三维模型轴向体积分布特征提取及比较算法

在分析网格数据结构的基础上,提出一种提取任意三维网格模型体积分布特征的算法.该算法首先应用主元分析法确定模型的主轴方向,再以一组等距的平行平面从三个坐标轴方向对模型进行剖分处理,通过计算截面面积求得模型沿三个主轴方向的体积分布特征.模型在三个坐标轴向上的体积分布描述了模型的几何特征,通过体积分布特征数据得到不同模型间的相似性度量.实验表明,该算法程序运行稳定、快速,可用于提取具有任意几何和拓扑复杂性的各类网格模型的体积分布特征.     

基于钻孔编录信息可视化解译的矿床三维建模

运用大型三维矿业软件SURPAC创建某矿深部矿段的地质数据库,可视化解译地质钻孔编录包含的断层、地层和矿体信息,构建断层、地层和矿体的三维模型;在建立该矿段品位块体模型的基础上,采用普通克立格法对矿体有用元素品位进行估值,并对矿段有用元素的平均品位和地质储量进行统计计算.以所建立的地质数据库和断层、地层、矿体和井巷工程三维实体模型为基础,实现包含矿体、断层、地层、巷道、钻孔、坐标、比例尺、标题栏等多种图元信息的地质剖面自动成图.实际应用结果表明:基于钻孔编录信息可视化解译所建立的矿床三维模型可靠,地质剖面出图能满足工程应用要求,具有重要的应用价值.     

非层状矿体构模关键技术研究

针对非层状矿体三维建模的复杂性,讨论了非层状矿体三维建模中有关矿体表面和矿体块段建模基本算法.讨论了实体法建模中平行轮廓线建立非层状矿体表面模型的算法,并把该算法推广到了非平行轮廓线建模,针对利用轮廓线建立实体表面模型的问题,提出利用平面和剖面交叉的方法来产生控制线,以对矿体形态进行控制,进而利用连接轮廓线的方法来进行矿体表面建模.同时,阐述了利用三维普通克立格插值方法建立矿体内部块段模型的关键算法.最后利用VC 和OpenGL作为开发语言,从底层开发了三维非层状矿体建模的三维可视化软件,在某矿山得到了验证,对非层状矿山的实际生产起到了一定的指导作用.图5,参8.     

基于地质统计学的采空区储量估算

采空区是固体矿产开采过程中已被开挖的所留下的采场、硐室等,采空区的储量编录是矿山储量动态管理的基本要求,准确的储量计算结果可有效指导矿山后续的生产工作,提高经济效益,但目前国内各矿山大多采用简单的几何计算方法求取采空区储量,无法准确、客观地评估矿山的资源储量情况,为了精确估算采空区储量,以新疆某矿区为例,首先分析了适合建立采空区的三维模型方法,以及固体矿产储量估算中采空区建模的2种方式:剖面法和中段法;建立模型后,将基于地质统计学建立的矿体三维模型和采空区模型进行布尔求交,根据切割后模型,体积加权计算采空区储量;最后通过实例对比采空区和剖面法三维矿体模型求交结果的储量信息,验证了基于地质统计学计算储量结果更为接近实际勘探储量,这对于矿山的数字化动态管理,矿山开采具有指导意义。     

圆环电极电场的曲面四边形边界元算法

为精确计算三维静电场中圆环电极表面的电场强度,提出了圆环面规则剖分曲面四边形边界元方法.在该方法中,圆环面沿广义坐标等值线剖分,相应的积分转化为广义坐标表示的矩形或正方形单元上的积分.积分函数采用双线性插值,单元积分采用高斯积分法.计算表明,在相同节点数的情况下,计算精度和计算时间明显优于曲面三角形边界元方法.     

基于Matlab的直流电阻率三维数值模拟及可视化

针对直流电阻率法的三维正演问题,采用积分方程法的数值解法,特别地,对板状体三维模型做了具体的网格剖分,在Matlab下编程实现了求解其电位分布的算法.根据电位分布分别采用中间梯度法,三极剖面法和联合剖面法计算了地面的视电阻率分布.结果表明,视电阻率异常图充分显示了积分方程求解的正确性.对于该结果,在Matlab中采用GUI编程生成了更为方便的人机交互式正演界面,该界面具有直观、高效的特点.     

基于散乱点云的快速体积计算法

三维可视化体积计算基本上都是先由散乱点云构建出表面网格模型,然后基于网格模型计算体积,存在计算量大、速度慢的缺点.针对此问题提出一种快速体积计算法,首先使用改进的增量式Delaunay三角剖分对散乱点云进行四面体剖分;然后利用K近邻计算散乱点的拟合曲面和最小生成树,得到各点的法向量;由各点法向量剔除体外四面体;最后计算各四面体体积之和从而得到总体积.实验表明,该算法不仅保证了计算准确度,而且较传统算法大大提高了效率.     

