CN103164586A - 基于组件的矿井巷道整体拼接算法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于组件的矿井巷道整体拼接算法，把巷道抽象成巷道侧面的点，通过对相应点进行组面形成巷道实体，在巷道之间，通过它们的拓扑关系，先建立巷道组件，然后在组件之间添加合适的巷道实体，实现整体巷道的无缝连接，其步骤为：（1）确认交叉点的特征信息；（2）通过交叉点特征信息构建组件；（3）调整交叉点位置信息进行巷道整体拼接；（4）最终，在所有巷道尽头添加I型单件，实现矿井巷道的整体拼接，可以完全满足截面完全不同的矿井巷道的建模需求，能够实现整体巷道无缝拼接。

Description

基于组件的矿井巷道整体拼接算法

技术领域

本发明涉及一种矿井巷道整体拼接算法，尤其是一种基于组件的矿井巷道整体拼接算法。

背景技术

矿井巷道的三维建模，是实现矿山信息化和可视化的重要手段，目前，国内外在此方面作出了大量研究，但是由于矿井巷道的复杂性，在对模型进行拼接时无法达到理想的拼接效果，模型之间易出现接缝。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于组件的矿井巷道整体拼接算法，采用了面向对象的编程思想，参数化的实现了所有组件及各种连接算法，可以完全满足截面完全不同的矿井巷道的建模需求，能够实现整体巷道无缝拼接。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于组件的矿井巷道整体拼接算法，把巷道抽象成巷道侧面的点，通过对相应点进行组面形成巷道实体，在巷道之间，通过它们的拓扑关系，先建立巷道组件，然后在组件之间添加合适的巷道实体，实现整体巷道的无缝连接，其步骤为：（1）确认交叉点的特征信息：读取矿井巷道分布图信息；根据读取的信息，通过统计与某个交叉点相关的其它点的个数，确定每一个交叉点的特征信息；（2）通过交叉点特征信息构建组件：分析交叉点特征信息，确认组件的尺寸规格；调用组件库，以合适的尺寸规格、特征类型，在交叉点的实际坐标位置，构建一个合适的巷道组件；（3）调整交叉点位置信息进行巷道整体拼接：根据交叉点的巷道组件信息，重定义矿井巷道分布图中相关交叉点的位置信息；根据修改后的交叉点的位置信息，在各相关的巷道组件之间，采用L型拼接；（4）最终，在所有巷道尽头添加I型单件，实现矿井巷道的整体拼接。

所述巷道组件的建立算法，其步骤为：（1）对于相临的两个几何体，求出对应交点的坐标：每个几何体，以中轴线为基础，可以将几何体一分为二；根据相邻几何体的位置关系，分别选取每个几何体中，重合区域的坐标点；对于选取出的每一个坐标点，在同一个几何体上的另一面，都能找到等高的一个坐标点，对于这等高的两点，可以确定一条空间直线，使用空间直线的参数方程进行表示；在另一个几何体上，找出相关的等高的两点，也用空间直线的参数方程进行表示；通过两直线方程，计算出交点坐标；（2）将几何体上相关点的坐标修改成交点的坐标。

L型连接算法，其步骤为：（1）获取L型连接的两个单件的信息；（2）缩进两单件相交端的长度，使单件实体无交汇；（3）以两单件的缩进面为横断面，构建一个单件，实现两单件的L型无缝连接。

本发明的有益效果是：一种基于组件的矿井巷道整体拼接算法，采用了面向对象的编程思想，参数化的实现了所有组件及各种连接算法，可以完全满足截面完全不同的矿井巷道的建模需求；如果两条巷道的宽度或断面形状不同，在接口之处可以进行圆滑处理；算法中采用L型拼接实现；当巷道不在同一平面的情况下时（即需要连接的巷道之间有任意夹角或不共面），算法仍然能完成无缝连接；多条巷道相接处的拼接可以使用组件方式实现，而且不受相接于一点的巷道数量的影响，都可以实现连接。

具体实施方式

附图1为本发明的算法流程图。

附图2为本发明的数据流程图。

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

结合附图1和附图2可以看出，一种基于组件的矿井巷道整体拼接算法，其步骤为：（1）读取矿井巷道分布图信息；根据读取的信息，通过统计与某个交叉点相关的其它点的个数，确定每一个交叉点的特征信息，即巷道的尺寸规格信息和交叉点的特征类型，是属于单通道、双通道或多通道；（2）分析交叉点的特征信息，确认组件的尺寸规格，从组件库调用合适的模型，以合适的尺寸规格及特征类型，在交叉点的实际坐标位置构建一个合适的巷道组件，如果是单巷道，调取I型模型建立符合尺寸的I型组件，如果是双通道，调取L型模型建立符合尺寸的L型组件，如果是多通道，调用L型或I型模型进行组合，建立符合尺寸的巷道组件；（3）根据交叉点的巷道组件信息，重定义矿井巷道分布图中相关交叉点的位置信息；根据修改后的交叉点的位置信息，在各相关的巷道组件之间采用L型拼接；（4）最终，在所有巷道尽头添加I型单件，实现矿井巷道的整体拼接。

