地质体3维模型的研究进展

地质体3维模型是地学工作者研究的重点和热点,在地质工程、地质灾害预警与防治、矿山管理等方面得到了广泛的应用。地质体3维模型研究涉及构模方法、数据模型、数据结构等多方面的内容。本文在对国内外地质体3维模型领域的研究成果进行对比研究的基础上,综合阐述了地质体3维模型相关研究领域的研究进展,对相关的构模方法、数据结构、实际应用进行了分类对比分析,提出了地质体3维模型应遵循的原则。对地质体3维模型的研究现状进行了综合分析,并就构模方法、数据结构、空间分析等方面进行了深入的阐述。在综合研究前人成果的基础上,提出了多层TIN和TEN的3维地质体模型,并对该方法的可用性做了实验。     

城市地质中基于剖面的3维层状地质体动态建模

为解决城市地质中的基于剖面的浅层地质体建模过程中的地质剖面自动对比问题,实现3维地质体模型的动态重构与局部更新,将3维拓扑推理引入3维地质建模,通过剖面投影方法在3维空间曲面上实现拓扑关系的自动构建与推理,提升地质剖面对比维数,提高地质剖面自动对比自动化程度,实现城市地质中3维层状地质体动态建模。该方法已应用于南京城市地质3维建模中,结果表明该方法适应多种剖面数据,提高了地质空间3维建模效率。     

基于平均单元格的三角网格曲面快速求交算法

在地质建模中,当待处理的曲面包含大量三角形时,求交速度成为了瓶颈。该文提出基于平均单元格的三角网格曲面快速求交算法,采用平均单元格技术对求交曲面进行预处理,以加快相交元素对的获取。实验结果表明,与同类求交算法相比,该算法能够有效提升求交速度,并已成功应用于某地质建模软件中。     

三角网格模型的特征线提取

在反求工程中，散乱数据点云的曲面重构常采用三角网格模型，若将其转换成曲面实体模型则有更广泛的应用，从三角网格模型中提取特征线是转换过程中的重要步骤．在讨论反求工程中数据点云分块方法的基础上，采取“基于边”的方法来提取特征线：先提取特征点，再连接成特征线．根据相邻三角片的法矢夹角和各点主曲率是否为极值，分两次提取特征点，利用三角顶点加权和均匀化等方法减少狭长三角片对特征点提取的计算误差影响，再将特征点分组连接成B样条曲线．文中算法的结果可为B样条曲面分片拟合和建立B-rep曲面实体模型提供依据。     

基于约束的地质网格曲面重建算法

提出一种基于地质约束的地质曲面重建算法,为在三维地质建模中构造线性不连续层位面片提供一种解决方案.应用"移动立方体"算法从点云重建出无约束的层位三角网格曲面,在断层曲面的约束下,利用初始点云对层位曲面进行网格拟合处理,使层位曲面的各个面片在交线附近能很好地体现断层对层位面的切分效果.实验结果证明,该算法运行稳定、有效.     

层状地质体建模与可视化

针对已有的层状地质体模型不便进行分析的弱点，提出一个改进模型．该模型不仅可以显式地表示层状地质体的结构元素，而且可以显式地表示它们的空间关系．利用此模型开发的相应软件分别应用于霍林河煤矿床、天津热储层和苍山星球撞击构造的建模和可视化中，均取得良好效果。     

基于pillar grid三维地质体表面模型提取算法

在油气勘探开发过程中,三维地质建模技术应用越来越广泛。pillar grid是目前主流三维地质建模软件应用的结构化网格,提供储层流体流动的描述方法。如何更加直观地展示地质体构造形态,将地质体网格数据中三维地质体表面模型提取出来在地质建模中具有较高的应用价值。因此,提出一种三维地质体表面提取算法,对基于pillar grid三维地质体数据进行解析,提出其表面模型来辅助计算机可视化展示。该算法主要包含基于pillar grid无断层三维地质体表面模型提取算法和带有复杂断层三维地质体表面模型提取算法两部分。通过实际的三维地质体模型数据进行算法验证,证实该算法能够较好地实现基于pillar grid复杂三维地质体表面模型提取功能,满足实际需求,具有应用价值。     

3维图像中边界曲面的分类追踪及抽取

3维图像分析中,边界曲面的检测与重构是一个非常重要的问题。已有的连续隐边界曲面的抽取及逼近计算技术存在着把某些零交叉曲面片错误地识别为边界曲面片的缺陷。为此,提出一个新的边界曲面的追踪及抽取的方法。该方法首先将包含边界曲面的全部立方体分为两类:包含一个连通零交叉曲面片的立方体叫第1类边缘立方体,包含两个及其以上不连通零交叉曲面片的立方体叫第2类边缘立方体;然后根据边界曲面的连续性连通性,便可追踪出两类边缘立方体;对于追踪出的第1类边缘立方体直接提取边界曲面片,对于追踪出的第2类边缘立方体的边界曲面片通过其相邻的第1类边缘立方体来提取。实验结果表明本文方法是可行有效的,而且可以有效地克服已有技术的缺陷。     

基于轮廓线的三维网格曲面绘制

在融合了交互式轮廓绘制与网格造型技术的基础上,提出了一种快速三维网格曲面建模方法.根据绘制轮廓线的特征点分布,进行约束化三角网格剖分,提取二维轮廓线的骨架;选取骨架点和采样点投影到三维空间椭球曲面,并引入二面角原则,优化了空间离散数据点的三角化算法;最后缝合骨架点,获得三维网格曲面表示.实验结果表明了该算法的直观性、高效性.     

