非拓扑一致的三维地质块体建模算法研究

发布时间：2020-08-06 17:42

【摘要】：三维地质建模是运用计算机技术,将空间信息管理、地质解译、空间分析和预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具结合起来,并用于地质研究的一门新技术。一般情况下,该技术通过曲面建模、块体建模以及属性建模三个子流程来构建用于描述地质区域的地质空间模型。该模型可以直观地为用户展示地质区域的几何特征,也可以在填充属性后作为正演模拟等其它工作的基础。因此,该项技术在水文、工程、环境、地震预测、区域地质调查、矿产资源勘探、矿井设计、矿井生产与管理、城市地质勘探、城市地下空间管理等领域均有着极大的应用价值。自三维地质建模技术诞生以来,地质块体建模一直都是该项技术的研究难点以及关键点之一。传统的地质块体建模算法按照实现原理大致可以分为函数拟合型、体元剖分型、混合型以及曲面缝合型。其中曲面缝合型是地质块体建模算法中最为主流、也最为直观的算法类型之一。在使用曲面缝合型算法进行地质块体建模之前,通常需要对目标地质空间模型进行地质曲面求交、裁剪等一系列拓扑一致化操作以使得地质空间具有拓扑一致性。之后地质块体建模算法则可以根据地质曲面间拓扑关系来寻找各个块体对应的外表面地质曲面,以达到块体建模的目的。当地质模型较为复杂时,拓扑一致化操作可能使得三角网格在交线附近变得密集且尺寸差异较大;同时由于浮点误差,计算机在对差异过大浮点数进行数据计算时可能会得到失真的结果,继而导致曲面间的拓扑关系错误,从而使得依赖于拓扑关系的地质块体建模方法失效。本课题基于曲面缝合型的地质块体建模算法展开了一系列的讨论和研究:在实现了传统的曲面缝合型地质块体建模方法之后,对该方法进行了改进,降低了其对于地质空间中交线拓扑关系的依赖性,使其可以处理存在少量拓扑错误的地质空间模型;除此以外,本文还提出了一种全新的非拓扑一致性三维地质块体建模算法。其中的非拓扑一致性算法具体做法为:首先对地质空间进行八叉树网格体划分;再将划分出的网格体进行分组以得到各个块体的大致形态;最后使用一种具有类似视觉观察判定机制的算法在网格块体中提取三角形以达到构造地质块体对应外表面的目的。该算法可以在完全不依靠地质曲面中原有交线拓扑关系的情况下进行地质块体建模。实验表明,无论对于拓扑一致性的模型和非拓扑一致性的模型,该算法均能正常工作,且在消耗有限时空资源的情况下得出正确可靠的地质块体建模结果。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.7;P628
【图文】：

效果图,侵入体,点云,蘑菇

且在各个角度均存在倾斜情况，能够涵盖到大多数地质数据采集的特征。（a）蘑菇侵入体点云（b）磨菇侵入体点云曲面构建结果图2-3 蘑菇侵入体点云模型及其构建结果效果图

示意图,曲面求交,三角网格,示意图

种特性的模型被称作拓扑一致性模型。（a）原始的相交三角网格（b）求交后的三角网格图2-4 曲面求交示意图本小节所实现的三角网格求交算法可以分为三角网格交线提取以及三角网格限定性重剖分两个大步骤。其中三角网格交线提取指求取两个三角网格在碰撞区域的交线，所提取出的交线将以多条线段连接起来的折线段进行表示。三角网格限定性重剖分是指依据求取的交线对原有的三角网格进行限定性重剖分，使得

效果图,三角网格,优化流程,效果图

该单个三角形的优化但仍然尝试对三角网格中的其它三角形进行优化。（a）原始三角网格（b）抽稀后的三角网格（c）交换对边后的三角网格图2-8 三角网格优化流程效果图如图 2-9 所示的，点抽稀算法首先找到所有距离交线过于靠近的点，将这些点从三角网格中摘除后再进行限定性重剖分，接着将所有被过程所影响到的三角

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