一种基于GTP的复杂地质体真3维建模方法:岩柱体分区法

在总结分析现有复杂断层及倒转褶皱3维建模方法的基础上,提出一种基于广义三棱柱(GTP)的3维交互建模方法(岩柱体分区RPBP建模法)。文中定义了岩柱体、界限三角形两个重要概念,RPBP法可以通过构建断层界限三角形,将复杂断层系转化为多个简单断层系,然后采用构建简单断层系模型的方法来实现复杂断层系的3维建模;而对于倒转褶皱,RPBP法则通过构建褶皱轴界限三角形避免数据局部重复和冲突,使GTP建模过程得以顺利进行。实验表明,该方法能便捷可靠地实现含多断层相互切割、倒转褶皱等复杂地质体的真3维建模。     

一种基于GTP的复杂地质体真3维

在总结分析现有复杂断层及倒转褶皱3维建模方法的基础上，提出一种基于广义三棱柱（GTP）的3维交互建模方法（岩柱体分区RPBP建模法）。文中定义了岩柱体、界限三角形两个重要概念，RPBP法可以通过构建断层界限三角形，将复杂断层系转化为多个简单断层系，然后采用构建简单断层系模型的方法来实现复杂断层系的3维建模；而对于倒转褶皱，RPBP法则通过构建褶皱轴界限三角形避免数据局部重复和冲突，使GTP建模过程得以顺利进行。实验表明，该方法能便捷可靠地实现含多断层相互切割、倒转褶皱等复杂地质体的真3维建模。     

基于t-SNE降维算法的区域化探数据中地质体空间分布信息可视化:以英格兰西南部为例

区域化探数据中包含了丰富的地质信息，提取出蕴含在这些数据中的地质体空间分布信息，对于区域地质研究和找矿勘查具有重要意义。区域化探数据通常包括数十个元素，属于高维数据，隐藏在这些高维数据中的地质体空间分布信息无法直接从数据中观察到。针对这个问题，构建了一个基于t分布随机近邻嵌入(t-distributed stochastic neighbor embedding，简称t-SNE)算法的高维区域化探数据降维可视化模型。t-SNE算法是一种非线性降维方法，特别适用于高维数据集的降维和可视化。选择对岩性鉴定比较稳定的元素，通过t-SNE算法将高维化探数据降维到人眼可观察的一、二、三维，把降维之后的变量表达为栅格图，通过三原色混合等方法进行可视化，从而把隐藏在高维化探数据中的地质体空间分布信息可视化表达出来。以英格兰西南部某地区水系沉积物区域化探数据为例进行研究来检验t-SNE算法在高维化探数据可视化上的实际应用效果。结果显示:①通过t-SNE算法对高维化探数据进行可视化得到的结果能够很好地反映研究区的地质体空间分布情况；②可视化的效果与t-SNE算法的目标维度和复杂度两个参数密切相关。在t-SNE算法中设定要降维到的目标维度越高，所显示的地质体信息越详细。③基于t-SNE算法的化探数据降维可视化效果比基于主成分分析(PCA)的化探数据降维可视化效果更好。本文研究表明基于t-SNE算法的化探数据降维可视化方法能够很好地将地质体空间分布信息可视化表达出来，对于推断地质体的空间分布有一定的指导意义。      

OpenGL 3维管线衔接处绘制的研究

3维管线建模与可视化是构建数字城市及实现管线管理信息系统中不可缺少的重要组成部分.本文介绍了利用初始点集构造管线衔接处3维模型的基本步骤,着重对OpenGL 3维管线复杂衔接处3维建模的关键问题进行了探讨.最后用实验对本文提出的理论进行了验证.实验表明,利用简单3维几何变换及基准面旋转的方法可以高效便捷地实现各种复杂管线衔接处的3维可视化,并在实际运用中取得了较好的效果.     

