D0I:10.13374/i.is8n1001053x.2001.05.001 第26卷第5期 北京科技大学学报 Vol.26 No.5 2004年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2004 矿床的三维可视化仿真技术与系统 僧德文李仲学李春民李翠平 北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083 摘要研究了矿床三维可视化的相关技术，提出了一种实现矿床三维可视化仿真系统的 框架.在Windows系统下，以VC为开发平台，利用OpenGL三维图形库，成功地开发了矿床 三维可视化仿真系统的原型，实现了三维钻孔图显示、任意地质剖面显示与矿体的真三维显 示，并且支持3D旋转、平移、无级缩放等交互操作.应用某地下铁矿的数据，得出了符合实际 的结果，初步验证了有关技术与系统原型的可行性， 关键词采矿工程：三维可视化：仿真：OpenGL 分类号TD178 可视化是近年发展起来的一种计算机应用 1矿床三维可视化仿真系统框架 技术，它融合了图形学、图像处理、数据库技术、 计算机网络以及其他相关领域的技术，目的在于 与实现 解决海量数据的处理和信息的综合表示问题，提 矿床的三维可视化仿真系统主要由三个功 高信息的利用效率，广泛应用于医学、气象学、地 能模块构成，即地质数据库管理模块、矿床三维 质勘探、矿化模型及有限元分析等众多领域.其 可视化模块和图像操作模块.系统的总体结构如 中矿床的真三维可视化是交互式可视化采矿设 图1所示. 计与计划系统研究与开发的关键技术之一，也是 数据入库 目前有关研究的热点和难点， 目前国外已经开发出适用于石油勘探、气象 查询编辑 地质数据库 插值处理 预报、医学、工程等领域的三维数据可视化软件 旋转 产品.由于对地矿工程领域的实用性有限，且 图形显示 图形操作 平移 价格昂贵，加上语言障碍等原因，能在国内地矿 人 领域中推广应用的不多，此外，三维可视化技术 缩放 在体数据的表示、分割、匹配及物体表面重建和 直接体视等方面还有待于进一步发展. 三维钻孔图 矿体三维显示 任意平剖面图 结合当前可视化技术的发展方向，采用发展 较成熟的开发平台和软件设计方法，开发一个独 图1矿床三维可视化仿真系统框架 立的、功能较完善的三维矿床模型数据库及可视 Fig.1 System framework for visualization of mineral depo- sits 化系统，在理论和实践上都是十分必要的.本文 给出的是一种基于OpenGL三维图形库n,利用 11地质数据管理 地质勘探三维空间数据构建三维矿体模型的技 通过地质矿产勘查手段所获取的数据，往往 术，可生成矿体的真实感图像，动态地表现三维 是一维和二维的，有些甚至是散乱的点数据或线 矿体，并能以交互方式从不同视点观察矿体的赋 数据，要实现矿体的真三维显示，首先要解决数 存状态和进行缩放、任意剖切显示等操作， 据的升维问题.由于作为研究对象的地矿体尺度 巨大，观测点之间、钻孔之间和测线之间通常有 收稿日期200402-17僧德文男，27岁，博士研究生 *教有部高等学校博士学科点专项科研基金项目N0.2002 较大的距离，而矿床的地质构造、物质组成及空 0008006)和高等学校骨干教师资助计划项目 间赋存形态既不规则也不稳定，因此，数据升维第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 、勺 一 矿床 的三维可视化仿真技术 与系统 僧 德 文 李仲 学 李春 民 李翠平 北 京科技大 学土 木与 环 境工 程 学 院 ， 北京 摘 要 研 究 了矿 床 三 维 可 视 化 的相 关技术 ， 提 出 了一 种实现 矿床 三 维可 视化 仿真系 统 的 框架 在 系 统下 ， 以 “ 为 开 发 平 台 ， 利用 三 维 图形 库 ， 成 功 地 开 发 了矿床 三 维可 视化 仿 真系 统 的原 型 ， 实现 了三 维钻 孔 图显 示 、 任 意 