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。 【期刊名称】无线互联科技 【年(卷),期】2017(000)007 【总页数】2
【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。虽然有着复杂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。
3 三维地质模型的构建
3.1 Mesh结构的三维数据表达
本文所做的可视化主要在Unity3D中进行，在Unity3D中三维模型的外形的数据关系都是存储在Mesh结构中的。Mesh结构又称三维网格数据结构，当系统读取各模型格式的时候，通常将他们转化为通用的结构暂存在内存中，以供用户方便地观察和使用模型，而这种中间结构就是Mesh结构。在Mesh中，最主要的成员有两个：vertices和triangles，其中vertices包含了组成模型的所有点，存储的是每个点的空间坐标，是一个三维向量数组；triangles表示哪3个点组成了三角面片，即triangles的元素个数是3的倍数，而元素意义是对应vertices点的索引。视情况而定，Mesh中还可能存储模型的贴图uv坐标、颜色、光照等数据。 3.2 地层模型构建
上述所提到的建模方法只是将地层一个版面的三角网构建出来，还需要添加虚拟材质，但这并不是完整的地层模型。要得出完整的地层，需要结合上板面、下版面、内部可能出现的断层和外部边界。其完整地建立步骤为：
（1）从数据库中读取钻孔数据，按数据点渐次插入的方法和发距离权重插值法建立三角网。
（2）断层处理。建立顶板、底板面模型时确定了矿层与断层相交的4条线，即矿层顶板断层上盘线、矿层顶板断层下盘线、矿层底板断层上盘线、矿层底板断层下盘线。其中矿层顶板断层上盘线、矿层顶板断层下盘线包含在矿层顶板面模型中。矿层底板断层上盘线、矿层底板断层下盘线包含在矿层底板面模型中。在连接矿层顶板面模型、矿层底板面模型形成矿层体模型时。这4条线可能发生共面现象而导致连不成体。为避免这种现象的发生，应将矿层顶板、矿层底板在断层两侧拉开一定距离，从而保证矿层顶板、矿层底板在断层处形
基于Unity3D的煤矿地层建模及可视化研究
