复杂地质曲面的表达与特征重建研究与实现

发布时间：2020-08-27 11:55

【摘要】：曲面重建是给定未知曲面的部分信息,然后通过重建方法,尽可能的构造一个逼近未知曲面的曲面表达形式。曲面表达与重建在逆向工程、医学、自由曲面设计及影视娱乐等邻域广泛使用,过去几十年,针对以上领域的曲面重建的重建方法的研究已经相对比较成熟了。但是,对于地质约束曲面的重建研究,受限于地质曲面数据的特殊性,地质曲面重建迟迟没有重大的突破。首先,地质曲面重建过程中提供的数据来源于实地勘测数据,数据比较稀疏,而且分布不均匀。其次,地质曲面数据只有相应的测线数据和断层数据,这些数据对曲面只是有一个趋势的走向指定,没有完整的拓扑结构。再者,虽然说地质曲面数据是很稀疏的,但在地质勘测的过程中,都是以公里为量级的,所以最终所获得的勘探数据的数据量是很大的。因为地质数据的特殊性,传统重建方法应用在地质曲面重建上效果不好。本文从优化种子点搜索空间的思路出发,使用传统的方式和神经网络的方式优化地质曲面插值,本文的主要工作及创新如下:1.针对传统重建方法中种子点搜索是无差别的空间搜索问题,本文使用变形网格进行空间约束,在进行地质曲面插值过程中,插值空间是在正交网格上进行的,但是对于待插值点周围的种子点的搜索是在变形网格上进行的。变形网格的构建是通过趋势线,使用微分迭代的方式生成的。变形网格的引入,使得搜索的种子点的属性与待插值点的属性相似,插值结果相对于传统的重建方式更加准确。2.针对传统插值方法都只利用空间相关性的问题,本文基于点云上采样神经网络PU-Net,利用联合损失函数,使得重建的点尽量保持在潜在曲面上,同时分布尽量保持均匀,而且因为插值过程是使用种子点的特征信息进行插值,所以插值结果更加准确。3.本文构建一个集成地质曲面表达与重建的软件系统,该软件系统满足地质曲面表达与重建过程中必须的基本交互操作,系统能在一个系统内,一个流程内完成曲面重建与表达的内容。本文使用某工区实际勘测数据来验证本文所提出的方法,与商业软件的重建效果进行对比,实验结果表明,本文提出的两个方法能过准确的重建出地质曲面的趋势走向,重建效果比传统方法的效果更好。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.7
【图文】：

点云数据,工区,网格方向,反向旋转

真实工区点云数据

通过曲线,正交网格

他独立于网格的位置，后面如果需要的时候，可以通过网格的位置索引找到所需数据。图3-5 初始化的正交网格3.3 基于变形网格的曲面重建方法实现变形网格源于贴体网格。贴体网格通过曲线坐标的方式来保持与边界重合的坐标线（3D 中的曲面），即是将边界线作为曲线坐标的边界，曲线坐标系是求解具有任意形状边界区域上的偏微分方程的有限差分解法的关键。虽然贴体网格发展的大部分推动力来自于流体动力学，但同样适用于那些需要对不确定边界，或者异形边界求解偏微分方程的领域。通过曲线坐标系，可以编写适用于一般条件的有限差分代码，而不需要边界处的特殊程序，即使边界处于运动状态，也可以通过曲线坐标去适应边界的运动。这种坐标系的使用允许所有计算在固定网格上完成，在计算平面中网格是均匀的方形网格，这极大地简化了编码，特别是关于边界条件，现在可以在不需要插值的情况下表示。曲面坐标系统还可以在物理平面中分布曲线

网格线,趋势线,绑定,网格变形

3-7（a）所示，对绑定趋势线后的网格进行变形操作后的网格如图 3-7（b）所示。（a）（b）图3-7 趋势线与网格线绑定后及网格变形。（a）将网格线与趋势线绑定；（b）变形后网格

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