【文章內容簡介】 ndy。 long endz。}VERTEX。（2）數(shù)據(jù)在經過初步處理后的一個結構，在下面的章節(jié)中將用到它，結構中有數(shù)據(jù)經過處理求出的巷道繞X軸、Y軸旋轉的角度與巷道的長度。typedef struct _RESULT{ double xAxisAngle。 double zAxisAngle。 double length。}RESULT。（3）在畫基本巷道圖元時用到的結構。用來存儲點的X、Z坐標。typedef struct _MYPOINT{ float x。 float z。}MYPOINT。 第三章 面向對象的巷道三維數(shù)據(jù)模型對礦區(qū)的礦井巷道，在不同比例尺下可抽象為不同的對象實體，如對整個礦區(qū)來說，每條巷道可抽象為巷道弧段，巷道弧段間組成巷道空間網(wǎng)絡；對于礦區(qū)巷道的表達，有些學者提出了不同的數(shù)據(jù)結構體系。武漢測繪科技大學的龔健雅教授提出了用斷面對象和似柱面來表達礦井巷道現(xiàn)象[31]。南京大學的馬榮華博士把礦井巷道抽象為巷道線(弧段)，通過上、下距和左、右距來表達巷道的空間形態(tài)[32]。筆者根據(jù)此項目對地下巷道的顯示要求：對礦區(qū)巷道進行三維動態(tài)顯示，但僅僅是示意性的，視點可換，對巷道可進行編輯、查詢、以及可從任意的三維漫游和礦區(qū)巷道的特點，同時考慮到礦區(qū)地理信息系統(tǒng)中空間網(wǎng)絡分析對巷道的重要性，提出了表達礦區(qū)巷道的三維空間數(shù)據(jù)結構。 面向對象（ObjectCd OrientCd）的數(shù)據(jù)模型，其概念起源于面向對象的程序設計語言，這種方法的基本思想是：對問題領域進行自然的分割；以更接近人類通常思維的方式建立問題領域的模型，以便對客觀的信息實體進行結構模擬和行為模擬，從而使設計出的系統(tǒng)盡可能直接地表現(xiàn)問題求解的過程。面向對象模型允許定義任何復雜語義的數(shù)據(jù)類型，模型化真實世界的靜態(tài)特征，并通過面向對象模型提供與對象類型相關聯(lián)的操作，記錄對象的動態(tài)特征。同關系模型相比，面向對象模型更適合于數(shù)據(jù)結構的組織，而關系模型則適合于數(shù)據(jù)本身的組織。也就是說，若數(shù)據(jù)庫中一條獨立的記錄具有獨立的意義，則適合于采用關系模型，相反，若數(shù)據(jù)庫中一條獨立記錄只有同其它記錄結合在一起時才有意義，則適合于采用面向對象的數(shù)據(jù)模型[33]。 面向對象的數(shù)據(jù)庫模型與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型相比，其特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面： （l）具有表示和構造復雜對象的能力 它可以模擬復雜的現(xiàn)實世界，幾乎無論怎樣復雜的事例都可模型化為一個對象，對象的取值可以是另外一個對象，實體存儲的是該對象的標識。這樣表示不僅自然、容易理解，也可使查詢速度大大加快。 （2）封裝性和信息屏蔽技求提供了模塊化機制 封裝是面向對象的特征之一，是對象和類概念的主要特性。封裝是把過程和數(shù)據(jù)包裝起來，對數(shù)據(jù)的訪問只能通過己定義的界面。面向對象計算始于這個基本概念，即現(xiàn)實世界可以被描繪成一系列完全自治、封裝的對象，這些對象通過一個受保護的接口訪問其它對象。一旦定義了一個對象的特性，則有必要決定這些特性的可見性，即決定哪些特性對外部世界是可見的，哪些特性用于表示內部狀態(tài)。通常，禁止直接訪問一個對象的實際表示，而通過操作接口來訪問對象，這被稱為信息隱藏。事實上，信息隱藏是用戶對封裝性的認識，封裝則為信息隱藏提供支持。封裝保證了模塊具有較好的獨立性，使得程序維護修改較為容易。對應用程序的修改僅限于類的內部，可以將應用程序修改帶來的影響減少到最低限度。（3）繼承和類的層次技求提拱了重用機制類是具有相似屬性的對象集合。具有相同屬性和相同操作方法的一些對象類又可組成一個集合，該集合稱為“超類”。反之，一個類是其它類的特例時，把該類稱為“子類”。一個類的上層可以是“超類”，下層可以是“子類”，這樣就構成了類的層次結構。在這種層次結構中，下層元素可以繼承上層元素的全部屬性和操作方法的特性稱為繼承性。繼承性提供了代碼的共享手段，有助于軟件重用的實現(xiàn)，極大地節(jié)省了軟件開發(fā)的時間。