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三维矿体建模技术研究与应用
2018-11-14
三维矿体建模技术研究与应用——西安建筑科技大学材料与矿资学院李角群专家报告
三维矿体建模技术研究与应用 西安建筑科技大学材料与矿资学院 李角群 2 018年8月8日 1 2 3 4 5 6 .基于AutoCAD平台的矿业软件开发 .关于构建三维矿体模型的几个名称 .截面法构筑三维矿体模型技术 .其他几种构筑三维矿体模型方法 .基于孔斯网构筑三维矿体模型技术 . 实践总结 1 . 基于AutoCAD平台的矿业软件开发 ● AutoCAD作为矿业软件开发平台的优势在于: 1 2 3 )它的开放程度很高,有多种二次开发技术手段; )它的技术能力强,更新速度快,可利用资源丰富; )AutoCAD是国际公认的一流矢量三维图形软件,在 国内普及率极高,特别在矿山行业计算机做图应用很广泛。 ) AutoCAD可以与各种图形软件转换对接。 4 ● AutoCAD在矿业软件二次开发中模块功能分类 1 2 3 4 )参数化绘图: 巷道断面绘制、交叉点绘图、绘制钻孔、柱状图等等。 )辅助优化设计: 斜坡道设计、中深孔优化设计、露天矿境界圈定优化等等。 )图形化计算: 高程计算、品位计算、计划编制、储量估算等等。 )矿山模型建立: 三维矿体模型、块体矿床模型、半离散矿床模型、品位模型、 地下采矿工程模型、露天采场模型等等。 参数化绘图 参数化绘图 参数化绘图 辅助优化设计 辅助优化设计 图形化计算 矿山模型建立(矿体) 2 .关于构建三维矿体模型的几个名词 1 )矿体截面图 基于某指定空间面来展示此空间面上矿岩界线的图形, 典型的矿体截面图包括地质平面图和地质剖面图。 )矿体线框模型 2 基于矿体截面图,通过坐标转换将多个截面上矿岩界线 组合在三维空间中图形,以线框形式显示的三维矿体模型。 矿体截面图(平面图) 矿体截面图(剖面图) 矿体线框模型 2 .关于构建三维矿体模型的几个名词 3 )矿体表面模型 基于网格或三角面构建矿体表面,提供了三维物体的表 面信息,能进行消隐及真实感图形显示。 )矿体实体模型 4 基于ACIS系统,提供了矿体的顶点、边界、表面和实体 部分所有的几何拓扑关系,实现三维矿体实心部分的表达。 矿体表面模型 矿体实体模型 三维矿体模型建立 3 .截面法构筑三维矿体模型技术 截面法建模关键技术包括:空间两条非闭合曲线打网技 术、一条闭合曲线打网技术,以及控制线技术。 1)空间两条非闭合曲线打网技术 )追赶法;2)最短对角线法;3)总边长最小法 …等等。 主要完成矿体侧面打网。以追赶法为例:如下图 ( 1 … 3 .截面法构筑三维矿体模型技术 ( 2)空间一条闭合曲线打网技术 )凸点法;2)面积法;3) Delaunay三角形剖分法 …等等。 主要完成矿体端部封闭。 1 … 3 .截面法构筑三维矿体模型技术 ( 3)控制线技术 通过设定多条控制线,将相邻截面对应矿体轮廓线分解 为n组对应的空间两条曲线,再由前面的打网技术完成矿 体表面构筑。 控制线为人机交互设定,且只能为直线。 主要完成矿体侧面闭合线成对分割。 控制线技术构建矿体模型 3 .截面法构筑三维矿体模型技术 ( 4)截面法的不足 1 )截面之间矿体轮廓线由控制线连接,控制线由只能 是直线,导致截面间只能为线性变化。忽略了另一组截面 数据的应用,导致模型失真。 2 3 )对于复杂截面的矿体轮廓线往往无法连接控制线。 )对两个截面相互交叉情况失效。 4 .其他几种构筑三维矿体模型方法 1 )曲面切割法 先构建矿体实体模型,再通过构造曲面来切割矿体。此 方法主要利用实体模型的切割与布尔运算功能。矿体模型 为实体模型,不易局部动态修改。 