【文章內(nèi)容簡介】 ndy。 long endz。}VERTEX。（2）數(shù)據(jù)在經(jīng)過初步處理后的一個(gè)結(jié)構(gòu)，在下面的章節(jié)中將用到它，結(jié)構(gòu)中有數(shù)據(jù)經(jīng)過處理求出的巷道繞X軸、Y軸旋轉(zhuǎn)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(shí)用到的結(jié)構(gòu)。用來存儲(chǔ)點(diǎn)的X、Z坐標(biāo)。typedef struct _MYPOINT{ float x。 float z。}MYPOINT。 第三章 面向?qū)ο蟮南锏廊S數(shù)據(jù)模型對(duì)礦區(qū)的礦井巷道，在不同比例尺下可抽象為不同的對(duì)象實(shí)體，如對(duì)整個(gè)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(luò)；對(duì)于礦區(qū)巷道的表達(dá)，有些學(xué)者提出了不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體系。武漢測(cè)繪科技大學(xué)的龔健雅教授提出了用斷面對(duì)象和似柱面來表達(dá)礦井巷道現(xiàn)象[31]。南京大學(xué)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(dá)巷道的空間形態(tài)[32]。筆者根據(jù)此項(xiàng)目對(duì)地下巷道的顯示要求：對(duì)礦區(qū)巷道進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)顯示，但僅僅是示意性的，視點(diǎn)可換，對(duì)巷道可進(jìn)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(diǎn)，同時(shí)考慮到礦區(qū)地理信息系統(tǒng)中空間網(wǎng)絡(luò)分析對(duì)巷道的重要性，提出了表達(dá)礦區(qū)巷道的三維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 面向?qū)ο螅∣bjectCd OrientCd）的數(shù)據(jù)模型，其概念起源于面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語言，這種方法的基本思想是：對(duì)問題領(lǐng)域進(jìn)行自然的分割；以更接近人類通常思維的方式建立問題領(lǐng)域的模型，以便對(duì)客觀的信息實(shí)體進(jìn)行結(jié)構(gòu)模擬和行為模擬，從而使設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)盡可能直接地表現(xiàn)問題求解的過程。面向?qū)ο竽Ｐ驮试S定義任何復(fù)雜語義的數(shù)據(jù)類型，模型化真實(shí)世界的靜態(tài)特征，并通過面向?qū)ο竽Ｐ吞峁┡c對(duì)象類型相關(guān)聯(lián)的操作，記錄對(duì)象的動(dòng)態(tài)特征。同關(guān)系模型相比，面向?qū)ο竽Ｐ透m合于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的組織，而關(guān)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(dú)立的記錄具有獨(dú)立的意義，則適合于采用關(guān)系模型，相反，若數(shù)據(jù)庫中一條獨(dú)立記錄只有同其它記錄結(jié)合在一起時(shí)才有意義，則適合于采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)模型[33]。 面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫模型與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型相比，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （l）具有表示和構(gòu)造復(fù)雜對(duì)象的能力 它可以模擬復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)世界，幾乎無論怎樣復(fù)雜的事例都可模型化為一個(gè)對(duì)象，對(duì)象的取值可以是另外一個(gè)對(duì)象，實(shí)體存儲(chǔ)的是該對(duì)象的標(biāo)識(shí)。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(jī)制 封裝是面向?qū)ο蟮奶卣髦?，是?duì)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(duì)數(shù)據(jù)的訪問只能通過己定義的界面。面向?qū)ο笥?jì)算始于這個(gè)基本概念，即現(xiàn)實(shí)世界可以被描繪成一系列完全自治、封裝的對(duì)象，這些對(duì)象通過一個(gè)受保護(hù)的接口訪問其它對(duì)象。一旦定義了一個(gè)對(duì)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(duì)外部世界是可見的，哪些特性用于表示內(nèi)部狀態(tài)。通常，禁止直接訪問一個(gè)對(duì)象的實(shí)際表示，而通過操作接口來訪問對(duì)象，這被稱為信息隱藏。事實(shí)上，信息隱藏是用戶對(duì)封裝性的認(rèn)識(shí)，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(dú)立性，使得程序維護(hù)修改較為容易。對(duì)應(yīng)用程序的修改僅限于類的內(nèi)部，可以將應(yīng)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(jī)制類是具有相似屬性的對(duì)象集合。具有相同屬性和相同操作方法的一些對(duì)象類又可組成一個(gè)集合，該集合稱為“超類”。反之，一個(gè)類是其它類的特例時(shí)，把該類稱為“子類”。一個(gè)類的上層可以是“超類”，下層可以是“子類”，這樣就構(gòu)成了類的層次結(jié)構(gòu)。