三维地质建模及可视化系统的设计与开发

三维地学模拟是三维地质信息GIS可视化的核心内容。基于基础GIS软件平台MAPGIS,利用功能强大的三维可视化开发平台MAPGIS-TDE,设计、开发具有自主版权的三维地质建模及可视化系统。MAPGIS-TDE包括MAPGIS内核模块、MAPGIS-TDE基础平台、MAPGIS-TDE构建平台和基于MAPGIS-TDE的应用系统等4个层次。基于MAPGIS-TDE的三维地质建模及可视化系统分为地质数据管理、二维地质分析、地质断面处理、地质结构建模和地质属性建模等5大功能模块。系统实现时,将空间数据库划分为基础地理图形库、区域地质数据库、工程地质数据库、水文地质数据库、地球物理数据库、地球化学数据库等6类。该系统不仅提供了强大的地质数据管理、三维地质建模以及模型的可视化功能,还为专业技术人员提供了一个可视化的分析、设计平台。     

基于三维可视化技术的隐伏矿体预测

在现代成矿预测理论研究基础上,利用已有的商业三维地质建模软件,建立了一套基于三维可视化技术的隐伏矿体三维立体定量预测方法和流程,结合云南个旧锡矿实例探讨大比例尺隐伏矿体三维定量预测的数据预处理、三维地质建模过程和三维定量预测方法。使用三维可视化技术结合找矿信息量法确定了研究区找矿有利靶区,计算了含矿远景单元的找矿概率,估算了工程验证区金属资源矿体量。应用实例表明了应用三维可视化技术进行隐伏矿体三维定量、定位和定概率的有效性。     

基于VR技术的多尺度地质数据3D沉浸式可视化与交互方法

随着科技的飞速发展,地质大数据正在呈爆炸式增长,地质大数据可视化与交互方法成为研究的新方向。如何通过可视化方法将巨大的、复杂的、潜逻辑的地质数据展现与交互是需要进一步探索的。本文提出基于VR技术的多尺度地质数据3D沉浸式可视化与交互方法,该方法既符合计算思维又符合地质专业理论。首先,从理论上提出多尺度地质数据可视化理论模型;其次,基于VR技术实现多尺度、多分辨率地质数据的可视化;最后,构建了3D沉浸式虚拟现实平台,采用实际数据验证方法的有效性。该方法适用于地质数据的可视化与交互,为科学的定量评价、分析和教学提供新思路,是未来的必然发展趋势。     

Glass landslide: the 3D visualization makes study of landslide transparent and virtualized

As the global research topic, geological disasters have led to huge losses around the world yearly. In this paper, three-dimensional (3D) visualization is used as a technical method to build the 3D geological model of the HuangTuPo (HTP) landslide, and the 3D model of large field test base located in the HTP landslide, and the 3D regional geological model. These models make the landslide research digitized and transparent. Meanwhile, the preliminary studies were carried out: the comprehensive utilization of multiple scales and multiple categories of data—by “Double Center”, and the 3D data integration from region to point of disasters—by the component technology, and the transparent design and construction of disaster research—by 3D model shearing. Through these methods, the surface topography and the underground geological structure of landslide can be displayed as transparent as glass, and the virtual simulation on the results of underground engineering can be carried out in advance, providing guidance for engineering design and construction.     

Enhanced visualization of the flat landscape of the Cambridgeshire Fenlands

The Fenlands of East Anglia, England, represent a subtle landscape, where topographic highs rarely exceed 30 m above sea level. However, the fens represent an almost full sequence of Quaternary deposits which, together with islands of Cretaceous and Jurassic outcrops, make the area of geological importance. This feature discusses the advantages of using 3D visualization coupled with high‐resolution topographical data, over traditional 2D techniques, when undertaking an analysis of the landscape. Conclusions suggest that the use of 3D visualization will result in a higher level of engagement, particularly when communicating geological information to a wider public.     

