三维巷道漫游

三维漫游是虚拟现实技术常见的应用之一。利用计算机软硬件，创建使参与者具有身临其境的沉浸感和良好的人机交互能力的三维系统，有助于建立启发构思的信息环境，进而达到参与者在虚拟环境中获取知识、形成概念的最终目标。

利用地理信息系统所采集的地质数据资料，通过地形和地物的建模、纹理映射、光照模型设定、投影模式选择等技术，可实现具有高度真实感的三维场景动态显示。目前该技术已在战场环境仿真、娱乐与3D游戏、场景漫游、道路选线、土地规划、地理信息系统等诸多领域得到了广泛的应用。例如，现在正在因特网上流行的虚拟漫游，用户只需要坐在计算机前，就可以参观各大城市、旅游景点、机场等，实现了人类足不出户而四处浏览的梦想。

在只有矿山巷道中心线数据的情况下要实现巷道的三维漫游，首先必须建立好巷道三维模型，然后对模型进行纹理映射、光照、投影等操作，从而使模型显示在人们面前如同逼真的现实场景，这样便可为后面的漫游功能实现提供坚实的基础条件。

作为一个综合的漫游系统，它应该具备根据用户要求完成各种相应操作功能进行场景漫游，而主要的交互工具就是键盘和鼠标，这里可以实现两种漫游方法：利用键盘和鼠标进行手动漫游和利用输入巷道路径直接进行自动漫游。

在三维巷道模型构建完毕后，可以进一步地通过数字漫游技术进行三维巷道场景漫游，使得人们可以身临其境地、全方位地观察巷道内部结构，有助于矿井优化设计。

3．5．1　利用纹理贴图技术进行巷道内部建模

为了更加逼真地表现三维巷道，采取了光照处理加纹理贴图的形式来实现，使得巷道看上去更为真实。纹理贴图技术是真实感计算机图形学中广为应用的一项重要技术，又可以称为纹理映射。纹理映射一般是指在完成对象的几何建模后，再将真实对象的表面照片作为纹理映射到允许进行纹理映射的整个对象的所有表面上。一般来说，可以用作纹理的贴图有普通材质贴图、动态材质贴图、凹凸贴图以及MIPS贴图等形式。普通材质贴图就是将一张图片直接贴到物体表面，在巷道模型中，主要用到岩巷、煤巷、半煤岩等几种不同的图片来进行普通材质贴图，以表示不同地质环境的巷道。动态材质贴图可以达到一种动态的贴图效果，主要用在风流箭头方面，以模拟风的流动过程。凹凸贴图主要用来模拟粗糙表面凹凸不平的特征，以达到具有凹凸立体感的效果。MIPS贴图需要准备多幅精度不同的图片，然后根据用户的视角采用不用精度的材质图像进行贴图。

3．5．2　巷道内部设备建模

在进行三维巷道漫游时，还需要充分考虑巷道内部特征，如巷道功能、巷道包含哪些内部设备等。

从功能角度来说，矿井巷道可以分为运输巷、采煤巷、泵房、水仓等，不同的巷道不仅外观不同，其安装的内部设备也有很大区别。巷道的内部设备通常包括轨道、机车、风机、局扇、照明设备、传送带、电缆、水沟、人行道等。这些内部设备从几何特征来说可以分为两类：线状设备和面状设备。线状设备主要包括轨道、传送带、电缆、人行道、水沟等。这一类设备类似于三维巷道建模。面状的设备又可以分为矩形、正方形、圆形等，如传感器、风筒等。这一类设备是先完成基础几何体位置确定，再将实际拍摄的照片作为纹理，映射到这些几何模型上，即完成了三维真实巷道场景的构建。

为了更直观地构建巷道内部设备的模型，需要对众多巷道内部设备进行分门别类。通过分析这些内部设备的特征，将巷道的内部设备划分为两大类：一类可以归结为线型类，如轨道、传送带、水沟等；另一类可以简化成符号类，如风筒、机车、照明设备、躲避洞等。

对所有线型类的巷道内部设备都能以类比构建三维巷道模型的思路进行相应建模。对于符号类巷道内部设备，首先将其抽象成一些常见的图形，如长方体、圆柱体、球体等，这样将事先做好的相关内部设备模型插在三维巷道模型内部的适当位置。