地下水数值模型三维可视化研究

探讨了利用OpenGL技术实现含水层三维可视化的原理和方法,基于地下水数值模型的有限元三角网格和含水层顶底板信息,构建含水层三维实体模型,并将地下水数值模型计算结果通过三维表面动画的形式进行动态显示。本项研究为全方位、多视角地展示地下水系统进行了有益的尝试,将三维可视化技术成功地应用到地下水模拟研究。      

基于GIS的地下水模拟可视化系统开发的初步探讨

系统开发的目的是克服GIS时空分析能力的不足，实现地下水模型与MAPGIS的耦合集成，在集成的基础上构建系统的可视化功能，在GIS平台上为地下水模拟的全过程提供一个统一高效的计算机环境。系统开发采用面向对象的软件开发方法，对各种地下水模型进行分解、抽象，建立基本的C＋＋类类型，每个模型都是基本类及其派生类对象的聚集类。系统实现的技术途径是以MAPGIS的二次开发函数作为“后台”支持，以VC＋＋作为编程工具，在充分利用MAPGIS的可视化功能的基础上，借助于OpenGL并应用科学可视化技术开发更能满足地下水模拟需要的可视化功能。     

地下水模型的中间件实现技术及其在WebGIS上的应用

地下水模型是进行地下水模拟与评价的主要工具。文章按照J2EE标准,在提高软件的可扩展性、可维护性和代码利用率的指导思想下,以中间件技术应用框架为基础,以三维地下水模型为核心,采用MVC软件设计模型,开发了地下水模型中间件,建立了基于Web的地下水模拟系统,并利用WebGIS技术可视化地下水模型结果。系统缩短了模型建模周期,提高了模型的使用效率。     

基于VTK的地下水数值模拟三维可视化开发应用

本文应用Kitware公司Visualization Toolkit(VTK),开发地下水数值模型可视化建模及数据处理的三维可视化方法.利用美国地质调查局三维地下水数值计算模型MODFLOW的数据,构建VTK类库定义的vtkStructruredGrid、vtkUnstructuredGrid及vtkPolyData数据集类型对象及VTK流水线.以河南省安阳市小南海泉域地下水可视化模拟系统开发为例,实现图像绘制、等水头线生成、筛选及剪切交互处理.     

基于GIS的海水入侵可视化数值模拟系统

将变密度三维海水入侵模型(SUTRA模型)与地理信息系统(GIS)进行有机集成开发出可视化海水入侵数值模拟系统.该系统充分利用了GIS的空间分析和数据管理功能及其可视化功能,实现了SUTRA模型的可视化构建1、含水层空间和模拟时间的可视化离散、各种参数的可视化赋值、模型的可视化模拟及其模拟结果的可视化表达等功能,为海水入侵研究提供了有效的模拟和分析手段.     

地下水功能评价可视化平台的开发及应用

为辅助专业人员进行地下水功能评价与区划,以区域地下水功能评价理论为依据,在Visual Basic 6.0环境中,开发研制了地下水功能评价的可视化平台.通过数据输入、数学运算和数据输出等功能模块,实现地下水生态功能、资源功能和地质环境功能评价过程的自动化和可视化,并在华北平原滹沱河流域示范应用.结果表明,软件操作简单,计算结果可靠,可为地下水功能区划提供数据基础.     

地下水数值模型界面Ground Water Vistas介绍——以美国Edwards含水层Barton泉稳定流模型为例

Ground Water Vistas软件是目前国际上盛行的三维地下水水流和溶质运移模拟的图形使用界面.本文介绍了Ground Water Vistas在三种模式下的功能,分析评述了它的优缺点.并以美国Edwards含水层Barton泉稳定流模型为实例,展示了Ground Water Vistas强大的前处理、后处理功能及其优良的三维可视化效果.Edwards含水层喀斯特发育程度极高,其模型研究对我国喀斯特地区地下水资源的评价与管理具有借鉴意义和指导作用.     

HGA在地下水数据管理中的应用研究——以肥城市为例

HGA作为一个专业的地下水信息管理软件,有关地下水的信息均能录入。以山东省肥城市为例,输入近30年来的钻孔岩性、地下水水位、水质数据,设置常用的数据检索项,生成肥城市地质剖面三维视图以及相应的图件报告,可以实现地下水数据的存储、管理、维护、查询、分析以及可视化等功能。深入挖掘HGA在地下水信息管理中的使用潜力,形成了肥城市地下水信息管理系统,为今后肥城市地下水资源管理提供数据和技术支持,也对实施最严格水资源管理制度起到促进作用。     

IDL在地下水水质模拟中的应用初探

IDL(Interactive Data Language)作为第四代的编程语言,具有时海量数据进行获取、分析、可视化以及对多种图像进行处理和交互式探作的功能.本文介绍了IDL及其在地下水水质模拟及数据可视化中的应用,并结合地下水溶质运移问题的实例,利用IDL进行了数值模拟和计算结果的可视化.结果表明:IDL面向矩阵的特性和强大的数据可视化能力是地下水数值模拟和可视化的理想工具.     

