地质样件库三维场景的构建与应用

Three.js 作为高效的三维引擎，为在 Web 浏览器中展示 3D 图形提供了可能，往往用于模拟仿真飞行、地理信息系统、虚拟维修培训、三维场景虚拟可视化、虚拟仿真车间等领域。晁阳等将 Three.js 技术应用于重力坝BIM 模型的端可视化，实现了对 BIM 模型的轻量化展示。乐建炜等使用Three.js 技术实现了铁路运维数据的可视化，达到了数据中心的机房自动化巡检的效果，有效降低了运维的工作量和运维成本。赵海鹏等基于实景三维模型和 Three.js 技术实现了三维虚拟校园系统，实现了倾斜摄影测量数据的跨平台、轻量化展示。黄澈等使用 Three.js 等技术，实现了对粮库的三维可视化，并将采集到的粮库感知信息进行实时展示。Three.js 有着丰富的应用场景，但是在地质样品库的研究上却较为薄弱，应用较少。

一、地质样品库构建

地质样品库的数据结构和管理方式通常包括样品的基本信息、数据检测结果、样品存储位置信息等内容。这些数据源以结构化的形式存储在MySQL 数据库中，以便于查询、检索和分析。样品的基本信息、数据检测结果等分别存储在不同的表中，通过主键和外键关联起来，能够更加方便的进行数据的查询和更新操作。在样品管理方面，构建了一套完成的数据操作流程，包括样品的编号、登记、入库、维护等步骤，在不同的步骤需进行数据的审核。

首先，创建 Three.js 场景，定义场景的尺寸、背景色等属性。然后，进行相机的添加，定义观察场景的视角。其次，使用 Three.js 提供的加载器加载地质样品库的三维模型文件。进行纹理的配置，对于地面、墙壁、样品箱、货架等不同的特性进行纹理的设置。进行光照的配置，以加强样品库的逼真效果。为了提升样品库的互操作性，添加缩放、旋转和移动等功能，并根据数据查询需求添加拾取和拖曳功能。最终，使用 Three.js 提供的渲染器将 3D 场景渲染到屏幕上供用户查看和分析。

二、系统实现

基于 Springboot+Vue 的前后端分离框架进行系统的研发，以 Three.js实现地质样品库的三维可视化场景。

进行系统总体架构设计，包括基础设施层、数据层、服务层和应用层。基础设施层包括运行系统所需要的软硬件，其中硬件主要包含了计算机、显示器、服务器、磁盘阵列、网络交换机等；软件主要包括数据库用于存储样品结构化数据，防火墙和杀毒软件用于网络安全，Web 服务器用于部署系统等；基础设施层是整个系统平稳运行的底层保障，优秀的基础设施层能够提升地质样品库的渲染效率，提升系统的整体流畅度。数据层为整个系统最为重要的部分，数据层中存储着地质样品库的登记信息、样品位置信息、检测报告、用户数据信息以及系统日志信息等内容，为整个系统的运行提供数据保障。服务层主要是进行数据服务、网络服务等内容，作为重要的中间件向下发送请求，向上提供服务。应用层进行系统的最终功能呈现和可视化展示，包括系统信息录入、样品信息维护等具体功能的最终应用。

基于系统的总体架构和具体应用需求进行技术架构的设计，系统基于B/S 架构研发，确定的技术架构整体采用 MVVM 的研发模式，前后端分离框架，整体技术框架以低耦合、高重用性的特点能够有效提升研发效率并降低维护成本。使用 Vue 作为前端框架，有效提升了页面渲染能力，并且能够实现数据的双向绑定；使用交互性强、可视化效果好的 Echarts 进行数据大屏展示，能够实时的处理并展示大量数据；使用 JavaScript 进行功能编写。后端使用 Spring Boot 进行数据读取、功能编写，该技术框架能够有效的简化项目配置，实现功能的快速开发。使用 MySQL 数据库进行数据的存储，MySQL 为开源数据库，具有高可用性和高可容错性，采用的加密形式也能够更好的保护数据安全。

三、地质样件库应用

系统实现的具体功能包括系统登录、样品入库登记、样品管理、数据浏览、用户管理、权限管理、系统日志等功能，下面对重要的几个功能进行详细阐述。

样品入库登记功能，能够登记样品的批号、项目名称、送样单位、取样地点、分析项目、样品位置等信息，并将信息传输至副样库和手标本库中。样品库管理功能，工作人员主要进行样品信息的维护，样品位置的变更等操作，能够根据样品批号、入库时间、样品状态等进行数据的查询，并进行检测报告的在线浏览查看。

研发的样品库可视化界面能够进行样品箱的自定义查找，并实时统计样品箱中所有的样品信息，能够进行样品盘二维码的生成，在同一网络下即可通过移动端查询样品的相关信息。

系统管理主要有用户管理、基于角色的权限管理、日志管理等功能。用户管理主要进行用户的增加、删除，用户密码重置等操作。通过权限的管理，对不同的工作人员开放不同的权限，实现数据的精准投放。通过研发登录日志、操作日志管理功能，在系统发生故障时以便快速进行追溯，减少系统损失。

研发地质样品库数据统计模块借助可视化大屏清晰的展示地质样品的分布情况，能够根据行政区域进行样品信息的分类统计，辅助工作人员进行数据分析，为后期的数据挖掘、矿产预测等奠定数据基础。通过构建的样品数据库，将地质样品信息进行整合，形成一个统一的数据平台，减少信息孤岛的产生，提升数据的利用价值，通过数据库的分类管理，工作人员可以快速检索、查询和分析地质样品数据。这大大提高了工作效率，减少了重复劳动和资源浪费。

四、总结

探讨了地质样品库的存储数据结构，阐述了地质样品库的构建流程，基于 Three.js 实现了地质样品库的三维场景建设，设计了 SpringBoot+Vue的技术框架并进行系统具体功能研发，实现了样品信息录入、数据维护、系统管理等功能，研发完成的地质样品库信息管理系统易用性高、可操作性好，通过构建的地质样品库，科研人员可以快速检索、比较和分析大量的地质样品数据，同时为地质样品分析预测、矿产资源勘查、环境监测与评估、灾害预警与防治等领域提供数据支撑，能够极大的提升样品管理人员的工作效率，减轻从大量样品中查找数据带来的工作压力，有效提升了地质实验测试工作的信息化工作水平。

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