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随着科学计算可视化技术和地质信息计算机模拟技术的发展,将可视化技术应用于地质勘探和数据处理中,为地质工作者在3D空间中观察、分析地质现象以及空间分布提供了新的方法和手段,以帮助地质工作者更全面地了解地层构造,为判断、决策提供支持。 在地学领域,真正意义上的三维可视化主要用于描述地学实体的内部结构以及三维数据场。既不仅要能够描述形体的表面,而且要能够刻划形体内部的复杂结构。由于地质体是一个真三维地理/地质环境,所有地质体地开采均是在真三维地理/地质环境中进行的。因此真正实用的地质体可视化系统,都应该是真三维的,即必须以三维地质模拟(Three-dimensional Geological Modeling,简称3DGM)为基础。3D空间构模方法研究是目前3D GIS领域以及3DGM领域攻关研究的热点问题。同时,体视化技术的出现和发展给三维地质模拟提供了有力的理论依据和良好的可视化途径。 三维现象随着研究领域的不同,其描述空间实体的方法存在较大差异,不可能设计一种数据模型来适合所有的应用领域,应根据研究领域空间实体分布特征,设计出专用的三维空间数据模型。对于钻孔数据来说,常用的构模方法是体构模法,如三棱柱、四面体、六面体等。实际上钻孔在开采时由于诸多原因,它在垂直方向上会产生一定的偏移,因而导致所连接形成的三棱柱的侧面不是平面,也由于地质体的不规则性,使得连接形成的三棱柱的上下两TIN面也不平行。因此,把这种三棱柱称为似三棱柱Similar Tri-prism(STP),把似三棱柱作为基本体元的构模方法称为似三棱柱构模法。
本文根据地质体的层状特征和钻孔数据的特殊性,采用似三棱柱体元作为基本单元以“生长法”的思想来构建真三维地质体模型。
体视化技术的出现和发展给3DGM提供了有力的理论依据和良好的可视化途径。利用体视化技术,可以建立地质体的体模型,并通过体数据所蕴涵的信息,揭示体内结构及同性,使人们能够观察到通常情况下看不到的体内结构及属性,展现矿床、地质构造和采矿工程的位置特征、同性特征和空间关系特征,比起传统建模方法对地质体几何描述和对地层属性描述的分离来,具有明显的优越性。
本文将研究内容放在地质体三维空间构模和体视化技术上,并以体视化技术在地质体三维可视化中的应用为重点研究内容。本文主要研究内容如下: (1)地质体的三维空间构模:三维空间构模方法可以归纳为基于面模型、基于体模型和基于混合模型三大类。本文在充分研究了这三类构模法的基础上,基于某地质勘探区的钻孔数据,采用似三棱柱构模方法,实现了该勘探取的三维地质体的模拟。
(2)介绍体视化技术的基本概念:对体视化研究中的体数据来源和体数据分类,对体视化的基本流程、体视化的应用领域等内容作了必要的阐述。
(3)对体视化技术的原理与算法分类:阐述不同的体视化方法以及它们的原理,对体视化的基本原理与绘制算法进行了系统的归纳分析研究。
(4)光线投射算法在地质体的三维可视化中的应用:其中涉及到地层曲面的插值、网格化等预处理以及如何有效地利用钻孔数据来建立地质层及其内部属性值的三维空间模型的方法与过程,获取满足直接体绘制需求的规则体数据。然后用直接体绘制技术绘制三维地质体。
本论文在对地质体三维空间构模及体视化技术的理论研究基础之上,针对某地质勘探区的钻孔数据,对上述理论研究进行了软件开发实现,最终开发出一个地质体三维可视化的演示系统,该系统能够利用钻孔数据实现地质体三维可视化,以及地质体的平移、旋转、缩放、剖切、揭层等显示功能。实验结果表明,将体视化技术应用到真三维地质体可视化是切实可行的。