在這種層次結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)，極大地節(jié)省了軟件開發(fā)的時(shí)間。繼承是一種聯(lián)結(jié)類的層次模型，井且允許和鼓勵(lì)類的重用，它提供了一種明確表述共性的方法。網(wǎng)絡(luò)是由若干線形實(shí)體互連而成的一個(gè)系統(tǒng)，資源經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳輸，實(shí)體間的聯(lián)系也經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)來達(dá)成。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與模型是現(xiàn)實(shí)世界中網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的抽象表示。巷道是采礦生產(chǎn)中將煤炭從工作面運(yùn)送到地面的通道。在地下，各礦井巷道縱橫交錯(cuò)，形成巷道網(wǎng)絡(luò)。巷道網(wǎng)絡(luò)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(luò)中的各巷道抽象為空間弧段，形成由弧段和結(jié)點(diǎn)組成的巷道網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與模型。對(duì)于某條巷道而言，巷道有它本身的空間形態(tài)。但對(duì)于整個(gè)礦區(qū)而言，我們只關(guān)心巷道間的相互關(guān)系。并且MGIS空間數(shù)據(jù)庫建立時(shí)，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(shí)，將巷道抽象為巷道弧段。這樣可更有效的對(duì)礦區(qū)中的所有巷道進(jìn)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(chǎn)服務(wù)，MGIS中的巷道網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有查詢功能，這些功能的實(shí)現(xiàn)要求巷道網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)具備以下特點(diǎn)：(1)具備點(diǎn)、線(弧段)拓?fù)潢P(guān)系，主要考慮巷道弧段與巷道結(jié)點(diǎn)的拓?fù)湫畔⒉樵?，以及巷道網(wǎng)絡(luò)路徑分析；(2)反映巷道網(wǎng)絡(luò)三維特征，巷道網(wǎng)并非是同一平面的網(wǎng)絡(luò)，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(luò)拓?fù)潢P(guān)系，把第三維高程看作結(jié)點(diǎn)的屬性放入結(jié)點(diǎn)的屬性庫中，以此表達(dá)巷道網(wǎng)絡(luò)三維空間關(guān)系。礦區(qū)的巷道網(wǎng)絡(luò)由巷道弧段與結(jié)點(diǎn)組成，在巷道網(wǎng)絡(luò)中，巷道弧段構(gòu)成巷道網(wǎng)絡(luò)的骨架，各巷道抽象為弧段，而巷道弧段通過結(jié)點(diǎn)聯(lián)系起來。結(jié)點(diǎn)是巷道弧段的端點(diǎn)，又是巷道弧段的匯合點(diǎn)，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(diǎn)巷道兩端的點(diǎn)，關(guān)聯(lián)其它巷道，標(biāo)識(shí)本巷道兩端邊界。（二） 巷道結(jié)點(diǎn)一個(gè)巷道內(nèi)巷道端點(diǎn)間的連續(xù)結(jié)點(diǎn)。與巷道端點(diǎn)共同標(biāo)識(shí)本巷道。它關(guān)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(jié)點(diǎn)間的一段巷道，是構(gòu)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(diǎn)類與線類。但具體到使用，我們將它們定義到結(jié)點(diǎn)、端點(diǎn)、巷道和弧段。它們之間的關(guān)系有結(jié)點(diǎn)與弧段、弧段與結(jié)點(diǎn)、巷道與弧段與結(jié)點(diǎn)。它們的這些關(guān)系就可以勾勒出整個(gè)巷道元素之間的拓?fù)潢P(guān)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(jié)點(diǎn)，用4等阿拉伯?dāng)?shù)字表示弧段，用希臘字母表示巷道。 ⅠⅠⅡⅢDBACEFG123456 圖3 巷道拓?fù)潢P(guān)系一． 點(diǎn)與巷道弧段的拓?fù)潢P(guān)系結(jié)點(diǎn)是弧段的交匯處，每個(gè)弧段都通過結(jié)點(diǎn)與其它弧段相連。圖1(3?)的拓?fù)潢P(guān)系見表1。 結(jié)點(diǎn)ID號(hào)所屬弧段號(hào)所屬巷道號(hào)點(diǎn)的坐標(biāo)與該點(diǎn)相連的結(jié)點(diǎn)點(diǎn)的類型A1Ⅰ…B端點(diǎn)B1，2，6Ⅰ，Ⅲ…A,C,G結(jié)點(diǎn)C2，3，5Ⅰ，Ⅱ…B，D，F(xiàn)結(jié)點(diǎn)、D3Ⅰ…C端點(diǎn)E4Ⅱ…F端點(diǎn)F4，5Ⅱ…E，C結(jié)點(diǎn)G6Ⅲ…B結(jié)點(diǎn)、端點(diǎn) 表1 結(jié)點(diǎn)—巷道弧段拓?fù)潢P(guān)系二．弧段與結(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系弧段包括結(jié)點(diǎn)，一個(gè)弧段有兩個(gè)結(jié)點(diǎn)。因方向是任意的，所以無所謂起始點(diǎn)與終結(jié)點(diǎn)，視漫游的起點(diǎn)為定?；《尉哂蠭D標(biāo)識(shí)號(hào)。巷道弧段ID號(hào)所包括的結(jié)點(diǎn)號(hào)所屬巷道號(hào)相連弧段是否為進(jìn)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(jié)點(diǎn)拓?fù)潢P(guān)系三．