CN116385688A - 三维巷道模型快速构建方法、装置、计算机设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种三维巷道模型快速构建方法、装置、计算机设备及介质，涉及智慧矿山技术领域，方法包括：以巷道中线的交点为分割点将巷道中线划分为多个巷道线段，根据每个巷道线段在每个巷道中线中的先后顺序，建立巷道拓扑关系；在每个巷道线段上距离交点和拐点的预设位置处设置特征点，根据交点、拐点和特征点的特征，将巷道中线分为不同类型的巷道分段；对每个巷道分段，基于插值法在特征点之间进行插值，在插值点和特征点处建断面，得到分段模型；计算每个断面的纹理坐标，并基于纹理坐标形成每个分段模型的纹理；将形成纹理的各分段模型进行连接，得到巷道路线三维巷道模型。该方案提高了建模效率和纹理处理效果。

Description

三维巷道模型快速构建方法、装置、计算机设备及介质

技术领域

本发明涉及智慧矿山技术领域，特别涉及一种三维巷道模型快速构建方法、装置、计算机设备及介质。

背景技术

智慧矿山是利用物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术，对矿山生产全过程进行数字化、网络化、智能化的管理模式。目前，全国范围内都在推进智慧矿山建设，而巷道模型是智慧矿山的基础数据，基于巷道模型，可以进行施工进度跟踪和预测，优化施工方案，提高施工效率和质量；在巷道内部设置传感器和监控系统，采集实时数据并结合巷道模型进行分析，可以发现巷道内的安全隐患和风险，并及时进行预警和处理。

在智慧矿山应用中，通过对巷道进行三维数字化建模，可以更加精确地展现巷道结构和空间关系，从而辅助工程师进行优化设计和规划；可以实现巷道设备、管道、电缆等的信息化管理，提高维护效率和准确性；可以进行矿区资源评估、采矿计划等生产管理工作，提高生产效率和经济效益。智慧矿山巷道模型在矿山建设和管理中具有重要的作用，可以提升工程设计和施工效率，保障生产安全和质量，优化矿山资源利用和生产管理。

现在巷道建模的方法无法保存巷道拓扑，建模效率慢，操作复杂，纹理处理效果差，巷道模型出现明显棱角，不美观。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种三维巷道模型快速构建方法，以解决现有技术中巷道建模时无法保存巷道拓扑，建模效率慢，巷道模型出现明显棱角的技术问题。该方法包括：

针对巷道路线中的每个巷道中线，以所述巷道中线的交点为分割点将经过所述交点的所述巷道中线划分为多个巷道线段，根据每个所述巷道线段在每个所述巷道中线中的先后顺序，建立巷道拓扑关系；

基于所述巷道拓扑关系，在每个巷道线段上距离所述交点和拐点的预设位置处设置特征点，根据所述交点、所述拐点和所述特征点的特征，将所述巷道中线分为不同类型的巷道分段，其中，所述类型包括交叉口、直巷道以及弯曲巷道；

针对每个所述巷道分段，基于插值法在所述特征点之间进行插值，在每个插值点和每个所述特征点处构建断面，得到每个所述巷道分段的分段模型；

计算每个所述分段模型中每个所述断面的纹理坐标，并基于所述纹理坐标形成每个所述分段模型的纹理；

根据所述巷道拓扑关系，将形成纹理的各个所述分段模型进行连接，得到所述巷道路线的三维巷道模型。

本发明实施例还提供了一种三维巷道模型快速构建装置，以解决现有技术中巷道建模时无法保存巷道拓扑，建模效率慢，巷道模型出现明显棱角的技术问题。该装置包括：

拓扑关系建立模块，用于针对巷道路线中的每个巷道中线，以所述巷道中线的交点为分割点将经过所述交点的所述巷道中线划分为多个巷道线段，根据每个所述巷道线段在每个所述巷道中线中的先后顺序，建立巷道拓扑关系；

分类模块，用于在每个巷道线段上距离所述交点和拐点的预设位置处设置特征点，根据所述交点、所述拐点和所述特征点的特征，将所述巷道中线分为不同类型的巷道分段，其中，所述类型包括交叉口、直巷道以及弯曲巷道；

