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基于Unity3D的尾矿库安全在线监测三维软件开发 蛲虫卵韦理云
【摘 要】In view of the trend of intelligent construction of safety on-line monitoring for tailings dam , a 3D software development for safety monitoring of tailings dam is proposed based on Unity3D .Through the establishment of a three-dimensional simulation model of the tailings dam ,the monitoring information of the monitoring points is examined in the three-dimensional virtual reality environment ,and the three-dimensional dynamic evolution simulation of the safety status of the tailings dam is realized .The safety management of tailings dam provides technical support .%针对尾矿库安全在线监测智能化建设的趋势性,本文提出了基于U nity3D的尾矿库安全监测三维软件开发,通过建立尾矿库库区三维仿真模型,在三维虚拟现实环境中查看监测点的监测信息,实现尾矿库安全状况三维动态演变模拟,为尾矿库的安全管理提供技术支持.
【期刊名称】《中国矿业》
【年(卷),期】2018(027)0z1
【总页数】4页(P342-344,349)
【关键词】尾矿库;Unity3D;在线监测
【作 者】韦理云
【作者单位】valueatrisk北京矿冶科技集团有限公司 ,北京102628
【正文语种】中 文
【中图分类】TD76
尾矿库安全在线监测三维软件平台是根据尾矿库的实际、实时情况，还原了“真实场景”，并在此基础上进行数据的实时显示、管理、监控以及分析的综合性监控平台。软件通过三维模型，并且融合多源地理空间数据以及各项实时监测数据对尾矿库的运行状态进行监控与报警，从而为尾矿库的安全管理提供技术支持和险情决策依据[1]。 尾矿库安全在线监测三维软件平台的出现为企业和安全监管部门快速掌握与尾矿库安全密切相关技术指标的最新动态，及时掌握尾矿库的运行状况和安全现状，提供了可靠的手段。
1 Unity3D技术
Unity3D是由Unity Technologies公司开发的一个让玩家轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具，技术成熟且便捷易用，是一个全面整合的专业游戏引擎。Unity利用交互的图形化开发环境为首要方式，支持C#、JS、Boo三种脚本语言，可发布游戏至多种平台，也可以利用插件发布至网页，支持网页浏览等，功能强大。另外，Unity的程序开发非常容易上手，这为开发者提供了程序开发更大的可行性[2]。
本文采用Unity引擎作为尾矿库安全在线监测三维软件的基础开发平台。培训者可以借助电脑键盘和鼠标实现人与界面或者操作系统的操作交互，使系统或者界面产生相应的变化，从而实现人机的交互功能。
2 平台设计思想及结构
尾矿库安全在线监测三维软件的实现思路如下所述。
1) 该软件平台是以还原尾矿库的真实场景为基础，并且是更逼真的三维场景，因此，软件平台必须要具有三维地形、坝体、水面及干滩、监测监控设备等三维场景要素[1]。
2) 该软件平台是集成各类传感器或数据库的实时数据，因此，除了本平台自己的输出数据格式外，还应该能够兼容各类传感器和其他三维软件的数据格式。在接口设计和选择上，要通用并且覆盖面广，以便数据的传输和转换[3]。
张继高3) 该软件平台有高效三维渲染和仿真性能，同时支持3D立体显示，以便让用户直观地感受到尾矿库的真实运行状态。
4) 该软件平台的三维场景中实时地显示和动态更新尾矿库的在线监测设备实时采集信息，以反映当前尾矿库的运行状态[4]。
3 平台功能实现
根据上述设计思路，该尾矿库安全监测三维软件平台的主要功能如下所述。
1) 具有跨平台性、良好的兼容性和扩展性的功能，能够跨平台运行、兼容多种三维数据格式，具有强大的插件扩展机制。
2) 具有尾矿库三维场景的放大、缩小、漫游以及三维场景的光照、光影渲染等功能。
3) 实时展示尾矿库在线监测数据，具体包括监测点的属性及获取的监测信息、尾矿库水位动态模拟及坝体的切割、浸润线的动态展示等功能。
4) 实现尾矿库在线监测数据的管理，展示尾矿库监测点即时数据、查询历史数据、生成报表等功能。
5) 尾矿库安全监测三维软件平台不但具有强大的三维实时展示交互功能，而且数据管理功能方面也具有很大优势，另外软件平台界面美观，易操作。
4 基于Unity3D的尾矿库安全虚拟仿真基础平台开发
4.1 三维场景建模
三维场景模型的质量对于生成具有逼真感和交互性的虚拟场景起着至关重要的作用。三维场景的真实感绘制可以产生让人身临其境的虚拟环境，被广泛应用到虚拟现实、地理信息系统等领域。软件根据尾矿库现有的设计资料、数字地形图、现场影像等资料，构建尾矿
库三维仿真模型，具体包括尾矿库周边地形建模、坝体建模、干滩、水位建模、监测设备建模等[5]。
4.1.1 尾矿库地形与坝体建模
三诺n20g根据尾矿库区域实际的基础地形数据(等高线等)、坝体设计施工图以及实测数据点构建地形模型，采用三维形式还原尾矿库周围的地形地貌(图1)，具体步骤如下:①首先对基础地形数据(如等高线)进行预处理，根据设计施工图和实测点数据构建坝体轮廓线、提取离散的三维坐标点；②进行三角剖分；③对三角剖分后的数据进行预处理，生成标准的小区域高精度Dem数据；④采集并处理高精度矿区影像，并调整坐标进行配准，与Dem匹配，形成基础的尾矿库三维地形场景。
图1 等高线数据图
4.1.2 监测设备建模雅兹迪人
将逼真的三维设备模型部署到三维场景中，可以更直观展示监测点及监测设备的位置和监测信息(图2和图3)。
此次系统开发采用3D Studio Max，常简称为3D Max完成对场景中设备模型的创建。3D Max是Discreet公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。它是集造型、渲染和制作动画于一身的综合性三维制作软件，支持多种类型的插件，支持骨骼动画的创建，能够对动画动作进行融合、编辑，渲染及动画效果及其突出，效果逼真。它涉及动画设计、游戏、辅助教学、影视、广告、建筑设计和多媒体制作等多个领域。与此同时，3D Max的兼容性非常强大，制作方式和表现方式十分多样化，为用户提供更多创新的机会。在虚拟场景方面主要是设置场景，建筑材质设计，场景动画设置，运动路径设置，计算动画长度，创摄像机并调节动画。模拟的界面可以做到真实、自然。比如用细胞材质和光线追踪制作的水面，整体效果没有生硬、呆板的感觉[6]。
建模对象包括风光互补、无线、视频监测装备、激光夜视监测装备、库水位监测装备、量水堰、坝体(表面位移、内部位移)监测装备、水准仪、综合检测机柜等。
图2 库区高清平面影像
图3 库区三维模型
4.2 系统三维可视化显示模块设计与实现
三维场景展示模块主要负责三维模型的组织、渲染及三维场景的交互，包括三维场景的拖动、缩放、漫游、拾取的操作(图4～6)。三维展示模块是整个在线监测软件平台的核心模块，直接关系着该系统平台的用户体验[7]。
该展示模块可以实现三维场景中监测设备的三维坐标定位或编辑、对象删除添加、属性信息管理、监测信息的实时展示与动态更新等，同时能够在三维场景中添加天空背景，实时光影动态更新。
4.3 展示模块与数据分析引擎的融合方法
数据分析与三维展示模块要保持联动，三维环境中要实时渲染数据分析结果，从而达到显示与数据分析的无缝融合，主要体现在尾矿库安全状况三维动态模拟、视频监控等方面(图7)[8]。
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