巷道與弧段、結(jié)點(diǎn)的關(guān)系巷道是弧段、結(jié)點(diǎn)的集合。巷道使弧段、結(jié)點(diǎn)有了實(shí)際意義。它們之間的關(guān)系見下表。 巷道ID號(hào)所包含弧段所包含的結(jié)點(diǎn)端點(diǎn)Ⅰ1，2，3A，B，C，DA，DⅡ4，5C，E，F(xiàn)C，EⅢ6B，GB，G 表3 巷道—弧段—結(jié)點(diǎn)的關(guān)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(diǎn) 結(jié)點(diǎn)1 結(jié)點(diǎn)2 …++語言描述因?yàn)镃++語言是面向?qū)ο笳Z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(diǎn)類Class CbasePoint //定義基礎(chǔ)點(diǎn)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(shí)參……；//在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中建一個(gè)表來描述這些數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系。 } ……；//其它函數(shù)成員protected:float x,y,z。 //點(diǎn)的坐標(biāo)int pointed。 //點(diǎn)的ID號(hào)int arcID。 //所屬弧段的ID號(hào)int lineID。 //所屬巷道ID號(hào)……。 //其它成員變量} 基礎(chǔ)點(diǎn)類的派生類1. 端、結(jié)點(diǎn)類Class Cpoint:CbasePoint //定義端、結(jié)點(diǎn)類，由基礎(chǔ)點(diǎn)元素類派生 {public: Cpoint(pointstyle0,otherarcID0) {pointstyle= pointstyle0。 otherarcID= otherarcID0。 //將形參賦給實(shí)參……；//在基礎(chǔ)點(diǎn)元素類關(guān)系表中再加兩個(gè)域，一個(gè)表示是端點(diǎn)還是結(jié)點(diǎn)、一個(gè)表示相連的弧段，表1描述了這些數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系。 } ……；//其它函數(shù)成員protected:int pointstyle。 //點(diǎn)的類型，是端點(diǎn)還是結(jié)點(diǎn)int otherarcID[ ]。 //與該點(diǎn)相連的弧段……。 //其它成員變量} 線類 基礎(chǔ)線類Class CbaseLine //定義基礎(chǔ)線元素類 {public: CbaseLine(lineID0) {lineID= lineID0。 //將形參賦給實(shí)參……；//在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中建一個(gè)基礎(chǔ)表，在它上面完善可生成拓?fù)潢P(guān)系表2與3。 } ……；//其它函數(shù)成員protected:int lineID。 //線的ID號(hào)……。 //其它成員變量} 基礎(chǔ)線類的派生類1. 弧段類Class Carc:CbaseLine //定義弧段類，由基礎(chǔ)線元素類派生 {public: Carc(pointsID0,laneID0,arcID0,ifin0) //形參有該弧段所包括的結(jié)點(diǎn)號(hào)、所屬巷道號(hào)、與該弧段相連的弧段、是否為進(jìn)入弧 {pointsID=pointID0。laneID=laneID0。arcID=arcID0。ifin=ifin0。//將形參賦給實(shí)參……；//在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中建一個(gè)表來描述這些數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系(關(guān)系表見表2)。 } ……；//其它函數(shù)成員protected:int pointsID[ ]。 //所包含的結(jié)點(diǎn)int laneID[ ]。 //所屬巷道號(hào)int arcID[ ]。 //與該弧相連弧段bool ifin。 //是否進(jìn)入弧……。 //其它成員變量}2. 巷道類Class Clane:CbaseLine //定義巷道類，由基礎(chǔ)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(jié)點(diǎn)，巷道的端點(diǎn) {arcID=arcID0。pointsID=pointsID0。endpoints=endpoints0。//將形參賦給實(shí)參……；//在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中建一個(gè)表來描述這些數(shù)據(jù)的拓?fù)潢P(guān)系(關(guān)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(jié)點(diǎn)int endpoints[ ]。 //端點(diǎn)……。 //其它成員變量}因?qū)嶋H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(xiàng)目所要求的功能。第四章 巷道的生成與顯示為了實(shí)現(xiàn)圖形動(dòng)態(tài)顯示，同時(shí)也是為了后面進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)的研究，必須運(yùn)用一定的算法實(shí)現(xiàn)對(duì)3維實(shí)體進(jìn)行動(dòng)態(tài)操作功能。筆者采用目前最流行的圖形庫OpenGL對(duì)3維實(shí)體進(jìn)行動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)，視景變換等操作，從而實(shí)現(xiàn)3維實(shí)體的動(dòng)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(gè)用于二維和三