一种巷道虚拟现实快速建模方法技术

本发明专利技术公开了一种巷道虚拟现实快速建模方法，包括以下步骤：(a)获取原始资料；(b)基于中线和腰线分别建模并进行法线一致化操作，计算法线和切线；(c)分离顶板和底板面并计算平面UV；(d)关联材质球进而进行UV展示。可以对二维巷道中线或腰线，结合巷道断面信息，快速建立真实、准确的三维巷道模型。通过对三维巷道模型进行分解、重构，并自动进行UV展开，计算顶点法向量和切向量，关联材质球，从而快速进行地下巷道虚拟现实建模。

A Fast Modeling Method of Roadway Virtual Reality

【技术实现步骤摘要】
一种巷道虚拟现实快速建模方法
本专利技术涉及建模领域，特别涉及一种巷道虚拟现实快速建模方法。
技术介绍
地下巷道三维可视化建模和虚拟现实展示，是实现智慧矿山的关键技术之一。智慧矿山将实现矿山对象从勘察、设计、生产到闭坑的全寿命周期的动态仿真。在这个过程中，需要将大量二维图纸快速生成三维巷道模型，再生成虚拟现实模型，并基于此进行矿山全寿命周期管控。由于井下巷道属于不规则对象，无法用简单对象进行模拟，通常用CAD图纸绘制中线或腰线，加上巷道断面信息来表达。在现有技术中一般用两种方法建模：第一、基于中线建模，但是基于中线的缺点在于巷道建模，在交叉口、马头门、斜坡道时，存在模型重叠，不易处理，而采用实体布尔交运算，多次并运算会操作失败。第二、基于腰线的巷道建模，但是基于腰线的缺点在于一般只能生成矩形拱和梯形拱，无法生成三心拱巷道，而用3DSMax等软件手工建模，后期处理太复杂，对于大量巷道或经常变化的巷道，无法实时更新。第三、由三维素模型(不含有材质纹理信息的模型)转换虚拟现实模型，这种方法需要进行后期数据处理，并且巷道虚拟现实模型不同于素模型，需要将巷道每个顶点附加上法线、UV坐标、切向量等信息，关联上材质球，才能获得很好的视觉效果。巷道顶板、底板、交叉口等，需要进行三角网分组，每组三角网采用不同UV算法和材质球。如果用3DSMax等软件手工UV展开和三角网分组，处理太复杂，工作量太大。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种巷道虚拟现实快速建模方法，可以对二维巷道中线或腰线，结合巷道断面信息，快速建立真实、准确的三维巷道模型。通过对三维巷道模型进行分解、重构，并自动进行UV展开，计算顶点法向量和切向量，关联材质球，从而快速进行地下巷道虚拟现实建模。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种巷道虚拟现实快速建模方法，包括以下步骤：(a)获取原始资料；(b)基于中线和腰线分别建模并进行法线一致化操作，计算法线和切线；(c)分离顶板和底板面并计算平面UV；(d)关联材质球进而进行UV展示。优选地，步骤(b)之中还包括以下步骤：(b1)基于中线建模，并进行法线一致化操作，计算法线和切线；(b2)基于腰线建模，并进行法线一致化操作，计算法线和切线。优选地，在步骤(b1)之中还包括以下步骤：(b11)基于断面生成实体；(b12)剔除交叠三角网，其中采用带约束德洛内三角剖分，对多边形进行三角网剖分，同时抛弃在多边形外和嵌套多边形以内的三角网；(b13)实体验证，进行法线一致化操作。优选地，在步骤(b11)还包括以下步骤：(b111)对巷道中心线按照一定布局进行加密，确保在实体布尔运算稳定，求标准断面，取样关键点；(b112)将断面移至中线每个顶点处，按照一定方位角和倾角放置；(b113)将相邻断面连接三角网，巷道端部在多边形内部连接三角网；(b114)合并、优化三角网，并计算法线一致。验证实体，确保实体通过验证。优选地，在步骤(b2)之中还包括以下步骤：(b21)快速内插顶板辅助线；(b22)生产顶板和底板两个面，合并为一个巷道实体；(b23)实体验证，进行法线一致化操作。优选地，辅助线的形成通过求出标准断面，取样控制点,完成各点坐标计算后，对三角形对应边上进行控制点坐标赋值，连接相邻三角形对应点，顶板面的生成通过分别对I型三角形巷道、Ⅱ型三角形巷道、Ⅲ型三角形巷道进行内插，生成一系列辅助线段，线段的高程采用三星拱内插法，进而将这些内插辅助线段采用德洛内三角剖分方法生成顶板面。优选地，步骤(c)之中还包括以下步骤：(c1)在顶底板分离的基础上，提取并计算顶板的平面UV；(c2)在顶底板分离的基础上，提取并计算底板的平面UV。优选地，在步骤(c1)之中还包括以下步骤：(c11)在分离顶底板的基础上，提取顶板面；(c12)在巷道拐弯处，剪开巷道拐角处的边；(c13)计算巷道顶点偏移的方向和距离；(c14)计算顶板的平面UV。优选地，在步骤(c2)之中还包括以下步骤：(c21)在顶底板面分离的基础上，提取底板面；(c22)计算底板的平面UV。优选地，根据上述建模方法，步骤(d)之中还包括以下步骤：(d1)对顶、底板面关联材质球，；(d2)在三维仿真环境下进行UV展示。采用上述技术方案，本专利技术具有适用性好，可操作性强，算法健壮，结果准确，三维展示效果逼真，大量替代低效率重复建模工作，将极大地提高地下巷道虚拟现实建模效率，为矿山生产决策及安全管理带来效益。具体的有益效果如下：第一、提高了巷道虚拟现实建模效率本算法提出的基于中线建模算法，采用实体Boolean差运算，快速剔除冗余三角网，有效解决了三角网多次Boolean交运算带来操作失败的问题，解决了以中线建模的难题。本算法提出的基于腰线建模算法，利用三心拱内插公式，快速内插顶板辅助线，再利用德洛内三角剖分算法，生成顶底板两个面，合并为巷道实体，解决了以腰线建模的难题。第二、基于已知场景信息，模型更加可靠、真实采用内插算法，基于矿山生产提供的信息，对巷道外形进行推测建模，如中线坐标、腰线平面及空间位置，在这些场景信息的基础上，建立的模型更加可靠、真实。第三、实现批量化自动建模，模型更新便捷该算法采用C++语言编写，封装为Python软件包，可录制宏命令，记录操作参数，系统可重复自动批处理，一次操作，批量建模，极大简化了模型更新。附图说明图1为本专利技术建模方法其中一个步骤的布尔运算示意图；图2为本专利技术建模方法其中一个步骤的巷道剔除示意图；图3为本专利技术建模方法其中一个步骤的巷道顶板控制点计算示意图；图4为本专利技术建模方法其中一个步骤的德内洛三角剖分示意图；图5为本专利技术建模方法其中一个步骤的巷道三角形类型示意图；图6为本专利技术建模方法其中一个步骤的巷道出口与腰线示意图；图7为本专利技术建模方法其中一个步骤的不同类型三角形内插辅助线示意图；图8为本专利技术建模方法其中一个步骤的巷道顶点法向量示意图；图9为本专利技术巷道虚拟现实快速建模方法的流程示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供了一种巷道虚拟现实快速建模流程。所述巷道虚拟现实快速建模流程包括以下流程：S10、搜集原始资料；S20、基于中线和腰线分别进行法线一致化操作，计算法线和切线；S30、分离顶板和底板面并计算平面UV；S40、关联材质球进而进行UV展示。在上述流程S20中，分别包括两个部分，第一部分是基于中线的法线一致化操作，第二部分是基于腰线的法线一致化操作，两个部分可以同时进行，也可以分别进行。具体地，在第一部分中包括以下流程：S211、基于断面生成实体；S212、剔除交叠三角网；S213、实体验证，进行法线一致化操作。具体地，在第二部分中包括以下流程：S221、快速内插顶板辅助线；S222、生产顶板和底板两个面，合并为一个巷道实体；S223、实体验证，进行法线一致化操作。在上述流程S30中，分别包括两个部分，第一部分是在顶底板分离的基础上，提取并计算顶板的平面UV；第二部分是在顶底板分离的基础上，提取并计算底板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种巷道虚拟现实快速建模方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)获取原始资料；(b)基于中线和腰线分别建模并进行法线一致化操作，计算法线和切线；(c)分离顶板和底板面并计算平面UV；(d)关联材质球进而进行UV展示。