构造曲面可以是断层曲面也可以是矿岩、不同矿石级别 的分界曲面。 断层曲面切割矿体模型 矿岩分界曲面切割矿体模型 4 .其他几种构筑三维矿体模型方法 2 )形态学法 是基于凸形体表构模方法,其本质是以方向角为参数的 追赶法。与以长度为参数的追赶法类似。 对于复杂截面的矿体轮廓线无法连接控制线时,可以使 用形态学方法,但不保证正确。此方法构筑的矿体模型为 实体模型。 形态学法构筑矿体模型 4 .其他几种构筑三维矿体模型方法 3 )体视化法 体视化法成功应用于医学人体器官三维图像的展示。在 离散块体模型基础上,通过距离场计算,构建等值面的体 视化模型。 此方法无需人为干预,自动建立等值面,形态较好。但 数据量偏大,对矿体走向有要求,不易局部更改。 体视化法构筑分段矿体模型 体视化法构筑矿体模型 4 .其他几种构筑三维矿体模型方法 4 )顶底板曲面法 此方法非常适用于煤矿矿体,通过矿体顶底板等值线构 筑顶底板曲面,从而完成矿体模型构筑。 Delaunay法 )截面外推法 5 矿体按埋藏要素进行单面外推。对于露天开采矿山来说, 如果是厚大倾斜、急倾斜矿体,此方法较为合适。 5 .基于孔斯网构筑三维矿体模型技术 1 1 ) Coons(孔斯)曲面 964年由美国麻省理工Coons提出的一种曲面分片、拼 合的造型方法。Bezier(贝塞尔)曲面和B样条曲面是逼 近控制网格,Coons曲面是依靠插值。 孔斯曲面 5 .基于孔斯网构筑三维矿体模型技术 2 )矿体表面自动分解 由剖面图和平面图共同组建的矿体线框模型中可以发现, 矿体表面主要由四边形网孔组成,个别有三角形以及边数 大于四的多边形共同组成。 ( a)四边形;(b)三角形;(c)边数大于四的多边形 矿体线框模型 截面交叉情况的矿体线框模型 5 .基于孔斯网构筑三维矿体模型技术 3 )自动构网 在矿体线框模型基础上,程序自动断取出所有组成网孔 的边界线,通过智能算法逐一自动构筑网孔曲面,最终形 成矿体表面模型。 目前程序支持对三角形、四边形的自动构网,边数大于 四的多边形中,会有个别不能自动构网,需人机交互完成。 孔斯网法构建矿体模型 孔斯网法构建矿体模型 孔斯网法构建矿体模型 孔斯网法构建矿体模型 孔斯网法构建矿体模型 孔斯网法构建矿体模型 孔斯网法构建矿体模型 6 .实践总结 1 )建模方法选择 a)矿体建模方法不只一种,选择合适的方法非常重要。 b)截面法有局限性,孔斯网法有很强的通用性。可以 解决复杂的截面交叉情况。 c)地下矿生产矿山动态矿体模型,孔斯网法更合适。 d)露天矿生产矿山动态矿体模型,截面外推法更合适。 6 .实践总结 2 )孔斯网法建模基础——线框模型。 a)平剖图坐标统一。 b)平图与剖面坐标相互自动转换。 c)线框模型自动组合。 d)线框模型中平剖相交节点自动焊接。 6 .实践总结 3 )孔斯网法建模与动态修改。 a)全自动建模。 b)按节点自动分解组建网孔边线。 c)以单个孔网片为单位进行修改。 d)含层状网格模型构建。 6 .实践总结 4 )网体模型应用 a)体积计算。 b)各种剖面切割。 c)网体布尔运算。 d)转换实体模型。 e)转换半离散模型。***** 5 )矿体组合模型改进与完善 目前常见模型组合: 截面法矿体模型(网体)+ 块体矿床模型(均质) 改进完善模型组合: ● ● 孔斯网法矿体模型(网体)+ 半离散矿床模型 矿体模型(实体) 块体矿床模型(非均质) 半离散矿体模型构建 矿体线框模型 半离散矿体模型构建 孔斯法构建三维矿体模型 半离散矿体模型构建 半离散矿体模型 露天矿测量验收 谢谢各位专家! 欢迎提出宝贵意见!
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