三维虚拟矿床地质仿真平台的开发与建设

韩秀梅，赵庆英，张建民

1.中国地质大学地球科学与资源学院，北京100083；2.吉林大学地球科学学院，吉林长春130026；3.中通国脉通信股份有限公司，吉林长春130012

三维虚拟矿床地质仿真平台的开发与建设

韩秀梅1，2，赵庆英2，张建民3

1.中国地质大学地球科学与资源学院，北京100083；2.吉林大学地球科学学院，吉林长春130026；3.中通国脉通信股份有限公司，吉林长春130012

利用网络技术、数据库技术、VR技术建立开发典型矿床的综合资料库及典型矿床三维动态仿真模块，将典型矿床地质模型搬至网络上.以吉林大学虚拟仿真项目为依托，设计并开发了基于Web的矿床资料库与虚拟矿床地质仿真系统.仿真演示的主要功能是将理想成矿模式过程动态地展示给大家.以往的展示只是平面的图片，缺乏立体感.将矿床的形成过程三维立体仿真再现，使人们较直观地了解其地质内涵.用户通过网络漫游对典型矿床的海量数据进行研究，改变传统矿床地质信息的可视性.

三维矿床；仿真技术；动态模拟；成矿模式；数据库

0 引言

目前，国内外许多GIS专家对各类矿床的海量数据管理与成矿模式的建模进行了一系列研究，并且已渐成系统.但这些研究大多集中于某一个特定矿床，矿床地质数据库的设计不具有保密性、通用性和可移植性.本研究以吉林大学虚拟仿真子项目为依托，利用空间数据库技术对空间实体的位置、形状、大小及分布特征等诸多方面的信息进行管理，将传统数据库技术与空间数据库技术进行完美结合，建立并开发了典型矿床的综合资料库，利用三维建模及VR技术在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境［1］，生成逼真的三维视图，使参与者不仅具有身临其境的感觉，还可以查询浏览以及分析矿床的形成过程，辅助用户进行分析、评价、规划和决策［2-4］.利用Web 2.0技术的反应快、交互性强及容易传播的特性，简化并改进了Web应用程序的用户交互［5-6］，减轻服务器的负担，节约空间和服务器成本，减少了网络延迟带给用户体验的不方便，使用户的Web操作如同对于桌面应用程序操作般反应快捷［7-8］.

1 虚拟矿床地质仿真系统的总体方案

虚拟矿床地质仿真系统的总体框架给出了虚拟矿床地质仿真平台数据管理的功能范围、应用模式和情形，以及系统涉及的用户和相互间的关系.从整体上，矿床地质虚拟仿真系统数据服务分为两部分：一部分位于互联网，主要面向公众、教育机构等用户，以提供综合信息服务为主；另一部分针对内部提供信息服务功能.两部分之间通过安全隔离的方式实现数据共享.在互联网上建设服务网站，为公众、教育机构提供网上信息查询服务，包含典型矿床的综合资料（已公开）查询，典型矿床的三维模型展示，此功能由典型矿床的综合资料库（开放部分）与典型矿床动态仿真模块（开放部分）来完成.虚拟矿床地质仿真系统的专网上建设内部门户，其中内部门户是系统的统一入口，是被授权的内部人员访问内部资源的渠道与桥梁，不同用户具有不同的权限.从应用架构角度看，系统总体采用三层应用架构，并在部分系统中针对不同的应用情形采取不同的应用架构.本系统基于统一的基础应用开发平台搭建，分别部署在专网和互联网.

2 成矿模拟思路与技术路线

设计了玢岩铁矿、斑岩型铜钼矿床、火山块状硫化物矿床、火山热液矿床、岩浆分解矿床和岩浆熔离矿床的理想成矿模式［9-11］，根据不同矿床的活动特点进行建模和制作动画效果［12-13］.

仿真演示模块的主要功能是将理想成矿模式过程动态地展示给大家.我们以往看到的只是平面的图片，没有立体感.实现典型矿床的成矿动态模拟可以重现成矿过程，使人们较直观地了解其地质内涵［14］.

2.1 应用软件介绍

系统开发使用了3D Max软件进行三维模型的开发.3D Max是动画制作软件中的佼佼者［15］，应用范围广，包括影视制作、广告动画、建筑效果图、室内效果图、模拟产品造型设计和工艺设计、多媒体制作、辅助教学以及工程可视化等领域.Adobe Premiere是一款常用的视频编辑软件，编辑画面质量好，有较好的兼容性，且可以与很多软件相互协作，是国内专业视频编辑公认的首选软件［16］.

2.2 技术流程与实现

系统设计了6个典型矿床的理想成矿模式的三维演示，在3D Max中建立矿床主体岩层、断裂、围岩等三维模型，在静态模型的基础上完成动态模型的制作，调用V-Ray进行渲染，最后对生成的动画进行视频合成处理，利用后期软件（Premiere）对动画进行合成（图1），在渲染时要设置“帧速”和动画文件格式［16］.

图1 技术路线图Fig.1 Technology roadmap

最终无论是avi格式还是mpeg格式的文件在系统中都是以独立可执行文件的方式存储在指定目录下，选择仿真演示功能菜单下任意的矿床模型按钮出现仿真演示播放方式选择窗口，询问用户是选择在线播放即点击播放还是下载播放.之所以设计两种播放方式，是由于三维可执行文件对数据空间的要求制约了其在互联网上的运行速度与效果.矿床成矿理想模型的播放窗口见图2.