所述巷道组件的建立算法，其步骤为：（1）对于相临的两个几何体，求出对应交点的坐标：每个几何体，以中轴线为基础，可以将几何体一分为二；根据相邻几何体的位置关系，分别选取每个几何体中，重合区域的坐标点；对于选取出的每一个坐标点，在同一个几何体上的另一面，都能找到等高的一个坐标点，对于这等高的两点，可以确定一条空间直线，使用空间直线的参数方程进行表示；在另一个几何体上，找出相关的等高的两点，也用空间直线的参数方程进行表示；通过两直线方程，计算出交点坐标；（2）将几何体上相关点的坐标修改成交点的坐标。

几何体单件构造方法，其步骤为：（1） 定义几何体横断面结构：

在底部设置两个基准点，两基准点之间的距离为几何体的宽度；在两基准点正上方，几何体高度的1/2处，设置两个点作为腰点；几何体顶部点可以根据需要设置；（2）构造几何体的每个面：几何体的侧面不设置显示面，作为镂空状态；其它面的构造，在两横断面上分别选取一个和两个顶点，只要保证在三点构造的三角形之内，没有其它点可以构造更小的三角形即可；（3）旋转几何体：                                                

绕Z轴旋转，px=px*cos(unitz)-py*sin(unitz)；py=px*sin(unitz)+py*cos(unitz)；   pz=pz，其中，px、py、pz为点的空间坐标，unitz表示几何体在Z轴上的旋转角度； 绕Y轴旋转，px=pz*sin(unity)+px*cos(unity)；py=py；pz=pz*cos(unity)-px*sin(unity)，其中，px、py、pz为点的空间坐标，unity表示几何体在Y轴上的旋转角度；（4）平移几何体，px=px+ox；py=py+oy；pz=pz+oz，其中，px、py、pz为点的空间坐标，ox、oy、oz为几何体底面中点在空间中的实际坐标。

L型连接算法，其步骤为：（1）获取L型连接的两个单件的信息；（2）缩进两单件相交端的长度，使单件实体无交汇；（3）以两单件的缩进面为横断面，构建一个单件，实现两单件的L型无缝连接。

其中，调整单件的长度，算法如下：

当d1≤π/2且d2≤π/2

l=(w/2/tan(d1)+w/2/sin(d1))*cos(d2);

l1=w/2*sin(d1);

l2=h*sin(d2);

L=maximum(l,l1,l2);                  

当π/2<d1<π且d2≤π/2

l=w/2*sin(π-d1)*cos(d2);

l1=l;

l2=h*sin(d2);

L=maximum(l,l1,l2);                      

当d1≤π/2且π/2<d2

l1=w/2*sin(d1)*cos(d2-π/2);

l=l1;

l2=h/cos(d2-π/2);

L=maximum(l,l1,l2);            

当π/2<d1<π,π/2<d2

l2=h*cos(d2-π/2)*cos(d1-π/2);

L=l2;

当π<d1≤3/2π,d2≤π/2

d=2π-d1; 

l=w/2*sin(π-d)*cos(d2);

l1=l;

l2=h*sin(d2);

L=maximum(l,l1,l2);                       

当3/2π<d1≤2π且d2≤π/2

d=2π-d1;

l=(w/2/tan(d)+w/2/sin(d))*cos(d2);

l1=w/2*sin(d);

l2=h*sin(d2);

L=maximum(l,l1,l2);

其中d1,d2为两个单件绕Y轴和Z轴旋转弧度的弧度差的绝对值；l,l1,l2为长度、宽度和高度的在长度方向上的投影长度；L为最终确定的合适的缩进长度； Maxinum为取最大值;w,h为单件的宽和高。

Claims (5)