关于平行截面上两个多边形之间的合法三角剖分

研究了构造平行截面上两个多边形之间合法三角剖分的一些基本问题,给出了合法三角剖分与准合法三角剖分的定义,从而得出：一个多边形沿截面法向平移,在截面内平移和截面内等比例放缩都不影响三角剖分的合法性,任意两个简单多边形之间必存在一个准合法三角剖分,该结论对于彻底解决这个可视化和几何造型领域具有重要实用价值的三维重问题具有很大意义。     

各向异性网格下三维线性元的超收敛性分析

在各向异性网格下研究了用线性元解一类三维二阶椭圆边值问题的有限元逼近,并得到了与传统有限元网格剖分下相同的超逼近和整体超收敛结果.     

矿体表面模型在计算机境界圈定方法中的应用

在以往的计算机方法境界圈定中都需建立矿块模型,逐个块段扫描导致运算速度慢,不能满足大数据量计算,该文针对以上问题在建模方面采用了矿体表面模型,该模型采用一种再现传统手绘的建模方法,通过一系列平面图或剖面图的矿体边界多边形进行线框建模技术来描述矿体空间分布即线框构模法。在读取平面图或剖面图中矿体边界多边形的工作中需要运用图形学、分形学等理论,实现了对矢量图形图元素的提取。完成矿岩多边形提取后便可以利用线框构模法进行矿体线框模型的建立,最后利用Open GL技术对线框模型进行填充,生成矿体表面模型。     

深部复杂金矿体充填开采对地表建筑物稳定性影响

为研究深部复杂矿体开采对地表建筑物稳定性的影响，借助概率积分法计算安全开采深度;采用3D Mine-Rhinoceros-FLAC^3D耦合构建矿区三维模型，进行地表安全性及变形规律研究.结果表明:①采用充填法进行深部矿体开采，地表产生均匀沉降变形，最大主应力随回采步骤增加呈多项式增长趋势，最小主应力呈线性增长趋势，扰动高度沿矿体走向呈正态分布趋势;②矿体的开采使其正上方产生“盆地式变形”，并依据安全性参数进行地表扰动边界圈定;③当下沉变形值小于10mm、变化率大于0.5时和下沉变形值大于10mm而小于20mm、变化率大于1.5时，地表均为整体下沉现象，稳定性不受影响.     

三维可视化环境下矿体空间数据插值

大部分地学中的空间数据插值基于二维空间,随着计算机三维可视化工具的出现和功能不断完善,三维空间的数据插值成为可能。矿体的品位、资源量估算以前大多由手工计算完成,在计算机三维可视化环境下,可以快速地实现矿体品位和资源量的高精度估算。其基本原理是首先应用矿体的三维可视化技术建立矿体的三维表面模型,精确地模拟矿体的形态;其次应用块模型方法对矿体内部进行剖分,建立体内部数据模型;最后应用距离反比法和Kriging方法对矿体内部的特性数据（如品位）进行插值估算,获得矿体内部所有块的特性数据,从而得到矿体的内部特征规律。实例研究表明,应用三维空间数据插值方法得到的矿体品位插值结果具有科学合理性,对矿山生产有现实指导意义。     

基于Minexplorer探矿者软件的甲玛铜矿三维地质体建模

利用三维地质体建模软件Minexplorer建立了西藏甲玛铜多金属矿床(I)-1-1夕卡岩矿体的三维模型并对其进行储量计算.利用矿山勘探过程中积累的钻孔数据,建立地质数据库,生成三维钻孔,通过剖面定义、单工程矿体圈定、剖面编辑、曲面连接、封装成体建立了(I)-1-1矿体的三维模型.分别使用普通克立格、距离倒数法、块段法...     

巷道收敛监测三维动态可视化系统开发

结合传统巷道收敛仪与三维激光探测系统的优势,提出了一种巷道表面收敛变形的三维可视化方法,该方法利用激光扫描获取巷道点云数据,建立巷道三角形壳体模型.采用反距离加权插值算法,计算巷道表面的收敛量.利用收敛量与颜色索引对应的抛物线非线性增强算法,突出了关注范围内大的收敛变形.基于VS2010与HOOPS进行了系统的开发,实现了巷道表面监测收敛量三维云图的动态可视化显示.并在铁蛋山矿进行了实例应用,直观地展示了监测区域巷道收敛变形的危险区域与变形过程,系统满足工程人员对监测数据直观表达和可视化分析的需求.     