分段模型构建模块，用于针对每个所述巷道分段，基于插值法在所述特征点之间进行插值，在每个插值点和每个所述特征点处构建断面，得到每个所述巷道分段的分段模型；

纹理坐标计算模块，用于计算每个所述分段模型中每个所述断面的纹理坐标，并基于所述纹理坐标形成每个所述分段模型的纹理；

连接模块，用于根据所述巷道拓扑关系，将形成纹理的各个所述分段模型进行连接，得到所述巷道路线的三维巷道模型。

本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意的三维巷道模型快速构建方法，以解决了现有技术中巷道建模时无法保存巷道拓扑，建模效率慢，巷道模型出现明显棱角的技术问题。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述任意的三维巷道模型快速构建方法的计算机程序，以解决了现有技术中巷道建模时无法保存巷道拓扑，建模效率慢，巷道模型出现明显棱角的技术问题。

与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：针对巷道路线中的每个巷道中线，以巷道中线的交点为分割点将经过交点的巷道中线划分为多个巷道线段，根据每个巷道线段在每个巷道中线中的先后顺序，建立巷道拓扑关系；基于巷道拓扑关系，在每个巷道线段上距离交点和拐点的预设位置处设置特征点，根据交点、拐点和特征点的特征，将巷道中线分为不同类型的巷道分段，其中，类型包括交叉口、直巷道以及弯曲巷道；针对每个巷道分段，基于插值法在特征点之间进行插值，在每个插值点和每个特征点处构建断面，得到每个巷道分段的分段模型；计算每个分段模型中每个断面的纹理坐标，并基于纹理坐标形成每个分段模型的纹理；根据巷道拓扑关系，将形成纹理的各个分段模型进行连接，得到巷道路线的三维巷道模型。本发明基于巷道中线数据快速生成带有拓扑信息和纹理的巷道模型，并将拓扑信息进行保存，方便查询每个拐点包含交叉口个数以及巷道走向，提高了巷道建模效率，并且在模型构建中使用插值方法，使巷道外壁更加平滑美观。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种三维巷道模型快速构建方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的拓扑关系构建的示意图；

图3是本发明实施例提供的巷道中线数据分类的示意图；

图4是本发明实施例提供的坐标系转换示意图；

图5是本发明实施例提供的局部坐标系巷道构建示意图；

图6是本发明实施例提供的巷道断面的示意图；

图7是本发明实施例提供的直巷道类型的巷道分段的构建示意图；

图8是本发明实施例提供的直巷道类型的巷道分段的模型图；

图9是本发明实施例提供的弯曲巷道类型的巷道分段的插值示意图；

图10是本发明实施例提供的弯曲巷道类型的巷道分段的模型图；

图11是本发明实施例提供的三叉口类型的巷道分段的插值示意图；

图12是本发明实施例提供的三叉口半巷道组件示意图；

图13是本发明实施例提供的三叉口类型的巷道分段的模型图；

图14是本发明实施例提供的纹理坐标计算的示意图；

图15是本发明实施例提供的三维巷道模型的模型图；

图16是本发明实施例提供的三维巷道模型的内部纹理图；

图17是本发明实施例提供的三维巷道模型的多叉口模型图；

图18是本发明实施例提供的计算机设备的结构框图；

图19是本发明实施例提供的三维巷道模型快速构建装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本发明实施例中，提供了一种三维巷道模型快速构建方法，如图1所示，该方法包括：

步骤S1、针对巷道路线中的每个巷道中线，以所述巷道中线的交点为分割点将经过所述交点的所述巷道中线划分为多个巷道线段，根据每个所述巷道线段在每个所述巷道中线中的先后顺序，建立巷道拓扑关系；

步骤S2、基于所述巷道拓扑关系，在每个巷道线段上距离所述交点和拐点的预设位置处设置特征点，根据所述交点、所述拐点和所述特征点的特征，将所述巷道中线分为不同类型的巷道分段，其中，所述拐点即为巷道线段上存在路线弯折的点，所述类型包括交叉口、直巷道以及弯曲巷道；

步骤S3、针对每个所述巷道分段，基于插值法在所述特征点之间进行插值，在每个插值点和每个所述特征点处构建断面，得到每个所述巷道分段的分段模型；

步骤S4、计算每个所述分段模型中每个所述断面的纹理坐标，并基于所述纹理坐标形成每个所述分段模型的纹理；

步骤S5、根据所述巷道拓扑关系，将形成纹理的各个所述分段模型进行连接，得到所述巷道路线的三维巷道模型。

由图1所示的流程可知，在本发明实施例中，基于巷道中线数据能快速生成带有拓扑信息和纹理的巷道模型，提高了巷道建模效率，并且在模型构建中使用插值方法，使巷道外壁更加平滑美观。

