Побудова моделей віртуальної реальності по цифрових моделями відкритих гірських робіт

Шоломицький А.А., Дзеканюк А.О.

Розвиток обчислювальних засобів, розширення їх можливостей є головним чинником все більш широкого впровадження їх у різні сфери наукової і практичної діяльності. Дуже інтенсивно розвивається напрямок комп'ютерного синтезу зображень. Можна вважати, що в даний час сформувалася нова галузь інформатики - тривимірна (або 3D) машинна графіка. Її можна визначити як науку про математичному моделюванні геометричних форм і властивостей об'єктів, а також методів їх візуалізації та керування ними.

Інтерес до синтезу зображень пояснюється високою інформативністю останніх. Інформація, що міститься в зображенні, представлена в найбільш концентрованої формі, і ця інформація, як правило, більш доступна для аналізу, для її сприйняття одержувачу достатньо мати відносно невеликий обсяг спеціальних знань. У маркшейдерії на відкритих розробках, у міру переходу на цифрове моделювання відкритих гірничих робіт [1,2,3,4], також збільшується інтерес до тривимірного поданням маркшейдерської інформації, тому що традиційні маркшейдерські плани зрозумілі тільки користувачам, які добре знайомі з умовними знаками. Для маркшейдерів просторове уявлення дуже важливо, оскільки дозволяє виявити помилки цифрового моделювання, а для технологів дозволяє поліпшити обгрунтованість прийняття керуючих рішень. Багато геоінформаційні системи та спеціалізовані гірські пакети [2], (http://www.gemcom.bc.ca/ і http://www.bentley.com/) мають можливість просторового уявлення об'єктів відкритих гірських розробок. Але при цьому мають два недоліки, по-перше, дуже високу вартість, а по друге, вони дозволяють представляти тільки статичні об'єкти, а для підтримки прийняття керуючих рішень важливо показати на моделі і динамічні об'єкти і якимось чином відобразити їх стан. Для автомобіля бажано знати не тільки траєкторію його руху, але і його стан -- навантажений або порожній. Екскаватор, при під'їзді самоскида в зону навантаження, повинен починати роботу, крім того, кольором об'єкта може відображатися його працездатність. Тобто у динамічного об'єкта на відкритих розробках має з'явитися властивість анімації і реакція на події.

Для подання таких моделей нами використовувалася технологія створення віртуальних світів в Internet на основі мови моделювання віртуальної реальності VRML (Virtual Reality Modeling Language) [5], (http://web3d.org/technicalinfo / specifications/vrml97/index.htm- ISO/IEC 14722). Основними компонентами VRML-сцени є вузли (nodes), вони використовуються для опису того, як будуть формуватися тривимірні об'єкти, а також для вказівки їх властивостей, правил рухи та об'єднання з іншими об'єктами. Вузли можуть містити інформацію про текстурі, освітленні, обертання, масштабування, позиціонування, геометричних властивості об'єктів, про формування перспективи зображення і т.д. Для представлення цифрових моделей відкритих гірничих робіт як моделей віртуальної реальності була розроблена технологія, яка дозволяє цифрові моделі відкритих гірничих робіт, створені за допомогою Автоматизованого Робочого Місця маркшейдера [1,3,4], перетворювати в VRML-моделі.

тобто VRML-модель - це цифрова модель відкритих розробок + сукупність динамічних об'єктів. У свою чергу абстрактний характеризується:

де положення об'єкта в даний момент часу, є функцією від часу; - сукупність атрибутів об'єкта - характеризує розміри об'єкта, його властивості, напрямок, стан і т.д. - список подій і пов'язаних з ними дій. Від абстрактного динамічного об'єкта породжуються всі типи об'єктів на відкритих розробках. Для кожного типу об'єктів формується свій список подій і пов'язаних з ними дій. Дією може бути і зміна стану об'єкта, яке може породжувати інше подія. Динамічні об'єкти, насправді можуть бути умовно динамічними в сенсі їх просторового переміщення. Так і самоскид, і екскаватор є динамічними об'єктами, але становище самоскида необхідно відстежувати з допомогою GPS-приймачів для показу його на моделі в реальному часі. Положення екскаватора визначається раз на місяць під час маркшейдерського виміру. Хоча в німецькому проекті SATAMA на екскаватор встановлювалися три GPS-приймача, для визначення не тільки його положення в плані і по висоті, але і подовжнього і поперечного нахилів, щоб у реальному часі відслідковувати переміщення робочого органу і визначення обсягу вийнятої гірничої маси. У нашому випадку екскаватор є динамічним об'єктом тому, що він здійснює рухи робочим органом, імітуючи навантаження гірничої маси в самоскиди.

