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《河南理工大学》 2011年
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基于OpenSceneGraph的数字矿井三维可视化系统的研究与开发

查小菲  
【摘要】:在我国能源结构体系中,煤炭资源占主体地位。从目前我国煤炭行业生产开采现状看,各种矿井灾难性事故频频发生,重大矿工伤亡事件屡见报端。开发一个模拟矿井生产的数字矿井三维可视化系统,能有效地指导矿井井下现场开采工作,做好矿工安全教育培训,有效降低由人为原因引起的安全生产事故发生,从而保证煤矿安全、高效生产。通过学习使用该系统,能加强煤炭生产工作人员对矿井开采环境和生产过程的认识,保证人员的生命安全,减少煤矿事故发生。因此,开发该系统对保证矿井安全生产、提高煤矿生产管理水平、提高生产工作效率、加快数字矿井信息化建设具有十分重要的意义。 本文根据三维可视化建模技术和虚拟现实仿真技术理论,提出基于OpenSceneGraph的三维场景渲染引擎的数字矿井三维可视化系统。结合项目实际开发,综合利用3DSMax8建模工具,OpenSceneGraph(简称OSG)高性能3D图形开发库和Visual Studio C++ 2005编程工具,开发出一套可以运行在Windows平台下的数字矿井三维可视化系统。该系统通过对煤矿矿井采掘实际工作场景进行三维仿真,运用Visual Studio C++和OSG混合编程。实现了对煤矿生产采掘过程的三维场景显示、场景编辑、矿用机械设备以及其工作状态变化显示,在开启物体碰撞检测的基础上实现自主场景交互式漫游。 文章的研究内容和主要工作体现在: (1)在Windows平台下,采用3DSMax8建模工具,结合项目实际,建立煤矿井下各类巷道,井下采掘、运输等机械设备的三维实体模型。通过对井下巷道和机械模型的分析,采用形状相对规则的标准基本体建模方式,在保证模型精确度的基础上,最大限度减少模型三角网格面数,并采用LOD技术对模型进行优化处理; (2)在Visual Studio C++ 2005开发环境下,以OSG 2.8.0三维场景管理器引擎为基础,实现数字矿井井下巷道,采掘工作面等场景的仿真漫游。依据OSG场景图形包围体层次BVH树的场景组织形式实现矿井井下模型的场景管理、场景模型优化、场景实时渲染以及系统三维交互漫游时有关碰撞检测等一系列设计目标; (3)结合项目实际矿井数据,采用Microsoft SQL Server2005设计开发符合该系统的数据库。完成了有关矿井不同类型巷道体的三维模型库、井下矿用防爆机械设备库和防爆电器类库,方便系统实时的扩展和修改; (4)研究场景仿真漫游技术,包括实现场景管理、层次细节、纹理贴图、粒子系统等可视化功能,通过分析比较包围盒和线体检测两种漫游碰撞检测方法,实现了该系统漫游过程的碰撞检测设计目标; (5)结合项目实际,详细分析了数字矿井三维可视化系统开发的总体设计思想,设计原则,系统开发环境,设计出系统整体结构框架及其各部分功能模块。 最后对本文所作的工作进行了总结,指出了有待改进的地方,并对下一步的研究工作提出了展望。
【学位授予单位】:河南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP391.41

【参考文献】
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