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三维地质建模关键算法研究

刘喜  
【摘要】:在通过勘探获得地质数据的基础之上,对这些数据进行处理,把繁杂的地质数据通过图形图像的形式表达出来,建立一个地下三维地质模型,不仅能够让地质工作者直观地观察地质特有的构造和属性,而且能够辅助领导层进行合理的决策。三维地质建模是一项复杂的工程,从地质数据的获取和处理到完整的三维地质模型的构建,不仅涉及到地质学知识,而且还涉及到如何利用计算机合理的处理地质数据、解释地质构造和现象。本文首先深入学习和调研了三维地质建模技术的相关理论知识,然后利用计算机技术设计并模拟了常见的地质形态和构造,并重点研究了三维地质建模技术中的地层划分算法、地层面重构算法、三维地质模型的快速剖切算法、纹理贴图算法、断层模拟算法、地质数据处理的并行算法等关键算法。最后开发了三维地质建模的原型系统,通过可视化的方法模拟了常见的地质结构和现象,对三维地质建模中常用算法的性能进行了统计和评价。本文所做的主要工作包括以下几个方面: 1、深入调研了国内外在三维地质建模技术方面的研究和应用现状,并分析了尚存在的问题。 2、设计并实现了三维地质建模中的地层划分算法、地层面曲面重构算法。用Shepard和Kriging两种方法分别对地层面进行重构,分析了两种算法的优缺点,利用交叉检验的思想来验证构建的三维地质模型的正确性。 3、设计并实现了基于半边结构的三维地质模型快速剖切算法。给出了在地质网格中半边结构的定义,详细阐述了快速剖切算法的设计思想,分析了算法的时间复杂度。并通过实验证明了剖切算法在处理大规模数据时基本能达到实时的效果。对剖切后产生的地质“空洞”,用纹理贴图的方法进行修复,既增强了地质内部的真实感,又解决了无拓扑情况下散乱点的纹理贴图问题。 4、设计并实现了带断层的三维地质建模算法,模拟了存在断层的三维地质模型。针对大规模的地质数据的三维地质建模技术,提出用并行算法进行地层面的构造,设计并实现了地层面曲面重构的并行算法,分析了并行算法的效率。


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