繼承是一種聯(lián)結類的層次模型，井且允許和鼓勵類的重用，它提供了一種明確表述共性的方法。網(wǎng)絡是由若干線形實體互連而成的一個系統(tǒng)，資源經由網(wǎng)絡傳輸，實體間的聯(lián)系也經由網(wǎng)絡來達成。網(wǎng)絡數(shù)據(jù)結構與模型是現(xiàn)實世界中網(wǎng)絡系統(tǒng)的抽象表示。巷道是采礦生產中將煤炭從工作面運送到地面的通道。在地下，各礦井巷道縱橫交錯，形成巷道網(wǎng)絡。巷道網(wǎng)絡與城市GIs中的交通網(wǎng)、地下管網(wǎng)有著眾多相似之處，同樣可以將巷道網(wǎng)絡中的各巷道抽象為空間弧段，形成由弧段和結點組成的巷道網(wǎng)絡數(shù)據(jù)結構與模型。對于某條巷道而言，巷道有它本身的空間形態(tài)。但對于整個礦區(qū)而言，我們只關心巷道間的相互關系。并且MGIS空間數(shù)據(jù)庫建立時，巷道數(shù)據(jù)主要來源于八大礦圖之一采掘工程平面圖。在采掘工程平面圖上，巷道是用有一定寬度的線表示。在建立MGIS空間數(shù)據(jù)庫時，將巷道抽象為巷道弧段。這樣可更有效的對礦區(qū)中的所有巷道進行全局整體管理，分析巷道間的連通性。為了更好地為采礦生產服務，MGIS中的巷道網(wǎng)絡應具有查詢功能，這些功能的實現(xiàn)要求巷道網(wǎng)絡數(shù)據(jù)結構應具備以下特點：(1)具備點、線(弧段)拓撲關系，主要考慮巷道弧段與巷道結點的拓撲信息查詢，以及巷道網(wǎng)絡路徑分析；(2)反映巷道網(wǎng)絡三維特征，巷道網(wǎng)并非是同一平面的網(wǎng)絡，考慮到本文所采用的MAPGIS軟件的空間數(shù)據(jù)只能以二維形式表示，建立起二維巷道網(wǎng)絡拓撲關系，把第三維高程看作結點的屬性放入結點的屬性庫中，以此表達巷道網(wǎng)絡三維空間關系。礦區(qū)的巷道網(wǎng)絡由巷道弧段與結點組成，在巷道網(wǎng)絡中，巷道弧段構成巷道網(wǎng)絡的骨架，各巷道抽象為弧段，而巷道弧段通過結點聯(lián)系起來。結點是巷道弧段的端點，又是巷道弧段的匯合點，可表示為同一水平巷道的交叉口，水平巷道與上下山的交叉口等。巷道元素的分類：（一） 巷道端點巷道兩端的點，關聯(lián)其它巷道，標識本巷道兩端邊界。（二） 巷道結點一個巷道內巷道端點間的連續(xù)結點。與巷道端點共同標識本巷道。它關聯(lián)其它巷道、與其它巷道的弧段。（一） 巷道線巷道線由巷道弧組成，它代表一條完整的巷道，有空間與屬性意義。（二） 巷道弧 這里的巷道弧沒分支，是指兩結點間的一段巷道，是構成巷道的最基本單位，有屬性與空間意義。 巷道有兩類基本元素，點類與線類。但具體到使用，我們將它們定義到結點、端點、巷道和弧段。它們之間的關系有結點與弧段、弧段與結點、巷道與弧段與結點。它們的這些關系就可以勾勒出整個巷道元素之間的拓撲關系。我們以圖為例說明之：如圖1所示，我們用A、B、C、D等英文字母表示結點，用4等阿拉伯數(shù)字表示弧段，用希臘字母表示巷道。 ⅠⅠⅡⅢDBACEFG123456 圖3 巷道拓撲關系一． 點與巷道弧段的拓撲關系結點是弧段的交匯處，每個弧段都通過結點與其它弧段相連。圖1(3?)的拓撲關系見表1。 結點ID號所屬弧段號所屬巷道號點的坐標與該點相連的結點點的類型A1Ⅰ…B端點B1，2，6Ⅰ，Ⅲ…A,C,G結點C2，3，5Ⅰ，Ⅱ…B，D，F(xiàn)結點、D3Ⅰ…C端點E4Ⅱ…F端點F4，5Ⅱ…E，C結點G6Ⅲ…B結點、端點 表1 結點—巷道弧段拓撲關系二．弧段與結點的拓撲關系弧段包括結點，一個弧段有兩個結點。因方向是任意的，所以無所謂起始點與終結點，視漫游的起點為定。弧段具有ID標識號。巷道弧段ID號所包括的結點號所屬巷道號相連弧段是否為進入弧1A，BⅠ2，6待定(誰來定)2B，CⅠ1，6，3，5待定3C，DⅠ2，5待定4E，F(xiàn)Ⅱ5待定5F，CⅡ2，3，4待定6G，BⅢ1，2待定表2 弧段—結點拓撲關系三．巷道與弧段、結點的關系巷道是弧段、結點的集合。巷道使弧段、結點有了實際意義。它們之間的關系見下表。 巷道ID號所包含弧段所包含的結點端點Ⅰ1，2，3A，B，C，DA，DⅡ4，5C，E，F(xiàn)C，EⅢ6B，GB，G 表3 巷道—弧段—結點的關系用多叉樹表示其中一條巷道就是：巷道弧段1 弧段2 弧段3 … 端點 結點1 結點2 …++語言描述因為C++語言是面向對象語言的主要語言，所以用它來描述以上各元素、并以類的形式具體化，以便于在程序中使用。 