取有利成矿因子的块体模型和信息量块体模型(MDL格式)，通过格式转换构建成矿有利信息三维块体模型场景、信息量分级后的块体场景等(图4)。

4.3实用功能的实现

基于VRP三维成矿预测信息的集成显示平台以服务矿山建设为主要目的。所有二维与三维地质信息的集成表达与综合研究，首先要能反映地上、地下封闭空间内的地质体和地质现象(王彦佐，2010)。为了使三维成矿预测信息集成显示平台更好地辅助工程实践，在完成场景构建、信息集成的基础上，设计出模型透明显示、三维坐标显示、屏幕个性移动、信息查询、自定义切剖面等实用功能。

图3　二维剖面场景、三维地质实体模型场景Fig.3　Scenes of 2D profile and 3D geological solid model

图4　成矿有利信息块体模型场景Fig.4　Scene showing block model for favorable metallogenic information

矿床形成过程中，受地层、构造、岩浆岩等地质要素的影响，最终形成的位置与地层、构造、岩浆岩存在一定的空间关系。三维成矿预测中建立的找矿模型(赵文涛，2012；刘溪鸽等，2015；于萍萍，2015)反映了成矿过程中不同要素对成矿的影响。该平台通过编辑VRP脚本语言，构建按钮控件来设置模型透明、半透明和不透明3种状态，以避免不同模型交叉重合。改变模型的透明程度能够直观表达找矿模型中各种要素与已知矿体的空间关系。其次，空间坐标信息反映的是空间地质体等要素的空间位置信息。通过编写VRP平台的Lur函数，建立场景顶视图下的4个拐点坐标与三维场景下的空间坐标的线性关系，捕捉鼠标在顶视图下的位置坐标，通过线性变换计算三维场景中的实际坐标，实现空间坐标实时显示的功能。

自定义切剖面功能可以对已有的三维场景进行任意剖切，获取任意方向的剖面资料，从而提供指定

位置的剖面信息，更好地支持地质勘查找矿。信息查询功能是在平台表达要素繁多的前提下，通过简单的数据库查询语句(Select)来快速准确地找到需要显示的信息。屏幕个性移动旨在完善鼠标操作不灵活的问题，通过设置上、下、左、右4个方向的按钮控制平台中场景的个性移动(图5)。

图5　信息量块体模型、靶区实体模型和实用功能场景1-靶区；2-矿体；3-信息量第一级别；4-信息量第二级别；5-信息量第三级别；6-信息量第四级别(透明显示)Fig.5　Block model of information amount, entity model of target area, and practical use scene

5　结　论

(1) 基于VRP的三维成矿预测信息集成显示平台构建完成后，以独立的EXE执行文件发布。平台集成不同格式的数据，脱离三维成矿预测过程中任何专业软件的支撑，支持独立计算机系统运行和任意移植使用。

(2) 矿产资源勘查中三维成矿预测信息集成显示的流程，可实现同一平台统一管理矿产预测过程中的所有要素。三维预测方法指导下的三维研究成果对地质勘查实际工作具有一定的指导意义。

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Integrated display of 3D metallogenic information based on VRP

WANG Wenjie1,2， CHEN Jianping1,2, HU Qiao1,2, ZHU Yilong1,2

(1. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China; 2. Key Laboratory of Land and Resources Information Research & Development in Beijing， Beijing 100083, China)

There are limitations during the transformation of 2D mineral resource prediction to 3D mineral resource prediction and further to 2D display of research results. Taking the Hutouya polymetallic deposit in Qimantag of Qinghai as an example, this work discussed the general design of the integrated display of 3D metallogenic prediction information using the Virtual Reality Platform (VRP) based on 3D metallogenic prediction methods. This study is of some significance for the integration of different disciplines of exploration results and comprehensive analysis of multi-source information to guide engineering practice in 3D metallogenic prediction.

VRP software; 3D metallogenic prediction; virtual reality; integrated display; Hutouya polymetallic deposit; Qimantag in Qinghai

10.3969/j.issn.1674-3636.2016.03.512

2016-07-24；

2016-07-29；编辑：陈露

国土资源部公益性行业科研专项(201011002)，中国地质调查局项目“老矿山找矿技术创新与示范”(1212011220737)

王文杰(1994—)，女，硕士研究生，研究方向为3S技术应用，E-mail： 1689981607@qq.com

P612； P628+.5

A

1674-3636(2016)03-0512-06