緒論三維地質(zhì)建模的研究現(xiàn)狀三維地質(zhì)建模及可視化的關(guān)鍵技術(shù)三維地質(zhì)建模數(shù)據(jù)的組織與管理基于剖面的三維地質(zhì)建模技術(shù)基于任意剖面的多約束三維建模典型應用實例結(jié)論與展望第14章三維地質(zhì)建模技術(shù)1.緒論三維地理信息系統(tǒng)(3DGeographicInformationSystem，3DGIS)：主要以地球表面及其以上空間目標為研究對象，即通常所說的地理空間(geographicalspace)三維地學模擬系統(tǒng)(3DGeosciencesModelingSystem，3DGMS)：主要以地球表面及其以下空間目標為研究對象，即通常所說的地質(zhì)空間(geologicalspace)?！獏橇⑿碌?2003)三維地學模擬由加拿大SimonW.Houlding于1993年首先提出，它是由勘探地質(zhì)學、數(shù)學地質(zhì)、地球物理、礦山測量、礦井地質(zhì)、GIS、圖形圖像學、科學可視化等學科交叉而形成的一門新學科。三維地學模擬是一門綜合運用現(xiàn)代空間信息理論來研究地質(zhì)體及其內(nèi)部物理、化學屬性的信息處理、數(shù)據(jù)組織、空間建模與數(shù)字表達，并運用科學計算可視化技術(shù)對其進行真三維的再現(xiàn)與交互的科學與技術(shù)。三維地學模擬包括兩大部分的內(nèi)容，即三維地質(zhì)建模和可視化，其中前者是后者的基礎(chǔ)。——HouldingSW(1994)三維地質(zhì)建模所謂三維地質(zhì)建模，是指采用適當?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在計算機中建立起能反映地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)和各要素之間關(guān)系以及地質(zhì)體物理、化學屬性空間分布等地質(zhì)特征的數(shù)學模型。三維地質(zhì)模型具有確定性、可視性、可修改性等基本特征。利用三維地質(zhì)模型可以以三維真實感圖象的形式形象地表達地質(zhì)構(gòu)造的真實形態(tài)、特征以及三維空間物化屬性參數(shù)的分布規(guī)律。三維地質(zhì)建模與機械CAD幾何造型之間有許多相似之處，它們都既要表達物體的幾何形狀，又要表達物體各部分之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。但是，三維地質(zhì)建模與CAD造型之間又有實質(zhì)性的差異，主要表現(xiàn)在：(1)地質(zhì)體是非規(guī)則形體，在形態(tài)上表現(xiàn)出自然形和任意形，所以并不是所有實體表示法在地質(zhì)建模中都有其應用，例如在CAD領(lǐng)域中常用的CSG表示法(構(gòu)造的實體幾何法)就不適合作三維地質(zhì)建模；(2)獲取到的地質(zhì)體的原始數(shù)據(jù)大多數(shù)是稀疏的、隨機的、不充足的離散點數(shù)據(jù)，且地質(zhì)界面必須精確通過離散點，屬于重構(gòu)問題，這與CAD幾何造型是有根本區(qū)別的；(3)三維地質(zhì)建模要用屬性數(shù)據(jù)(如地質(zhì)體類型、成分等)描述地質(zhì)體的屬性特征，并與地質(zhì)體的幾何形態(tài)模型有機地結(jié)合起來，才能體現(xiàn)3DGMS查詢和分析的巨大優(yōu)勢，而在CAD造型中一般不考慮實體的屬性特征?！瘸珊痛魉?1997)三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模三維地質(zhì)屬性建模三維地質(zhì)建模及可視化的重要意義三維地質(zhì)建模及可視化是“數(shù)字地球”工程的重要組成部分三維地質(zhì)建模及可視化是復雜地質(zhì)構(gòu)造定量化研究的必然要求三維地質(zhì)建模及可視化是指導實際工程生產(chǎn)決策、設(shè)計的重要平臺

