可視化設(shè)計(jì)在礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

【摘要】在過(guò)去的礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)中，一般使用二維或者三維技術(shù)對(duì)礦井內(nèi)部的地質(zhì)情況以及管道分布進(jìn)行表述，這種技術(shù)的表現(xiàn)手法不夠直觀，在一定程度上限制了礦山開(kāi)采的效率。本文通過(guò)闡述傳統(tǒng)礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)的不足，對(duì)三維可視化技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)的研究分析，提出了一些新的可視化設(shè)計(jì)方法。

【關(guān)鍵詞】礦山開(kāi)采；可視化設(shè)計(jì)；應(yīng)用方法

地下是礦山開(kāi)采的主要數(shù)據(jù)分布區(qū)域，這些數(shù)據(jù)不僅能夠傳遞比較復(fù)雜的空間信息，還能進(jìn)行不斷的變化。傳統(tǒng)礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)一般使用AutoCAD軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，這種表現(xiàn)方法不夠直觀簡(jiǎn)明，在礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)中存在一定的缺陷，因此需要三維的可視化設(shè)計(jì)運(yùn)用到礦山開(kāi)采工作中。

一、可視化設(shè)計(jì)的概念

礦山開(kāi)采的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是對(duì)二維平面進(jìn)行設(shè)計(jì)，通常把所要表現(xiàn)的內(nèi)容用平面圖的方式展現(xiàn)出來(lái)，這種方法的主要缺陷是空間的立體感不足，沒(méi)有材質(zhì)、燈光以及聲音等效果。在對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行初期研究時(shí)，人們不能夠快速的了解設(shè)計(jì)人員的意圖，很難形成整體的施工概念，導(dǎo)致設(shè)計(jì)者與客戶之間產(chǎn)生交流障礙。目前，國(guó)外礦山設(shè)計(jì)采用的設(shè)計(jì)步驟是：概念設(shè)計(jì)，使用的主要制圖軟件是3dmax，然后是詳細(xì)設(shè)計(jì)，使用的主要制圖軟件是AutoCAD。在礦山開(kāi)采的設(shè)計(jì)過(guò)程中，使用這兩類軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)二、三維之間的轉(zhuǎn)換、輸出。這種形式的輔助設(shè)計(jì)不僅能夠幫助設(shè)計(jì)人員對(duì)現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行模擬試驗(yàn)，還能夠幫助客戶了解設(shè)計(jì)者的整體思路，并盡快的讓決策者做出決定，敲定最終的方案。

二、礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)中可視化軟件的選擇

在礦山開(kāi)采過(guò)程中，不論是工作人員的工作，還是礦山開(kāi)采的進(jìn)度，都在不斷的發(fā)生變化，這些細(xì)微的變化都能夠?qū)ΦV山開(kāi)采形成影響。因此，在進(jìn)行礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)中，選擇合適的可視化軟件是非常重要的。目前，三維軟件的類型有很多，人們比較常用的軟件有：3DMax、Maya、lighwave等。在選擇軟件時(shí)，應(yīng)符合幾點(diǎn)要求：首先，選擇的軟件應(yīng)當(dāng)適合礦山開(kāi)采的可視化設(shè)計(jì)；其次，選擇的軟件應(yīng)當(dāng)與傳統(tǒng)的軟件相接軌，并且使用的軟件類型不能過(guò)于復(fù)雜。研究發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)外在礦山開(kāi)采可視化設(shè)計(jì)中選用的3D Studio VIZ軟件比較多，這種類型的軟件主要有三大優(yōu)點(diǎn)：

第一，3D Studio VIZ軟件的最大使用人群是工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員，這種軟件的可視化設(shè)計(jì)系統(tǒng)比較先進(jìn)，而且是3D Studio MAX 3.0的簡(jiǎn)化產(chǎn)品，這兩種軟件雖然工作界面相同，但前者是后者的升級(jí)版本，在操作使用的過(guò)程中比較方便，設(shè)計(jì)人員在使用軟件進(jìn)行作圖時(shí)能夠快速的進(jìn)入工作的狀態(tài)。另外，這款軟件在學(xué)習(xí)時(shí)也比較簡(jiǎn)單。

