3 vr在矿业安全方面的应用综述.doc

三维地学模拟与虚拟矿山系统* 吴立新1，张瑞新2，戚宜欣3，齐安文1，李冰1 (1中国矿业大学(北京校区)3S与沉陷工程研究所，2中国矿业大学(北京校区)矿业信息处理中心， 3中国矿业大学(北京校区)资源开发工程系矿山安全教研室，北京,100083） 3D Geoscience Modelling and Virtual Mine System WU Li-xin, ZHANG Rui-xin, QI Yi-xin, QI An-wen , LI Bin Abstract: 3D Geoscience Modelling (3DGM) and Virtual Mine System (VMS) are the key technologies of the implementation of Digital Mine (DM), and 3DGM is the fundament of VMS and all other true 3D Geo-VR system. Based on the analysis to the present situation and application of international VMS, the shortcomings of 2.5D VMS are pointed out; meanwhile, the theories and methodologies of 3DGM international are reviewed. A new 3DGM methodology, named as Analogic Tri-Prism (ATP) model, is provided for the coupling of 3DGM and VMS. ATP is comprised of six groups of elements, which are points, TIN-sides, TIN-faces, edge-sides, edge-TINs and ATP-body. The data structure of ATP model is designed, and a 3D visualization case based on experimental borehole data is shown. Key Words: 3D Geo-Science Modelling, Analogic Tri-Prism, Digital Mine, Virtual Mine 摘要：三维地学模拟（3DGM）与虚拟矿山系统（VMS）是数字矿山（DM）战略实施的关键技术，其中3DGM是VMS及所有真三维地学虚拟现实系统的基础。基于国内外VMS研究与应用分析，指出目前2.5D VMS的缺陷和不足；同时，对当前国际学术界3DGM理论与方法进行了评析。进而，从3DGM与VMS耦合的角度出发，提出了一种新的3DGM方法：类三棱柱法（ATP法）。ATP模型由点、TIN边、TIN面、棱边、侧面TIN和ATP体共6组基本元素组成；设计了ATP的数据结构，并给出了基于实验钻孔的3DGM可视化图。 关键词：三维地学模拟 虚拟矿山系统 类三棱柱模型 矿山GIS 数字矿山 1 前言 虚拟现实irtual Reality---VR）技术是指利用人工智能、计算机图形学、人机接口、多媒体、计算机网络及电子、机械、视听等高新技术，模拟人在特定环境中的视、听、动等行为的高级人机交互技术[1]。VR如娱乐、军事、航天、设计、生产制造、信息管理、商贸、建筑、医疗保险、危险及恶劣环境下的遥操作、教育与培训、信息可视化以及远程通讯等VR技术在国外矿业领域的研究起步较早，出现了一些2.5维的矿山VR系统[2-4]，有效地支持了矿山生产决策和矿山培训与职业教育工作。我国的矿山VR研究起步于21世纪末，目前在矿山安全、火灾模拟等研究领域取得阶段性进展[5-7]。 由于矿山是一个真三维动态地理/地质环境，所有矿山生产与组织活动均是在真三维地理/地质环境中进行的。因此真正实用的虚拟矿山系统（Virtual Mine System, VMS）必须是真三维的，即必须以三维地学模拟（3D Geoscience Modeling, 3DGM）为基础。数字矿山（Digital Mine, DM）是21世纪新经济条件下利用信息技术改造传统产业的矿山科技创新与发展战略，而3DGM与VMS则是实施DM战略的关键技术[8，9]。 2 3DGM理论与方法 矿山的自然地质现象与人造工程如矿体、地层、断裂、钻孔、井巷、采空区等，都是三维空间实体。二维或基于DEM/DTM的2.5维GIS、VMS都难以表达复杂的地下三维地质与工程问题GM