三維地質(zhì)建模及可視化面臨的困難三維地質(zhì)數(shù)據(jù)類型的多樣性和獲取的艱難性地質(zhì)數(shù)據(jù)采樣的稀疏性和分布的零散性地質(zhì)空間關(guān)系的復雜性地質(zhì)數(shù)據(jù)的多解性三維空間分析能力的局限性三維地質(zhì)數(shù)據(jù)圖形圖象表達方式各異，需求眾多IdentifiedProblems“Interpretationsareinevitablysub-optimalbecausetheyarebasedonmodelsderivedfromisolatedsubsetsofthetotalityofavailableempiricaldata.”IdentifiedProblems“Rigorous

testingofinterpretationsisoftenimpracticalbecausecurrentmodelingfunctionalitydoesnotsupportflexibleexperimentation.”IdentifiedProblems“Changeisdifficultandtimeconsumingtopropagatethroughmodelsbecausetheyaredevelopedinalinearsequence(outputfromoneprovidesinputtoanother).”IdentifiedProblems“Thereisnocollectiveunderstandingofthestrengthsandweaknessesofmodels,becausetherationalebehindindividualinterpretationsisnotcaptured.”IdentifiedProblemsandsoonandsoon三維地質(zhì)建模及可視化系統(tǒng)演示2.三維地質(zhì)建模的研究現(xiàn)狀2.1三維地質(zhì)空間數(shù)據(jù)模型的研究現(xiàn)狀三維矢量模型B-Rep；WireFrame；多層DEM；Section；MapGISTDE三維體元模型3DRasterStructure&Octree

；TEN；TP>P混合數(shù)據(jù)模型Wireframe+TIN；Section+TIN

；TIN+Octree

；Octree+TEN

；Wireframe+Block；面向?qū)ο蟮氖笘乓惑w化模型三維矢量模型三維矢量模型是二維中的點、線、面矢量模型在三維中的推廣，它將三維空間中的實體抽象為三維空間中的點、線、面、體四種基本元素，然后以這四種基本幾何元素的集合來構(gòu)造更復雜的對象。優(yōu)勢：能精確表達三維的線狀實體、面狀實體和體狀實體的不規(guī)則邊界數(shù)據(jù)存儲格式緊湊、數(shù)據(jù)量小并能直觀地表達空間幾何元素間的拓撲關(guān)系，空間查詢、拓撲查詢、鄰接性分析、網(wǎng)絡(luò)分析的能力較強，而且便于顯示和數(shù)據(jù)更新劣勢：對實體的整體描述能力較弱，操作算法較為復雜表達體內(nèi)的不均一性的能力較差疊加分析實現(xiàn)較為困難，不便于空間索引三維矢量模型應用于三維地質(zhì)建模的幾種三維矢量模型：1．邊界表示模型(BoundaryRepresentation，B-Rep)2．線框模型(WireFrame)和線框-TIN混合模型(Wireframe-TINmixed)3．多層DEM模型4．斷面模型(Section)和斷面-TIN混合模型(Section-TINmixed)應用實例應用實例三維體元模型三維體元模型基于對3D空間的體元分割和真3D實體表達，體元的屬性可以獨立描述和存儲，因而可以進行3D空間操作和分析。根據(jù)體元的規(guī)整性，體元模型可分為規(guī)則體元和不規(guī)則體元兩個大類?！獏橇⑿碌?2003)規(guī)則體元模型非規(guī)則體元模型混合數(shù)據(jù)模型由于三維幾何和拓撲的復雜性，很難用一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型對多變的三維空間信息進行完整有效的描述，采用矢量與體元的混合數(shù)據(jù)模型不失為一種可行的方法，一個好的混合模型應該既具備邊界模型結(jié)構(gòu)簡潔、精確的優(yōu)點，又擁有體元模型簡單、通用的長處。1．TIN+Octree