За такої технології було створено VRML-моделі відкритих гірських робіт для Рибальського кар'єра (рис.1) і Бандуровского вугільного розрізу. Поверхні створювалися за цифровим моделям, створеним в АРМ маркшейдера, а всі динамічні об'єкти: екскаватори, самоскиди, бурові верстати і т.д. та їх анімація створювалися за допомогою програмного забезпечення фірми ParallelGraphics (http://www.parallelgraphics.com), люб'язно наданого нам фірмою на час досліджень. Остаточна складання моделі, тобто розміщення динамічних об'єктів на поверхні моделі здійснювалася в "Internet Scene Assembler" (рис. 2):

Рис. 1 VRML-модель кар'єра Рибальський

Рис.2 Динамічні об'єкти на моделі кар'єра

Результати досліджень по створенню VRML-моделей відкритих розробок показують, що мова VRML є дуже потужним засобом просторового подання модельних даних, як стосовно відкритих гірничих розробок, так і для візуалізації будь-яких даних наукових експериментів, які вимагають просторового подання та анімації. У цій галузі дослідження тільки починаються.

Створення складних анімованих динамічних об'єктів доцільно виконувати за допомогою спеціалізованого програмного забезпечення фірми ParallelGraphics, використовуючи можливості візуального конструювання та анімації об'єктів.

На наш погляд створення VRML-моделей буде надзвичайно ефективно у навчанні. На таких моделях можна показати не тільки схеми розкриття та розробки родовищ корисних копалин, а й технологічні схеми видобутку, транспортування, складування і т.д. Анімаційні моделі, які можна розглянути з будь-якої точки, в будь-якому масштабі дають для розуміння студента більше інформації, до того ж в природному візуальному представленні. Важливим фактором є і те, що перегляд моделей здійснюється за допомогою безкоштовних VRML-клієнтів, які можна знайти в Internet (http://www.parallelgraphics.com).

Мова VRML розвивається, хочеться сподіватися, що наступні версії мови будуть володіти більш розвиненими засобами управління об'єктами і з'явиться стереоскопічний VRML-клієнт, який зробить віртуальні світи по справжньому об'ємними. Вже зараз є приклади побудови стереоскопічного зображення високої якості по парі знімків (http://www.vinnitsa.com/geo), технічно персональні комп'ютери це вже дозволяють, залишилося реалізувати ці можливості для перегляду VRML-світів.

Список літератури

Шоломицький А.А. Автоматизоване робоче місце маркшейдера на відкритих розробках. / Сучасні шляхи розвитку маркшейдерсько-геодезичних робіт на базі передового вітчизняного та зарубіжного досвіду. Сб.трудов

Всеукраїнська науково-технічна конференція 13-15 травня 1998р., г Дніпропетровськ, стор.176-178 2. Криловських І.Л., Душеін Г.В., Каймін М.Ю. Досвід впровадження зарубіжного та створення вітчизняного програмного забезпечення для гірничої промисловості.// Інформаційний бюлетень ГІС-Асоціації, № 4 (11) 1997, стор 32-33

Шоломицький А.А. Принципи цифрового моделювання відкритих гірничих робіт.// Праці ДонНТУ, Випуск 11,-Донецьк, 2000, стор.77-85

Шоломицький А.А. Моделювання просторових об'єктів на відкритих гірничих роботах.// Вісті Донецького гірничого інституту,-Донецьк: ДонНТУ, 2000р., № 1, стор 44-49

Ед Тітел, Клер Сандерс та ін Створення VRML-світів. /-К.: BHV, 1997-320c.

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://masters.donntu.edu.ua