城市地下空间三维地质模型可视化技术研究

目前,城市地下空间信息化发展面临着海量数据组织、管理和可视化显示等亟需解决的关键问题。本文顺应国家新型智慧城市建设趋势,提出并实现了城市地下空间三维地质模型可视化技术,构建地质三维模型分级数据,按照不规则四叉树结构形成LOD数据;基于构建的三维空间网格码规范编码,运用降维、非布尔运算的方法,实现最大精度化的地下空间模型数据无限逼近的融合;并采用多渲染引擎的混合渲染架构,支持DirectX、WebGL（OpenGL ES）、OSG（OpenGL）和游戏引擎（Unreal Engine）等多引擎渲染,实现TB级地下时空数据的真实感可视化与高效调度,为城市地下空间开发利用提供数据支持和辅助决策分析支撑。     

地质数据三维可视化的属性、分类和关键技术

地质数据三维可视化具有显著的空间决策支持属性,其应用分类包括表达可视化、分析可视化、过程可视化、设计可视化和决策可视化。能否实现这两类"五个可视化",是检验所有地质三维可视化软件的水平和质量的试金石。地质数据三维可视化技术在矿产资源勘查、工程地质勘查、矿山设计开发、水利水电工程设计、地质灾害勘查治理和国防工程建设领域,有着广泛的需求和应用前景。其发展趋势是实现地上、地下、地理、地质数据一体化三维可视化采集、存储、管理、处理和集成应用。复杂地质结构的表达和快速动态建模方法和技术,仍将是未来一段时间的研究重点,引进知识驱动和本体论思路、方法,可能是解决这些问题的有效途径。     

基于角点网格的煤层三维建模与可视化研究

在煤层气排采分析及数值模拟研究中,煤储层结构的三维建模是数值模拟和结果分析的起点,具有关键作用。三维长方体等传统网格,难以表达地层的起伏变化,角点网格具有表达起伏变化地层的优势。从煤层气动态可视化的角度出发,基于角点网格建立了煤储层三维地质模型。研究了角点网格模型的数据特点及生成角点网格的方法,采用C#编程语言并结合OpenGL图形接口,开发了煤储层三维可视化软件模型,利用该模型表达了山西省沁水盆地潘庄区块的煤储层地质构造。结果表明,角点网格适用于煤储层三维模型的构建,能较好的表达煤层的结构特征。      

三维可视化技术在锡铁山矿区信息化建设中的应用研究

运用Vulcan三维可视化软件,对锡铁山铅-锌矿区3062m中段以下05-75线之间的主要矿体进行三维可视化研究,全方位、真实地表达近年来的地质勘探成果,并通过储量计算与找矿预测,为下一步地质勘探工作提供科学依据,为矿区信息化建设提供基础资料。     

西藏铁格隆南铜(金)矿床三维模型分析与深部预测

铁格隆南铜(金)矿床是近年来在班公湖-怒江成矿带西段多龙矿集区新发现的超大型Cu(Au-Ag)矿床。本文针对铁格隆南矿区深部找矿问题,以现代成矿地质理论和多元地学信息综合分析技术为支撑,以构建矿床找矿模型为指导,依托数据库技术、3S技术、三维建模与可视化技术及地质统计学理论与方法,开展基于矿产地质、地球物理、地球化学等成矿条件及找矿标志的三维地质实体建模与矿化异常三维空间重构,将铁格隆南矿床的预测评价研究拓展到三维空间,揭示了区内成矿地质特征、地球化学及地球物理异常表征,据此探讨了矿床的成因及矿体分布特征。并在此基础上,开展了矿区的地质-地球化学-地球物理综合信息分析与预测评价,以期减少单一信息多解性和成矿条件不确定性,为铁格隆南矿区深部找矿工作提供参考。研究结果表明:在地质找矿模型指导下,基于深部成矿空间三维结构重构基础上的三维地质、地球物理、地球化学异常信息提取与综合分析,可以有效的识别成矿地质体和矿致异常信息,实现深部矿产资源靶区空间定位预测,为深部找矿预测研究提供了新思路。综合分析结果显示铁格隆南矿床深部找矿潜力巨大。     

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.     

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。     

CAD软件在工程地质三维建模中的应用

如何快速、准确地建立地质体的三维模型一直是众多岩土工程数值模拟工作者所面临的难题。虽然三维地学模拟软件具有很好的三维地质建模能力,但是由于数据结构的差异,采用他们现行三维地学模拟软件建立的地质模型难以导入数值模拟分析软件中,以为相应工程问题的数值模拟服务。目前,随着各种CAD、CAM软件行业的的飞速发展,涌现出了许多优秀的三维建模软件,而且这些软件大都与现行数值分析软件有着良好的数据接口功能。据此,本文提出了采用现行CAD软件来建立工程地质体的三维模型,使得建立的模型达到既可视又可算的目的。将其应用于云南某高速公路边坡的三维建模中,证明了该法具有方便、快捷和合理等优点。     

