三維虛擬交互技術在地質礦產勘查中的應用

摘 要：伴隨現代計算機網絡與信息處理技術的發展，以GIS地理信息系統、虛擬現實可視化技術為主導的新興手段，逐步融入到地質礦產勘查信息化建設之中。文章擬以Unity 3D引擎為開發平臺，運用三維虛擬交互技術來構建三維地質礦產交互系統，以實現對地質礦產勘查數據的模擬顯示與成果共享，加強對地質構造與礦體特征的動態化分析。

關鍵詞：地質礦產勘查；Unity 3D引擎；三維虛擬交互

伴隨現代科技的進步與發展，數字遙感、地理信息與現代數據處理等技術，逐步應用到地質礦產勘查工作中，但由于傳統地質礦產勘查資料成果以地形圖、地質圖等二維形式為主，因而地質信息表現形式相對單一，難以直觀形象的恢復地質結構與空間展布狀態；而采用Unity 3D利用三維虛擬交互技術，可實現二維地質圖件與三維數據模型的整合分析，極大提升地質礦產勘查數據信息化管理層次。

1 Unity 3D三維建模

Unity 3D由Unity Technologies公司開發，采用類似Director、Virtools等交互式圖形創建工具，可為建筑工程可視化研究與三維場景創建提供專業化操作引擎，該平臺支持Windows與Mac OS X操作系統，并可實現網絡瀏覽器的在線發布。

Unity 3D采用面向對象實體的場景建設方案，基于Direct 3D、Open GL進行模型渲染，快速建立對象區域的虛擬仿真場景，并可通過相關JavaScript或C#腳本來操作實體模型的反演軌跡，可從多視角展現三維場景狀態情況，便于對空間實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象信息。

2 三維虛擬交互技術

作為計算機仿真學的重要分支，三維虛擬交互利用模擬環境、假定感知、多源傳感器等相關技術，將其應用于地質礦產勘查中時，可建立實體動態三維數據模型，結合網絡傳輸與數據操控手段，實現數學模型間的虛擬交互。

受地質條件與地層作用的影響，加之數據采集的形式與手段的差異，地質礦產勘查數據復雜多樣、結構化異構顯著，由于地質礦產勘查數據離散性、不規則的特征，使得傳統地質勘查數據難以共享分析與整合應用；通過將三維虛擬機交互技術應用于地質礦產勘查行業，通過利用三維幾何形狀定義、坐標框架轉換，來構建基于統一空間坐標框架與格式基準的區域對象立體模型，利用對象操控與虛擬現實漫游技術，有助于實現地質礦產勘查數據的立體場景展示、地礦資源體量估算、地質災害應急可視化指導。

3 三維虛擬交互技術在地質礦產勘查中的應用探究

文章擬采用Unity 3D為三維場景創建引擎，對地質礦產勘查數據進行仿真建模與虛擬場景整合，利用計算機鍵盤與鼠標等輸入設備即可實現地質礦產區域的場景漫游、斷層與構造分析，并可對礦產資源基本屬性進行檢索查詢。

地質礦產勘查三維交互系統，可分為應用層、中間層與數據基礎層3類，其應用層主要指用戶采用Web瀏覽器控件進行數據模型操作，中間層借助JavaScript編程技術來實現系統分層間的數據與模型交互，系統數據基礎層則包含地形與地質數據圖形、三維地質模型、遙感圖像數據以及相關的屬性文件。其三維虛擬交互系統設計流程如圖1所示。

（1）地質體三維數據獲取，其來源為3D max或Sketchup軟件制作的相關模塊，模型的頂點坐標包含三維空間坐標信息，用于礦體或地質體的定位，采用TIN三角網來構筑模型骨架，降低數據冗余度，然后利用紋理貼圖映射的形式，增強模型的真實度。

（2）將生成的三維模型數據導出為可被Unity 3D所識別的3ds格式，并在Unity 3D中構建數據場景模型，同時可利用Material類對所建立的三維模型進行著色器自定義、紋理材質修改等操作，然后利用相關插件進行網格渲染。

（3）融入屬性數據信息，為Unity 3D所導入與渲染的三維模型添加相關的物理與屬性信息，利用網格碰撞器來模擬與檢測地質體之間的作用關系，完善數據庫存儲模型與地質體屬性信息。

（4）利用JavaScript或C#編程技術，進行三維虛擬交互系統關鍵環節的設計開發，并采用網絡腳本實現三維系統的在線發布與訪問瀏覽。

利用Unity 3D構建地質礦產勘查數據的三維虛擬交互系統，可實現單模型、單地質對象的檢索查詢，拾取地質礦體三維坐標、巖性數據與地質年代信息，并可在線調用與編輯相關的空間基礎數據庫，實現地質勘查數據的動態更新；形象直觀的表達空間對象間的相對關系，利用空間插件通道與計算機編程技術，快速繪制區域礦體剖面圖，在實現地質體模型空間漫游的同時，查看實體對象的內部剖面數據信息。

4 結束語

以地質礦產勘查資料數據為基礎，利用計算機編程、三維虛擬交互與Unity 3D開發技術，創建地質礦產三維場景模型，實現地質礦產信息的動態可視與交互操作，是實現地質礦產資源管理數字化的重要環節；建立跨平臺的虛擬三維交互平臺，摒棄了傳統桌面單一客戶端專業應用程序顯示的弊端，以Web網絡瀏覽器訪問的形式提升三維模型數據查詢、展示與應用的效果；將其應用于地質勘查與礦山資源信息化管理后，有助于實現地質礦產資源的協調優化與整合分配，有助于三維地質礦產模型的綜合共享，提升地質礦產勘查領域的信息化與數字化水平。

參考文獻

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作者簡介：盧正哲（1987-），男，現為江蘇省有色金屬華東地質勘查局地質信息中心工程師，從事地質礦產、地質礦產科普、基于Unity3d的三維虛擬交互等相關技術研發工作。

劉曉（1989-），現為江蘇省有色金屬華東地質勘查局地質信息中心測繪助理工程師，從事地質數據管理、網絡平臺開發與測試等相關工作。