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地质体三维可视化建模系统GeoModel的总体设计与实现技术

曾新平  
【摘要】:地质体三维可视化建模技术是地学研究的前沿领域,也是3D-GIS 技术的一个重要组成部分,对它的研究可以补充和完善3D-GIS 的基础理论、拓宽其应用领域、同时又促进定量地质学理论的发展。地下真三维建模软件是地质体三维可视化建模技术的高级体现与实际应用,可以为地质找矿、矿山管理、井下安全提供技术支持,为实现矿山的信息化提供核心解决方案。因此,该项研究既具有理论意义有具有实际价值。 本文通过对西方先进矿业三维软件的发展历史和现状的探索以及对可视化技术和空间造型技术基础理论的深入分析总结,设计了一个地质体三维可视化建模系统GeoModel,并探讨了实现该系统的关键技术。该系统基于HOOPS/3dAF,集成了空间数据库技术、约束/非约束二维三角剖分技术、约束三维三角剖分技术、开曲面合成封闭曲面技术、基于不同插值方法的格网表面模拟技术、基于投影法的断层建模技术、基于参数化的规则实体建模技术、以及基于线性八叉树的不规则实体建模技术。本项研究进行的开拓性和探索性工作主要如下: 1)设计了一个较为完整的地质体三维可视化建模系统GeoModel。该系统主要由HOOPS/3dAF 可视化应用程序框架、空间三维地质数据库、地质体表面建模综合解决方案、地质体实体建模方案组成。 2)建立了一个适用于地质体三维可视化建模的地质体概念模型。该概念模型将地质体分为狭义和广义两种,并将广义地质体科学地分解为六种类型(点、线、非封闭表面、封闭表面、规则实体、不规则实体),且给出了这六种分类的计算机图形学表达方法。 3)针对地质体表面本身的复杂情形,提出了一个地质体表面建模综合解决方案。该综合解决方案的组成为:基于多种插值方法的格网建模表面模拟、约束/非约束二维三角剖分表面模拟、三维三角剖分表面模拟,多个开曲面合成一个封闭曲面技术。 4)对断层建模进行了探索,提出了以投影法为主的断层解决方案 5)将基于Gargantini 编码的线形八叉树建模引入到地质体实体建模中,对该法的编码和解码、压缩、交并差运算、邻元素查找、连通支标识、分界、八分体充填等进行了探索,并建立了基于C++的函数库。 本文所设计的系统吸收了国内外现有同类系统的优点并加以改进,系统结构合理,功能比较齐全,为正在开发的三维软件GeoModel 确立了指导大纲。文中所研究和总结的关键技术大部分在软件开发过程中得到了应用,或正准备使用,实践证明是比较有效的。


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