面向GTP的三维地质模型空间剖切方法与应用

广义三棱柱（GTP）是近年来提出并被广泛应用于三维地质建模领域的一种较为成熟的空间数据模型,可满足大多数地质钻孔数据的三维地质建模的要求。然而,现有针对GTP模型的三维空间剖切分析方法,仍无法适用于偏斜钻孔数据所建三维地质模型高效多次任意剖切、不能支持较为复杂的地质模型空间分析的问题。本文通过对GTP剖切算法改进研究,提出了采用动态四面体剖分法减小数据冗余;鉴于GTP形态较为复杂,可对剖切后保留多面体进行拓扑关系的重组,解决任意多次剖切问题;将多次“面-体”形式的单剖切运算组合为一次“体-体”形式的复合剖切运算的方法,可高效实现对三维地质模型空间分析。本文着重面向GTP体元的多重任意切剖平面的剖切问题,在分析了GTP体元特征的基础上,弥补了三维地质建模领域中对GTP体元任意、多重剖切方法研究的不足。应用实例表明,上述改进算法可以提高GTP剖切计算速度,并能够快速实现巷道掘进模拟,以及空间开挖模拟等复杂的空间分析功能。     

面向城市地质信息平台的3维技术研究

利用现代信息技术构建一个集城市地表、地上、地下多维、动态空间信息于一体的大型综合性空间信息平台是解决当前我国城市发展所面临的一系列地质问题的关键,3维地质建模及其前后处理问题是平台建设面临的主要技术瓶颈。本文简述了城市地质信息平台的建设目标与功能特征,探讨了平台建设中的3维技术瓶颈,如3维空间数据模型、3维地质建模和3维地质数据的可视化表达与分析,同时介绍了作者在相关领域的研究进展与最新成果,指出了下一步需要重点研究和解决的技术难题。     

基于3维可视化环境的地质体空间形态分析

针对3维矿床地质体既具有复杂的几何形态特征,又具有连续的矿化分布与控矿作用分布等空间分布场特征,结合3维地质建模软件Datamine的可视化环境,基于线框模型研究了地质体实体建模与3维可视化过程;在此基础上将实体模犁离散化输出为体素模型,提出采用趋势面分析方法和基于数学形态学的分析方法进行地质体空间形态分析,比较和研究了这两种方法提取地质体空间趋势形态和形态起伏特征的过程.实例研究和论证了基于数学形态学滤波的地质体空间形态因素分析和提取方法处理某方向上存在有超覆现象的可行性.     

真3维地学构模的若干问题

以科学可视化、3维GIS、3维地学模拟及其在地质采矿与岩土工程中的应用为背景。系统分析了国内外3维地学领域面元构模、体元构模和混合构模方法的优缺点及其适用范围,指出了其存在的基本问题。介绍了广义三棱柱(GTP)的真3维地学构模原理、方法与技术特点,及其基于采样数据、本质开放与内合拓扑关系等性能优势,进而分析了基于GTP的真3维地学构模中亟需研究解决的核心问题和主要内容。指出：海量地学空间数据组织是3DGMS的心脏;在真3维地学模拟系统研发方面需要吸取科学可视化技术与3维GIS的营养,并充分利用VC 和OpenGL的图形函数,实现灵活方便、用户友好和可交互的地学可视化操纵。     

地质断层三维建模的表达式方法

针对地质断层三维建模及可视化领域中现有技术存在的模拟断层局限性、插值困境等问题,本文提出了断层表达式方法建模方法。首先,以地质断层构造的形成机制为理论依据,分析构造断层表达式所需要运算对象和算子,构建表达式规则,并运用上下文无关文法对表达式规则进行形式化描述;然后,对断层原始勘探数据进行规范化,形成构建断层表达式所需要的断层二维数据表,从中提取构建断层表达式的运算对象集合和算子集合,形成断层表达式;最后,对断层表达式进行计算,形成断层地质体抽象模型,并结合相关勘探数据运用相关算法及图形库等工具进行三维地质建模及可视化。实验以包含多条断层的达连河地质体数据为基础进行实验验证,建模结果与真实地质情况符合。实验结果表明,断层表达式建模方法解决了现有技术的局限性问题,避免了对地层断裂区域的插值运算,从而解决了插值困境等问题。     

三维可视化动态地质建模系统研发与应用

地质体三维可视化动态建模软件系统的研发涉及地质数据三维可视化、地质体三维动态构模和地质专业空间决策分析
等一系列方法、技术问题。采用基于非均匀有理样条(nonuniformrationalB-spline,简称NURBS)等多种函数的空间插值法,基于
钻孔、剖面、散点集和多源数据的构模法,以及基于单体塌陷的通用网格简化算法(generalmeshsimplification,简称GSM)和Grid
+CSR-Tree三维空间混合索引法,在QuantyView软件平台上研发了一个具有快速动态重构能力的三维动态地质建模系统。在
多个地区的实际应用表明,开展“玻璃国土”建设对于推进地质勘查与开发工作信息化具有重要的意义。      