在步骤1中，根据每个所述巷道线段在每个所述巷道中线中的先后顺序，基于所述巷道线段建立巷道拓扑关系，包括：依次遍历每个所述巷道中线的起点，再遍历每个巷道中线上的巷道线段，根据每个所述巷道线段在每个所述巷道中线中的先后顺序，建立所述拓扑关系。

如图2所示，巷道路线中包含有3条巷道中线，这3条巷道中线的起点分别标记为pid=1，pid=2和pid=3，一条横向巷道中线的起点为pid=1，两条纵向的巷道中线的起点为pid=2和pid=3，3条巷道中线相交，形成两个交点，以这两个交点为分割点将这3条巷道中线分割为相互独立的巷道线段，将巷道线段建立拓扑关系并进行标记，标记后的巷道线段如图2的右侧所示，起点为pid=1的巷道中线被分割为三个巷道，此三个巷道线段的始末点分别为pid=1/eid=11，pid=11/eid=12，pid=12/eid=13；起点为pid=2的巷道中线被分割为两个巷道线段，此两个巷道线段的始末点分别为pid=2/eid=21，pid=21/eid=22；起点为pid=3的巷道中线被分割为两个巷道线段，此两个巷道线段的始末点分别为pid=3/eid=31，pid=31/eid=32。

在上述实施例中，遍历所有巷道中线，使用共用交点分割巷道中线，将所有巷道中线分割为互相独立的巷道线段。然后遍历巷道中线（原始线）的起点和该巷道中线分割后所有巷道线段，建立带有先后顺序的拓扑关系，直至所有巷道中线建立拓扑关系为止。通过建立拓扑关系，可以方便查询每个拐点包含交叉口个数以及巷道走向。

在一个实施例中，对步骤S2进行进一步限定。基于所述巷道拓扑关系，在每个巷道线段上距离所述交点和所述拐点的预设位置处设置特征点，根据所述交点、所述拐点和所述特征点的特征，将所述巷道中线分为不同类型的巷道分段，其中，所述类型包括交叉口、直巷道以及弯曲巷道，参照图3所示，具体包括以下步骤：

针对有至少三个所述巷道线段交汇形成交点的巷道中线，在每个所述巷道线段上距离所述交点的预设位置各选取一点作为第一特征点，每个所述巷道线段上的所述第一特征点与所述交点的距离相同，所述交点与所述第一特征点之间的巷道中线构成的巷道分段，确定为交叉口类型的巷道分段（如图3左侧的分叉口中线数据）。

在另一个实施例中，对步骤S2再次进行进一步的限定。基于所述巷道拓扑关系，在每个巷道线段上距离所述交点和所述拐点的预设位置处设置特征点，根据所述交点、所述拐点和所述特征点的特征，将所述巷道中线分为不同类型的巷道分段，其中，所述类型包括交叉口、直巷道以及弯曲巷道，参照图3所示，具体包括以下步骤：

依次遍历每个所述巷道线段的所述拐点，在所述拐点的两侧且距离所述拐点的预设位置以相同的第一预设距离各取一点作为第二特征点，所述拐点与所述第二特征点之间的巷道中线构成的巷道分段，确定为弯曲巷道类型的巷道分段（如图3右侧的弯曲巷道中线数据）；

相邻的所述第一特征点与所述第二特征点之间的巷道中线构成的巷道分段，以及相邻的两个所述第二特征点之间的巷道中线构成的巷道分段确定为直巷道的巷道分段（如图3中间的直巷道中线数据）。

需要解释的是，由于巷道中线中各个拐点的拐弯程度不同，对于不同的拐点，第二特征点和拐点之间的距离可以是不同的，但是对于一个拐点，其两侧的第二特征点距离此处的拐点的距离是相同的。此外，对于不同的交点，交点和第一特征点之间的距离可以是不同的，也可以是相同的，但是，对于一个交点，与其相邻的第一特征点距离此处的交点的距离是相同的。

进一步的，对弯曲巷道类型的巷道分段进行进一步划分，对于拐点两侧的第二特征点分别标记为第一点和第二点，第一点和该拐点之间形成的向量方向为第一向量方向，第二点和该拐点之间形成的向量方向为第二向量方向，若所述第一向量方向与所述第二向量方向之间的角度超过预设阈值，则将该拐点与第二特征点之间的巷道中线构成的巷道分段，确定为直巷道类型的巷道分段；若所述第一向量方向与所述第二向量方向之间的角度未超过预设阈值，则将该拐点与第二特征点之间的巷道中线构成的巷道分段，确定为弯曲巷道类型的巷道分段。例如，当第一向量方向与第二向量方向之间的角度超过预设阈值179度时，则将该拐点与第二特征点之间的巷道中线构成的巷道分段，确定为直巷道类型的巷道分段。需要说明的是，预设阈值根据实际情况进行调整，本实施例中不做特别限定。

