可视化技术在地质景观演化中的应用

利用可视化技术、虚拟仿真技术将地学信息二维数据转化为三维形式,特别是引入时间维的概念,在给出静态的地质景观三维虚拟场景的基础上动态模拟景观的形成过程,结合3DSMAX丰富的建模技术及强大的动画制作功能在地质景观演化方面做了初步探讨。以模拟长白山火山喷发及地貌视景仿真形成过程为例,就实体建模、视景漫游、动画设计等相关技术进行设计与实现。     

虚拟野外地质实习系统(VFGTS)——野外地质实践教学平台

虚拟野外地质实习系统是根据野外地质教学实践性特点,采用计算机图形、图像和多媒体技术模拟野外地质教学过程的软件系统,具有三维野外地质场景显示、多媒体、虚拟记录本、直观地质过程模拟、飞行漫游、GPS、罗盘和学习效果测验等功能,是重要的野外地质教学平台,对辅助野外地质教学,提高野外地质教学效率和质量,改变传统教学观念具有重要作用。     

三维数字矿山信息系统的集成与研发

以四川拉拉铜矿山为例,集成三维建模技术、信息技术、虚拟现实技术等高新技术,构建了一套集三维地质模型、虚拟场景漫游、数据查询及二维、三维联动等功能于一体的完整的三维数字矿山信息系统。该系统为矿山管理、生产和科研服务提供了有效的综合平台,具有面向公众的矿山查询、浏览、科普教育的公益性。     

MAPSUV数字测图成果3D模拟系统的设计

数字测图系统在城市地理信息系统建设中有着广泛的应用.根据MAPSUV生成的SUV文件数据, 基于二维电子地图的平面位置, 通过虚拟现实技术, 直接将测量得到的地物空间、属性信息直观清晰地显示成三维虚拟地图, 从而实现测图成果的表现方式由二维到三维的转变.对数字测图成果三维模拟系统的设计原则整体结构、数据组织、系统功能做了详细的探讨.介绍了系统数据源、数据处理、模型库和纹理库建立以及三维可视化成果图的显示和输出.该系统集成了GIS、VRML、测绘等理论和技术, 具有数据建模, 场景漫游、属性查询等功能, 再现了二维数字地图的三维景观.测图成果3D模拟系统建模周期短, 工作量小, 可应用于城市规划、测绘、交通等许多领域.      

虚拟仿真技术在地质学中的应用

得益于计算机技术、人工智能技术、多媒体技术、传感器技术等的迅速发展,虚拟仿真在科学领域已经得到了广泛的应用并具有巨大的市场需求。在地质学中,国内外高校已经将虚拟仿真技术应用到教学中,使其打破了传统教学的时空限制。但目前虚拟仿真在该领域的应用还存在场景内容欠缺,交互感不足,细节展示不够等问题。为能够进一步拓展虚拟仿真技术在地质学中的应用思路,文章对虚拟仿真技术在多个科学学科中的应用情况进行研究,介绍了面向地学的综合型、国际化的沉浸式虚拟仿真实验室实例。综合型的地学虚拟仿真实验室的建立,将深度融合地学与虚拟仿真技术,为多学科交叉融合、国际化教学等未来的教学发展方向提供更有效的平台。     

