本发明涉及一种矿井三维全巷道虚化及设施设备显示方法。
背景技术：
三维可视化技术可以将大量的数据通过图表和图像的形式表现出来，让原本抽象的数据变得更具体、更直接；矿井三维可视化具有直观、空间位置关系清楚、信息量大的特点，加上信息查询功能可以对矿井的生产环境、生产过程、设备分布、设备状态以及地表工业广场等状况有较全面的了解。三维模型构建技术，融合煤矿多种动态作业数据，利用三维技术全面构建矿井采、掘、机、运、通各专业子系统仿真模拟系统，实现全矿井“监测、控制、管理、保障”的一体化。
煤矿三维可视化主要建设两方面内容：
1.构建煤矿三维可视化基础环境。
即基于矿山基础地理信息、地测信息实现煤矿地面、地下；室内、室外，矿区、巷道、掘进面的一体化三维展示，达到直观显示、可准确定位的煤矿三维场景。
2.实现对地表矿区虚拟环境、地下煤层环境的虚拟漫游、巷道的虚拟漫游和生产管理的三维虚拟仿真环境。
现目前，我国煤矿矿井三维仿真系统中巷道及设施设备显示方法，大多采用模拟全局巷道模型，然后进行巷道虚拟漫游，显示某条巷道内少量设施设备；这种展示方式已经无法满足现目前矿井管理人员对矿井全局把控的需求；
基于以上因素，需要一种性能稳定且能全局展示矿井井下所有设施设备的显示方法，该方法对提高矿井生产管理水平、提高生产工作效率、具有十分重要的意义。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种矿井三维全巷道虚化及设施设备显示方法，以解决目前矿井管理人员和技术人员不能准确获取矿井巷道内全部设备的图像信息的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种矿井三维全巷道虚化及设施设备显示方法，
s1：在矿井三维场景中获取需要显示的三维模型及其世界坐标，分别构建矿井巷道的三维巷道模型集合s和矿井内的设施设备模型集合g；
s2：利用摄像机采集矿井巷道内的坐标信息，并在摄像机坐标点处开始，在空间前裁剪平面及后裁剪平面构成与所述三维巷道模型集合s和设施设备模型集合g具有映射关系的视锥体v，在视锥体v以内的巷道及设施设备模型是需要显示的三维模型，通过视锥体v裁剪，获得剩余巷道三维模型集合s′和剩余设施设备模型集合g′；
s3：计算剩余三维模型集合s′与摄像机点的空间位置关系，并根据计算结果虚化巷道面向摄像机点的巷道面壁图像，显示巷道背向摄像机点的巷道面壁图像；
s4：完成剩余巷道集合s′及剩余设施设备g′的显示。
进一步地，所述步骤s3具体包括:
s31：获取摄像机世界坐标向量v(x,y,z)；
s32：获取集合s′内单个三维巷道模型，得到其世界坐标向量u(x′,y′,z′)；
s33：用u减去v得到摄像机方向向量d(x″,y″,z″)，计算三维矩形巷道表面与向量d之间夹角，若小于180°，则虚化该巷道面壁图像；相反则显示该巷道面壁图像。
进一步地，该显示方法还包括：
s5：当完成步骤s4后，改变摄像机位置或摄像机视角发生，则返回步骤s2-步骤s4的操作，直至完成矿井巷道内所有设施设备的显示。
进一步地，步骤s2中所述的视锥体v为棱锥体，所述摄像机位于棱锥的椎顶。
进一步地，该方法还包括:在虚化巷道面向摄像机点的巷道面壁图像后，对经虚化后的矿井巷道内的所有设施设备进行渲染。
本发明的有益效果为：通过虚化巷道面壁，显示煤矿井下所有巷道内设施设备，使得矿井管理人员能从全局视角掌握全矿井设施设备分布情况，比起以前只能单从漫游单个巷道，显示少量巷道内设施设备，使得矿井三维显示技术更直观地表现矿井空间关系、信息量更大；更全面了解掌控煤矿信息；对于提高矿井生产管理水平、提高生产工作效率、具有十分重要的意义。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对
本技术：
的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本发明一种矿井三维全巷道虚化及设施设备显示方法流程图；
图2为本发明一个实施例的视锥体的示意图；
图3为本发明一个实施例的视角计算示意图；
图4为本发明一个实施例的提供的进行虚化后矿井巷道三维示意图。
具体实施方式
如图1所示的一种矿井三维全巷道虚化及设施设备显示方法，包括以下步骤：
s1：构建矿井巷道的三维巷道模型集合s＝{s1,s2,...sn}和矿井内的设施设备模型集合g＝{g1,g2,...gn}；
s2：利用摄像机采集矿井巷道内的坐标信息，并在摄像机点构建与所述三维巷道模型集合s和设施设备模型集合g具有映射关系(f:v→g，f:v→s)的视锥体v(如图2所示)，通过视锥体v裁剪，获得剩余巷道三维模型集合s′＝{s1′,s2′,...sn′}和剩余设施设备模型集合g′＝{g1′,g2′,...gn′}；
s3：如图3所示，计算剩余三维模型集合s′i(i＝1,2,kn)与摄像机点的空间位置关系，并根据计算结果虚化巷道面向摄像机点的巷道面壁图像，显示巷道背向摄像机点的巷道面壁图像，计算结果如图4所示；
s4：完成剩余巷道集合s′及剩余设施设备g′的显示。
根据本申请的一个实施例，该显示方法还包括：
s5：当完成步骤s4后，改变摄像机位置或摄像机视角发生，则返回步骤s2-步骤s4的操作，直至完成矿井巷道内所有设施设备的显示。
摄像机位置或视角移动后，将重新构建三维视椎体，经过空间计算，重新裁剪视锥体外巷道及矿井设施设备模型，得到需要显示的巷道模型并进行虚化操作，最终形成新的显示视角。
根据本申请的一个实施例，步骤s2中所述的视锥体v为三维棱锥体，所述摄像机位于棱锥的椎顶。最常见使用投影类型-透视投影，使得离摄像机近的物体投影后较大，而离摄像机较远的物体投影后较小。透视投影使用棱锥作为视锥体，摄像机位于棱锥的椎顶。该棱锥被前后两个平面截断，形成一个棱台，叫做viewfrustum，只有位于frustum内部的模型才是可见的。
根据本申请的一个实施例，该方法还包括:在虚化巷道面向摄像机点的巷道面壁图像后，对经虚化后的矿井巷道内的所有设施设备进行渲染。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。