點類Class CbasePoint //定義基礎點元素 {public: CbasePoint(x0,y0,z0,pointID0,arcID0,lineID0) {x=x0。y=y0。z=z0。pointID=pointID0。arcID=arcID0。lineID=lineID0。//將形參賦給實參……；//在關系數(shù)據(jù)庫中建一個表來描述這些數(shù)據(jù)的拓撲關系。 } ……；//其它函數(shù)成員protected:float x,y,z。 //點的坐標int pointed。 //點的ID號int arcID。 //所屬弧段的ID號int lineID。 //所屬巷道ID號……。 //其它成員變量} 基礎點類的派生類1. 端、結點類Class Cpoint:CbasePoint //定義端、結點類，由基礎點元素類派生 {public: Cpoint(pointstyle0,otherarcID0) {pointstyle= pointstyle0。 otherarcID= otherarcID0。 //將形參賦給實參……；//在基礎點元素類關系表中再加兩個域，一個表示是端點還是結點、一個表示相連的弧段，表1描述了這些數(shù)據(jù)的拓撲關系。 } ……；//其它函數(shù)成員protected:int pointstyle。 //點的類型，是端點還是結點int otherarcID[ ]。 //與該點相連的弧段……。 //其它成員變量} 線類 基礎線類Class CbaseLine //定義基礎線元素類 {public: CbaseLine(lineID0) {lineID= lineID0。 //將形參賦給實參……；//在關系數(shù)據(jù)庫中建一個基礎表，在它上面完善可生成拓撲關系表2與3。 } ……；//其它函數(shù)成員protected:int lineID。 //線的ID號……。 //其它成員變量} 基礎線類的派生類1. 弧段類Class Carc:CbaseLine //定義弧段類，由基礎線元素類派生 {public: Carc(pointsID0,laneID0,arcID0,ifin0) //形參有該弧段所包括的結點號、所屬巷道號、與該弧段相連的弧段、是否為進入弧 {pointsID=pointID0。laneID=laneID0。arcID=arcID0。ifin=ifin0。//將形參賦給實參……；//在關系數(shù)據(jù)庫中建一個表來描述這些數(shù)據(jù)的拓撲關系(關系表見表2)。 } ……；//其它函數(shù)成員protected:int pointsID[ ]。 //所包含的結點int laneID[ ]。 //所屬巷道號int arcID[ ]。 //與該弧相連弧段bool ifin。 //是否進入弧……。 //其它成員變量}2. 巷道類Class Clane:CbaseLine //定義巷道類，由基礎線元素類派生 {public: Clane(arcID0, pointsID0,endpoints0) //形參有該巷道所包括弧段、所含的結點，巷道的端點 {arcID=arcID0。pointsID=pointsID0。endpoints=endpoints0。//將形參賦給實參……；//在關系數(shù)據(jù)庫中建一個表來描述這些數(shù)據(jù)的拓撲關系(關系表見表3)。 } ……；//其它函數(shù)成員protected:int arcID[ ]。 //所包含弧段int pointsID[ ]。 //所包含的結點int endpoints[ ]。 //端點……。 //其它成員變量}因實際的需要。不同的目的需不同的數(shù)據(jù)模型，本數(shù)據(jù)模型就很好地解決了項目所要求的功能。第四章 巷道的生成與顯示為了實現(xiàn)圖形動態(tài)顯示，同時也是為了后面進行虛擬現(xiàn)實的研究，必須運用一定的算法實現(xiàn)對3維實體進行動態(tài)操作功能。筆者采用目前最流行的圖形庫OpenGL對3維實體進行動態(tài)旋轉，視景變換等操作，從而實現(xiàn)3維實體的動態(tài)逼真顯示，下面介紹OPenGL的工作原理。 OPENGEL簡介OpenGL是一種新型的開放式圖形庫(Open Graphics Library)。它是由SGI公司的GL(SGI工作站上的一個用于二維和三