地質體三維可視化研究與系統(tǒng)實現.pdf

1、隨著計算機技術、圖形顯示技術的飛速發(fā)展以及數字城市建設的不斷深入,人們在掌握和管理各種地表信息的同時,也需要對地下各類信息,如地質信息、地下構筑物和管線信息等進行有效管理。其中地質信息的采集與管理在城市建設過程中尤為重要。各城市因其所處地質帶的不同而受到不同程度的地震、地面沉降、滑坡、巖溶塌陷等地質災害的威脅,為此,很多城市根據已有的地質資料開展了地質災害的預警和防治工作；同時在很多建設領域,如城建工程、地下工程、水電工程、交通工程、環(huán)

2、境工程、資源開發(fā)等都需要以地質數據為支撐,這就迫切需要借助地理信息系統(tǒng)及其它相關技術來管理、分析和顯示地質信息。然而,由于地質體的復雜性和不確定性,現有的二維GIS軟件很難對其進行數據管理和二維表達。而要將復雜且海量的地質數據直觀地展現給用戶,就必須采用地質建模技術、三維可視化技術、數據庫技術等建立一個真三維的地質信息可視化與管理系統(tǒng),為城市建設、發(fā)展和管理提供基于三維地質數據的信息服務：便于有效地管理和監(jiān)控地質資源；并輔助地震系統(tǒng)研究

3、地質構造的發(fā)展及演變。 本文基于作者在導師承接的杭州市科技局、地震局課題--“目標區(qū)地下三維第四系與構造框架建模與可視化"(HZZFCG-2005-A7)--中的工作,結合作者對地質體三維可視化的一些思考,從地質體三維可視化建模方法、計算機三維可視化原理、地質體三維可視化系統(tǒng)的總體構架和功能構架,以及地質體三維可視化關鍵技術等方面對地質體三維可視化進行了較為系統(tǒng)的探索,并最終實現了通用的地質體三維可視化系統(tǒng)。 概括起來,

4、論文主要涉及以下六章內容： 第一章闡述地質體三維可視化與系統(tǒng)開發(fā)的研究意義、研究現狀以及研究方法。 第二章將探討地質體三維可視化模型的建模方法。首先,作者將提出地質體建模的一般過程。在此基礎上討論空間曲面擬合方法。然后,作者將使用當前流行的地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS進行地質三維表面建模,指出ArcGIS地質建模的不足之處,并進而討論基于表面模型的地質體模型生成方法。最后將利用石油地質行業(yè)成熟的地質建模軟件Petrel建

5、立地質體模型。 第三章將重點討論計算機三維可視化的原理。在地質體模型建立之后,要將這些三維的模型數據顯示在計算機二維屏幕上,需要進行很多工作。在此過程中將涉及多個坐標系統(tǒng),如模型坐標系、世界坐標系、觀察坐標系等,還將涉及地質體模型如何在這些坐標系中進行轉換。此外,本章還將討論當前三維可視化中的熱點技術--層次細節(jié)模型(Level of Detail,LOD),并提出其在地質體三維可視化中的實現方案。 第四章將對地質體三維

6、可視化系統(tǒng)進行設計。作者將首先對地質體三維可視化系統(tǒng)的功能需求進行討論。在此基礎上進行系統(tǒng)總體設計,提出系統(tǒng)的總體框架與功能構架。最后對系統(tǒng)進行詳細設計,給出系統(tǒng)對象模型圖。 第五章是對地質體三維可視化系統(tǒng)的實踐。在系統(tǒng)實現過程中,作者遇到了-系列的開發(fā)難題,如全局視圖下大數據量地質模型的載入、局部視圖下地質模型的載入、六面體模型切割算法,使用鼠標仿真三維跟蹤球的旋轉等。這些開發(fā)難題也就構成了系統(tǒng)開發(fā)中的關鍵技術。作者將分別對這

7、些關鍵技術進行討論,給出相應的解決方案。最后,將基于以上的各種理論與方法實現地質體三維可視化系統(tǒng)。 第六章對論文進行了總結和展望,提出進一步工作的重點與難點。 總的來說,作者認為論文主要有以下幾方面的貢獻： (1)根據已有的研究成果,并結合作者在建模實踐中的工作,總結出了地質體三維建模的一般方法,內容包括空間曲面擬合插值、空間曲面剖分、空間曲面拓撲關系建立、三維地層網格剖分,屬性建模等。 (2)利用Arc

8、GIS、Petrel等軟件對地質三維建模進行實踐,從數據準備、模型生成、模型三維顯示以及模型數據輸出等方面給出了地質三維模型建立的具體操作方法。 (3)基于離散LOD的基本原理,提出了適用于非三角形面片構成的地質體模型的LOD方法,在一定程度上解決了海量地質數據模型的實時渲染問題。 (4)在分析了地質體三維可視化系統(tǒng)功能需求的基礎上,提出了地質體三維可視化系統(tǒng)的總體框架以及功能構架。對系統(tǒng)進行了詳細設計,給出了系統(tǒng)的對象

9、模型圖,從而為類似的研究與系統(tǒng)開發(fā)提供了一個切實可行的參考依據。 (5)在地質體三維可視化系統(tǒng)的開發(fā)實踐中,總結了地質體三維可視化系統(tǒng)開發(fā)過程中的關鍵技術,如全局視圖下大數據量地質模型的載入、局部視圖下地質模型的載入、六面體模型切割算法以及使用鼠標仿真三維跟蹤球的旋轉等,并給出了相應的解決方案。 (6)對地質體三維可視化系統(tǒng)進行了開發(fā)實踐,實現了地質體三維可視化系統(tǒng)的一些主要功能,包括： 1)模型數據與屬性數據的