1.一种基于组件的矿井巷道整体拼接算法，其特征是：把巷道抽象成巷道侧面的点，通过对相应点进行组面形成巷道实体，在巷道之间，通过它们的拓扑关系，先建立巷道组件，然后在组件之间添加合适的巷道实体，实现整体巷道的无缝连接，其步骤为：（1）确认交叉点的特征信息：读取矿井巷道分布图信息；根据读取的信息，通过统计与某个交叉点相关的其它点的个数，确定每一个交叉点的特征信息；（2）通过交叉点特征信息构建组件：分析交叉点特征信息，确认组件的尺寸规格；调用组件库，以合适的尺寸规格、特征类型，在交叉点的实际坐标位置，构建一个合适的巷道组件；（3）调整交叉点位置信息进行巷道整体拼接：根据交叉点的巷道组件信息，重定义矿井巷道分布图中相关交叉点的位置信息；根据修改后的交叉点的位置信息，在各相关的巷道组件之间，采用L型拼接；（4）最终，在所有巷道尽头添加I型单件，实现矿井巷道的整体拼接。

2.根据权利要求1所述一种基于组件的矿井巷道整体拼接算法，其特征是：所述巷道组件的建立算法，其步骤为：（1）对于相临的两个几何体，求出对应交点的坐标：每个几何体，以中轴线为基础，可以将几何体一分为二；根据相邻几何体的位置关系，分别选取每个几何体中，重合区域的坐标点；对于选取出的每一个坐标点，在同一个几何体上的另一面，都能找到等高的一个坐标点，对于这等高的两点，可以确定一条空间直线，使用空间直线的参数方程进行表示；在另一个几何体上，找出相关的等高的两点，也用空间直线的参数方程进行表示；通过两直线方程，计算出交点坐标；（2）将几何体上相关点的坐标修改成交点的坐标。

3.根据权利要求2所述一种基于组件的矿井巷道整体拼接算法，其特征是：几何体单件构造方法，其步骤为：（1） 定义几何体横断面结构：在底部设置两个基准点，两基准点之间的距离为几何体的宽度；在两基准点正上方，几何体高度的1/2处，设置两个点作为腰点；几何体顶部点可以根据需要设置；（2）构造几何体的每个面：几何体的侧面不设置显示面，作为镂空状态；其它面的构造，在两横断面上分别选取一个和两个顶点，只要保证在三点构造的三角形之内，没有其它点可以构造更小的三角形即可；（3）旋转几何体：                                                绕Z轴旋转，px=px*cos(unitz)-py*sin(unitz)；py=px*sin(unitz)+py*cos(unitz)；   pz=pz，其中，px、py、pz为点的空间坐标，unitz表示几何体在Z轴上的旋转角度； 

绕Y轴旋转，px=pz*sin(unity)+px*cos(unity)；py=py；pz=pz*cos(unity)-px*sin(unity)，其中，px、py、pz为点的空间坐标，unity表示几何体在Y轴上的旋转角度；（4）平移几何体，px=px+ox；py=py+oy；pz=pz+oz，其中，px、py、pz为点的空间坐标，ox、oy、oz为几何体底面中点在空间中的实际坐标。

4.根据权利要求1所述一种基于组件的矿井巷道整体拼接算法，其特征是：L型连接算法，其步骤为：（1）获取L型连接的两个单件的信息；（2）缩进两单件相交端的长度，使单件实体无交汇；（3）以两单件的缩进面为横断面，构建一个单件，实现两单件的L型无缝连接。

5.根据权利要求4所述一种基于组件的矿井巷道整体拼接算法，其特征是：调整单件的长度，算法如下：

当d1≤π/2且d2≤π/2

l=(w/2/tan(d1)+w/2/sin(d1))*cos(d2);

l1=w/2*sin(d1);

l2=h*sin(d2);

L=maximum(l,l1,l2);                       

当π/2<d1<π且d2≤π/2

l=w/2*sin(π-d1)*cos(d2);

l1=l;

l2=h*sin(d2);

L=maximum(l,l1,l2);                          

当d1≤π/2且π/2<d2

l1=w/2*sin(d1)*cos(d2-π/2);

l=l1;

l2=h/cos(d2-π/2);

L=maximum(l,l1,l2);                

当π/2<d1<π,π/2<d2

l2=h*cos(d2-π/2)*cos(d1-π/2);

L=l2;

当π<d1≤3/2π,d2≤π/2

d=2π-d1; 

l=w/2*sin(π-d)*cos(d2);

l1=l;

l2=h*sin(d2);

L=maximum(l,l1,l2);                              

当3/2π<d1≤2π且d2≤π/2

d=2π-d1;

l=(w/2/tan(d)+w/2/sin(d))*cos(d2);

l1=w/2*sin(d);

l2=h*sin(d2);

L=maximum(l,l1,l2);

其中d1,d2为两个单件绕Y轴和Z轴旋转弧度的弧度差的绝对值；l,l1,l2为长度、宽度和高度的在长度方向上的投影长度；L为最终确定的合适的缩进长度； Maxinum为取最大值;w,h为单件的宽和高。

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