在一个实施例中，对于步骤S3、针对每个所述巷道分段，基于插值法在所述特征点之间进行插值，在每个插值点和每个所述特征点处构建断面，得到每个所述巷道分段的分段模型，具体包括以下步骤：

针对直巷道类型的巷道分段，在每相邻的所述第一特征点与所述第二特征点之间，以及每相邻的两个所述第二特征点之间以第二预设距离插值形成第一插值点，在每个所述特征点和每个所述第一插值点处建立断面，依次连接相邻的两个断面，得到直巷道类型的巷道分段的分段模型；

针对弯曲巷道类型的巷道分段，在每个所述拐点两侧的所述第二特征点之间绘制第一弧线，对所述第一弧线以第三预设距离插值形成第二插值点，在每个所述第二特征点和每个所述第二插值点处建立断面，依次连接相邻的两个断面，得到弯曲巷道类型的巷道分段的分段模型，其中，所述第一弧线与弯曲巷道类型的巷道分段的弯曲朝向一致；

针对交叉口类型的巷道分段，依次将该巷道分段中两两相邻的巷道线段视为一个弯曲巷道类型的巷道分段，在每个弯曲巷道类型的巷道分段的两端的第一特征点之间绘制第二弧线，对所述第二弧线以第四预设距离插值形成第三插值点，在每个所述第一特征点和每个所述第三插值点处建立断面，依次连接相邻两个断面的外侧半断面，得到交叉口类型的巷道分段的分段模型，其中，所述外侧为断面上远离交叉口类型的巷道分段的交点的一侧。

在一个实施例中，进行直线巷道模型构建过程中，以圆拱形端面为例，在每相邻的所述第一特征点与所述第二特征点之间，以及每相邻的两个所述第二特征点之间以第二预设距离插值形成第一插值点，为每个所述第一特征点、每个所述第二特征点和每个所述第一插值点建立第一断面，并在第一断面的拱形部分进行插值得到插值点，并将插值点标记为断面特征点，依次连接相邻的两个所述第一断面，得到直线巷道模型。连接相邻的第一断面时，采用三角剖分法连接对应的特征点、第一插值点和断面特征点，参照图7和图8所示。

在一个实施例中，对弯曲巷道类型的巷道分段的分段模型构建进行详细描述，参照图9，选取弯曲巷道类型的巷道分段数据，其中，拐点为O，拐点O两侧的第二特征点分别为A和B，O点位于弯曲处，以角AOB的平分线和过端点A、B的垂线的交点为圆心O'，以O'A为半径，从A点到B点画弧形成第一弧线AB，对第一弧线AB以第三预设距离插值得到第二插值点，并计算每个第二特征点和第二插值点上的断面数据建立第二断面，以直巷道类型的巷道分段的分段模型建立方式（即采用三角剖分法）对相邻两第二断面进行连接建模，依次执行完成弯曲巷道类型的巷道分段的分段模型构建。建模后的图形参照图10，可见，通过插值方法，以及对弯曲巷道类型的巷道分段进行画弧处理，可以使构建的巷道外壁更加平滑美观。

在一个实施例中，对交叉口类型的巷道分段的分段模型的构建进行详细描述，参照图11至图13，以三叉口的巷道为例，交叉口类型的巷道分段的数据由三条巷道线段上的一个第一特征点和交点组成，三条巷道线段上的第一特征点分别为C、D、E，交点为F，两两相邻的巷道线段为视为一个弯曲巷道类型的巷道分段进行建模，建模方法与弯曲巷道类型的巷道分段的建模方法相同，即FC和FD为一组数据，FC和FE为一组数据，FE和FD为一组数据。分别为每组数据进行画弧，得到第二弧线，第二弧线分别为弧线CD，弧线CE和弧线ED，并分别对弧线CD，弧线CE和弧线ED以第四预设距离进行插值，得到一系列第三插值点，计算每个第一特征点和第三插值点上的断面数据建立第三断面，以直巷道类型的巷道分段的分段模型建立方式（即采用三角剖分法）对相邻两第三断面进行连接建模。