——史文中(1996,2000)2．Octree+TEN

——李清泉和李德仁(1997，1998)3．Wireframe+Block

4．面向?qū)ο蟮氖笘乓惑w化模型2.三維地質(zhì)建模的研究現(xiàn)狀2.2三維地質(zhì)建模方法的研究現(xiàn)狀基于面的建模方法層面建模法；邊界建模法；線框建模法；剖面建模法基于體的建模方法八叉樹建模法；四面體建模法；三棱柱建模法混合建模方法互補式混合；轉(zhuǎn)換式混合；鏈接式混合；集成式混合基于面的建模方法層面建模法：利用各鉆孔、剖面或其它能揭示巖層分界點、巖體工程特性分界點、巖體構(gòu)造的實測數(shù)據(jù)，按照DEM的方法對各個層面進行插值和擬合運算，并在同一坐標系中表示出來，每一巖層就能形成相對應的DEM；接著根據(jù)地層的沉積、剝蝕和斷裂所反映出來的界面間覆蓋、截割或切錯等地質(zhì)解釋結(jié)果，通過各種網(wǎng)格操作(算術(shù)、邏輯、裁剪、派生、重采樣、修飾、頂點編輯等)形成空間中嚴格按照分層屬性為要素進行劃分的三維地質(zhì)體的幾何框架；再將多層DEM表面模型邊界兩兩縫合形成空間中嚴格按照地層屬性為要素劃分的三維地層模型；在此基礎(chǔ)上，引入地下空間中的特殊地質(zhì)現(xiàn)象、人工構(gòu)筑物等點、線、面、體對象，完成對三維地下空間的完整剖分。層面建模法無法處理非連續(xù)型地質(zhì)體(區(qū)域內(nèi)存在斷層情況)及地質(zhì)界面為多值曲面(褶皺型地質(zhì)體)等復雜地質(zhì)情況，該方法僅適用于層狀地質(zhì)體(地層不存在分支、倒轉(zhuǎn)等理想情況)建模。三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)建模鉆孔數(shù)據(jù)剖面數(shù)據(jù)地表遙感影像地層等值線圖地表DEM數(shù)據(jù)地層層序！層面建模法應用實例基于面的建模方法邊界建模法：首先將研究區(qū)域按某種規(guī)則(如斷層格局、褶皺分段)劃分成不同的子區(qū)域；然后將各個子區(qū)域按一定的劃分標準(如地層年代、巖性)劃分成不同的子地質(zhì)體，每個子地質(zhì)體又由巖層界面、斷層面與邊界面圍成；在形成子地質(zhì)體后，再將它們集中起來就可以得到完整的地質(zhì)體模型。地層面的構(gòu)建方法存在整體法和局部法兩種思路。地層間相交關(guān)系的處理侵入體的處理在地質(zhì)構(gòu)造中，地層與地層之間常常存在著比較復雜的相交關(guān)系，在本系統(tǒng)中，用戶可以通過定義兩個地層之間的相交關(guān)系類型生成期望的地層形態(tài)。透鏡體的處理尖滅幾種混合關(guān)系的處理地層的自動撕裂整體法最初生成的地層面是連續(xù)的曲面，而實際上若此地層與斷面相交時，地層在斷面兩側(cè)常常存在一定的高度差，因此在與此地層相關(guān)的斷面都創(chuàng)建后，將地層在斷面兩側(cè)撕裂出開口?；诿娴慕７椒ň€框建模法：首先把目標空間輪廓上兩兩相鄰的采樣點或特征點用直線連接起來，形成一系列多邊形再使用TIN面來填充多邊形形成封閉的三維地層模型。在建立地質(zhì)體線框模型的過程中，人工交互干預非常重要。地質(zhì)師對地質(zhì)體的正確解釋就是通過人工交互干預融合到模型中的。同時選擇合適的參數(shù)、連接方法，甚至輔助輪廓線、輔助線、標志線等都需人工選擇。線框建模法應用實例基于面的建模方法剖面建模法：在二維剖面圖的基礎(chǔ)上，將每條界線賦予屬性值，然后將相鄰剖面上屬性相同的界線用三角面片(TIN)連接，這樣就構(gòu)成了具有特定屬性含義的3D曲面，多個封閉的曲面就構(gòu)成了地質(zhì)體的三維表面。