地 质 剖 面 显 示 与 矿 体 的真 三 维显 示 ， 并且 支 持 旋转 、 平 移 、 无 级 缩 放 等 交互 操作 应 用 某 地 下 铁矿 的数据 ， 得 出 了符 合 实 际 的 结果 ， 初 步验 证 了有 关 技术 与 系 统 原 型 的可 行 性 关键词 采矿 工 程 三 维可 视 化 仿真 分 类号 可 视 化 是 近 年 发 展 起 来 的 一 种 计 算 机 应 用 技 术 ， 它 融合 了 图形 学 、 图像 处 理 、 数 据 库 技 术 、 计 算机 网络 以及 其 他 相 关领 域 的技术 ， 目的在 于 解 决海 量 数 据 的处 理 和 信 息 的综 合 表 示 问题 ， 提 高信 息 的利 用 效 率 ， 广 泛 应用 于 医 学 、 气 象 学 、 地 质 勘 探 、 矿 化 模 型及 有 限元 分 析 等 众 多领 域 其 中矿 床 的真 三 维 可 视 化 是 交 互 式 可 视 化 采 矿 设 计 与计划 系 统研 究 与 开 发 的关 键 技 术之 一 ， 也 是 目前 有 关 研 究 的热 点和 难 点 目前 国外 已 经 开 发 出适 用 于 石 油 勘 探 、 气 象 预 报 、 医 学 、 工 程 等领 域 的三 维 数 据 可 视 化 软件 产 品『， 由于 对 地 矿 工 程 领 域 的实用 性 有 限 ， 且 价 格 昂贵 ， 加 上 语 言 障碍 等 原 因 ， 能在 国 内地 矿 领 域 中推 广 应 用 的不 多 此 外 ， 三 维 可 视 化 技 术 在 体 数 据 的表 示 、 分 割 、 匹 配 及 物 体 表 面 重 建 和 直 接 体 视 等 方 面 还 有 待 于 进 一 步 发 展 卜 结合 当前 可 视 化 技 术 的发 展 方 向 ， 采 用 发 展 较 成 熟 的开 发平 台和 软件 设计 方 法 ， 开 发 一个独 立 的 、 功 能较完 善 的三 维矿 床 模 型 数 据 库 及 可 视 化 系 统 ， 在 理 论 和 实 践 上 都 是 十 分 必 要 的 ， 本 文 给 出 的是 一 种 基 于 三 维 图形 库 〔， ， 利 用 地 质 勘 探 三 维 空 间数据 构 建 三 维 矿 体 模 型 的技 术 ， 可 生 成矿 体 的真 实感 图像 ， 动 态 地 表 现 三 维 矿 体 ， 并 能 以交互 方 式 从 不 同视 点观 察 矿 体 的赋 存 状 态 和 进 行 缩 放 、 任 意 剖 切 显 示 等 操 作 收稿 日期 一 一 僧 德文 男 ， 岁 ， 博士 研 究 生 教 育部高等 学 校博 士 学 科 点专 项 科研基 金项 目 困 和 高 等学校 骨 干 教师 资助 计划 项 目 矿 床 三 维 可 视 化 仿 真 系 统 框 架 与 实现 矿 床 的三 维 可 视 化 仿 真 系 统 主 要 由三 个 功 能模 块 构成 ， 即地 质 数 据 库 管 理 模 块 、 矿 床 三 维 可 视 化 模 块 和 图像 操 作模块 系 统 的总体 结构 如 图 所 示 数据入库 卜 插值处理 巨…遥亘亘」口 转 压 引 图形显 平移 示 图形操作 缩放 三维钻孔图 矿体三维显示 任意平剖面图 图 矿 床 三 维 可 视 化仿 真 系统 框 架 抚 地 质 数 据 管理 通 过 地 质 矿 产勘 查 手 段 所 获 取 的数据 ， 往 往 是 一 维 和 二 维 的 ， 有 些 甚 至 是 散 乱 的点数 据 或 线 数据 要 实现 矿 体 的真三 维显 示 ， 首先 要 解 决数 据 的升 维 问题 由于 作 为研 究对 象 的地矿 体尺度 巨大 ， 观 测 点之 间 、 钻 孔 之 间和 测 线 之 间通 常 有 较 大 的距 离 ， 而矿 床 的地 质 构 造 、 物质 组成 及 空 间赋 存 形 态 既 不 规 则 也 不 稳 定 ， 因此 ， 数 据 升 维 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2004．05．001