进一步的，在交叉口类型的巷道分段的分段模型的构建过程中，连接第三断面时，采用半断面连接方式，即只连接相邻的断面的外侧半断面数据，使每个弧上只建立半巷道体。连接完成后，中间的空隙使用结点体填充，结点体由交叉口的交点和各弧端上的插值点连接而成，参照图12的结点体结构，至此完成三叉口巷道的建模，其他多叉口与此类似。

在一个实施例中，在每个插值点和每个所述特征点处构建断面，包括：

在所述断面为圆拱形断面时，将所述断面划分为矩形断面和拱形断面；

计算所述矩形断面的四个角点的坐标值，并计算所述拱形断面的拱形弧线上的多个分段点的坐标值，得到断面数据；

根据所述断面数据构建断面。

在一个实施例中，参照图5和图6，计算所述矩形断面的四个角点的坐标值，并计算所述拱形断面的拱形弧线上的多个分段点的坐标值，得到断面数据，包括：

设置世界坐标系，所述世界坐标系为（X, Y, Z），Z 轴方向为竖直方向，Y轴方向为水平方向，X轴方向垂直于Z 轴和Y轴所形成的平面；

在所述世界坐标系中设置局部坐标系，所述局部坐标系为（x, y, z），所述巷道中线的方向为y轴的方向，y轴和Z轴组成的平面法向量为x轴的方向，计算公式为：

x=yxZ，

在计算得到局部坐标系y轴、x轴后，利用右手螺旋坐标系法则确定z轴方向，计算公式为：

z=xxy；

在所述局部坐标系中根据巷道断面的宽度和高度，计算所述矩形断面的四个角点的第一坐标值；

在所述拱形断面的拱形弧线上等间距的设置多个分段点，在所述局部坐标系中，根据所述拱形弧线所构成半圆的半径和相邻两个分段点之间的弧线对应的圆心角，按逆时针方向计算每个分段点的第一坐标值；

将所述矩形断面的四个角点的第一坐标值转换为所述世界坐标系中四个角点的第二坐标值，将每个分段点的第一坐标值转换为所述世界坐标系中每个分段点的第二坐标值，得到所述断面数据。

在一个实施例中，如果y轴方向向量为（0, 0, 1），即y轴方向与全局坐标系的 Z轴方向相同时，则局部坐标系x轴选定为（1, 0, 0），即x轴与全局坐标系X轴平行。

在一个实施例中，以巷道中心线上的点（x0, y0, z0）作为局部坐标系的原点，根据巷道断面的宽度W和高度h，可以计算出该断面矩形断面四个角点的第一坐标值；然后把拱形断面的拱形部分分为n份，对于拱形部分按逆时针方向，计算各个分段点的第一坐标值（x, y, z），计算公式如下：

，

其中，R为拱形部分的半径，

=n/π。

上述计算所得的断面数据均为局部坐标系下计算得到的局部坐标值，利用转换公式，如图4所示，把计算的各个断面的局部坐标系转换为世界坐标系下的模型值。所用的转换公式如下：

=/>

×/>

，

其中, X、Y、Z为世界坐标系下点的坐标值，x、y、z为局部坐标系下点的坐标值，

为坐标系变换矩阵。

在一个实施例中，在建立直巷道类型的巷道分段的分段模型时，如果巷道中线上两个特征点相距过远，那么这段巷道上的纹理在横向上会被拉伸。为此，在两个特征点中间平均每隔一定距离取一个插值点并建立断面，最终将一段长巷道分成多个短巷道，从而解决纹理拉伸问题。

在解决纹理拉伸问题后，即取插值点后，巷道中会出现长度较短的巷道，此时上面的纹理会被压缩。参照图14，若在每段线段单元上单独计算纹理坐标，则会出现相邻巷道纹理不连续和纹理压缩的问题。为了解决以上问题，这里对单条巷道中线中的所有分段巷道体统一计算纹理坐标。以巷道底面纹理坐标计算为例，设每隔 d 长度为一个完整纹理，当前所述断面的位置距离当前所述断面所在的所述巷道中线起始处断面的累积距离为len，v为当前所述断面的横向的纹理坐标，则当前断面的纹理坐标计算公式为：

v=len/d，

通过此种纹理计算方法，可以解决当进行插值计算时导致的纹理被压缩的问题，实现了相邻巷道纹理连续和纹理均匀的技术效果，提高了纹理处理的效果。

在一个实施例中，根据所述巷道拓扑关系，将形成纹理的各个所述分段模型进行连接时，采用三角剖分法连接各分段模型，完成整体巷道建模。具体的，使用三角剖分算法连接各分段模型的巷道顶点，完成整体巷道建模。建模后的效果图参照图15至图17，由图中可以看出，建模后的巷道模型，其巷道外壁更加平滑美观，内部纹理更加均匀连续。