剖面建模法示例2.3三維地質(zhì)建模的應用現(xiàn)狀礦山地質(zhì)領(lǐng)域成礦分析、地質(zhì)普查、詳細勘探、經(jīng)濟評價、采礦設(shè)計和礦山的生產(chǎn)管理油氣開發(fā)領(lǐng)域地質(zhì)、地球物理信息的可視化城市地質(zhì)領(lǐng)域區(qū)域地下空間信息化、“數(shù)字城市”、“數(shù)字地球”地下水模擬領(lǐng)域水文地質(zhì)層結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部物理、化學屬性；地下水水位、水質(zhì)等的時空分布；地下水流場；地下水降落漏斗；地下水污染物的運移；輔助決策地下水資源開采礦山地質(zhì)應用領(lǐng)域利用地質(zhì)體三維可視化技術(shù)以直觀的方式展示地下三維空間的極其不規(guī)則的地質(zhì)構(gòu)造、礦體、勘探工程(槽探、井探、坑探、鉆探)、巷道等實體，能夠幫助地質(zhì)工作者形象地、有聯(lián)系地處理礦山勘查和開采中獲取的大量野外測量和樣品分析數(shù)據(jù)，從而更有效地指導礦業(yè)開發(fā)，減少礦山開發(fā)的風險隨著三維地質(zhì)建模及可視化基礎(chǔ)理論研究的深入，國內(nèi)外地質(zhì)礦業(yè)界開始在生產(chǎn)領(lǐng)域采用三維可視化技術(shù)，涌現(xiàn)了眾多地質(zhì)采礦三維可視化方面的軟件。比較有代表性的有Surpac、Micromine、Vulcan、Lynx、Gemcom、Datamine、MVS、MineSight等，這些軟件涉及領(lǐng)域包括礦床模擬、開采評估、設(shè)計規(guī)劃、生產(chǎn)管理等。油氣開發(fā)應用領(lǐng)域目前油氣開發(fā)領(lǐng)域的三維地學模擬軟件的功能主要集中在地質(zhì)、地球物理信息的可視化方面。國外自80年代末，通過幾年的研究，出現(xiàn)了一批地球物理三維模擬軟件。比較著名的有Landmark公司的EarthCube和OpenVision，GeoQuest公司的地球物理三維可視化應用軟件GeoViz和CPS—3，CSD公司的VoxelGeo和DGI公司的EarthVision等，英國MidlandValley勘探公司的構(gòu)造地質(zhì)分析軟件3Dmove，美國阿什卡地球科學咨詢服務公司的綜合油藏研究軟件Petrel，(RC)2公司（油藏描述研究與咨詢公司，ReservoirCharacterizationResearch&Consulting，Inc）的油藏綜合建模領(lǐng)域軟件工具，它們基本上代表了當今地球三維模擬軟件的最高水平。國際上，這方面的最新成果是T－Surf公司的油氣勘探三維地學模擬軟件GOCAD，通過對它的了解，可以對三維地學模擬的發(fā)展現(xiàn)狀有更具體的認識。城市地質(zhì)應用領(lǐng)域三維地質(zhì)建模及可視化技術(shù)通過對城市地質(zhì)體在地下空間的相對位置、形態(tài)、物化特征等三維建模處理，貫穿于城市巖土工程的勘察、設(shè)計、施工的全過程，它將以往僅僅存在于地質(zhì)學者腦海中的地質(zhì)體及其形態(tài)構(gòu)造直觀形象地展現(xiàn)在規(guī)劃設(shè)計師和巖土工程師面前，能夠最大限度的增強地質(zhì)分析的直觀性和準確性，做出符合地質(zhì)現(xiàn)象分布變化規(guī)律的工程設(shè)計與施工方案，從而減少人類對地質(zhì)問題認識的盲目性以及地下工程設(shè)計、施工面臨的巨大風險。近年來，我國先后啟動了環(huán)渤海、長江三角洲、珠江三角洲等三大都市圈中心城市的多參數(shù)立體地質(zhì)調(diào)查工作，即圍繞制約城市可持續(xù)發(fā)展的資源、環(huán)境等綜合因素，在城市行政區(qū)綜合考慮各種地質(zhì)因素，采用地質(zhì)、測繪、遙感、物探、化探、鉆探、監(jiān)測、測試和計算機等現(xiàn)代綜合方法和手段，以已有地質(zhì)資料為基礎(chǔ)，開展多學科、多目標、多用途的綜合城市三維地質(zhì)調(diào)查，為三維地質(zhì)建模技術(shù)的發(fā)展提供了空前的機遇和挑戰(zhàn)。地下水模擬應用領(lǐng)域運用三維地質(zhì)建模與可視化技術(shù)，可直觀地表達地下水水文地質(zhì)層的結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部物理、化學屬性（即地下水的賦存環(huán)境），地下水水位、水質(zhì)等的時空分布及地下水流場的運動變化規(guī)律，地下水降落漏斗的形成與發(fā)展過程以及地下水污染物的運移規(guī)律，從而輔助決策地下水資源的開采。