Построение моделей виртуальной реальности по цифровых моделям открытых горных работ

Построение моделей виртуальной реальности по цифровых моделям открытых горных работ

Шоломицкий А.А., Дзеканюк А.О. 

Развитие вычислительных средств, расширение их возможностей являются главным фактором все более широкого внедрения их в различные сферы научной и практической деятельности. Очень интенсивно развивается направление компьютерного синтеза изображений. Можно считать, что в настоящее время сформировалась новая отрасль информатики – трехмерная (или 3D) машинная графика. Ее можно определить как науку о математическом моделировании геометрических форм и свойств объектов, а также методов их визуализации и управления ими. 

Интерес к синтезу изображений объясняется высокой информативностью последних. Информация, содержащаяся в изображении, представлена в наиболее концентрированной форме, и эта информация, как правило, более доступна для анализа, для ее восприятия получателю достаточно иметь относительно небольшой объем специальных знаний. В маркшейдерии на открытых разработках, по мере перехода на цифровое моделирование открытых горных работ [1,2,3,4], также увеличивается интерес к трехмерному представлению маркшейдерской информации, т.к. традиционные маркшейдерские планы понятны только пользователям, которые хорошо знакомы с условными знаками. Для маркшейдеров пространственное представление очень важно, поскольку позволяет выявить ошибки цифрового моделирования, а для технологов позволяет улучшить обоснованность принятия управляющих решений. Многие геоинформационные системы и специализированные горные пакеты [2], (http://www.gemcom.bc.ca/ и http://www.bentley.com/) имеют возможность пространственного представления объектов открытых горных разработок. Но при этом имеют два недостатка, во-первых, очень высокую стоимость, а во вторых, они позволяют представлять только статичные объекты, а для поддержки принятия управляющих решений важно показать на модели и динамические объекты и каким-то образом отразить их состояние. Для автомобиля желательно знать не только траекторию его движения, но и его состояние – груженый или порожний. Экскаватор, при подъезде самосвала в зону погрузки, должен начинать работу, кроме того, цветом объекта может отражаться его работоспособность. Т.е. у динамического объекта на открытых разработках должно появиться свойство анимации и реакция на события. 

Для представления таких моделей нами использовалась технология создания виртуальных миров в Internet на основе языка моделирования виртуальной реальности VRML (Virtual Reality Modeling Language) [5], (http://web3d.org/technicalinfo /specifications/vrml97/index.htm- ISO/IEC 14722). Основными компонентами VRML-сцены являются узлы (nodes), они используются для описания того, как будут формироваться трехмерные объекты, а также для указания их свойств, правил движения и объединения с другими объектами. Узлы могут содержать информацию о текстуре, освещении, вращении, масштабировании, позиционировании, геометрических свойствах объектов, о формировании перспективы изображения и т.д. Для представления цифровых моделей открытых горных работ как моделей виртуальной реальности была разработана технология, которая позволяет цифровые модели открытых горных работ, созданные с помощью Автоматизированного Рабочего Места Маркшейдера [1,3,4], преобразовывать в VRML-модели.



т.е. VRML-модель – это цифровая модель открытых разработок + совокупность динамических объектов. В свою очередь абстрактный характеризуется:



где положение объекта в данный момент времени, является функцией от времени; - совокупность атрибутов объекта – характеризует размеры объекта, его свойства, направление, состояние и т.д.- список событий и связанных с ними действий. От абстрактного динамического объекта порождаются все типы объектов на открытых разработках. Для каждого типа объектов формируется свой список событий и связанных с ними действий. Действием может быть и изменение состояния объекта, которое может порождать другое событие. Динамические объекты, на самом деле могут быть условно динамическими в смысле их пространственного перемещения. Так и самосвал, и экскаватор являются динамическими объектами, но положение самосвала необходимо отслеживать с помощью GPS-приемников для показа его на модели в реальном времени. Положение экскаватора определяется раз в месяц во время маркшейдерского замера. Хотя в немецком проекте SATAMA на экскаватор устанавливались три GPS-приемника, для определения не только его положения в плане и по высоте, но и продольного и поперечного наклонов, чтобы в реальном времени отслеживать перемещение рабочего органа и определения объема вынутой горной массы. В нашем случае экскаватор является динамическим объектом потому, что он совершает движения рабочим органом, имитируя погрузку горной массы в самосвалы.

По такой технологии было созданы VRML-модели открытых горных работ для Рыбальского карьера (рис.1) и Бандуровского угольного разреза. Поверхности создавались по цифровым моделям, созданным в АРМ Маркшейдера, а все динамические объекты: экскаваторы, самосвалы, буровые станки и т.д. и их анимация создавались с помощью программного обеспечения фирмы ParallelGraphics (http://www.parallelgraphics.com), любезно предоставленного нам фирмой на время исследований. Окончательная сборка модели, т.е. размещение динамических объектов на поверхности модели осуществлялась в “Internet Scene Assembler” (рис. 2):



Рис. 1 VRML-модель карьера Рыбальский



Рис.2 Динамические объекты на модели карьера

Результаты исследований по созданию VRML-моделей открытых разработок показывают, что язык VRML является очень мощным средством пространственного представления модельных данных, как применительно к открытым горным разработкам, так и для визуализации любых данных научных экспериментов, которые требуют пространственного представления и анимации. В этой области исследования только начинаются.

Создание сложных анимированных динамических объектов целесообразно выполнять с помощью специализированного программного обеспечения фирмы ParallelGraphics, используя возможности визуального конструирования и анимирования объектов.

На наш взгляд создание VRML-моделей будет чрезвычайно эффективно в обучении. На таких моделях можно показать не только схемы вскрытия и разработки месторождений полезных ископаемых, но и технологические схемы добычи, транспортировки, складирования и т.д. Анимационные модели, которые можно рассмотреть с любой точки, в любом масштабе дают для понимания студента больше информации, к тому же в естественном визуальном представлении. Немаловажным фактором является и то, что просмотр моделей осуществляется с помощью бесплатных VRML-клиентов, которые можно найти в Internet (http://www.parallelgraphics.com).

Язык VRML развивается, хочется надеяться, что следующие версии языка будут обладать более развитыми средствами управления объектами и появится стереоскопический VRML-клиент, который сделает виртуальные миры по настоящему объемными. Уже сейчас есть примеры построения стереоскопического изображения высокого качества по паре снимков (http://www.vinnitsa.com/geo), технически персональные компьютеры это уже позволяют, осталось реализовать эти возможности для просмотра VRML-миров.

Список литературы

Шоломицкий А.А. Автоматизированное рабочее место маркшейдера на открытых разработках./ Современные пути развития маркшейдерско-геодезических работ на базе передового отечественного и зарубежного опыта. Сб.трудов

Всеукраинская научно-техническая конференция 13-15 мая 1998г., г Днепропетровск, стр.176-178 2. Крыловский И.Л., Душеин Г.В., Каймин М.Ю. Опыт внедрения зарубежного и создания отечественного программного обеспечения для горной промышленности. // Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации, №4(11) 1997г,стр. 32-33

Шоломицкий А.А. Принципы цифрового моделирования открытых горных работ.// Труды ДонГТУ, Выпуск 11, -Донецк, 2000, стр.77-85

Шоломицкий А.А. Моделирование пространственных объектов на открытых горных работах.//Известия Донецкого горного института,-Донецк: ДонГТУ, 2000г., №1, стр. 44-49

Эд Тител, Клэр Сандерс и др. Создание VRML-миров./ -К.: BHV, 1997 –320c.