基于Unity3D的煤矿地层建模及可视化研究

    鲁志滔

    

    摘要：随着三维可视化在煤矿领域的发展，对地层模型进行可视化显示具有重要意义。文章根据钻孔数据的特点，选用数据点渐次插入算法加上反距离权重插值法进行地层版面的构建。接着根据Unity3D对模型表示的Mesh结构特点，连接顶底版面形成地层模型。最终使用Unity3D引擎将其可视化。

    关键词：地层建模；Unity3D；三维可视化

    1地层建模的数据属性

    要对地质地层进行建模，主要根据基础地质数据。虽然有着复雜多样的地质数据特征信息，但等值线数据、剖面图数据和钻孔数据这3种数据是地质地层建模的主要依据。统计组合这3种数据，能为三维地质建模提供可靠的数据基础。

    2构建地层模型的算法实现

    2.1数据点渐次插入算法的实现

    数据点渐次插入算法的第一步是建立一个超级三角形包围点集中所有点。在构建包围所有数据点的超级三角形后，开始对点集中的点进行插入。插入一点，判断该插入点在三角网的哪个三角形中，找到该三角形后，插入点分别连接该三角形的3个顶点，形成新的3个三角形，再删除原三角形。不断地重复此步骤，直到最后一个点插入完成。数据点渐次插入法构建三角网的具体步骤如下：

    （1）声明一个点列表和三角形列表并利用构造将其初始化。

    （2）判断点集中点的个数。如果少于3则返回空，结束方法；如果大于等于3，建立超级三角形并把超级三角形放入列表中，往下一步。

    （3）遍历点列表中所有的点，逐一插入。从三角形列表中寻找插入的点在哪个三角形内。

    （4）当插入点在某个三角形的外接圆中，插入点连接该三角形三个顶点，形成3个新的三角形，删除原三角形，并将新三角形加入三角形列表。

    （5）当点插入完毕后，删除超级三角形。

    （6）得到的三角形集合即所要构建的三角网。

    2.2反距离权重插值法

    反距离权重插值法是以插值点到各个已知点的距离为基础，权重是各距离倒数的整合。总体体现的效果数已知点离插值点的距离越近影响就越大，反之距离越远影响就越小。此算法根据若干个已知点的距离权重计算出插入点的空间信息，对解决由于钻孔分布不均导致模型误差较大给出了较为合适的解决方案。所以本文采用反距离权重插值法对三维钻孔数据点估值，进行新的点集插入。

    2.3结合地质数据生成三角网

    构建底板三角网，主要依据钻孔数据点，对于本文要构建的地层模型，在已有的钻孔数据点是不够的，为了减少空间的未知性，进行未知点的插入，插入要求是：在已生成的三角网的基础上，以每个三角形的外接圆心为未知的插入，由于圆心的纵横坐标是确定的，所以需要做的是利用反距离权重插值法对未知点的高程进行空间估值。最终结果如图1所示。