為了地下水資源評價和建立水資源管理的流場模型，需要對研究區(qū)地下空間的地層、巖性及地質(zhì)單元結(jié)構(gòu)有比較深入的了解，建立精確的三維水文地層模型是解決這個問題的有效途徑。目前，地下水模擬在地下水研究中發(fā)揮著越來越重要的作用，GMS、VisualMod-Flow、VisualGroundwater、PHREEQC、HST-3D、TNTmips等國際流行的地下水模擬軟件在國內(nèi)外地下水研究領(lǐng)域中已經(jīng)開始使用。三維地質(zhì)建模及可視化的發(fā)展前沿地質(zhì)數(shù)據(jù)的大規(guī)?？焖佾@取及整合技術(shù)面向地質(zhì)建模的三維空間數(shù)據(jù)模型研究三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型/屬性模型的統(tǒng)一構(gòu)模與融合分析技術(shù)面向社會大眾的簡單、易用的三維地質(zhì)建模及可視化平臺的研制開發(fā)虛擬現(xiàn)實環(huán)境下的三維地質(zhì)模擬技術(shù)基于空間數(shù)據(jù)挖掘和知識庫的三維地質(zhì)建模3.三維地質(zhì)建模及可視化關(guān)鍵技術(shù)三維地質(zhì)模型構(gòu)建技術(shù)基于面：約束Delaunay三角剖分；輪廓線；三角網(wǎng)加密插值；三角網(wǎng)切割調(diào)整三維地質(zhì)模型誤差修正與質(zhì)量評估技術(shù)來源：原始數(shù)據(jù)固有誤差、建模過程引入的誤差因素：原始采樣數(shù)據(jù)的屬性、地質(zhì)實體自身的特性、三維建模方法的選擇修正：“虛擬孔”、“地質(zhì)剖面圖”三維地質(zhì)模型可視化與交互分析技術(shù)可視化：構(gòu)建模型→坐標變換和投影變換→消隱→光照和渲染→顏色與紋理→繪制和顯示交互分析：幾何變換、定位與查詢、剖切、虛擬鉆探（1）約束Delaunay三角化不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)模型具有很強的表示模型的能力，任意形狀均可分解為一系列三角形，基于三角形的表面建?？蛇m于所有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，且無論這些數(shù)據(jù)是由選擇采樣、混合采樣、規(guī)則采樣、剖面采樣生成，還是由等高線法生成；三角形由于其形狀與大小非常靈活，易于融合斷裂線、生成線或其它任何數(shù)據(jù)。給定一系列離散點坐標，所形成的不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)并不是唯一的，目前應用最廣泛的是Delaunay三角剖分方法（1）約束Delaunay三角化俄國數(shù)學家Delaunay在1934年證明了“必然存在且僅存一種剖分算法，使得所有三角形的最小內(nèi)角之和最大”，并提出了Voronoi圖的對稱圖，即Delaunay三角網(wǎng)(簡稱D-TIN)。D-TIN的特性有：1)不存在四點共圓，且每個面是一個三角形；2)每個三角形對應于一個Voronoi圖頂點；3)每個邊對應于一個Voronoi圖邊；4)每個結(jié)點對應于一個Voronoi圖區(qū)域；5)Delaunay圖的邊界是一個凸殼；6)三角網(wǎng)中三角形的最小角和最大。D-TIN生成算法主要有三種：分治算法；漸次插入算法；三角網(wǎng)生長算法。（1）約束Delaunay三角化約束Delaunay剖分就是強迫點按所需的連線進行連接，所構(gòu)建的三角網(wǎng)稱為約束Delaunay三角網(wǎng)(簡稱CD-TIN)。約束Delaunay剖分的定義如下：一個三角形的外接圓內(nèi)可以包含另一個結(jié)點，僅當該結(jié)點與該三角形被所需的連接邊隔開的時候。