采空区体积三角网模型剖面的微积分算法

为了准确获取采空区空间体积,以采空区三维激光扫描系统探测到的原始数据为依据,提出采空区体积的三角网模型微积分算法.算法首先确定模型剖切的主轴方向,用一组等间距平行面对模型进行相切并获得剖面的无序点集,运用所提出的凸包压入法生成采空区剖面的初始边缘轮廓线;再将初始边缘轮廓线内的其他交点添加到剖面中,形成完整的采空区剖面形态;最后利用平面三角形有向面积叠加计算剖面面积,将剖面面积与微小间距进行积分获取采空区的体积.工程应用表明,所研究的采空区体积算法稳定性好,精度高,可实现对复杂采空区体积的有效计算.     

地质体的三维形态分析方法与应用

针对隐伏矿体立体定量预测中复杂形态地质体的空间分析问题,利用数学形态学和欧氏距离变换理论,提出基于三维栅格模型的地质体三维形态定量分析的方法.利用开闭滤波或闭开滤波的数学形态学变换,构建地质体表面形态趋势的提取算法;将形态滤波、欧氏距离变换、全局集合运算结合起来,建立地质体形态起伏定量分析及分级提取模型;采用基于欧氏距离场的计算模型,提出地质体表面与趋势面夹角的提取方法.在建立地质体三维栅格模型的基础上,将地质体三维形态定量分析方法应用于安徽铜陵凤凰山矿田的新屋里岩体分析,实现地质控矿因素指标的定量提取.研究结果表明:采用该方法对地质体进行形态分析,可计算出地质体的各种形态参数,并提取出地质控矿因素量化指标,能有效地应用于隐伏矿体立体定量预测.     

研究各向异性对脑电影响的有限体积法

为研究颅骨各向异性对头皮表面电位分布的影响,提出新型的有限体积法.采用四面体二阶形状函数,避免了原有限体积法中“次级元”的使用,并利用Gauss积分提高计算精度.为克服剖分的几何奇异性,进一步将六面体剖分转化为三棱柱剖分.利用这一方法对球模型进行了仿真实验,并推广到真实头型.计算结果表明:各向异性的比率以及偶极子电流源的位置对于脑电的分布影响显著.     

深井采场大规模垮塌三维探测及可视化计算

运用空区激光探测系统(CMS)和大型矿床三维软件Surpac等数字化工具,结合冬瓜山铜矿深井采场垮塌区实际,研究一种新颖的大规模采场垮塌区综合信息可视化计算方法。采用CMS对采场垮塌区进行三维探测,获取垮塌区相关信息,并以垮塌区实测数据为基础,运用Surpac构建起垮塌区三维可视化模型,准确获取采场垮塌区三维形态和实际边界;运用采场设计资料建立采场底部结构、回采设计单元及矿堆三维模型,通过模型间的布尔运算,准确计算垮塌区体积、顶板暴露面积及存留矿量等综合信息。研究结果表明:采用该方法可有效地实现大规模采场垮塌区综合信息的可视化计算;计算获得的采场垮塌区信息可靠,为矿山准确掌握垮塌区现状,制定治理及回收垮塌区周围矿体方案提供重要的依据。     

基于超单元形函数坐标变换的有限元网格剖分和冷却水管网格二次剖分方法

当用Ansys的前处理模块进行网格剖分建模时,映射网格剖分受到许多条件限制而自由网格剖分不容易控制,往往不能按照自己的意愿进行网格剖分,并且剖分出来的网格不规则.针对这一问题,采用超单元网格剖分的建模思想,通过基于形函数的坐标变换,用Fortran语言编程实现网格剖分.用该方法进行网格剖分,不但易于控制网格单元形状大小,而且便于修改网格.并且,用超单元的高次形函数进行坐标变换,可以很好地对曲边曲面形状的结构模型进行网格剖分.大体积混凝土的温控防裂一直是人们非常关注的问题,而冷却水管技术是一种有效可行的温控防裂技术.在超单元的基础上实现了添加冷却水管的网格二次剖分方法,使大体积混凝土的水管冷却仿真计算得以实现.     

基于SURPAC的残矿开采堑沟巷道空间位置优化

由于残矿空间形态的复杂性,传统的剖切作图方法难以直观全面地掌握该类型矿体形态,进而难以精确指导采切工程的设计,而SURPAC软件采用三维建模方法,能很好地解决这一难题。以西石门铁矿堑沟底部结构诱导冒落法开采残矿为背景,采用SURPAC软件对堑沟内矿石量、金属量、品位等指标进行计算,将堑沟巷道所在的水平和垂直位置作为优化对象,经过对临界冒落跨度和现场工程技术条件的分析,得出堑沟巷道在两个方向上可布置的范围。依据该范围,设计了正交试验方案。以回采金属量和平均品位作为考核指标,对正交试验结果进行极差和方差分析,得出最优的堑沟巷道空间位置：堑沟巷道间距24 m,位于118 m水平。通过现场实施,取得理想的试验效果,实现了残矿的精细化开采。