第二，AutoCAD與3D Studio VIZ都是比較優(yōu)秀的制圖軟件，前者主要是進(jìn)行二維圖形的設(shè)計(jì)，后者主要是進(jìn)行三維圖形的設(shè)計(jì)，而且這兩款軟件均同屬于一家軟件開(kāi)發(fā)公司，所以，在使用軟件的過(guò)程中會(huì)有許多相似的地方。另外，這兩款軟件在一定的范圍控制下，能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這就省去使用3D Studio VIZ時(shí)的前期準(zhǔn)備工作。

第三，利用3D Studio VIZ的特性，在一個(gè)空間內(nèi)能夠建造多個(gè)復(fù)雜的模型，還能夠在空間內(nèi)部對(duì)模型進(jìn)行加工處理，賦予模型燈光、材質(zhì)、貼圖等，能夠增強(qiáng)整個(gè)空間的立體感。

三、利用3D Studio VIZ解決礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)的可視化問(wèn)題

在礦山開(kāi)采的可視化設(shè)計(jì)包含很多方面的內(nèi)容，其中比較重要的內(nèi)容是，設(shè)計(jì)過(guò)程中的細(xì)節(jié)內(nèi)容以及生產(chǎn)過(guò)程中的動(dòng)畫(huà)模擬。在現(xiàn)階段，因?yàn)榭萍妓降确矫娴南拗?，在礦山開(kāi)采生產(chǎn)過(guò)程中有一些內(nèi)容是沒(méi)有辦法進(jìn)行模擬的。

（一）利用Terrain形成礦區(qū)的地形立體圖像

設(shè)計(jì)工作人員在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要地、測(cè)部門(mén)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料，如果該部門(mén)提供的資料不夠清楚明確，或者是直接提供該地區(qū)地形圖紙，設(shè)計(jì)人員采取的辦法是使用掃描儀或者數(shù)字化儀對(duì)圖紙進(jìn)行處理。當(dāng)對(duì)平面地形進(jìn)行數(shù)字化處理以后，設(shè)計(jì)者再根據(jù)礦山地區(qū)的地形特點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行加工分層，通常來(lái)講，區(qū)分的層數(shù)越多，形成的地形地貌就越精確。但是，分層以后，也會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題：

第一，在使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分層的過(guò)程中，區(qū)分的層數(shù)過(guò)多在帶來(lái)好處的同時(shí)也存在一些弊端，這些層數(shù)會(huì)占用計(jì)算機(jī)的硬盤(pán)和內(nèi)存，大大降低了計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度，長(zhǎng)時(shí)間以后，計(jì)算機(jī)會(huì)出現(xiàn)死機(jī)的情況，這就會(huì)導(dǎo)致前期的處理數(shù)據(jù)全部丟失，需要對(duì)數(shù)據(jù)重新進(jìn)行計(jì)算分析。因?yàn)榈V山開(kāi)采設(shè)計(jì)涉及的內(nèi)容也比較多，工作任務(wù)量也比較大，在一定程度上會(huì)增加設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)難度。第二，可視化設(shè)計(jì)中形成的地形是虛擬的、概念的地形，人為因素的控制比較多，在實(shí)際設(shè)計(jì)施工的過(guò)程中不需要那么精確的數(shù)據(jù)。所以，形成的立體圖形并不是越精確越好，只要形成的地形符合可視化要求即可。當(dāng)平面地形分層以后，應(yīng)使用AutoCAD軟件對(duì)分層的數(shù)據(jù)用坐標(biāo)進(jìn)行表示，x，y的值是地測(cè)部門(mén)的坐標(biāo)，z表示的是臺(tái)階的高度，利用x，y，z形成三維坐標(biāo)圖，然后倒入把平面圖導(dǎo)入3D Studio VIZ中，做好前期的準(zhǔn)備工作，然后進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置。