（1）約束Delaunay三角化Cline和Renka(1990)提出一種約束Delaunay剖分方法，算法如下：1)確定邊界與約束線段相交的三角形，如果兩個這樣的三角形有公共邊，則將此公共邊刪除，最后形成約束線段的影響多邊形；2)將影響多邊形其它各頂點與約束線段的起始結(jié)點相連；3)應用帶約束條件的Delaunay優(yōu)化法則，更新影響多邊形內(nèi)的三角網(wǎng)，使約束邊成為三角網(wǎng)中的一邊；4)重復以上步驟直到所有約束線段都加入到三角網(wǎng)中。（1）地質(zhì)結(jié)構(gòu)重疊域的約束Delaunay三角剖分問題針對這一問題，目前有兩種算法可供參考：一種是許華和武強(2002)等提出的分裂—重構(gòu)(SR，SplitandReconstruction)算法，該算法實現(xiàn)了多值面CD-TIN網(wǎng)格的生成，能夠用來處理包含逆斷層的地層面網(wǎng)格的生成；另一種是蔡強等(2004)通過引入橋邊和相交環(huán)線，提出區(qū)域子分的網(wǎng)格剖分方法，通過聯(lián)動剖分算法來解決重疊域的約束Delaunay三角剖分問題。分裂—重構(gòu)(SR)算法相交環(huán)線和引橋邊的方法（2）輪廓線重構(gòu)三維表面（2）輪廓線重構(gòu)三維表面一個合理的表面模型應具備以下兩個基本條件：1)每一輪廓線線段必須在而且只能在一個基本三角面片中出現(xiàn)，因此，如上、下兩條輪廓線各有m和n個輪廓線線段，那么合理的三維表面模型將包含m+n個基本三角面片；2)如果一個跨距在某一基本三角面中為左跨距，則該跨距是且僅是另一個基本三角面片的右跨距。（2）輪廓線重構(gòu)三維表面輪廓線對應問題輪廓對應問題的解決難度取決于可用數(shù)據(jù)的分辨率。在簡單情況下，則可以利用兩條輪廓線之間的相互覆蓋程度來決定其連接關(guān)系。當可用數(shù)據(jù)不充分時，也可考慮使用全局視角的方法來解決。有兩種基本的全局視角方法：1)廣義圓柱體法2)基于圖的最小生成樹法輪廓線拼接問題在確定連接方案時，需要用一定的決策量來進行選擇，根據(jù)選擇決策量的不同，又可將輪廓線拼接算法分為最優(yōu)化算法和啟發(fā)式算法兩類。最優(yōu)化算法的決策量是兩平行截面的輪廓線之間連接生成的三維表面的表面積，以及兩平行平面的輪廓線之間連接生成的表面所包圍的體積。主要的啟發(fā)式算法有三種，即最大四面體體積法、最短對角線法和相鄰輪廓線同步前進法。

輪廓線分支問題一個地質(zhì)體對象的一個局部區(qū)域的相鄰兩個剖面上的輪廓線數(shù)目分別為m，n(m>0，n>0)，即一個剖面上的m個輪廓線對應于相鄰剖面上的n個輪廓線；當m≠n時，就會存在輪廓分支問題有三類方法可用來處理分叉問題，即：復合輪廓法，分解輪廓法和Delaunay直接三角化法（3）TIN加密與插值建立地質(zhì)三維模型時，由于地質(zhì)三維數(shù)據(jù)采樣率很低，僅依照這些有限的三維采樣數(shù)據(jù)來完全準確地表達地質(zhì)現(xiàn)象的真實情況是十分困難的。僅利用這些原始數(shù)據(jù)點作為三角形頂點來構(gòu)建的TIN模型有兩個主要的缺陷：其一是三角形較大，局部小區(qū)域內(nèi)的起伏變化反映不出來，而是被一個三角形平面所代替；其二是容易出現(xiàn)狹長三角形，影響了表面模型的美觀，也為后續(xù)的分析和計算(如射線追蹤)帶來困難和不便。多值曲面的加密與插值對于多值曲面，一般無法投影到某平面上進行TIN模型的加密，因此一般需要采用特殊的方法來處理，目前兩種常見的解決方案為參數(shù)化方法和三角網(wǎng)遞歸細分方法。（4）TIN切割技術(shù)TRICUT地質(zhì)體中存在大量各種層面，當出現(xiàn)地層不整合、斷層錯斷巖層、地層尖滅和地層面出露于河谷地表等情形時，就自然會遇到曲面間求交的問題；地質(zhì)體三維模型的上部邊界是地表曲面，通過數(shù)學方法擬合出的地質(zhì)體表面不應超出地表曲面，同樣的，當顯示多層地層時，下面的每一巖層應以其上一巖層為邊界，這些時候都會遇到曲面間求交的問題。三角網(wǎng)切割算法TRICUT由三個核心部分組成：用于三角形對碰撞檢測的OBB(OrientedBoundingBoxes)樹結(jié)構(gòu)；用于三角網(wǎng)求交后重新三角化的約束Delaunay三角化算法；用于三角網(wǎng)切割后的三角形數(shù)據(jù)分類算法。