三维GIS环境下的地质体可视化和特征分析

地质体的三维可视化建模是三维GIS研究的一个重要方向,具有重要的应用价值.三维GIS环境下的地质体可视化的两个关键方面是地质体的表面模拟和可视化实现,文章介绍了地质体三维可视化的基本框架,以带约束Deluanay剖分法为例阐述了地质体表面模拟的原理和方法,并从取景变换、消隐、光照模型、纹理映射等方面论述了可视化的具体实现方法.最后以西部某铜矿为例,建立了三维可视化地质体模型(一个地层矿体综合模型和一个矿体三维模型),阐述了三维可视化建模的基本过程和方法,并对两个模型进行了地质特征分析.     

Development of a 3D GIS and its application to karst areas

There is a growing interest in modeling and analyzing karst phenomena in three dimensions. This paper integrates geology, groundwater hydrology, geographic information system (GIS), database management system (DBMS), visualization and data mining to study karst features in Huaibei, China. The 3D geo-objects retrieved from the karst area are analyzed and mapped into different abstract levels. The spatial relationships among the objects are constructed by a dual-linker. The shapes of the 3D objects and the topological models with attributes are stored and maintained in the DBMS. Spatial analysis was then used to integrate the data in the DBMS and the 3D model to form a virtual reality (VR) to provide analytical functions such as distribution analysis, correlation query, and probability assessment. The research successfully implements 3D modeling and analyses in the karst area, and meanwhile provides an efficient tool for government policy-makers to set out restrictions on water resource development in the area.     

基于IDL的地形三维可视化实现

作为一种第四代的编程语言,IDL具有对海量数据进行获取、分析、可视化以及对多种图像进行处理和交互式操作的功能。在分析IDL的基础上,应用组件编程技术实现了对遥感图像和DEM数据进行地形三维合成及动态模拟的可视化系统设计,经对环境的三维再现和模拟,对生态环境的演变研究可以起到指导作用,而且它具有较好的系统维护和重复使用功能、易于扩展以及面向对象的特点。用该系统建立了吉林西部虚拟自然环境,对三维地形进行空间分析,及吉林西部生态环境数据库的空间和属性数据的查询。     

三维城市地球物理数据管理与服务系统框架

为实现地球物理数据对城市发展提供数据支持, 以3D GIS作为基础平台, 从数据与信息管理、多方法综合处理与显示、成果的三维可视化表达及信息发布等4个层次阐述了三维城市地球物理数据管理与服务系统框架的构建; 数据与信息管理子系统是整个系统的基础, 提供数据基础.GIS支持下的第2层次作为数据显示和多方法交互综合处理的工具而存在, 并为成果信息表达提供基础.后2个层次实现城市地球物理成果数据的展示功能.第3个层次是对成果数据的三维再现, 而第4个层次则通过Web来发布成果信息.在构建三维城市地球物理数据管理与服务信息系统时, 存在2个方面需要解决的问题: (1) 要实现多期次海量的城市地球物理数据的一体化管理问题.提出了以地球物理勘探点、线作为多方法数据融合的基础, 分层次、专题按要素的方式建立多维数据库, 以达到对数据的统一管理. (2) 成果信息的可视化问题.为了在三维空间中再现成果数据, 将地球物理形式的数据转换成地质形式, 设计了一个以线框模型为基本思想来表达三维地质模型的数据模型.将提出的系统框架结合华北某地区进行了应用, 取得了较好的效果.      

A virtual globe-based integration and visualization framework for aboveground and underground 3D spatial objects

The construction of a large-scale integrated information system has been a hot issue in the field of geoinformatics. It aims to integrate aboveground and underground spatial information and objects in a unified visual environment. Virtual globe, as the most commonly used technology in the construction of Digital Earth, can provide a platform and framework for the integration and visualization of worldwide spatial objects and models. However, the existing works mainly focused on terrains and aboveground spatial entities, and there is still little research on the integration and visualization of large-scale underground geological models and entities in a virtual globe. In this work, the data organizations of aboveground and underground 3D spatial objects were analyzed in detail according to the technical characteristics of the virtual globe. Improved strategies were proposed to achieve the integrated visualization of aboveground and underground 3D spatial objects in a virtual globe-based spherical coordinate. In this process, the terrain surface based on Triangulated Irregular Network (TIN) was used as an intermediate layer to unify the spatial coordinate system. An improved scene cutting approach was used to overcome the challenge that underground geological structures cannot be integrated and visualized with aboveground spatial entities, terrains and landforms. Finally, we developed a virtual globe-based prototype system using OpenSceneGraph (OSG) and osgEarth as the 3D visualization engine. The aboveground and underground spatial models of Fuzhou, a coastal city of eastern China, were applied in this system to verify the validity of the strategies proposed in this paper. In addition, the efficiency of this system in terms of scheduling and visualizing was tested by using the massive models of Fuzhou.     