由此可知，在本发明实施例中，通过采用拓扑关系建立、以及插值计算和纹理坐标计算的方法，能快速生成带有拓扑信息和纹理的巷道模型，提高了巷道建模的效率，操作简单快捷。并且在弯道和多叉口处进行插值计算，使用巷道外壁更加平滑美观，便于查看。

在本实施例中，提供了一种计算机设备，如图18所示，包括存储器1801、处理器1802及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意的三维巷道模型快速构建方法。

具体的，该计算机设备可以是计算机终端、服务器或者类似的运算装置。

在本实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述任意的三维巷道模型快速构建方法的计算机程序。

具体的，计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机可读存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读存储介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种三维巷道模型快速构建装置，如下面的实施例所述。由于三维巷道模型快速构建装置解决问题的原理与三维巷道模型快速构建方法相似，因此三维巷道模型快速构建装置的实施可以参见三维巷道模型快速构建方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图19是本发明实施例的三维巷道模型快速构建装置的一种结构框图，如图19所示，包括：拓扑关系建立模块1901、分类模块1902、分段模型构建模块1903、纹理坐标计算模块1904和连接模块1905，下面对该结构进行说明。

拓扑关系建立模块1901，用于针对巷道路线中的每个巷道中线，以所述巷道中线的交点为分割点将经过所述交点的所述巷道中线划分为多个巷道线段，根据每个所述巷道线段在每个所述巷道中线中的先后顺序，基于所述巷道线段建立巷道拓扑关系；

分类模块1902，用于基于所述巷道拓扑关系，根据所述巷道中线的所述交点和拐点的特征，将所述巷道中线分为不同类型的巷道分段，其中，所述类型包括交叉口、直巷道以及弯曲巷道；

分段模型构建模块1903，用于针对每个所述巷道分段，基于插值法在所述特征点之间进行插值，在每个插值点和每个所述特征点处构建断面，得到每个所述巷道分段的分段模型；

纹理坐标计算模块1904，用于计算每个所述分段模型中每个所述断面的纹理坐标，并基于所述纹理坐标形成每个所述分段模型的纹理；

连接模块1905，用于根据所述巷道拓扑关系，将形成纹理的各个所述分段模型进行连接，得到所述巷道路线的三维巷道模型。

在一个实施例中，分类模块1902还用于针对有至少三个所述巷道线段交汇形成交点的巷道中线，在每个所述巷道线段上每个巷道线段上距离所述交点的预设位置各选取一点作为第一特征点，每个所述巷道线段上的所述第一特征点与所述交点的距离相同，将所述交点与所述第一特征点之间的巷道中线构成的巷道分段，确定为交叉口类型的巷道分段。

在一个实施例中，分类模块1902还用于依次遍历每个所述巷道线段的所述拐点，在所述拐点的两侧且每个巷道线段上距离所述拐点的预设位置以相同的第一预设距离各取一点作为第二特征点，将所述拐点与两个所述第二特征点之间的巷道中线构成的巷道分段，确定为弯曲巷道类型的巷道分段；

将相邻的所述第一特征点与所述第二特征点之间的巷道中线构成的巷道分段，以及相邻的两个所述第二特征点之间的巷道中线构成的巷道分段确定为直巷道的巷道分段。

分段模型构建模块1903，还用于针对直巷道类型的巷道分段，在每相邻的所述第一特征点与所述第二特征点之间，以及每相邻的两个所述第二特征点之间以第二预设距离插值形成第一插值点，在每个所述特征点和每个所述第一插值点处建立断面，依次连接相邻的两个断面，得到直巷道类型的巷道分段的分段模型；

针对弯曲巷道类型的巷道分段，在每个所述拐点两侧的所述第二特征点之间绘制第一弧线，对所述第一弧线以第三预设距离插值形成第二插值点，在每个所述第二特征点和每个所述第二插值点处建立断面，依次连接相邻的两个断面，得到弯曲巷道类型的巷道分段的分段模型，其中，所述第一弧线与弯曲巷道类型的巷道分段的弯曲朝向一致；