地质大数据可视化关键技术探讨

详述了地质大数据可视化的研究内容,从应用角度可将其分为:表达三维可视化、分析三维可视化、过程三维可视化、设计三维可视化和决策三维可视化5类。针对地质大数据这5类可视化中涉及到的几方面关键技术进行了深入探讨,包括:地质体三维可视化动态精细建模技术;基于CUDA+GPU集群的地质体属性场数据并行可视化技术;针对地质大数据的可视化分析技术;基于地质大数据的虚拟现实和增强现实技术等。对这几方面关键技术的现状、技术路线以及实现效果进行了论述和展示。      

城市三维地质数据管理与服务系统框架研究

城市地质数据的数字化管理与服务是“数字城市“工程的重要内容,3D GIS将在未来的城市数字化建设中扮演核心角色.介绍了3D GIS的发展现状及应用前景,详细讨论了基于3D GIS构建的城市地质数据管理与服务系统的设计思路和结构功能.三维数据结构的研究是3D GIS的核心问题并成为当前制约3D GIS深入发展与应用的瓶颈,由于缺乏对三维地质数据进行有效管理与可视化表达的三维数据模型,当前GIS的三维地质建模能力与三维空间分析能力都极为薄弱.在分析城市三维地质数据多种建模方法的基础上,采用一种基于TIN和TEN的混合数据结构来构建城市地质数据建模系统.针对城市三维地质数据的特点,探讨了城市三维地质海量数据的采集与管理、城市三维地质数据信息的Web发布等重要问题,力求为系统功能的最终实现提供完整的解决方案.     

城市全空间三维模型数据一体化集成管理关键技术及应用

随着城市三维地质信息系统及其应用的快速发展,对地学数据的可视化表达精度的需求变得越来越高,但地质调查数据常具有多源、多维、海量、多专题、多尺度和多时态等特征,而三维数据存储、组织与管理己成为制约其发展的重要因素。因此如何高效管理并有效利用这些复杂且海量的地质数据去解决各种复杂的地质问题服务社会,成为了城市地质信息科学领域研究的热门方向。基于武汉市多要素城市地质调查全空间一张图的构建过程,从多源三维模型一体化融合管理与分布式存储、轻量级全空间三维模型构建、多源异构海量三维数据快速渲染和浏览器端三维模型分析及专业应用4个方面系统地探索了城市地质调查全空间一张图系统建设过程中的关键技术,并进行了应用实践。研究结果实现了城市级大规模高精度三维地质模型的高效集成,提高了多要素城市地质调查成果可视化的表达效果,为三维地质模型的应用奠定了坚实的基础。      

平面地质图的三维地质体建模方法研究

长期以来,三维地质体建模研究主要依赖于钻孔、剖面等勘察数据进行精细化建模。然而,在缺乏大区域宏观地质背景的前提下,仅考虑局部地区的精细建模,往往会导致以偏盖全。鉴此,本文提出了一种以平面地质图为基础数据,以图切地质剖面为中介的三维地质体建模方法。该方法通过间接法加密了研究区域的产状数据,用三次样条拟合与人工修编结合的方法,对褶皱等复杂构造作处理,实现了平面地质图的图切剖面自动绘制方法;以规则体元为三维空间数据模型,通过自动绘制研究区域一系列相互平行的图切剖面,构建了栅格化的三维地质体模型;以星岗地区为研究区域,构建了原型实验系统,验证了该方法的有效性与实用性。实例证明,在其他地质数据匮乏的条件下,平面地质图的三维地质体建模方法是构建区域三维地质体模型的一种有效解决方案。     

地质科学大数据背景下的矿体动态建模方法探讨

三维地学建模的理论与方法在大数据时代该如何发展,是当下这一领域研究人员非常关注的问题。从现代三维地学建模的重要方法——隐式建模的角度,对三维地学建模方法与地质大数据系统的有机集成、以及如何利用大数据技术提高地学建模的效率和质量等问题进行了探讨。初步提出了一套基于地质科学大数据的三维地学建模方法和流程,包括:地质大数据的搜集、主题大数据系统的搭建、地质特征要素的深度挖掘和三维地学模型的动态构建。同时,也指出了大数据背景下高质效三维地学建模的关键在于:研究实现充分顾及地质对象和地质科学大数据特点的地学人工智能、机器学习、数据挖掘及空间推断方法。通过一个典型矿体建模的应用实例对所提方法的可行性进行了验证。