【技术特征摘要】
1.一种巷道虚拟现实快速建模方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)获取原始资料；(b)基于中线和腰线分别建模并进行法线一致化操作，计算法线和切线；(c)分离顶板和底板面并计算平面UV；(d)关联材质球进而进行UV展示。2.根据权利要求1所述的巷道虚拟现实快速建模方法，其特征在于，在步骤(b)之中还包括以下步骤：(b1)基于中线建模，并进行法线一致化操作，计算法线和切线；(b2)基于腰线建模，并进行法线一致化操作，计算法线和切线。3.根据权利要求2所述的巷道虚拟现实快速建模方法，其特征在于，在步骤(b1)之中还包括以下步骤：(b11)基于断面生成实体；(b12)剔除交叠三角网，其中采用带约束德洛内三角剖分，对多边形进行三角网剖分，同时抛弃在多边形外和嵌套多边形以内的三角网；(b13)实体验证，进行法线一致化操作。4.根据权利要求3所述的巷道虚拟现实快速建模方法，其特征在于，在步骤(b11)还包括以下步骤：(b111)对巷道中心线按照一定布局进行加密，确保在实体布尔运算稳定，求标准断面，取样关键点；(b112)将断面移至中线每个顶点处，按照一定方位角和倾角放置；(b113)将相邻断面连接三角网，巷道端部在多边形内部连接三角网；(b114)合并、优化三角网，并计算法线一致。验证实体，确保实体通过验证。5.根据权利要求2所述的巷道虚拟现实快速建模方法，其特征在于，在步骤(b2)之中还包括以下步骤：(b21)快速内插顶板辅助线；(b22)生产顶板和...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈玉众，陈勇，李兵，郝志华，
申请(专利权)人：中核第四研究设计工程有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13