三維可視化技術在數字礦山中的應用研究

王守民

（河南省有色金屬地質礦產局第五地質大隊，河南 鄭州 450016）

隨著數字化礦山的建立以來，為了填充其內部框架的完整性就將不同領域大量高端技術進行選用，其中主體為數據動態的獲取技術、數據動態的實時更新技術、數據的快速處理與對其中有用信息的高效獲取、數據的大規模儲存、利用數據擬建三維模型技術等等，數字化礦山技術就是這些技術的集大成者[1]。數字化的礦山以大量的數據作為構建的基礎，其中以數據的管理技術作為搭建的依據，以數據間的相互關系與數字化模型的擬建作為數字化礦山系統的核心，最終表現為分布式網絡的形式。

1 數字化礦山的發展歷史

在數字化礦山剛開始發展時，采取的是二維圖形建立模型在當時很是先進。但隨著需求的不斷增大就讓這種二維模型不滿足發展得需求。此時三維的模型就應運而生，這種模型讓數據體現的更加清晰、讓數據之間的相互關系更加的明朗，這就讓三維的可視化技術逐漸地應用越來越廣泛，這種高端的數字信息技術也成為了數字化礦山技術的核心支柱。三維可視化技術的優點就是能夠將實際的情況更加真實的進行反應，是將數據變得立體、變得透徹。三維可視化技術是在模仿的基礎上進行深入化的模型理解從而進行模型的構建。三維可視化技術的出現就讓信息模型的構建能讓礦山進行更好的表述，讓數字化礦山中的礦石與表面的地質形狀可以在立體的模型中體現相互的位置與關系，讓使用者更加直觀與清晰的看到數據。

2 三維可視化技術的構建

構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，這種方式的缺點為設備本身體積大、占地面積大而且十分脆弱，對搭建場地的要求也很苛刻，但掃面的十分精準與透徹。當下的許多企業都是運用航拍設備進行礦山的測量，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點，在進行數據搜集時迅速、準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

首先要進行航空攝影測量，之后進行相片控制測量，最后進行控制三角測量，到這里測量過程全部結束，開始制作模型。將測量到的數據中的立體模型地物三維數據的提取，進行三維模型的建立，之后進行頂部紋理自動提取。在這三個過程中運用了DEM與DOM進行制作。隨后進行外業建筑物側面紋理的采集工作與側面紋理的貼圖工作。最終將礦山的三維數據進行整理，形成礦山的數字化三維立體模型。

2.2 礦山三維建模關鍵技術

其中就有采集三維模型關鍵性數據，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出物體的位置、尺寸、立體形狀以及周圍的環境，這些都是三維模型制作的細節體現。對圖像中數據提取的建筑大小、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行采集；特殊的構造建筑物要對其有與眾不同的標注方法；建筑物的屋頂部分如有大型異物要進行表示。

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

在進行拍攝時不僅要對照片進行詳細的編號進行區分，還要對建筑物進行各個方向的拍攝，而且各個方向的所有照片能夠覆蓋整個建筑物；進行高層與超高層建筑的拍攝時可以豎向分割，保證其完整性即可。

在進行三維模型的構建時要注意，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。將采集到的數據進行簡化與分類，最后利用影像映射技術將收集到的紋理制成三維地表，最后由計算機自動構建為三維模型。之后進行地上三維模型的制作，地上三維模型經過細致的劃分后擁有很多子項目，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行詳細的制作，各個細節要進行做到一致；對制作的模型的結構、比例有著苛刻的要求；在進行綠化的制作時要對樹木進行細化，不可完全進行復制；在進行公共區域的制作時，可以簡化不重要建筑，但地標性建筑要進行細致的制作。

在進行紋理貼圖的制作時，要有相對應的文件保存方式，對文件的要求也有著規定；在模型的制作中也有著嚴格的規格要求，材質的形狀要采取正方形，避免出現多邊型或者不規則的圖像；在進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量與清晰度，就要對模型的整體進行優化，在不破壞模型整體質量與清晰度的情況下，刪除多余的數據，讓模型的整體得到精簡。在完成優化后就要進行模型的渲染，讓模型更加的真實與清晰，這就需要對模型進行自發光貼圖的貼合。在進行燈光效果的制作時，要突出明暗的對比，讓平行光調高、天光調低，讓陰影的質量適當的增加。在模型完全成型后就要加入三維地理信息發布系統，對模型中的各種數據進行統籌的管理與計算，讓三維模型可以實時對選定的場景進行展現與定位，讓使用者在使用時更加的得心應手。

3 三維可視化技術在數字礦山中的應用

數字化地圖的三維可視化模型在實際應用中效果極佳，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步。在進行礦山中礦石的尋找中，先利用地震勘探技術進行地質構造的確定，在初步發現礦石后再進行這部分的地層勘探，目的是明確找出其中的礦石的位置，以及對礦石整體價值的估算。在以往的勘查中由于地質條件復雜，就讓這種方式得出的結果準確程度低，而三維技術的出現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，再由專業人員進行評估，這種方式更加的準確與直觀。

4 結語

當三維可視化技術與數字礦山技術結合后，就讓礦山的數據得到了細節化的、整體化的體現，讓復雜的地下情況得到清晰的展現，讓生產生活變得更加高效與安全。數字化礦山技術還并不完善，需要進一步的深化與加強，結合人工智能技術在未來就可以實現無人采礦，讓勞動力得到解放。