针对交叉口类型的巷道分段，依次将该巷道分段中两两相邻的巷道线段视为一个弯曲巷道类型的巷道分段，在每个弯曲巷道类型的巷道分段的两端的第一特征点之间绘制第二弧线，对所述第二弧线以第四预设距离插值形成第三插值点，在每个所述第一特征点和每个所述第三插值点处建立断面，依次连接相邻两个断面的外侧半断面，得到交叉口类型的巷道分段的分段模型，其中，所述外侧为断面上远离交叉口类型的巷道分段的交点的一侧。

在一个实施例中，分段模型构建模块1903，还用于在所述断面为圆拱形断面时，将所述断面划分为矩形断面和拱形断面；

计算所述矩形断面的四个角所在点的坐标值，并计算所述拱形断面的拱形弧线上的多个分段点的坐标值，得到断面数据；

根据所述断面数据构建断面。

在一个实施例中，纹理坐标计算模块1904，还用于通过以下公式计算每个所述分段模型中每个所述断面的纹理坐标：

v=len/d，

其中，v为当前所述断面的横向的纹理坐标，d为一个完整纹理的长度，len为当前所述断面的位置距离当前所述断面所在的所述巷道中线起始处断面的累积距离。

本发明实施例实现了如下技术效果：本发明基于巷道中线数据快速生成带有拓扑信息和纹理的巷道模型，并将拓扑信息进行保存，方便查询每个拐点包含交叉口个数以及巷道走向，提高了巷道建模效率，并且在模型构建中使用插值方法，使巷道外壁更加平滑美观。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三维巷道模型快速构建方法，其特征在于，包括：

针对巷道路线中的每个巷道中线，以所述巷道中线的交点为分割点将经过所述交点的所述巷道中线划分为多个巷道线段，根据每个所述巷道线段在每个所述巷道中线中的先后顺序，建立巷道拓扑关系；

基于所述巷道拓扑关系，在每个巷道线段上距离所述交点和拐点的预设位置处设置特征点，根据所述交点、所述拐点和所述特征点的特征，将所述巷道中线分为不同类型的巷道分段，其中，所述类型包括交叉口、直巷道以及弯曲巷道；

针对每个所述巷道分段，基于插值法在所述特征点之间进行插值，在每个插值点和每个所述特征点处构建断面，得到每个所述巷道分段的分段模型；

计算每个所述分段模型中每个所述断面的纹理坐标，并基于所述纹理坐标形成每个所述分段模型的纹理；

根据所述巷道拓扑关系，将形成纹理的各个所述分段模型进行连接，得到所述巷道路线的三维巷道模型。

2.如权利要求1所述的三维巷道模型快速构建方法，其特征在于，基于所述巷道拓扑关系，在每个巷道线段上距离所述交点和拐点的预设位置处设置特征点，根据所述交点、所述拐点和所述特征点的特征，将所述巷道中线分为不同类型的巷道分段，包括：

针对有至少三个所述巷道线段交汇形成交点的巷道中线，在每个所述巷道线段上距离所述交点的预设位置各选取一点作为第一特征点，每个所述巷道线段上的所述第一特征点与所述交点的距离相同，将所述交点与所述第一特征点之间的巷道中线构成的巷道分段，确定为交叉口类型的巷道分段。

3.如权利要求2所述的三维巷道模型快速构建方法，其特征在于，基于所述巷道拓扑关系，在每个巷道线段上距离所述交点和拐点的预设位置处设置特征点，根据所述交点、所述拐点和所述特征点的特征，将所述巷道中线分为不同类型的巷道分段，包括：

依次遍历每个所述巷道线段的所述拐点，在所述拐点的两侧且距离所述拐点的预设位置以相同的第一预设距离各取一点作为第二特征点，将所述拐点与两个所述第二特征点之间的巷道中线构成的巷道分段，确定为弯曲巷道类型的巷道分段；

将相邻的所述第一特征点与所述第二特征点之间的巷道中线构成的巷道分段，以及相邻的两个所述第二特征点之间的巷道中线构成的巷道分段确定为直巷道的巷道分段。

4.如权利要求3所述的三维巷道模型快速构建方法，其特征在于，针对每个所述巷道分段，基于插值法在所述特征点之间进行插值，在每个插值点和每个所述特征点处构建断面，得到每个所述巷道分段的分段模型，包括：

针对直巷道类型的巷道分段，在每相邻的所述第一特征点与所述第二特征点之间，以及每相邻的两个所述第二特征点之间以第二预设距离插值形成第一插值点，在每个所述特征点和每个所述第一插值点处建立断面，依次连接相邻的两个断面，得到直巷道类型的巷道分段的分段模型；

