CN103578140A - 一种基于dxf的矿井三维巷道快速自动生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于DXF的矿井三维巷道快速自动生成方法，包括以下步骤：a）读取矿井AutoCAD工程图文件（.dxf），提取并解析出巷道所涉及图层的所有数据，并进行画图原点的重定位；b）无缝比较图层中的直线的斜率、节距、线间距等参数，分析并绘制出巷道的中心线；c）通过测量点和测量点高程数据的动态匹配赋予中心线高程值，若某一巷道无高程信息则通过巷道连接来自动进行高度的差值运算；d）基于中心线对巷道形状进行扫描建模，通过旋转和平移将其放置到空间指定的位置；e）对巷道的纹理进行渲染；本发明的有益效果是：基于矿井的AutoCAD平面工程图文件（.dxf），利用VC++的图形编辑功能可以快速自动生成三维巷道，省时省力，且能随时与原平面图件比较。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于DXF的矿井三维巷道快速自动生成方法，DXF指的是Drawing Interchange Format，是AutoCAD与其它软件之间进行CAD数据交换的CAD数据文件格式。
背景技术
目前，三维巷道的生成方法主要有2种：一是手工绘制，利用AutoCAD自带的三维绘制功能，逐条绘制三维巷道，耗时费力;二是编程生成，采用部分软件的三维模块功能、三维建模语言或者图形交换接口等技术编程实现，缺点在于绘制的三维巷道不易与原平面图随时比较。韩福顺、龚良伟（煤炭科学技术，2011）提出的采用手工绘制与编程绘制相结合的矿井三维巷道的半自动绘制方法使煤矿三维巷道的快速生成成为可能，但是手工逐条绘制三维多段线并逐步输入多段线各点的高程信息仍耗费不少人力，且若某一巷道无高程信息则无法三维实现该巷道。
发明内容
本发明的目的是要提供一种在已有矿井平面图的基础上，能快速自动生成三维巷道，具有省时、省力且能与原平面图随时比较的一种基于DXF的矿井三维巷道快速自动生成方法。
为了实现本发明的目的，本发明的技术特征在于：
1.一种基于DXF的矿井三维巷道快速自动生成方法，包括以下步骤：
a）读取矿井AutoCAD工程图文件（.dxf），提取并解析出巷道所涉及图层的所有数据，并进行画图原点的重定位；
b）通过坐标变换和矩阵变换，无缝比较图层中的直线的斜率、节距、线间距等参数，分析并绘制出巷道的中心线；
c）通过测量点和测量点高程数据的动态匹配赋予中心线高程值，若某一巷道无高程信息则通过巷道连接来自动进行高度的差值运算；
d）在原点根据不同需求，基于中心线对巷道形状进行扫描建模，通过旋转和平移将其放置到空间指定的位置；
e）对巷道的纹理进行渲染，用不同的材质纹理来表示不同性质的巷道。
步骤a）中矿井AutoCAD工程图文件（.dxf）的读取和解析是通过VC++实现的，画图原点的重定位是通过矩阵变换实现的，目的是将图件的视口位置变换到符合人视觉特点的位置。
步骤b）中图层中两条直线是否从属于一条巷道的判断是通过坐标变换和矩阵变换比较这两条直线的斜率、线间距来实现的，斜率相同且线间距在设定范围内即符合要求，其中线间距的范围是根据该图层大部分相邻两条直线的线间距值来设定的，以相邻两条直线A、B为例，具体实现方法是，以直线A为坐标变换后的Y轴，直线B转换到直线A的变换矩阵为（先转动后平移），其中 
为直线B逆时针绕Z轴转动到与Y轴平行的角度，a为沿X轴平移的距离。若
为0度，a在设定范围内，则A、B为构成一条巷道的两条直线，若不为0度，则A、B不为构成一条巷道的两条直线，继续匹配。构成巷道的两条直线匹配成功后，利用VC++的图形编辑功能解析出该巷道的中心线。
步骤d）中的空间指定位置是步骤c通过中心线-高程配对得到的该巷道在三维空间中的具体位置信息。
步骤e）中巷道的纹理渲染是以贴图的方式实现的。
本发明的有益效果是：基于矿井的AutoCAD平面工程图文件（.dxf），利用VC++的图形编辑功能可以快速自动生成三维巷道，省时省力，且能随时与原平面图件比较。
附图说明
以下将结合附图对本发明进行进一步地描述：
附图1是本发明一种基于DXF的矿井三维巷道快速自动生成方法中的矿井AutoCAD工程图文件（.dxf）中所有涉及巷道信息的图层数据；
附图2为解析出的巷道图层；
附图3为解析出的巷道中心线图；
附图4为巷道中心线的局部放大图；
附图5为赋予高程值后的三维中心线图；
附图6为三维扫描并贴图后的三维巷道效果图。
具体实施方式
参照附图1、附图2、附图3、附图4、附图5、附图6，本发明的一种基于DXF的矿井三维巷道快速自动生成方法，包括以下步骤：
