基于Unity 3D 平台的露天铁矿三维可视化及云端数据传输研究_黄青青.pdf

基于Unity 3D平台的露天铁矿三维可视化及 云端数据传输研究 黄青青杨天鸿于庆磊张鹏海刘洪磊 1 （东北大学资源与土木工程学院， 辽宁 沈阳 110819） 摘要工程岩体的矿岩位置和构造产状关系往往具有复杂性和随机性的特点。常用的二维表达形式在表达空 间关系时具有一定的抽象性和局限性。三维数字模型在视觉上的表现较好地弥补了二维图纸的缺点。然而目前广泛 应用的三维模型由于内存容量和展现平台的制约， 限制了其应用范围的发展。本研究以大孤山露天铁矿为例， 基于 Unity 3D平台实现了对大孤山露天铁矿的三维可视化， 成功发布到电脑端。同时考虑到应用的便捷性， 三维模型以 APK的形式发布成手机中的应用程序 （APP） 。除此之外， 实现了电脑和手机客户端与云端服务器的数据交互传输， 可 实时更新动态数据。 关键词三维可视化手机应用云服务器数据传输Unity 3D 中图分类号TD672文献标志码A文章编号1001-1250 （2019） -04-138-04 DOI10.19614/ki.jsks.201904026 Research on 3D Visualization and Cloud Data Transmission of Open-pit Iron Ore Based on Unity 3D Plat Huang QingqingYang TianhongYu QingleiZhang PenghaiLiu Honglei2 （School of Resource Civil Engineering， Northeastern University， Shenyang 110819， China） Abstract The relationship between ore-rock location and structural occurrence of engineering rock mass is often charac- terized by complexity and randomness. Two-dimensional expressions commonly used have certain abstraction and limitations in expressing spatial relations. The visual perance of three-dimensional digital model makes up for the shortcomings of two-dimensional drawings. However， due to its limitation on memory capacity and display plat， the widely-used three-di- mensional model limits its application scope. Taking Dagushan Open-pit Iron Mine as a case， the three-dimensional visualiza- tion of Dagushan Open-pit Iron Mine has been realized and successfully published to the computer based on Unity 3D plat- . At the same time，considering its convenience in application，the three-dimensional model is published in the of APK as the application program of mobile phone（APP） . In addition， the interactive data transmission among computer， mo- bile client and cloud server can be realized， and dynamic data can be updated in real time. Keywords3D visualization， Mobile application， Cloud server， Data transmission， Unity 3D 收稿日期2019-01-25 基金项目国家重点研发计划项目 （编号 2016YFC0801602） 。 作者简介黄青青 （1992） ， 男， 硕士研究生。 工程岩体具有赋存条件复杂、 面积广阔等特点， 常规的二维图纸所表达的空间矿岩产状形态可视性 差， 缺乏立体感， 难于向非专业技术人员展示相关信 息， 在矿山企业宣传和汇报方面存在一定的困难。依 据实际工程概况建立一个1 ∶ 1的矿山真三维数字模 型则能够清楚明白地表达矿岩关系， 三维数字模型可 以让整个矿山工程直观的呈现， 这种三维再现对于矿 山经营者无疑具有十分重要的意义。目前三维模型 大都在专业的建模软件 （如3D mine， 3ds max等） 上建 立， 也必须借助该专业软件才能打开， 大大束缚了展 示的灵活机动性， 更多的是用于室内的展示 ［1］。同时 三维模型可视化的背后需要现场勘测数据的集成和 体现， 没有数据支持的三维可视化是没有灵魂的三 维可视化。在传统的三维可视化探究中， 数据查询 大多是基于本地数据的查询 ［2］， 这样会造成本地文件 过大， 共享性不高的问题。针对这2点不足， 本研究 机电与自动化 总第 514 期 2019 年第 4 期 金属矿山 METAL MINE Series No. 514 April 2019 138 ChaoXing 基于Unity 3D平台， 以矿山三维数字模型为基础， 同 时集成矿山已有的相关信息要素， 极大地丰富其内 容， 并实现数据的云端存储和实时获取， 成功发布常 规电脑版可执行文件， 而手机端APK手机应用程序 APP安装包的生成， 极大地释放了展示的机动性， 手 机端的实现摆脱了以往因为机器的束缚只能在室内 展示的局限， 使得技术人员可以拿着手机到实地去 对照研究。 1Unity 3D概述 Unity 3D是由Unity Technologies公司开发的三维 游戏制作引擎， 也称Unity或U3D。Unity 3D是目前 广受欢迎的游戏开发引擎， 其人性化的跨平台特性 深受开发者喜爱。