布料仿真中基于精确力学公式的粒子模型

推导了一种用于布料仿真的粒子模型。该模型使用精确的力学公式构建布料模型平面内的拉伸与剪切变形,以及平面外的弯曲变形方程,并加以适当的简化。模型使用的参数全部具有物理意义,并且适用于任何三角面片网格,克服了传统的弹簧一质点模型中弹簧的弹性系数没有物理意义,并且只适用于规整网格的缺点。实验表明该模型具有良好的仿真效果。     

地质断层三维可视化模型的构建方法与实现技术

全面而系统地研究了地质断层三维可视化构模的原理、方法及实施过程.针对地质断层三维构模的特点与要求,设计了一种基于边界表示、面向地质实体并兼顾拓扑关系的三维矢量数据模型,以有效地组织和描述包含断层的复杂地质体几何结构模型.提出了断层与地层的统一构模技术,给出了在其实现过程中所遇到的关键问题(如断层面的推演拟合、地层层面重构、断层与地层的交切处理与局部重构)的解决方案.基于断层的属性、断层数据所反映的断层面的特征和质量,应用3种方法来拟合断层面.在地层层面重构时,考虑到了断层面在地层面网格加密、插值时的约束和屏蔽作用,实现了具有多值面的逆断层网格生成技术.应用三角网切割算法TRICUT来实现断层与地层的交切处理.通过北京奥运公园场区基岩地质模型中的断层构模实例验证了这些技术方法的有效性.     

断层地质体的三维建模技术研究

对复杂地质体中的断层三维建模技术进行研究与讨论。分析断层三维数据来源给出数据空间模型;系统地对‘已有的断层三维建模的技术进行分析比较,在此基础上提出一种使用TIN和三棱柱混合数据模型的断层地质体建模技术,从而有效地解决了断层三维可视化问题。     

三维地质结构模型的切割分析技术及方法

为了清晰地展现模型的内部细节,需要对三维地质模型进行剖切、开挖等分析处理。该文基于空间三角网切割算法TriCut,提出了单个块体的平面剖面生成算法,该算法可实现任意形状的复杂块体的平面剖面的自动、快速、准确的生成。根据该算法实现了地质模型的任意切割分析功能,包括生成剖面图、栅状图等可视化的图件以及基坑开挖、隧道模拟等功能。     

一种个性化人脸三维建模方法

描述了一种特定人的人脸三维建模方法,该方法用该人的正面及侧面人脸两张照片,通过选择关键特征点,在基本人脸模型基础上,经过变形,得到特定人脸三维网格模型。再经纹理匹配,获得特定人的三维人脸模型。该方法已在微型计算机上进行了模拟,并成功地获得酷似真人的人脸三维模型。     

基于改进的八叉树算法三维地质建模技术研究

研究地质构造建模问题,为了能够真实反映三维地质体真实形态,针对传统的三维空间数据模型方法难以真实反映现实三维地质体的形态,提出了基于多尺度八叉树细分算法来真实构建三维地质体模型。基于八叉树细分算法的地学对象表达满足了数据多尺度组织和地质体及属性多尺度划分的需求,同时以空间体元建立起了各种地学对象之间的联系,为空间分析奠定了基础,且地质有了数字上的三维显示。经实验证明,本文提出的地质体建模是一种基于八叉树细分算的方法,这种方法可以应付各种复杂常见的地质条件,且准确度高。     

地质结构三维建模及其可视化方法研究*

在对前人的研究成果进行了比较分析的基础上提出了一种地质结构三维建模与可视化方法。该方法从多源数据融合角度出发,融合基础地理数据、钻孔数据、物探解译剖面数据,利用空间插值技术构建三维空间数据场,采用三维硬件纹理直接体绘制技术进行体视化,以真三维形式表达了研究区域地层结构的空间分布特征与内部属性信息。与前人研究相比,该方法反映地质结构更加准确,数据场建立速度更快。     

三维几何数据压缩新算法

采用带双标记位顺序存储的三角形传播树表示三维模型的顶点坐标和顶点间的拓扑连接关系,利用特殊的数据结构和结点间的拓扑相关性和几何连贯性,可以同时达到较小的失真和较高的压缩比,避免了解压缩时对所有结点任意随机存取带来的内存空间不足的问题．由于拓扑信息和几何信息可以同时解码,使解压缩和图形绘制可以并行完成,进一步提高了速度．与已有算法相比,文中算法具有精度高、速度快和高压缩比等特点．     

六面体体元网格三维地质模型剖切算法

针对常用的六面体体元网格三维地质模型,提出了一种求剖切面的算法.首先,采用分层投影求交点的方式,将地质体模型与切割面投影到同一平面,三维空间下的地质体模型与切割面的剖切转化为二维平面上的四边形网格与切线段求交点的运算.为减少判交次数,先根据切线走势判断可能存在交点的区域,再对可能区域进行精确判交.其次,找到并求出不能通过投影方式得到的交点.然后,将得到的所有交点按规则组成四边形网格,对每个四边形三角化处理得到TIN形式的剖切面.最后,对该TIN面进行显示.实验证明了对六面体体元网格三维地质模型剖切的可行性.