基于OpenSceneGraph的數(shù)字礦井三維可視化系統(tǒng)的研究與開發(fā).pdf

1、在我國能源結(jié)構(gòu)體系中,煤炭資源占主體地位。從目前我國煤炭行業(yè)生產(chǎn)開采現(xiàn)狀看,各種礦井災(zāi)難性事故頻頻發(fā)生,重大礦工傷亡事件屢見報端。開發(fā)一個模擬礦井生產(chǎn)的數(shù)字礦井三維可視化系統(tǒng),能有效地指導(dǎo)礦井井下現(xiàn)場開采工作,做好礦工安全教育培訓(xùn),有效降低由人為原因引起的安全生產(chǎn)事故發(fā)生,從而保證煤礦安全、高效生產(chǎn)。通過學(xué)習(xí)使用該系統(tǒng),能加強(qiáng)煤炭生產(chǎn)工作人員對礦井開采環(huán)境和生產(chǎn)過程的認(rèn)識,保證人員的生命安全,減少煤礦事故發(fā)生。因此,開發(fā)該系統(tǒng)對保證礦井

2、安全生產(chǎn)、提高煤礦生產(chǎn)管理水平、提高生產(chǎn)工作效率、加快數(shù)字礦井信息化建設(shè)具有十分重要的意義。
　　本文根據(jù)三維可視化建模技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)理論,提出基于OpenSceneGraph的三維場景渲染引擎的數(shù)字礦井三維可視化系統(tǒng)。結(jié)合項目實(shí)際開發(fā),綜合利用3DSMax8建模工具,OpenSceneGraph(簡稱OSG)高性能3D圖形開發(fā)庫和Visual Studio C++2005編程工具,開發(fā)出一套可以運(yùn)行在Windows平臺下

3、的數(shù)字礦井三維可視化系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過對煤礦礦井采掘?qū)嶋H工作場景進(jìn)行三維仿真,運(yùn)用Visual Studio C++和OSG混合編程。實(shí)現(xiàn)了對煤礦生產(chǎn)采掘過程的三維場景顯示、場景編輯、礦用機(jī)械設(shè)備以及其工作狀態(tài)變化顯示,在開啟物體碰撞檢測的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)自主場景交互式漫游。
　　文章的研究內(nèi)容和主要工作體現(xiàn)在:
　　(1)在Windows平臺下,采用3DSMax8建模工具,結(jié)合項目實(shí)際,建立煤礦井下各類巷道,井下采掘、運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械設(shè)

4、備的三維實(shí)體模型。通過對井下巷道和機(jī)械模型的分析,采用形狀相對規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)基本體建模方式,在保證模型精確度的基礎(chǔ)上,最大限度減少模型三角網(wǎng)格面數(shù),并采用LOD技術(shù)對模型進(jìn)行優(yōu)化處理;
　　(2)在Visual Studio C++2005開發(fā)環(huán)境下,以O(shè)SG2.8.0三維場景管理器引擎為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)數(shù)字礦井井下巷道,采掘工作面等場景的仿真漫游。依據(jù)OSG場景圖形包圍體層次BVH樹的場景組織形式實(shí)現(xiàn)礦井井下模型的場景管理、場景模型優(yōu)化、

5、場景實(shí)時渲染以及系統(tǒng)三維交互漫游時有關(guān)碰撞檢測等一系列設(shè)計目標(biāo);
　　(3)結(jié)合項目實(shí)際礦井?dāng)?shù)據(jù),采用Microsoft SQL Server2005設(shè)計開發(fā)符合該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。完成了有關(guān)礦井不同類型巷道體的三維模型庫、井下礦用防爆機(jī)械設(shè)備庫和防爆電器類庫,方便系統(tǒng)實(shí)時的擴(kuò)展和修改;
　　(4)研究場景仿真漫游技術(shù),包括實(shí)現(xiàn)場景管理、層次細(xì)節(jié)、紋理貼圖、粒子系統(tǒng)等可視化功能,通過分析比較包圍盒和線體檢測兩種漫游碰撞檢測方法,