基于非开挖随钻检测系统与随机森林的地层岩性识别

通过自主研发设计的非开挖随钻检测系统,采集非开挖钻进参数,进行非开挖钻进实时地层岩性识别,为非开挖施工提供安全信息保证。针对非开挖工程工勘资料缺乏,掘进地层岩性难以判断的问题,提出了一种基于非开挖随钻检测系统实时采集数据,利用随机森林算法建立地层识别模型,通过模型去识别未知地层,并将识别结果可视化展示。通过非开挖随钻检测系统在工程现场的实际应用,获得了包括钻速、扭矩、转速、拉力、泵压、泵量等钻进敏感参数作为训练样本,利用随机森林算法对采集的钻进参数进行训练,构造决策树与随机森林,对钻进参数进行分类,建立了以典型非开挖地层岩性分类为目标的分类模型,分别确定了杂填土、黏土、粉细砂、砾石和淤泥的地层分类标签。进一步,基于机器学习的分类结果,利用PCA主成分分析将地层识别特征降维至三维,实现了地层岩性识别结果的三维展示。将预测模型应用于实际工程,以验证其有效性。结果表明,该方法能在非开挖实时钻进条件下快速识别钻进地层,识别正确率高达92%。该研究成果通过采集导向随钻参数,识别非开挖掘进段地层岩性,为非开挖扩孔阶段钻具选型、泥浆设计等提供了重要信息。     

岩石非开挖钻进技术的研究

非开挖铺设地下管线施工技术是一项广泛应用于市政建设、铁路交通、电力通讯、水利和石油天然气输送等领域的高新技术。而岩石非开挖施工则是近年来许多有实力的单位所涉足的一种施工难度大、施工技术含量高的施工领域。论述了非开挖基岩钻进的技术要点及在不同地层、不同管径施工条件下对非开挖回扩钻头的设计及选用。结合国内几个典型的施工实例,详细阐述了非开挖基岩钻进的施工工艺。展望了该技术的发展前景。     

导向钻进非开挖技术在地下管线铺设中的应用

结合邯郸市集中供热管道工程实例,说明导向钻进非开挖在铺设地下管线施工中的成功应用,对导向钻进非开挖技术、导向孔轨迹设计、施工质量控制及施工效果等作了介绍与总结,为同类工程实践提供参考。     

注浆技术在砂卵石地层水平（定）导向钻进工程中的应用研究

本人在借鉴前人成果并结合施工经验的基础上,系统总结了砂卵石地层与非开挖钻进施工的适应性,对非开挖钻进施工中出现的问题进行了归纳和分类,并对其原因进行了分析和探讨。同时,为了解决非开挖导向钻进在复杂地层特别是砂卵石层中的施工难题,考虑采用注浆预加固技术对砂卵石层进行预先加固,以提高其强度,保证非开挖导向钻进的顺利进行。更进一步地,对水平孔中注浆预加固的三种方法（垂直注浆法、导管注浆法、随钻注浆法）在导向钻进工程中的概念、适用范围、优缺点以及实施控制要点等进行了对比和研究。     

地质实体模型的三维交互与分析技术研究

地质实体模型的三维可视化涉及到复杂地质体结构构造和相关地质属性数据的视觉表达与分析,利用科学计算可视化技术来充分、完整、交互式地展示与分析三维地质实体模型一直是三维地质建模领域的研究热点。研发的三维地质建模及可视化系统中可实现通用三维交互操作,包括三维模型的几何变换、三维交互定位与空间属性查询、三维模型的剖切、虚拟钻探、基坑开挖、隧道生成与虚拟漫游等。这些操作采用面向软件的技术,通过对现有的二维设备（如鼠标、键盘等）进行三维仿真,为全方位、多角度的认识和理解地质实体模型提供了强有力的支持。     

虚拟现实技术在都江堰三维信息系统中的应用

以四川都江堰虚拟现实系统的构建为例,介绍了虚拟现实技术应用于流域模拟的一些关键环节,重点探索了多比尺地形嵌套建模、水流模拟、场景漫游控制、多专题切换、工程设计仿真以及与外部数据库连接查询等问题的解决方法,为虚拟现实技术更进一步应用于流域模拟进行了有益的尝试.     

