基于VRML的矿井三维网络图建模技术研究
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基于VRML的矿井三维网络图建模技术研究
盛 武,余忠林
(安徽理工大学, 安徽淮南市 232001)
摘 要:结合虚拟现实建模语言技术(VRML)特征,分析了矿井三维网络图基本模型建模
特点,讨论了基于VRML的三维网络矿图的建模技术和绘图技术。
关键词:虚拟现实;三维建模;网络矿图;可视化
虚拟现实技术(VR)是一门综合性信息技术。
虚拟现实技术主要内容包括实物虚化、虚物实化和高效的计算机信息处理这3个方面。虚拟现实建模语言(VRML)是三维造型和渲染的图形描述语言。传统的矿井图纸设计及优化开采多采用二维图纸,结构复杂,大多需要人工操作,开发周期较长。现有矿井设计软件所提供的有限可视化功能,已不再能满足要求。采用虚拟现实技术可以实现从矿井三维图纸设计到井下作业全过程及开采若干年以后的景观的可视化。1 VRML的技术模型(1)VRML网络模型。由于基于VRML的第二代web采用“可执行的代码”技术,有效克服了网络带宽造成的瓶颈,可以通过运行VRML程序直接接入INTERET,VRML具有强大的网络功能。开发人员利用VRML和java,可以不必在介质中传输大得惊人的图像和动画文件,而只需传输VRML和java描述的指令性数据集(同一三维图的字节数仅相当其它软件绘制的1/1000)。在web的客户端,利用本地计算机便可把接收的瘦型文件转换成极富感染力的可视化数据文件。(2)VRML多媒体模型。VRML多媒体模型能够实现多媒体制作,合成声音、图像以达到影视效果。在VRML三维空间中,可对场景进行渲染和升华,实现逼真的三维表现现场效果。(3)VRML人工智能模型。人工智能模型体现在VRML具有感知功能,利用感知传感器节点来感知用户和造型之间的动态交互感觉。(4)VRML三维立体模型。VRML本身提供了多种几何造型方法,其中基本体造型有4种:长方体(Box)、圆锥体(Cone)、圆柱体(Cylinder)、球体(Sphere)。这4种基本体造型都有相应的节点直接创建,实现更好的立体交互界面。
2
矿井三维网络图模型构建
2.1
层次结构法建模
在复杂三维图形建模时,根据图形的系统组成
,
可将图形结构分割为多个相对独立的小结构场景。
小结构场景易于编程实现,亦可使用3DMAX等专
用三维图形绘制软件来生成这些基本模型,再把这
些小模型分类成三维模型库,通用性很高。然后再
根据需要,修改参数后调用模型库重新组合成一个
新的三维图形。这个过程包括自顶向下的层次分解
过程及自底向上的重组过程。
矿井生产及通风系统是一个整体系统,在绘制
整个矿图系统时,可以将系统进行分割和重组,采用
细节的分层表示、层次化、模块化建模技术,自底向
上生成整个矿井三维图。
2.2
几何与图像混合建模
基于几何和图像混合建模是集三维几何建模技
术和基于图像的建模技术于一体,很好的解决了三
维几何建模的模型生成速度问题和基于图像建模的
交互性不足问题。在用混合建模技术建立虚拟空间
时,对于需要用户进行实时操作的对象运用几何建
模技术进行实体建模,对于不需要用户进行实时操
作的对象,如矿井地面上的井架、矸石山等运用基于
图像建模技术来进行环境绘制。
2.3
三维网络矿图基本模型
VRML使用场景图数据结构来建立3D实境,
这种数据结构是以OpenInventor3D工具包为基础
的一种数据格式。一套完整的三维图纸由具有诸多
层次结构的多个场景组成,而每一个场景又由具有
(下转第46页)
ISSN1671-2900CN43-1347/TD 采矿技术 第7卷 第3期MiningTechnology,Vol.7,No.3 2007年9
月
Sep.2007
泄。防尘圈根据要求采用A型防尘圈。它的材料为丁腈橡胶,在外面有梳子形截面的密封面,保证了它在沟槽中的可靠定位。2.3 静密封油缸的静密封采用O形圈密封,材料选用丁腈橡胶,邵氏硬度为75～90。由于系统压力高,O形圈必须加挡圈,防止O形圈被挤入配合间隙而损坏。因此,活塞与活塞杆的密封采用O型圈密封,前端盖与缸筒采用O形圈单侧加挡圈的密封形式。2.4 油缸的装配及检验油缸的设计、装配质量、试验方法及检验规则执行JB/T10205.2000(液压缸技术条件),并配合使用GB/T7935-1987(液压元件通用技术条件)、
GB/T15622.1995
(液压缸试验方法)
等标准。
3
结束语
在满足500t拉力机对油缸密封系统要求的条
件下,对500t拉力机油缸的密封系统进行了设计。
设计出的油缸密封系统在28MPa、低速工作情况下
无爬行现象,工作平稳,且泄露量较小,完全满足了
油缸对该密封系统的要求。
参考文献
:
[1]雷天觉.液压工程手册[M].北京:机械工业出版社,1990.