（二）確立礦體的立體模型圖

在工程設(shè)計(jì)的初期階段，就已經(jīng)對(duì)工程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了劃分，并把數(shù)值輸入到計(jì)算機(jī)中。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作已經(jīng)做好，只需要在計(jì)算機(jī)內(nèi)把不同的臺(tái)階變?yōu)椴煌膶舆M(jìn)行劃分，用三維坐標(biāo)表示出來(lái)。在利用3D Studio VIZ軟件制作礦體的立體圖形時(shí)，一般有兩種方法：第一，使用放樣命令。這種命令在使用的過(guò)程中，比較不好控制，稍微不注意產(chǎn)生的圖形就會(huì)變形，而且形成的模型比較粗糙，優(yōu)點(diǎn)是平面圖形中的點(diǎn)和線段都比較容易調(diào)節(jié)。第二，利用NURBS的方式進(jìn)行建模。利用這種方式創(chuàng)建出來(lái)的模型效果比利用放樣創(chuàng)建的模型效果要好，使用NURBS的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)σ恍┍容^復(fù)雜的曲面進(jìn)行處理。礦山開(kāi)采中，每個(gè)物體都是由比較復(fù)雜的曲面構(gòu)成的，利用別的建模方式創(chuàng)建物體模型，取得的效果都不夠明顯。

（三）利用物體進(jìn)行空間組合

1、空間的位置

（1）Studio VIZ和AutoCAD的默認(rèn)坐標(biāo)都是世界原點(diǎn)，所以，在AutoCAD中設(shè)定的坐標(biāo)點(diǎn)在進(jìn)入3D Studio VIZ軟件時(shí)，都會(huì)進(jìn)行坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換能夠?yàn)閳D形以及數(shù)據(jù)對(duì)齊創(chuàng)造條件。

（2）在AutoCAD中制作平面圖形時(shí)，需要設(shè)定相同的比例尺。

（3）在AutoCAD中制作的物體，需要有相同的坐標(biāo)原點(diǎn)，也就是數(shù)據(jù)之間的相對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)數(shù)據(jù)值要統(tǒng)一。

Studio VIZ 系統(tǒng)中的物體在進(jìn)行組合時(shí)，是以單個(gè)物體的形式進(jìn)行組合的，先組成一個(gè)物體后再組成另外一個(gè)物體，通過(guò)這種方式，把自己所需要的物體組合在一定的空間內(nèi)。

四、對(duì)空間物體進(jìn)行后期的合成處理

后期合成處理是利用計(jì)算機(jī)，把提前設(shè)定的聲音、文字等效果表現(xiàn)出來(lái)，幫助業(yè)主在較短的時(shí)間內(nèi)理解設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想，因此在利用合成軟件進(jìn)行后期處理時(shí)，不僅要選擇好的計(jì)算機(jī)配制，還要選擇好的軟件，對(duì)模型需要的聲音、文字等效果進(jìn)行優(yōu)化。

結(jié)語(yǔ)

借用三維軟件，對(duì)礦山開(kāi)采進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)，不僅能夠直觀的幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，還能夠有效的提高設(shè)計(jì)的合理性，減少礦山開(kāi)采過(guò)程中的困難。但是，目前，我國(guó)的可視化設(shè)計(jì)發(fā)展不夠完善，還需要相關(guān)的技術(shù)人員對(duì)可視化設(shè)計(jì)繼續(xù)進(jìn)行探索研究。

參考文獻(xiàn)

[1]魏連江，王紅勝.三維可視化技術(shù)在礦山開(kāi)采輔助設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].礦業(yè)工程，2010（6）

[2]李德，汪德文.基于三維可視化技術(shù)的露天境界優(yōu)化研究[J].金屬礦山，2010（4）