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基于剖面的三维复杂地质体建模技术研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究意义及背景

1.2 国内外发展及研究现状

1.2.1 三维地质建模国内外研究现状

1.2.2 三维地质建模技术发展现状

1.2.3 等值面提取技术研究现状

1.3 本文研究内容及创新点

1.4 论文结构

第2章 三维地质建模方法

2.1 三维地质建模理论体系

2.2 三维地质建模方法介绍

2.2.1 基于体模型的建模方法

2.2.2 基于面模型的建模方法

2.3 三维地质建模方法对比

第3章 基于轮廓线重构的地质体构建

3.1 轮廓线建模方法基本原理

3.2 基于轮廓线建模常用方法

3.2.1 最短对角线法

3.2.2 同步前进法

3.2.3 最大体积法与最小表面积法

3.2.4 切开-缝合法

3.2.5 分支处理

3.3 基于轮廓线建模方法存在的问题

第4章 基于属性体数据的复杂地质体构建

4.1 基本原理及流程

4.1.1 基本原理

4.1.2 基本流程

4.2 四维函数的构造

4.3 属性值的确定

4.3.1 点与轮廓线之间的关系判断

4.3.2 点到轮廓线的距离

4.4 生成属性体数据

第5章 复杂地质体数据的预处理

5.1 属性数据体的插值

5.2 常用的插值算法

5.2.1 反距离加权插值算法

5.2.2 B样条插值算法

5.2.3 克里格插值算法

5.3 实验结果及对比

第6章 对属性数据体提取等值面

6.1 等值面提取基本流程

6.2 等值面提取常用算法

6.2.1 Marching Cubes方法

6.2.2 Marching Tetrahedra方法

6.2.3 剖分立方体方法

6.3 利用CGAL提取等值面

6.3.1 CGAL概述

6.3.2 提取等值面

6.4 生成地质块体

结论

致谢

参考文献

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摘要

2如今,人们对地下矿产资源的需求越来越大,而且近年来地质灾害频发,在这样的背景下人们必须加快对复杂地质结构的探索。三维地质建模是利用计算机技术对地质结构和地质现象进行研究,其主要的建模方法分为基于体元建模和基于表面建模的两大类。表面建模是目前比较常用的建模方法,其主要思想是用曲面来对地质块体进行表达。而基于表面建模的方法又分为对开放地质体的建模和对封闭地质体的建模。
  对复杂封闭地质体的建模一直都是三维地学模拟的研究热点和难点,对于地质体的建模目前主要是采用轮廓线重构形体表面方法。这种轮廓线重构法主要思想是对剖面轮廓线按一定规则进行连接生成一系列三角面片,再将三角面片拼接形成曲面完成建模。该方法要求轮廓线之间的形状、大小相似并且轮廓线之间互相平行,目前该方法已广泛应用与医学成像和地学模拟等领域。但是,在地学模拟领域,对于复杂封闭地质体,由于其地质结构十分的复杂,剖面轮廓线之间形状、大小存在差异,而且也会出现轮廓线不平行的情况。所以这种轮廓线重构方法对于复杂地质体建模并不能取得较好的建模效果。
  本文从三维地质建模出发,对复杂封闭地质体建模进行了深入的研究,并针对目前常用轮廓线重构的地质体建模方法存在的不足,提出了一种新的基于体数据等值面提取的复杂地质体建模方法。该方法将多轮廓线之间的形体重构问题转化成体数据中等值面构造问题,主要思想是对地质剖面数据构造四维函数生成属性体数据,而四维函数的构造通过距离函数计算数据点的属性值得到二维数据体,之后将二维数据体上升至三维,生成三维属性数据体。通过B样条插值算法对三维属性数据体进行插值预处理,最后对三维属性体数据进行等值面提取生成曲面完成建模。该方法弥补了轮廓线重构法的不足,不需要考虑轮廓线之间的大小、形态和平行关系,同时对于轮廓线之间存在多分叉问题也能够取得较好的建模效果。

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