三维可视化技术在数字矿山中的应用研究

2019-02-09王守民

世界有色金属 2019年7期

王守民

（河南省有色金属地质矿产局第五地质大队，河南郑州 450016）

随着数字化矿山的建立以来，为了填充其内部框架的完整性就将不同领域大量高端技术进行选用，其中主体为数据动态的获取技术、数据动态的实时更新技术、数据的快速处理与对其中有用信息的高效获取、数据的大规模储存、利用数据拟建三维模型技术等等，数字化矿山技术就是这些技术的集大成者[1]。数字化的矿山以大量的数据作为构建的基础，其中以数据的管理技术作为搭建的依据，以数据间的相互关系与数字化模型的拟建作为数字化矿山系统的核心，最终表现为分布式网络的形式。

1 数字化矿山的发展历史

在数字化矿山刚开始发展时，采取的是二维图形建立模型在当时很是先进。但随着需求的不断增大就让这种二维模型不满足发展得需求。此时三维的模型就应运而生，这种模型让数据体现的更加清晰、让数据之间的相互关系更加的明朗，这就让三维的可视化技术逐渐地应用越来越广泛，这种高端的数字信息技术也成为了数字化矿山技术的核心支柱。三维可视化技术的优点就是能够将实际的情况更加真实的进行反应，是将数据变得立体、变得透彻。三维可视化技术是在模仿的基础上进行深入化的模型理解从而进行模型的构建。三维可视化技术的出现就让信息模型的构建能让矿山进行更好的表述，让数字化矿山中的矿石与表面的地质形状可以在立体的模型中体现相互的位置与关系，让使用者更加直观与清晰的看到数据。

2 三维可视化技术的构建

构建三维可视化模型的方式是多种多样的，成本高昂的方法为使用大型的扫描仪器，这种方式的缺点为设备本身体积大、占地面积大而且十分脆弱，对搭建场地的要求也很苛刻，但扫面的十分精准与透彻。当下的许多企业都是运用航拍设备进行矿山的测量，航拍的精确程度高、速度快而且成本低廉，在大面积的矿山模型的制作中尤其凸显其优点，在进行数据搜集时迅速、准确对于三维模型的建立有着极大的帮助。

2.1 矿山三维建模操作过程

首先要进行航空摄影测量，之后进行相片控制测量，最后进行控制三角测量，到这里测量过程全部结束，开始制作模型。将测量到的数据中的立体模型地物三维数据的提取，进行三维模型的建立，之后进行顶部纹理自动提取。在这三个过程中运用了DEM与DOM进行制作。随后进行外业建筑物侧面纹理的采集工作与侧面纹理的贴图工作。最终将矿山的三维数据进行整理，形成矿山的数字化三维立体模型。

2.2 矿山三维建模关键技术

其中就有采集三维模型关键性数据，其中包括了相片中的建筑、水路等等的固定场景。在三维的模型中可以体现出物体的位置、尺寸、立体形状以及周围的环境，这些都是三维模型制作的细节体现。对图像中数据提取的建筑大小、高度以及占地面积都有最小要求；对于建筑物的女儿墙以及装饰部分的图像进行采集；特殊的构造建筑物要对其有与众不同的标注方法；建筑物的屋顶部分如有大型异物要进行表示。

在进行纹理的采集时，航拍最能体现的就是地形地貌，其次由于近景拍摄的效果也可以得出建筑物的细节。为了详细的体现建筑物各自的特点，就要利用野外拍摄的手法，在进行野外拍摄时对光线有着极为苛刻的要求；有大量的结构与外形相同的建筑，可以进行多次的拍摄后选取最佳的拍摄效果进行采用。

在进行拍摄时不仅要对照片进行详细的编号进行区分，还要对建筑物进行各个方向的拍摄，而且各个方向的所有照片能够覆盖整个建筑物；进行高层与超高层建筑的拍摄时可以竖向分割，保证其完整性即可。

在进行三维模型的构建时要注意，三维模型由地貌模型与地上三维模型组成。首先要进行地貌模型的制作，在制作前要先确定不同场景各自的三维坐标。将采集到的数据进行简化与分类，最后利用影像映射技术将收集到的纹理制成三维地表，最后由计算机自动构建为三维模型。之后进行地上三维模型的制作，地上三维模型经过细致的划分后拥有很多子项目，其中包括了建筑、道路、纹理、绿化等等。其中较大的建筑装饰要进行详细的制作，各个细节要进行做到一致；对制作的模型的结构、比例有着苛刻的要求；在进行绿化的制作时要对树木进行细化，不可完全进行复制；在进行公共区域的制作时，可以简化不重要建筑，但地标性建筑要进行细致的制作。

在进行纹理贴图的制作时，要有相对应的文件保存方式，对文件的要求也有着规定；在模型的制作中也有着严格的规格要求，材质的形状要采取正方形，避免出现多边型或者不规则的图像；在进行贴图中要求贴图中只有建筑物没有其余的障碍物。

在模型制作后为了保障模型的质量与清晰度，就要对模型的整体进行优化，在不破坏模型整体质量与清晰度的情况下，删除多余的数据，让模型的整体得到精简。在完成优化后就要进行模型的渲染，让模型更加的真实与清晰，这就需要对模型进行自发光贴图的贴合。在进行灯光效果的制作时，要突出明暗的对比，让平行光调高、天光调低，让阴影的质量适当的增加。在模型完全成型后就要加入三维地理信息发布系统，对模型中的各种数据进行统筹的管理与计算，让三维模型可以实时对选定的场景进行展现与定位，让使用者在使用时更加的得心应手。

3 三维可视化技术在数字矿山中的应用

数字化地图的三维可视化模型在实际应用中效果极佳，近两年三维可视化模型的研究在虚拟城市、地形地貌渲染方面有着极大的进步。在进行矿山中矿石的寻找中，先利用地震勘探技术进行地质构造的确定，在初步发现矿石后再进行这部分的地层勘探，目的是明确找出其中的矿石的位置，以及对矿石整体价值的估算。在以往的勘查中由于地质条件复杂，就让这种方式得出的结果准确程度低，而三维技术的出现就让这种情况得到了解决。在三维模型中可以更加直观得出矿石的分布，再由专业人员进行评估，这种方式更加的准确与直观。