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！