Способ 3D-визуализации горного отвода на основе дискретной воксельной модели для анализа пространственных процессов
Финансирование: -
Аннотация:
Цель исследования заключается в создании рационального способа моделирования горного отвода, включающего оптимальный алгоритм интерполяции данных разведочных скважин, визуализацию модели горного массива, формирование цифровой дискретной модели и возможность моделирования поведения углепородного массива в различных имитационных ситуациях. Для достижения поставленной цели на первом этапе исследования необходимо решить ряд задач: выбрать алгоритм визуализации и интерполяции, определить структуру для хранения и манипулирования модельными данными, реализовать базовый алгоритм в виде компьютерной программы для изучения возможной работоспособности выбранного решения и существующих ограничений. Для выбора рационального алгоритма проведен сравнительный анализ существующих алгоритмов визуализации, их достоинств и недостатков при визуализации получаемых результатов исследования предметной области. Для решения задачи хранения и манипулирования данными в модели предлагается подход создания структуры данных, представляющей собой реализацию дискретизации трехмерного пространства конечными трехмерными блоками (чанками) с возможностью рекурсивной декомпозиции на несколько более подробных объектов, повторяющих родительскую структуру. Каждый конечный объект такой модели может обладать собственными свойствами, что позволит моделировать напряженно-деформированное состояние углепородного массива. Для реализации компьютерной программы, обладающей достаточной для решения поставленных задач функциональностью, использован трехмерный движок Unity. Проведены синтетические тесты, позволяющие сделать положительный вывод о возможности построения трехмерной графической модели, сопоставимой по объему и масштабу с горным отводом в условиях ограничений в аппаратных ресурсах. Сделан вывод, что предложенный способ дискретизации может быть применим для дальнейших задач моделирования.
Ключевые слова (RU):
горный массив, ГИС, горное дело, геоинформатика, алгоритмы построения 3D-изображений
Ключевые слова (EN):
rock mass, GIS, mining, geoinformatics, 3D image generation algorithms
Библиографический список:
- Burmin L. N., Stepanov Yu. A., Marchenko V. A. Computer visualization and zoning parameters of technogenic impact on the environment. Scientific Visualization. 2017. Vol. 9. No. 1. С. 137–145.
- Новиков А. В., Паневников К. В., Писарев И. В. Многофункциональная система безопасности угольных шахт: визуализация событий (горнотехнических процессов) с рабочего места шахтера. Горная промышленность. 2021. № 5. С. 65–69.
- Артамонов Е. Б., Головач Ю. Ю., Остапенко В. А. Модификация принципов визуализации контента в информационных системах. Magyar Tudományos Journal. 2020. № 47. С. 50–52.
- Гендлер С. Г., Гришина А. М. Обоснование риск-ориентированного подхода к совершенствованию системы обучения подземного персонала угольных шахт нормам и правилам техники безопасности. Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2018. № 4. С. 24–33.
- Бартош В. С. Виртуальная реальность: новые методы подготовки личного состава МЧС. ГЕО-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. контр. сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19–29 апреля 2010 г.). Новосибирск : СГГА, 2010. Т. 1, ч. 3. С. 204–209.
- Шек В. М., Соболева М. Ю. Использование имитационного моделирования для оптимизации проведения горных работ. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2005. № 10. С. 201–205.
- Киришина Е. В., Колокольникова А. И. Геоинформационные системы и промышленная безопасность угольных предприятий. Безопасность жизнедеятельности предприятий. Кемерово : КузГТУ, 2017. С. 404.
- Ногин С. А., Усанов С. В. Моделирование системы «Горные выработки – крепь – вмещающие породы» в программной среде визуализации. Проблемы недропользования. 2021. № 1 (28). С. 42–49.
- Цивилева А. Е. Развитие производственно-технологического потенциала предприятий угольной промышленности на основе внедрения цифровых технологий. Научный вестник ОПК России. 2022. № 1. С. 56–63.
- Скворцов А. В., Мирза Н. С. Алгоритмы построения и анализа триангуляции. – Томск : Изд-во Томского университета, 2006. 168 с.
- Lorensen W. E., Cline H. E. Marching Cubes: A high resolution 3D surface construction algorithm. Computer Graphics. 1987. Vol. 21, № 4. P. 163–169.
- Hansen C. D., Johnson C. R. Visualization Handbook. Academic Press, 2004. P. 7–11.
- Raposo A. N., Gomes A. J. P. Pi-surfaces: products of implicit surfaces towards constructive composition of 3D objects. Journal of WSCG. 2019. arXiv:1906.06751.
- Карелова Р. А., Коробейников П. С. Контроль над проектом на Unity: частые проблемы начинающих разработчиков и пути их решения. МНИЖ. 2020. № 5-1 (95). С. 47–50.
- Трохова Т. А. Компьютерное моделирование динамических объектов с использованием среды разработки компьютерных игр Unity. Агротехника и энергообеспечение. 2018. № 1 (18). С. 74–80.
- Цветков В. Я., Мордвинов В. А., Матчин В. Т. Технология генерации виртуальных ландшафтов с применением метода вокселизации и волюметрических данных. Образовательные ресурсы и технологии. 2023. № 1 (42). С. 91–99.
Образец цитирования:
Бурмин Л. Н. Способ 3D-визуализации горного отвода на основе дискретной воксельной модели для анализа пространственных процессов. Вестник СГУГиТ. 2026. Т. 31, № 4. С. 75–83. https://doi.org/10.33764/2411-1759-2026-31-4-75-83