内部空间仿真技术优化

对于井筒、巷道、硐室等对象内部空间的表达，则须考虑它们之间的空间位置、几何形态及拓扑关系等因素，若如前所述直接采用面绘制方法进行，则会在多条巷道交汇处出现交叉、重叠等许多复杂情况，须在交汇处按照相交类型进行处理，以满足内部仿真的需要。但若将井巷工程内容作为一个实体对象，采用体素形式进行处理的话，则通过简单的空间拓扑运算就可以实现巷道之间各种相交情况的仿真；同时，作为巷道工程内部的气体和粉尘等的动态仿真，巷道体素化也是一种很好的解决手段。另外，巷道与诸如矿体、断层等其他对象均采用体素集合进行描述，则其空间关系也可以较为容易地进行处理；并且基于体素的面绘制和直接体绘制方法并不是对立的两种空间绘制方法，它们的本质是空间物体的边界和内部属性表达的不同方式，通过两者组合可以灵活地表达物体的表面结构和内部属性，故可根据井巷工程中对象的表达侧重内容不同，分别采用这两种绘制方法对井巷工程进行仿真。

相对于井巷工程的面绘制技术，在对井巷工程的体绘制过程中，也需要考虑巷道的断面、三维形体等问题。而在巷道体素化后，巷道一体化模型中的规则体素集合直接地表达了巷道的空间位置及形体。在模型的表达过程中，由于体素是具有一定大小的规则几何形体，就会出现许多边界体素不是完整属于巷道空间或围岩体的现象，以巷道断面的表示（图4.17）为例，就可明显发现这一问题。针对这一问题，一般以体素为基础采用MC法加以解决。

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图4.17　巷道各类型断面与体素关系

当然，采用体绘制技术对井筒、巷道等对象进行三维表达，也能依据体素集合进行井巷空间形态的展现，但是在效果和效率上都与采用面绘制技术相比差别较大。①若追求显示效果将体素进一步细分，以TIN模型为趋近面的形式进行仿真，则与直接面绘制相比效率低下；②若以系统构模效率为主进行考虑，则会因为体素较大而使巷道产生锯齿状和不光滑现象，这与巷道的实际情况存在较大的差别。

从可视化角度来讲，因为已采用面绘制方法进行井巷工程的形体表达，故不须对巷道形体结构再进行更为细致的描述，而要解决的形体相交问题和内部表征问题，可采用体素充填以替代巷道内空间。这样，既可以用体素解决内部描述问题，又可以对相交巷道的重复体素按集合方式进行并运算，剔出重复体素，合并各条巷道体素，形成彼此连通的巷道模型，为在巷道内灾害仿真的进行提供前提条件。