试论数字矿山中三维地质模拟与体视化
中图分类号：TD17 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（a）-0000-00
作者简介：任明龙（1992-）男，安徽淮北人，中国矿业大学，本科在读。
我国矿山勘探、规划、设计、生产、管理和监控等全面信息仍处于起步阶段，同时，多数矿山信息系统也仅仅是在起步阶段，与一些发达国家相比，我国与他们的距离还是比较大的。数字矿山的建设，不仅仅有利于技术的发展，还可以尽早的缩小我国与发达国家之间的差距，通过实现三维地质模拟，能够在室内完成较多的工作，减少了外出工作的时间，且得到的结果更加精准。在此，本文主要对数字矿山中三维地质模拟与体视化展开讨论。
1 三维地质模拟与体视化内容
从客观的角度来分析，数字矿山主要是将现实工作中的矿山进行数字化处理，以此来完成矿山的分析、勘探、采集等工作，为后续的矿产开采提供必要的帮助。但是，由于现阶段的部分技术还不成熟，体系还不健全，研究人员首先在数字矿山中三维地质模拟与体视化的工作深入研究。就现阶段的工作来看，三维地质模拟与体视化的内容集中在以下几个方面：第一，利用单片机对测距仪所在的旋转平台，开展运动的控制以及相关电路的设计工作，以此来保证三维地质的硬件标准。第二，为了组装更加优秀的3D激光扫描仪设备，主要将单片机、激光测距仪、摄像机作为主体。第三，基于二维平面模板的标定方法，用3D激光扫描仪从不同角度对巷道拍摄同一标定模板2幅以上的图像，调用OpenCV求出摄像机的内外参数，将数据存储。第四，所有采集到的数据，都会得到相应的处理，同时，积极构建巷道三维立体模型，在客观上实现三维可视化。第五，通过以上步骤的实施，基本上能够实现一个初步的数字矿上三维地质模拟。
2 数字矿山中三维地质模拟与体视化的硬件工作
2.1系统的硬件设计与实现
相对于其他的三维设计工作，数字矿山中三维地质模拟与体视化更加复杂，为此，应在硬件工作方面努力，保证具有多项功能，应对多种复杂情况。三维地质模拟与体视化的系统硬件设计、实现，主要通过以下工作来完成：第一，单片机主要是选择体积小、功耗低、速度快的设备。本次研究主要选择宏晶公司所生产的型号为8051的单片机。第二，在舵机的选择方面，主要是选择了型号为FUTABA的产品。该型号的舵机具有扭矩大、控制容易、稳定性高的特点，符合数字矿山中三维地质模拟与体视化的标准。第三，在实际的工作中，首先将摄像头固定在托盘上面，在系统方面，主要是应用下位机结构。将下位机（单片机）设定为舵机角度的控制装置，主要是负责运动控制。另一方面，在上位机计算复杂图片的处理工作中，上位机和下位机主要是通过USB转芯片使用RS232串口协议通信来完成的，总体上的操作比较简单。
2.2单片机控制、检测与通信
数字矿山三维地质的模拟和体视化，并不是一件容易的事情，尤其是单片机的控制、检测、通信工作，必须保证能够与现实条件相符合。一般情况下，单片机的程序应该具备C语言的编写，可以在客观上实现分模块的处理，同时能够在需要的时候，及时进行平台升级，实现较多的功能处理。另外，当单片机接受到指令的时候，应立即进行相应的判断，同时自动进入相应的子模块，对指令进行处理，做出相应的反应。上位机应基于OpenCV来设计，多数情况会采用模块化的设计程序，将其划分为检测、绘图、串口控制模块三大部分。最后，系统的升级、程序维护方面，也要采用模块化的方式，以此来保证系统的稳定性和硬件设备的流畅应用。
3 数据的处理、建模及可视化的实现
对于数字矿山中三维地质模拟与体视化而言，硬件方面的工作是基础部分，数据的处理、建模以及可视化的实现，才是最重要的工作。在这个方面，由于现阶段的部分技术和系统还不是很完善，因此在实际的工作中，造成了一些矛盾与冲突，在大量的研究和测试后，认为数据的处理、建模以及可视化的实现，应从以下几个方面来努力：第一，调用OpenCV求出摄像机的内参数和外参数。第二，将采集到的数据和建模算法作为基础，利用Windows平台、VC++语言等程序，采用面向对象编程技术来进行相关的图形代码编写工作，同时，开展必要的物体、场景三维构建，并进行相应的检查，发现问题及时修整。第三，应用OpenGL进行三维渲染工作，促使图像更加清晰。在屏幕上对该模型进行动态的显示，使其能够从不同的角度和范围来进行观察。至此，数字矿山三维地质模拟与体视化基本上完成，倘若在实际的工作中遇到新的需求，可适当的在硬件上或者软件上做出相应的更改。综上所述，数字矿山中三维地质模拟与体视化比较复杂，硬件的设定和软件的配合，都要结合实际情况来完成，同时，需根据不同矿山的情况来决定如何建立三维地质。
4 总结
本文对数字矿山中三维地质模拟与体视化展开讨论，从现有的工作来看，一般的矿山都能够实现三维构建工作，其数字化的效果也比较理想。但是，随着技术的提升和实际需求的增长，数字矿山中三维地质模拟与体视化的各项要求也在增多，技术上的难度提升。为此，今后应加强软件和硬件的双重研究，设定多种搭配方案，以此来实现三维地质模拟与可视化的更大进步。