TIN切割技術(shù)TRICUT（5）三維地質(zhì)模型誤差來源1．原始數(shù)據(jù)的固有誤差原始數(shù)據(jù)的質(zhì)量通常用精度來衡量，而數(shù)據(jù)的精度反映的是數(shù)據(jù)誤差離散的程度。數(shù)據(jù)采集、分析處理和應用過程中每一步都有可能產(chǎn)生誤差。2．建模過程中引入的誤差在整個建模過程中需要大量的插值計算和人工交互，這使對三維地質(zhì)模型的誤差分析變得更加復雜。原始數(shù)據(jù)的誤差或不確定性均會以某種方式傳播，不僅有算術(shù)關(guān)系下的誤差傳播，還有邏輯關(guān)系下的誤差傳播和不精確推理關(guān)系下的誤差傳播等。

三維地質(zhì)模型的質(zhì)量評估影響三維地質(zhì)模型質(zhì)量的主要因素有：1)原始采樣數(shù)據(jù)的屬性，如模糊性、精度、密度、分布。2)地質(zhì)實體自身的特性，如地層自身演化的原理，地層層面特性、復雜程度以及地質(zhì)斷裂構(gòu)造的控制與影響，地層相互間的關(guān)聯(lián)性、相似性等。3)三維地質(zhì)建模方法的選擇，如基于面的建模方法、基于體的建模方法或混合建模方法。（6）三維地質(zhì)模型可視化在計算機顯示設(shè)備上生成一幅高度真實三維圖形，一般需要完成以下幾步：1)構(gòu)建模型，把描述對象變成計算機可以接受的事物；2)坐標變換和投影變換，坐標變換指對需要顯示的對象進行平移、旋轉(zhuǎn)和縮放等數(shù)學變換，投影變換指選取投影變換的方式對物體進行變換，完成從物方坐標到眼睛坐標的變換；3)消除隱藏面和隱藏線，判斷對象的可見面和可見線，對被遮蓋的線和面不予顯示；4)濃淡處理，設(shè)置光源的位置對物體進行光照和渲染，計算物體的光照程度或陰影面，從而產(chǎn)生較強的立體感；5)顏色與紋理的生成，根據(jù)物體的材質(zhì)或自然常識對物體設(shè)置一定的顏色或?qū)ζ滟N合一定的自然紋理，從而增強物體的真實感；6)繪制和顯示，選取適當?shù)娘@示范圍，通過顯示設(shè)備對物體進行顯示。三維圖形的交互技術(shù)目前，關(guān)于三維圖形的交互，可通過兩種方式來實現(xiàn)：一種方式是使用真正的三維交互設(shè)備如三維操縱桿、數(shù)據(jù)手套等來實現(xiàn)直接三維交互，這是一種面向硬件的方法，而這些硬件大都價格昂貴；另一種方式是通過現(xiàn)有的二維設(shè)備進行三維仿真，它是一種面向軟件的方法。4.三維地質(zhì)建模數(shù)據(jù)的組織與管理4.1三維地質(zhì)建模數(shù)據(jù)的組織原始數(shù)據(jù)層搜集或采集到的第一手數(shù)字化形式的數(shù)據(jù)集合建模數(shù)據(jù)層三維地質(zhì)建模過程中所使用的數(shù)據(jù)集合模型數(shù)據(jù)層三維地質(zhì)體幾何、屬性、拓撲數(shù)據(jù)的集合4.三維地質(zhì)建模數(shù)據(jù)的組織與管理原始數(shù)據(jù)層地質(zhì)剖面圖的組織剖面定位點剖面輪廓區(qū)4.三維地質(zhì)建模數(shù)據(jù)的組織與管理4.三維地質(zhì)建模數(shù)據(jù)的組織與管理建模數(shù)據(jù)層剖面圖的組織4.三維地質(zhì)建模數(shù)據(jù)的組織與管理約束Delaunay三角剖分原始剖面圖剖面圖要素4.三維地質(zhì)建模數(shù)據(jù)的組織與管理鉆孔數(shù)據(jù)的組織基本情況測量信息分層信息4.三維地質(zhì)建模數(shù)據(jù)的組織與管理原始鉆孔數(shù)據(jù)表三維鉆孔要素數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口4.三維地質(zhì)建模數(shù)據(jù)的組織與管理面向?qū)嶓w顧及拓撲的三維矢量空間數(shù)據(jù)模型5.基于剖面的三維地質(zhì)建模5.1研究意義由于地質(zhì)體大多是在地表以下，就不得不先將其投影到某個平面上再進行處理。因此地質(zhì)工作解釋的對象僅僅是出現(xiàn)在有限個剖面和平面上，剖面之間的構(gòu)造形態(tài)留給使用圖紙的工程師自己去發(fā)揮。