3 数据库设计

由于地质数据的特殊性与复杂性，系统根据数据管理需求设计了3类数据库，分别为基础数据库、空间数据库、共享数据库.基础数据库用于对典型矿床的综合资料（矿床类型、矿区地质特征、矿体特征、围岩蚀变、成矿阶段、矿石特征、同位素特征、成矿物理化学条件、矿床成因等信息）进行存储、查询、删除等数据管理；空间数据库用于对于矢量数据进行管理；共享数据库用于管理对外公开的数据信息，可以与基础数据库、空间数据库进行数据交换.

基础数据库中包含有矿床基本情况表与矿区地质情况表，空间数据库中的矿产空间数据表为图形文件（*.wt），其属性结构与属性内容通过关键字段“矿床编号”对应矿床基本情况表，通过关键字段将基础数据与空间数据库的原始资料有机地结合［17］.图3为数据交换结构表格，图4为数据查询输出页面显示.

图3 数据交换结构表Fig.3 Data exchange structure

4 结论

矿床地质的研究需要一个多维的信息空间.我们将虚拟现实与网络技术、数据库技术相结合将矿床地质的各类海量数据信息进行科学的管理，创建仿真的地貌形态，以交互方式再现，使观察者可以任意控制显示方式，详细分析论证，反复观察，为更加透彻清晰地了解典型矿床的矿床信息和成矿模式提供了帮助，达到了良好的效果.

［1］阳化冰，刘忠丽，刘忠轩，等.虚拟现实构造语言VRML［M］.北京：北京航空航天大学出版社,2000.

［2］梅晓仁，张瑞新.基于VRML的煤矿床三维可视化方法研究［J］.中国矿业大学学报,2004,33（6）:665-667.

［3］李翠平，李仲学.矿床可视化仿真系统中定制查询的实现［J］.矿业研究与开发,2005,25（1）:49-53.

［4］韩秀梅.基于Web的虚拟野外地质实习平台的建设与研究［J］.教育研究与实验,2013（3）:58-60.

［5］黄泽纯.基于ArcGIS平台的GIS实践教学［J］.实验室研究与探索, 2010,29（1）:56-58.

［6］陆昌辉，周正平，倪文志，等.使用VRML与Java创建网络虚拟环境［M］.北京：北京大学出版社,2003.

［7］余刚，张秀山，程瑾.基于3DGIS技术的信息系统的研究与实现［J］.舰船电子工程,2009,29（3）:112-114.

［8］韩秀梅，赵庆英，贺金鑫，等.实景虚拟地球演化综合实验室的建设［J］.实验室研究与探索,2011,30（3）:163-165.

［9］陈建平，于淼，于萍萍.重点成矿带大中比例尺三维地质建模方法与实践［J］.地质学报,2014,88（6）:1187-1193.

［10］吴学益，卢焕章，王中刚.黔东南锦屏金矿成矿模式的模拟实验［J］.地质通报,2007,26（12）:1536-1548.

［11］李芳著.海底喷气成因热水沉积成矿理论研究综述［J］.地质科技情报,1993,12（2）:83-85.

［12］陈军，杨瑞东，高军波，等.贵州热水沉积矿床［J］.地质科技情报, 2014,33（5）:112-121.

［13］陈震，张绪教.甘肃白银国家矿山公园成矿模式动态模拟研究［J］.东华理工学院学报,2006,29（4）:337-342.

［14］李百寿.基于3DSMAX的地质景观动态模拟与仿真［J］.国土资源遥感,2005（2）:72-75.

图4 数据查询输出结果Fig.4 Data query output result

［15］郑艳，徐慧，李少勇.中文版3ds Max2012入门与提高［M］.北京：印刷工业出版社,2011.

［16］程明才.Premiere影视编辑实用教程［M］.北京：电子工业出版社, 2015.

［17］郭廖武，雷远坤.程潮铁矿体视化仿真系统地质数据库的建立［J］.北京科技大学学报,2003,25（1）:5-8.

DEVELOPMENT AND CONSTRUCTION OF VIRTUAL THREE-DIMENSIONAL PLATFORM FOR MINERAL DEPOSITS

HAN Xiu-mei1,2,ZHAO Qing-yin2,ZHANG Jian-min3
1.School of Earth Sciences and Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China; 2.College of Earth Sciences,Jilin University,Changchun 130026,China;3.Zhongtong Guomai Communication Co.,Ltd.,Changchun 130012,China

Adopting network,database and VR technologies,this research develops a comprehensive database of typical deposits and three-dimensional dynamic simulation modules of typical deposits,which move typical geological model to network.The research,relying on the virtual simulation project of Jilin University,designs and develops a Web-based simulation system for virtual deposits.The main function of the simulation demonstration is to realize the dynamic show of the ideal metallogenic mode process,providing people more direct understanding of the geological meaning.Users can study the huge amount of data of typical deposits from the network.The system has changed the traditional way of information visibility and geological information management of ore deposits.

three-dimensional ore deposit;simulation technology;dynamic simulation;metallogenic model;database

1671-1947（2016）03-0301-04

P628

A

2015－10－21；

2016-01-05.编辑：张哲.

吉林大学虚拟矿床地质实验项目（编号VE2014004）；兴城基地实践教学研究项目（编号PB2014006）.

韩秀梅（1975—），女，高级工程师，在读博士生，中国地质大学（北京）地球探测与信息技术专业，从事数字地质研究，通信地址吉林省长春市建设街2199号208-2,E-mail//hanxm@jlu.edu.cn