(收稿日期:2007-07-20)
(上接第40页)层次结构的多个节点组成,无论多么复杂的场景都可以用树形结构表达。(1)主副井、风井井筒模型。形状节点模型定义了三维场景中物体的几何形状,其中的圆柱模型节点可用于直接构建主副井筒模型。(2)巷道断面模型。矿井巷道断面多种多样,难以用单一形状节点来建模。利用crossSection[]模型域值可以生成各种复杂断面,如梯形、拱形等。(3)矿井巷道模型。矿井巷道多为非标准模型,弯道较多且弧度不等,具有连续性,Extrusion节点中的crossSection域和迹线域(Spine)可以创建出用户需要的所有三维空间造型。Extrusion节点首先在当前X-Y坐标系平面上构造一个二维的平面图线,再在空间中指定一条曲线作为平面图线的运动轨迹(脊线),给出各个具体位置处的挤压比例。在整个挤出过程中,二维平面图线的运动方向始终与脊线上对应点的切线方向相一致。矿井中各种造型的巷道和井筒即可用此节点生成,是三维网络矿图建模中应用最多的节点之一,矿井巷道模型主要采用此节点算法建模。(4)运输系统模型。本系统模型选用VRML中的动态感知节点来建模,交互控制节点(位置插补器节点)、触摸传感器节点、脚本节点等用于控制与对象的交互机制。(5)工作面综采设备模型。综采工作面的主要设备为液压支架、割煤机。完整的液压支架经简化后,可以由液压支柱、底板、顶板及连接部分组成。以某矿采区布局和井底车场设计为切入点,集成VB编程语言、VRML和数据库技术,使用Vrml2
Pad编辑器编写源程序,通过BS_Contact_VRML61
浏览器来浏览情景,开发了三维网络矿图可视化与
信息共享系统。本系统具有主副井、绞车、轨道、井
底车场、运输大巷、综采机、采区工作面等模型,并可
模拟其运动过程。在矿井未投入生产之前和生产之
中,可以让技术人员和管理人员直观地了解井下结
构、生产工艺流程,对安全生产、职工教育及提高煤
炭企业经济效益起到了积极的作用。
3
结 论
虚拟现实三维建模技术是三维网络矿图建模的
基础,在比较现有三维建模技术及开发工具基础上
,
集成VRML三维建模技术、VB可视化编程技术及
数据库技术,开发了矿井三维网络矿图及信息共享
系统。该成果为三维矿井设计提供一种直观、有形
的解决方案,对矿井图纸设计和评价等具有较高的
应用价值,为矿井协同设计、井下布局可视化,三维
矿图数据信息查询、动态化绘制,员工培训及利用网
络技术加强管理提供了有效途径。
参考文献
:
[1]黄文丽.VRML语言入门与应用[M].北京:中国铁道出版社,
2003.
[2]张幼蒂.采矿系统工程[M].徐州:中国矿业大学出版社,
2000.
(收稿日期:2007-04-05)
作者简介:盛 武(1971-),男,安徽涡阳人,硕士,主要研
究信息技术在采矿工程中的应用
,E-mail:wsheng116@163.
com
。
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采矿技术 2007,7(3)