地質(zhì)剖面使得地質(zhì)解釋和推斷預測等工作變得相對容易，而且在大多數(shù)情況下地質(zhì)剖面圖的數(shù)量、質(zhì)量都能夠得到保證。如何充分利用這些地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)中蘊涵的豐富信息，與鉆孔數(shù)據(jù)、等值線數(shù)據(jù)等一同重構(gòu)三維地質(zhì)模型，對于設(shè)計高效的三維地質(zhì)建模軟件系統(tǒng)具有重要意義。5.2研究內(nèi)容針對傳統(tǒng)三維地質(zhì)建模方法過分依賴“平行剖面”、“平剖面”，以及對其它多源地質(zhì)數(shù)據(jù)利用率不高的缺陷，本論文提出了一種“基于任意剖面的多約束三維地質(zhì)建?！钡男滤悸?，并從基本理論、關(guān)鍵技術(shù)和應用方案三個方面進行研究。在本論文解決方案中，參與建模的剖面不再要求是“平剖面”，它可以是由多個“平剖面”組合在一起的“折剖面”；剖面之間的關(guān)系可以不再是“平行剖面”和“近平行剖面”，剖面線之間可以是任意交錯的；并且鉆孔、等值線、DEM等數(shù)據(jù)也都在三維地質(zhì)建模中得到了充分利用。5.3基于近平行剖面建模概述三維地質(zhì)建模的三個層次幾何重構(gòu)拓撲重構(gòu)地質(zhì)重構(gòu)5.4建模流程剖面數(shù)據(jù)的預處理剖面輪廓線的對應用三角網(wǎng)連接對應輪廓線地質(zhì)體的封閉拓撲關(guān)系的構(gòu)建地質(zhì)界面加密與插值三維模型的局部修正剖面圖數(shù)據(jù)的預處理剖面圖的概化確定剖面連接順序剖面的延展和裁切剖面輪廓線的抽稀與加密（三角形形態(tài)）剖面方向的統(tǒng)一（輪廓線屬性意義一致）剖面輪廓線的對應自動對應交互引導輔助剖面點-線點-環(huán)線-線線-環(huán)環(huán)-環(huán)地質(zhì)剖面圖輪廓線的對應方式輪廓線分支輔助剖面確定地質(zhì)界面的尖滅點用三角面片連接對應輪廓線約束Delaunay三角剖分輪廓線重構(gòu)三維表面基于任意剖面的多約束三維建模剖面圖投影后再進行輪廓線的拼接地質(zhì)體的封閉所有剖面之間的輪廓線都已經(jīng)對應，并且用三角面片連接以后，再將兩端的剖面(第一個和最后一個)的剖面輪廓區(qū)封閉，就可以得到區(qū)域內(nèi)所有地質(zhì)體的封閉表面模型。由于在三維剖面要素中，輪廓區(qū)就是使用三角形構(gòu)建的，因此只要將其提取出來添加到三維地質(zhì)模型當中去，就可以構(gòu)建區(qū)域內(nèi)的封閉地質(zhì)體模型。拓撲關(guān)系的構(gòu)建對地質(zhì)界面加密和插值時面臨兩個難題多Z值曲面的加密；使地質(zhì)界面的公共邊幾何、拓撲一致性為了解決這兩個問題三角網(wǎng)細分法自然鄰近點法三角網(wǎng)細分算法自然鄰近點法三維模型的局部修正每個地質(zhì)界面是兩個剖面(剖面與剖面，剖面與輔助剖面)之間的一段曲面，對其修改時，保持邊界點不變，則其它面不變。可修改公共邊界線上點的位置，但不能在邊界線上進行加點、刪點操作，邊界線的點的位置改變之后，可以根據(jù)邊界線的拓撲關(guān)系更新到其連接的地質(zhì)界面上。5.5建模方法特點基于剖面線的對應方式，而不采用區(qū)的對應方式自動對應、交互引導和輔助剖面結(jié)合，排除二義性

使用了剖面作為建模數(shù)據(jù)、交互引導、輔助剖面充分利用了地質(zhì)人員的知識經(jīng)驗按剖面分段的建模方式，便于局部修正

三角網(wǎng)細分加密和自然鄰近點插值三維地質(zhì)模型拓撲關(guān)系的自動構(gòu)建6.基于任意剖面的多約束三維建模6.1概述建模數(shù)據(jù)按照其可信度劃分為三類：高可信度(HighReliability)，一般作為地質(zhì)界面模型的強約束條件，作為強約束的點必須成為地質(zhì)界面三角網(wǎng)格的頂點(如鉆孔分界點)，地質(zhì)界面網(wǎng)格必須沿著強約束的線分布，網(wǎng)格不允許跨過強約束線(如剖面分界線)；低可信度(LowReliability