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域的發展，對地層模型進行可視化顯示具有重要意義。文章根據鉆孔數據的特點，選用數據點漸次插入算法加上反距離權重插值法進行地層版面的構建。接著根據Unity3D對模型表示的Mesh結構特點，連接頂底版面形成地層模型。最終使用Unity3D引擎將其可視化。

關鍵詞：地層建模；Unity3D；三維可視化

1地層建模的數據屬性

要對地質地層進行建模，主要根據基礎地質數據。雖然有著復雜多樣的地質數據特征信息，但等值線數據、剖面圖數據和鉆孔數據這3種數據是地質地層建模的主要依據。統計組合這3種數據，能為三維地質建模提供可靠的數據基礎。

2構建地層模型的算法實現

2.1數據點漸次插入算法的實現

數據點漸次插入算法的第一步是建立一個超級三角形包圍點集中所有點。在構建包圍所有數據點的超級三角形后，開始對點集中的點進行插入。插入一點，判斷該插入點在三角網的哪個三角形中，找到該三角形后，插入點分別連接該三角形的3個頂點，形成新的3個三角形，再刪除原三角形。不斷地重復此步驟，直到最后一個點插入完成。數據點漸次插入法構建三角網的具體步驟如下：

（1）聲明一個點列表和三角形列表并利用構造將其初始化。

（2）判斷點集中點的個數。如果少于3則返回空，結束方法；如果大于等于3，建立超級三角形并把超級三角形放入列表中，往下一步。

（3）遍歷點列表中所有的點，逐一插入。從三角形列表中尋找插入的點在哪個三角形內。

（4）當插入點在某個三角形的外接圓中，插入點連接該三角形三個頂點，形成3個新的三角形，刪除原三角形，并將新三角形加入三角形列表。

（5）當點插入完畢后，刪除超級三角形。

（6）得到的三角形集合即所要構建的三角網。

2.2反距離權重插值法

反距離權重插值法是以插值點到各個已知點的距離為基礎，權重是各距離倒數的整合。總體體現的效果數已知點離插值點的距離越近影響就越大，反之距離越遠影響就越小。此算法根據若干個已知點的距離權重計算出插入點的空間信息，對解決由于鉆孔分布不均導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重插值法對三維鉆孔數據點估值，進行新的點集插入。

2.3結合地質數據生成三角網

構建底板三角網，主要依據鉆孔數據點，對于本文要構建的地層模型，在已有的鉆孔數據點是不夠的，為了減少空間的未知性，進行未知點的插入，插入要求是：在已生成的三角網的基礎上，以每個三角形的外接圓心為未知的插入，由于圓心的縱橫坐標是確定的，所以需要做的是利用反距離權重插值法對未知點的高程進行空間估值。最終結果如圖1所示。