云南大姚地区六苴铜矿床小河－石门坎矿段 三维可视化模型

大姚六苴铜矿床是中国砂（页）岩型铜矿床的典型代表。通过对小河-石门坎矿段钻孔、剖面及地形资料的综合研究,应用surpac vision三维可视化软件建立了矿区地表模型,实现了工程控制矿段的地层、矿体的三维显示,并结合成矿地质条件建立了地层、矿体、地形的三维模型,直观地显示了矿区地层、矿体的分布特征,为深部找矿预测和勘查设计提供了科学依据。     

山西浑源罗框金矿隐伏矿体三维预测

通过对山西浑源张旺矿区成矿地质背景的分析及基础地质资料的搜集,利用三维可视化建模技术构建张旺矿区罗框金矿体的三维地质模型,确定有利控矿要素并构建找矿预测模型,在此基础上,根据分形理论确定该地区地质条件符合分形特征。然后利用最优异常搭配法,确定以最佳异常搭配数为3、最佳收缩空间距离为10 m圈定找矿远景区;使用叠合信息量法证明最优异常搭配法圈定结果的准确性,并对找矿远景区进行分级,最后圈定找矿靶区2处。结果表明,张旺矿区仍有一定的找矿潜力,后期应重点勘查该地区Au2矿体东部末端附近及Au3出露矿体的深部与F14断裂交会区。     

基于三维信息技术大比例尺三维立体矿产预测方法及途径

大比例尺成矿预测是矿田发现深部隐伏矿床的重要途径。随着三维地质信息技术的日臻完善,研究和开发三维可视化环境下地质勘查数据处理与信息综合方法十分必要。以我国甲玛等十几个矿山三维建模预测工作为支撑,初步研究了矿田控矿构造三维模拟、矿床模型三维可视化、三维信息综合定量预测等关键技术问题,探讨了三维预测软件开发技术难点,总结了大比例尺三维预测工作流程,并用实例说明应用成效。     

3D geometrical modelling of post-foliation deformations in metamorphic terrains (Syros,Cyclades, Greece)

Superposed to ductile syn-metamorphic deformations, post-foliation deformations affect metamorphic units during their exhumation. Understanding the role of such deformations in the structuration of metamorphic units is key for understanding the tectonic evolution of convergence zones. We characterize post-foliations deformations using 3D modelling which is a first-order tool to describe complex geological structures, but a challenging task where based only on surface data. We propose a modelling procedure that combines fast draft models (interpolation of orientation data), with more complex ones where the structural context is better understood (implicit modelling), allowing us to build a 3D geometrical model of Syros Island blueschists (Cyclades), based on field data. With our approach, the 3D model is able to capture the complex present-day geometry of the island, mainly controlled by the superposition of three types of post-metamorphic deformations affecting the original metamorphic pile: i) a top-to-South ramp-flat extensional system that dominates the overall island structure, ii) large-scale folding of the metamorphic units associated with ramp-flat extensional system, and iii) steeply-dipping normal faults trending dominantly NNW-SSE and EW. The 3D surfaces produced by this method match outcrop data, are geologically consistent, and provide reasonable estimates of geological structures in poorly constrained areas.     

一种基于物性数据的深部三维地质建模方法

地质采样信息不足是制约深部三维地质建模的重要因素, 深部物性探测数据由于其易于获取而能够有效形成可视化模型.结合这一特点, 在地质调查项目工作中探索出了一种基于物性探测数据的三维地质建模方法.它首先利用岩石样品物性测量实验数据提取出物性参数及其对应地质属性的映射关系, 然后将不同地球物理方法所获取到的物性数据进行综合建模并解释, 最后将解释后的可视化模型转换为地质三维模型.实践证明, 该方法能够针对性地解决项目中的一些深部地质三维建模问题.      

云南大姚地区六苴铜矿床小河-石门坎矿段三维可视化模型

大姚六苴铜矿床是中国砂（页）岩型铜矿床的典型代表。通过对小河-石门坎矿段钻孔、剖面及地形资料的综合研究,应用surpac vision三维可视化软件建立了矿区地表模型,实现了工程控制矿段的地层、矿体的三维显示,并结合成矿地质条件建立了地层、矿体、地形的三维模型,直观地显示了矿区地层、矿体的分布特征,为深部找矿预测和勘查设计提供了科学依据。