仿真优化技巧总结

对于以体素为基础的仿真构模，体素空间模型的存储结构一般采用一个三维数组对体素进行组织和管理，但对于矿山复合场这样一个尺度宏大、范围广泛的系统，在客观上就需要开辟大量的数组空间进行存储体素单元，而且随体素划分的变小，开辟空间也随之增大；而在该采矿工程中，地质体及地表空间存在着大量与矿山建设关系不大、或不为矿业工作者所关注的体素单元，这些单元的存在并不对矿井复合场的实际描述对象有贡献作用，在间接上它们造成了体素存储空间的浪费；同时，在仿真对象体素化后，原体素空间中没有被各种模型体素集合所包含的体素也失去了存在的意义，而这些体素没有被回收，还占据着大量存储空间，这就造成了系统性的存储单元浪费。而大量空间的开辟和大量空间的浪费，对系统运行的稳定和执行效率都有着明显的影响，是每一个基于体素的构模方法所必须考虑的问题，据此，以一体化模型为基础提出3个模型优化方案，以降低存储空间和提高系统仿真效率。

1.解决一次性庞大存储空间开辟的问题

针对复合场一体化模型需要开辟大量三维数组作为存储空间的问题，可在一体化模型的基础上采用以仿真对象所在包围盒的大小为限定，开辟多个三维数组空间，并进行组合的方法进行解决，其具体步骤如下。

（1）以一体化模型为基础，对各对象的包围盒进行统一坐标系的校准，统一划分体素尺度，并在体素中保存实际的三维空间坐标。

（2）以体素充满各包围盒，在各对象的包围盒内对所涉及的体素进行映射，并确立空间拓扑关系。

（3）在建立对象体素集合过程中，对存在空间拓扑关系相互影响的对象进行验证，根据所建立的逻辑表达树和空间坐标对体素重新进行标识。

2.解决无关体素空间占有的问题

由于各对象所在包围盒是一个凸多面体，所以对象的体素集合并未占据包围盒内的全部体素，这样也在一定程度上存在了体素空间的浪费。针对这一问题，可以在对象体素化后所形成的各个体素集合进行求并运算，建立复合场一体化模型的体素集合，对于那些没有映射到的体素空间进行释放。(www.xing528.com)

复合场一体化模型的体素集合的具体建立过程就是与地表地形、断层、矿体和井巷工程等模型类似，将这4类模型重新组合后形成矿井复合场的一体化数字模型，判断是否被映射到这一属性构造逻辑表达树，如图3.14所示。从而在体素空间中标识所有映射到的体素，以剔出其他无关体素。

3.解决体素空间存储结构冗余的问题

图3.14　复合场一体化模型逻辑表达树

虽然三维数组对于体素进行组织和管理较为方便和快捷，但是一旦进行多个三维数组的开辟和无关体素的剔出，就在三维数组中出现大量的无用体素，这些体素虽然不再参与系统执行资源的竞争，但它们还确确实实地存在于系统中，仍然占据着系统的存储空间，这对系统其他资源的分配易造成较大影响。针对这一问题，曾有人提出八叉树的方法进行解决，但八叉树的建立和构造又在一定程度上复杂化了系统。故在前两者问题解决的基础上，以三维链表的方式代替三维数组，重新建立体素的存储结构，其链表结构如图3.15所示。

图3.15　体素空间三维链表存储结构

另外，在考虑到地表地形、矿体、断层数据等局部性质变化不大且在三维空间上存在广泛连续的性质，可以采用沿Z坐标在各层XY平面内对各同质、同属性的体素空间进行合并，以减少体素个数、压缩存储空间、降低系统数据的吞吐量。据此，数据结构也相应地进行调整，增加体素长、宽及范围的属性，将体素中心坐标改为体素基准坐标。经试验验证，通过采用上述几种方法，均可有效地降低系统开销和减轻数据庞大对系统执行效率的影响。