HDD铺管引起地表工后变形的数值模拟分析

水平定向钻进（HDD）是一种重要的非开挖铺管技术,在非开挖领域应用非常广泛。由于其会扰动周围地层以及造成地层损失,进而造成一定程度的地表变形,如地表沉降、地表水平变形等。本文采用有限差分数值模拟方法,运用FLAC3D软件分析了HDD铺管的引起的地表工后变形问题;综合考虑了不同地层内聚力、地表荷载及扩孔级数情况下的地表工后变形。     

非开挖水平定向钻机钻头的类型及适应性分析

非开挖水平钻机是非开挖铺管技术的核心机械,直接关系到铺设工程的成败;钻头作为钻机的一个部件,主要起到导向成孔、扩孔和清孔的作用。钻头的选择直接关系到后续拖管的难易程度,因此,根据不同的地质和施工要求应选择相应的钻头。本文就非开挖钻机扩孔钻头的类型及适应性作了详细地分析。     

虚实结合的地质工程实践教学方法改革探索——钻探虚拟仿真实验教学平台研究

拟仿真又称虚拟现实技术或模拟技术,就是用一个虚拟的系统模仿另一个真实系统的技术,将其应用于钻探科研、教学、训练等,对于钻探行业来说,是一次创新尝试。研发的钻探虚拟仿真实验教学平台,融入了钻探专业教学积累和计算机虚拟仿真技术等多个学科,解决了以往高校钻掘工程专业学生生产实习的诸多困难。虚拟钻进仿真平台已陆续为多个相关专业提供虚拟仿真教学,受到了各专业学生的欢迎,收到了良好的教学效果。该平台还可应用于各单位钻探技术人员、操作人员等的操作训练,以及科研和技术服务工作。     

虚拟流域环境中河道演变的整体自动 建模及可视化分析

将三维虚拟仿真技术和科学计算可视化技术相结合应用于河道泥沙冲淤分布规律分析中,提出了基于虚拟现实技术的泥沙冲淤过程三维可视化技术框架并构建了相应系统。提出并研究了河道边界自动识别、河道演变过程数据模型的自适应生成、动态河道与大范围场景的无缝嵌套建模、多层细节层次与无缝拼接、时空过程可视化与控制显示模式、动态河道的交互、基于局部插值的断面提取等系统中使用的关键技术。以三峡坝区河道为例,研发了三峡坝区河道演变时空过程可视化表达系统,证明了提出方法的实用性和可行性。     

数字地图的三维可视化研究及其若干应用

三维可视化理论与技术的引入使得传统静态的、平面的地图向动态的、三维的方向发展, 地图的三维可视化正成为GIS与数字制图领域的一个新的研究课题.数字地图及其建库技术的研究为其三维可视化研究提供了有力的技术支持和充足的数据来源.主要研究基于等高线与离散高程点的地形模型(DEM) 的建立、兼顾地形(即基于DEM) 的街区与街道、居民地模型的建立, 以及植被、道路、水系等各主要要素的三维模型的建立及其显示, 对三维点状地图符号库的建立、模型的动态显示及航空影像的叠加显示等进行了研究.最后对三维可视化技术在基于数字地图的地貌晕渲、模拟飞行、虚拟城市等方面的应用作了探讨.      

Autonomic visiting in digital 3D scenes

Human-machine interactive visiting and fixed-route visiting are currently the main roaming modes in digital three-dimensional (3D) scenes. However, in general, when a person visits an attraction area, s/he does not follow a fixed path, but instead wander about according to his/her interests. Here, we propose a new roaming mode, called autonomic visiting. That is, in a digital 3D scene, a user selects several interest spots, then a route connecting these spots can be automatically determined and 3D scene can be seen along this route. This study presents a technical approach that enables the realization of autonomic visiting in 3D scenes. Firstly, Delaunay triangular meshes for the terrain in 3D scene are established. Secondly, a plane-growth algorithm and a line-connection algorithm are introduced to automatically mend the broken parts of these triangular meshes. Thirdly, the triangular meshes are then merged and differently weighted according to different layers. Finally, a progress-zone transmission algorithm is presented to optimal the shortest route, which is derived from A-Star (A*) algorithm. Digital 3D campus of Nanjing University, China, is taken as the experimental materials. The experimental results prove the effect of the proposed approach.