a）利用VC++读取矿井AutoCAD工程图文件（.dxf），提取并解析出巷道所涉及图层的所有数据，并进行画图原点的重定位，解析结果如附图1所示,包括测量点高程、测量点、巷道、等高线等数据，附图2为解析出的巷道图层；画图原点的重定位是通过矩阵变换实现的，目的是将图件的视口位置变换到符合人视觉特点的位置。
b）通过坐标变换和矩阵变换，无缝比较图层中的直线的斜率、节距、线间距等参数，分析并绘制出巷道的中心线；图层中两条直线是否从属于一条巷道的判断是通过坐标变换和矩阵变换比较这两条直线的斜率、线间距来实现的，斜率相同且线间距在设定范围内即符合要求，其中线间距的范围是根据该图层大部分相邻两条直线的线间距值来设定的。直线的斜率、线间距的无缝比较是通过下述方法实现的：以相邻两条直线A、B为例，具体实现方法是，以直线A为坐标变换后的Y轴，直线B转换到直线A的变换矩阵为（先转动后平移），其中
为直线B逆时针绕Z轴转动到与Y轴平行的角度，a为沿X轴平移的距离。在该例子中，构成巷道的两条直线的线间距是3-6cm，故设定范围为3-6cm。若
为0度，a在设定范围内，则A、B为构成一条巷道的两条直线，若不为0度，则A、B不为构成一条巷道的两条直线，继续匹配。构成巷道的两条直线匹配成功后，利用VC++的图形编辑功能解析出该巷道的中心线。附图3为解析出的中心线图，为了清晰显示，附图4为其局部放大图，其中绿色的线段代表的是巷道中心线。
c）通过测量点和测量点高程数据的动态匹配赋予中心线高程值，若某一巷道无高程信息则通过巷道连接来自动进行高度的差值运算。为解析出的巷道中心线赋予高程值，主要是通过巷道测量点、巷道测量点高程的动态匹配实现的，每一个测量点高程动态对应最近的巷道测量点。若某一条巷道无测量点，则通过巷道连接来进行高度的插值运算获得。如附图1中的右下部分巷道上无测量点图例和测量点高程，可以通过插值计算与它们相交的巷道上交叉处的高程值，从而获知该条巷道上其余部分的高程信息。附图5为赋予高程值后的三维中心线图。
d）在原点根据不同需求，基于中心线对巷道形状进行扫描建模，通过旋转和平移将其放置到空间指定的位置；空间指定位置是步骤c通过中心线-高程配对得到的该巷道在三维空间中的具体位置信息。通过矩阵变换，在原点处沿中心线对每条巷道进行扫描建模，完成后将巷道先旋转后平移到指定的空间位置。对于有交汇点的分支巷道，利用巷道截面的旋转矩阵进行旋转，以完成自动的巷道熔接。由于煤矿中的巷道的断面形状肯定是不全相同，有些为矩形断面，有些为拱形断面，有些为梯形截面，故需要利用VC++图形编辑器对巷道的断面进行描述。本实例是以矩形为截面形状扫描生成三维巷道。
e）对巷道的纹理进行渲染，用不同的材质纹理来表示不同性质的巷道。以贴图的形式对巷道的纹理进行渲染，不同的纹理代表不同性质的巷道。附图6是进行纹理渲染后的效果图。
Claims (5)
1.一种基于DXF的矿井三维巷道快速自动生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
a）读取矿井AutoCAD工程图文件（.dxf），提取并解析出巷道所涉及图层的所有数据，并进行画图原点的重定位；
b）通过坐标变换和矩阵变换，无缝比较图层中的直线的斜率、节距、线间距等参数，分析并绘制出巷道的中心线；
c）通过测量点和测量点高程数据的动态匹配赋予中心线高程值，若某一巷道无高程信息则通过巷道连接来自动进行高度的差值运算；
d）在原点根据不同需求，基于中心线对巷道形状进行扫描建模，通过旋转和平移将其放置到空间指定的位置；
e）对巷道的纹理进行渲染，用不同的材质纹理来表示不同性质的巷道。
2.根据权利要求1所述的一种基于DXF的矿井三维巷道快速自动生成方法，其特征在于：步骤a）中矿井AutoCAD工程图文件（.dxf）的读取和解析是通过VC++实现的，画图原点的重定位是通过矩阵变换实现的，目的是将图件的视口位置变换到符合人视觉特点的位置。
3.根据权利要求1所述的一种基于DXF的矿井三维巷道快速自动生成方法，其特征在于：步骤b）中图层中两条直线是否从属于一条巷道的判断是通过坐标变换和矩阵变换比较这两条直线的斜率、线间距来实现的，斜率相同且线间距在设定范围内即符合要求，其中线间距的范围是根据该图层大部分相邻两条直线的线间距值来设定的。
4.根据权利要求1所述的一种基于DXF的矿井三维巷道快速自动生成方法，其特征在于：步骤d）中的空间指定位置是步骤c通过中心线-高程配对得到的该巷道在三维空间中的具体位置信息。
5.根据权利要求1所述的一种基于DXF的矿井三维巷道快速自动生成方法，其特征在于：步骤e）中巷道的纹理渲染是以贴图的方式实现的。
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