针对弯曲巷道类型的巷道分段，在每个所述拐点两侧的所述第二特征点之间绘制第一弧线，对所述第一弧线以第三预设距离插值形成第二插值点，在每个所述第二特征点和每个所述第二插值点处建立断面，依次连接相邻的两个断面，得到弯曲巷道类型的巷道分段的分段模型，其中，所述第一弧线与弯曲巷道类型的巷道分段的弯曲朝向一致；

针对交叉口类型的巷道分段，依次将该巷道分段中两两相邻的巷道线段视为一个弯曲巷道类型的巷道分段，在每个弯曲巷道类型的巷道分段的两端的第一特征点之间绘制第二弧线，对所述第二弧线以第四预设距离插值形成第三插值点，在每个所述第一特征点和每个所述第三插值点处建立断面，依次连接相邻两个断面的外侧半断面，得到交叉口类型的巷道分段的分段模型，其中，所述外侧为断面上远离交叉口类型的巷道分段的交点的一侧。

5.如权利要求1至4中任一项所述的三维巷道模型快速构建方法，其特征在于，在每个插值点和每个所述特征点处构建断面，包括：

在所述断面为圆拱形断面时，将所述断面划分为矩形断面和拱形断面；

计算所述矩形断面的四个角所在点的坐标值，并计算所述拱形断面的拱形弧线上的多个分段点的坐标值，得到断面数据；

根据所述断面数据构建断面。

6.如权利要求5所述的三维巷道模型快速构建方法，其特征在于，计算所述矩形断面的四个角点的坐标值，并计算所述拱形断面的拱形弧线上的多个分段点的坐标值，得到断面数据，包括：

设置世界坐标系，所述世界坐标系为（X, Y, Z），Z 轴方向为竖直方向，Y轴方向为水平方向，X轴方向垂直于Z 轴和Y轴所形成的平面；

在所述世界坐标系中设置局部坐标系，所述局部坐标系为（x, y, z），所述巷道中线的方向为y轴的方向，y轴和Z轴组成的平面法向量为x轴的方向，利用右手螺旋坐标系法则确定z轴方向；

在所述局部坐标系中根据巷道断面的宽度和高度，计算所述矩形断面的四个角点的第一坐标值；

在所述拱形断面的拱形弧线上等间距的设置多个分段点，在所述局部坐标系中，根据所述拱形弧线所构成半圆的半径和相邻两个分段点之间的弧线对应的圆心角，按逆时针方向计算每个分段点的第一坐标值；

将所述矩形断面的四个角点的第一坐标值转换为所述世界坐标系中四个角点的第二坐标值，将每个分段点的第一坐标值转换为所述世界坐标系中每个分段点的第二坐标值，得到所述断面数据。

7.如权利要求1至4中任一项所述的三维巷道模型快速构建方法，其特征在于，计算每个所述分段模型中每个所述断面的纹理坐标，包括：

通过以下公式计算每个所述分段模型中每个所述断面的纹理坐标：

v=len/d，

其中，v为当前所述断面的横向的纹理坐标，d为一个完整纹理的长度，len为当前所述断面的位置距离当前所述断面所在的所述巷道中线起始处断面的累积距离。

8.一种三维巷道模型快速构建装置，其特征在于，包括：

拓扑关系建立模块，用于针对巷道路线中的每个巷道中线，以所述巷道中线的交点为分割点将经过所述交点的所述巷道中线划分为多个巷道线段，根据每个所述巷道线段在每个所述巷道中线中的先后顺序，建立巷道拓扑关系；

分类模块，用于在每个巷道线段上距离所述交点和拐点的预设位置处设置特征点，根据所述交点、所述拐点和所述特征点的特征，将所述巷道中线分为不同类型的巷道分段，其中，所述类型包括交叉口、直巷道以及弯曲巷道；

分段模型构建模块，用于针对每个所述巷道分段，基于插值法在所述特征点之间进行插值，在每个插值点和每个所述特征点处构建断面，得到每个所述巷道分段的分段模型；

纹理坐标计算模块，用于计算每个所述分段模型中每个所述断面的纹理坐标，并基于所述纹理坐标形成每个所述分段模型的纹理；

连接模块，用于根据所述巷道拓扑关系，将形成纹理的各个所述分段模型进行连接，得到所述巷道路线的三维巷道模型。

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的三维巷道模型快速构建方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至7中任一项所述的三维巷道模型快速构建方法的计算机程序。

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