开发者开发完成以后无需任何修 改即可发布至常用主流平台， 如Windows、 Linux、 Ma- cOS X、 IOS、 Android、 Xbox360、 PS3和Web等 ［3］。Uni- ty 3D用途广泛， 国内外学者也在这方面做过较多的 研究。王星捷和李春花 ［4］针对三维虚拟城市做过研 究， 证明了用Unity 3D开发能够满足相关要求， 并且 效率较高。此外， 在模拟演习 ［5］、 模拟训练、 仿真教育 ［6］、 虚拟驾驶［7］、 文物古迹保护与虚拟展示［8］等诸多方 面均有一定的应用。 2大孤山铁矿三维可视化 2. 1大孤山铁矿简述 大孤山铁矿位于鞍山市东南12 km， 矿区交通十 分方便， 有公路和铁路通过。大孤山铁矿自1916年 开始开采， 是亚洲范围内较为典型的铁矿石深凹露 天生产基地。 矿区出露的地层按层序划分主要有新生界第四 系、 上元古界青白口系钓鱼台组、 下元古界辽河群浪 子山组和太古界鞍山群樱桃园组。现在的大孤山矿 区即大孤山本区为一走向310～315， 倾向北东， 倾角 60～75的单斜构造。矿区内断裂构造较为发育， 包 含走向断层、 斜交断层和横向断层3组。 2. 2设计思路 大孤山铁矿三维可视化系统的设计思路主要如 图1所示。整个设计阶段包含三维数字模型建立、 相 关信息要素的集成和云端服务器实现数据传输3部 分。 2. 3三维模型的建立 大孤山铁矿三维数字模型的建立是从点到线， 由线到面， 由面到体的一个过程， 在3D mine软件中 由高程点经过适当处理后连成单个露天台阶的坡顶 底线， 对生成的所有露天台阶的每条线进行检查、 修 正， 确保没有冗余点和线条交叉。将得到的台阶顶 底线和平台边界线生成台阶坡面即边坡斜面和平台 面即各类型工作平台， 将生成的所有面进行组合成 整体的大面即为露天矿矿坑表面。由勘探线纵剖面 图得到岩层分界线和断层面分界线， 利用3D mine软 件将二维平面图坐标转换依据实际坐标呈现在三维 空间中， 将空间中各个勘探线图的同种分界线相连 生成分界面。最后建立一个尺寸大小合适的实体， 利用已经获得的矿坑表面和分界面对实体模型进行 布尔运算切割， 模型如图2所示。 2. 4信息要素的集成 根据现场实际情况， 对已经建立的大孤山基础 数字模型进行相关信息要素的集成， 如图3所示， 主 要包含现场微震监测传感器的布置、 微震事件的三 维可视化展示、 卡车等机械设备的可视化、 3GSM结 构面数字识别结果利用蒙特卡洛法所生成的结构面 模型和运矿廊道等等。信息数据的集成是一个实时 更新和动态扩展的过程， 在以后的开采进展中， 更多 的现场测量和监测勘探数据可以集成到三维可视化 模型中。 2. 5铁矿三维可视化系统的编译与发布 建立的三维数值模型和集成信息可以在Unity 3D平台上进行发布， 发布主要分2步 第1步是选择 需要发布的场景， 只需把需要的场景拖入即可， 只有 黄青青等 基于Unity 3D平台的露天铁矿三维可视化及云端数据传输研究2019年第4期 139 ChaoXing 选中的场景才能够被发布； 第2步是选择发布的目标 平台， 选中平台后点击Switch Plat即可转至选择 的平台。确定这2步之后在初次发布时需要下载一 定的发布所需的控件， 完成以上之后发布到电脑端 只需点击 Build 命令即可。如需发布到手机端， 以 Android为例， 则需要配置JDK和Android SDK即可进 行发布， 手机端结果如图4所示。 3云端数据传输的实现 云端数据传输主要是Unity 3D即用户端通过编 写好的C代码实现和云端服务器之间数据的传输。 3. 1云端配置 首先需要在阿里云、 腾讯云、 华为云等众多云服 务器厂商处购买相应的云服务器权限， 本项目使用 的是阿里云服务器。首先应当对服务器的放行规则 进行必要的设定， 确保针对数据库的3306端口打开， 允许远程访问服务器上的数据库。为避免黑屏白字 的乏味的界面， 可以安装一个Ubuntu桌面系统， 这样 云端的服务器就和日常所见的电脑界面比较相近， 适当降低了操作的难度。完成之后便是数据库的下 载与安装， 服务器选择的Ubuntu系统中有许多预制 软件可供下载和使用， 笔者推荐下载和安装MySQL 数据库， 之后主要对其进行新建用户并授权用户允 许远程登录， 完成相应测试即可。 3. 2数据传输 数据的传输分为上传和下载2个部分， 数据库数 据传输主要利用ODBC （Open Database Connectivity， 开放数据库互连） 来实现上传。要实现数据传输就 需要配置数据库ODBC数据源。下载好相应版本的 ODBC 后， 在其配置页面填写好 Data Soruce Name、 TCP/IP Server 和之前创建的可访问云端数据库的 User和Password， 选择好Database之后点击Test进行 远程连接测试， 弹出连接成功提示即可。此后只需 将本地数据库中的数据导入ODBC即可。对于其他 类型的文件、 模型等需要上传至云端服务器， 则可利 用xftp5软件实现， 它是一个功能强大的SFTP、 FTP软 件。只需在配置界面填写好服务器的相关信息之后 即可成功连接， 操作界面可视化程度高。数据的实 时传输功能实现主要是通过C代码实现， 数据传输 和查询功能如图5所示。 4结论 （1） 基于Unity 3D平台， 以三维数字模型为基础， 集成相关信息要素， 真实地展示了大孤山露天铁矿 复杂的矿岩关系和时空关系， 增强了三维立体直观 的表现。 （2） 包含集成信息的三维数字模型摆脱专业软 件的限制， 生成独立可执行文件和APK发布到电脑 端和手机端， 极大地增强了展示的灵活性。 （3） 实时动态更新和反馈监测数据， 如微震数 据， 为实时预警预报提供了参考依据。 （4） 实现客户端和云端服务器的数据交互传输， 极大地扩展了未来的前景， 为后续更多数据和信息 的整合集成奠定了基础。 金属矿山2019年第4期总第514期 140 ChaoXing ［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］ ［7］ ［8］ 参 考 文 献 陈志维， 赵华， 王建杰.石槽村煤矿三维可视化矿山模型构建 及应用 ［J］ . 神华科技， 2018， 16 （3） 30-33. 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