GIS-based spatial and temporal prediction system development for regional land subsidence hazard mitigation

An integrated GIS-based approach for establishing a spatial and temporal prediction system for groundwater flow and land subsidence is proposed and applied to a subsidence-progressed Japanese coastal plain. Various kinds of fundamental data relating to groundwater flow and land subsidence are digitized and entered into a GIS database. A surface water hydrological cycle simulation is performed using a GIS spatial data operation for the entire plain, and the spatial and temporal groundwater infiltration quantity is hereby obtained. Through the data transformation from the GIS database to a groundwater flow code (MODFLOW), a 3D groundwater flow model is established and unsteady groundwater flow simulation for the past 21 years is conducted with results which compare satisfactorily with observed results. Finally, a Visual Basic code is developed for land subsidence calculations considering aquifer and aquitard deformation. Future land subsidence in the plain is predicted assuming different water pumping scenarios, and the results provide important information for land subsidence mitigation decision-making.     

Research of Terrain 3D Visulization Method Based on IDL and Arcengine

Study on 3D terrain visualization is a hot research topic in GIS, virtual reality, computer graphics, digital photogrammetry and other fields, is also an important part of the digital earth strategy. Try to take advantage of IDL data processing and graphic display function and ArcEngine spatial analysis function, in the Visual c# under the environment of hybrid programming mechanism, use of component design and development of integrated development technologies analysis of terrain visualization application operating environment, realized the 3D digital terrain expression and spatial analysis function. The results show that the IDL and ArcEngine integrated development method applied to the 3D terrain visualization analysis software platform developed operability and extension force with strong, both in terms of space efficiency and image data analysis , development costs advantages.     

数字露头实景三维Web平台研究与云端地质考察应用

露头是地质考察的重点,结合无人机倾斜摄影测量技术构建数字露头实景三维模型并实现露头可视化研究能够为解决传统地质研究中存在的效率低、危险性高和数据复用性差等问题提供全新的思路。论文研究了倾斜影像三维建模、数字露头三维可视化和全景影像可视化等三维技术,并基于Cesium开源三维地球引擎研发了数字露头实景三维Web平台。平台实现了高精度露头实景三维模型的可视化,并将露头相关的描述、图片、视频、全景、文献、观察点、地质标绘等信息与露头三维模型有效结合,实现了露头三维模型上传与实景漫游、露头相关地质信息自主提供、分享、互动与可视化展示。论文通过实例证明了平台云端地质考察应用的有效性和新颖性。该平台作为第21届国际沉积学大会虚拟野外地质路线考察的首选,已成功应用于15条路线中的12条。相比传统地质研究手段,露头云端三维可视化研究能够帮助地质学者更加全面、直观地理解露头地质现象的时空展布和地质特征,并且支持数字环境下露头资源的共建、共享,节省了地质考察的时间和成本。     

水利工程信息模型:方法、框架与应用

三维信息化模型是重大工程全生命周期建设的重要基础。然而,目前对于地质三维模型与建筑结构三维信息模型,通常由于数据结构问题难以统一,而且大部分停留在“可视化”,难以“可计算”、“可分析”。此外,由于地质条件的复杂性,在三维地质建模方面通常进行大量的简化。本文基于目前先进的三维建模技术,提出了三维精细化地质模型与建筑结构三维模型融合的建模方法,实现了三维地质模型的快速、精细化建模。所建立的模型,统一在*.stl、*.obj及*.igs等标准化三维模型文件下,可方便地用于不同场景的三维模型可视化、分析及后续数值计算模型网格划分等。针对大型水电工程建设提出了水利工程信息模型的框架,并将其应用于索风营水利工程,实现了大坝精细化BIM及4个堆积体的精细化三维地质模型(LIM)的融合与信息化管理。本文研究对于实现水电工程信息化管理、稳定性分析、潜在灾害评估和预测等具有重要的意义。     

地学模拟相关技术的研究与进展

地学模拟技术的一个发展方向是与地学过程分析密切结合,另一个发展方向是与数据可视化技术相结合。前者试图通过使用各种数学方法模拟地学随机现象,并对这些不良结构化或半结构化的地学问题进行定量化描述;后者运用计算机的三维可视化功能,在三维环境下将空间信息管理、地学解译、空间分析、地学统计与预测、三维图形可视化等技术相结合,实现计算可视化、分析可视化、过程可视化、结果可视化和决策可视化,并用于地学分析。回顾了地学中计算机三维地学建模技术、地质统计学和地学非线性现象模拟方法,并对该领域的发展进行了展望,认为加强地学模拟的理论体系、方法体系、技术体系的研究和实践既有着重要的理论意义,又有着重要的现实意义。     

GW -Base 地下水管理系统软件的应用

地下水管理系统设计是了解和掌握地下水动态变化规律及趋势的必要手段。德国GW-Base软件是一套功能强大、能够有效、简易、快捷进行系统分析、报告制作的地下水管理系统软件。以肥城盆地地下水管理为例,系统地介绍GW-Base软件的模块组成,地下水信息统计、分析,数据和采样管理,图像自动生成以及可视化展示等功能。 GW-Base系统的运行提供地下水资源管理的新形式,降低水务工作人员的劳动强度,保证地下水信息的准确性、实时性。