三维矿体建模技术研究与应用PPT课件

.,1,三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2018年8月8日,.,2,1.基于AutoCAD平台的矿业软件开发2.关于构建三维矿体模型的几个名称3.截面法构筑三维矿体模型技术4.其他几种构筑三维矿体模型方法5.基于孔斯网构筑三维矿体模型技术6.实践总结,.,3,1.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）它的开放程度很高，有多种二次开发技术手段；2）它的技术能力强，更新速度快，可利用资源丰富；3）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。4）AutoCAD可以与各种图形软件转换对接。,.,4,.,5,.,6,.,7,.,8,.,9,.,10,.,11,.,12,AutoCAD在矿业软件二次开发中模块功能分类1）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。2）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。3）图形化计算：高程计算、品位计算、计划编制、储量估算等等。4）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。,.,13,参数化绘图,.,14,参数化绘图,.,15,参数化绘图,.,16,辅助优化设计,.,17,辅助优化设计,.,18,图形化计算,.,19,2.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。2）矿体线框模型基于矿体截面图，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。,矿山模型建立(矿体),.,20,矿体截面图（平面图）,.,21,矿体截面图（剖面图）,.,22,矿体线框模型,.,23,2.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。4）矿体实体模型基于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。,.,24,矿体表面模型,.,25,矿体实体模型,.,26,3.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1）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,三维矿体模型建立,.,27,.,28,3.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1）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。,.,29,3.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。,.,30,控制线技术构建矿体模型,.,31,3.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）对于复杂截面的矿体轮廓线往往无法连接控制线。3）对两个截面相互交叉情况失效。,.,32,4.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。,.,33,断层曲面切割矿体模型,.,34,矿岩分界曲面切割矿体模型,.,35,4.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。,.,36,形态学法构筑矿体模型,.,37,4.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。,.,38,体视化法构筑分段矿体模型,.,39,体视化法构筑矿体模型,.,40,4.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5）截面外推法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。,.,41,5.基于孔斯网构筑三维矿体模型技术,1）Coons（孔斯）曲面1964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。,.,42,孔斯曲面,.,43,5.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,.,44,矿体线框模型,.,45,截面交叉情况的矿体线框模型,.,46,5.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。,.,47,孔斯网法构建矿体模型,.,48,孔斯网法构建矿体模型,.,49,孔斯网法构建矿体模型,.,50,孔斯网法构建矿体模型,.,51,孔斯网法构建矿体模型,.,52,孔斯网法构建矿体模型,.,53,孔斯网法构建矿体模型,.,54,6.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。,.,55,6.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。,.,56,6.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。,.,57,6.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。*,.,58,5)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）