论文题目: 基于似三棱柱的三维地学空间构模技术研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 计算机应用技术
作者: 洪雄
导师: 戴光明
关键词: 科学计算可视化,三维地学模拟系统,空间建模,不规则三角网,似三棱柱
文献来源: 中国地质大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着科学计算可视化技术和地质信息计算机模拟技术的发展，将可视化技术应用于地质勘探和数据处理中，为地质工作者在3D空间中观察、分析地质现象以及空间分布提供了新的方法和手段，以帮助地质学家更全面地了解地层构造，为判断、决策提供支持。近年来，地学领域关于三维空间信息的研究形成了三维地理信息系统(3D GIS)和三维地学模拟系统(3D GMS)两大并行发展的支流。3D GIS以地球表面及以上为研究对象，而3D GMS以地球表面及以下为研究对象。真3D地学模拟、地理与地质空间的统一建模、三维拓扑描述、三维空间分析、三维动态地学过程模拟等问题，为地学与信息科学的交叉技术前沿。其中3D空间建模方法研究是目前3D GIS领域以及3DGSM领域攻关研究的热点问题。 三维现象随着研究领域的不同，其描述空间实体的方法存在较大差异，不可能设计一种数据模型来适合所有的应用领域，应根据研究领域空间实体分布特征，设计出专用的三维空间数据模型。在这里三维重构的数据形式主要分为两种：一是散乱点钻孔数据，二是断层切片数据。对于钻孔数据来说，常用的构模方法是体构模法，如三棱柱、四面体、六面体等。实际上钻孔在开采时由于诸多原因，它在垂直方向上会产生一定的偏移，因而导致所连接形成的三棱柱的侧面不是平面，也由于地质体的不规则性，使得连接形成的三棱柱的上下两TIN面也不平行。因此，把这种三棱柱称为似三棱柱Similar Tri-prism(STP)，把似三棱柱作为基本体元的构模方法称为似三棱柱构模法。 因此，本文根据地质体的层状特征和钻孔数据的特殊性，采用似三棱柱体元作为基本单元以“生长法”的思想来构建真三维地质体模型。主要内容包括数据预处理，如归一化，建立主要的数据结构等：基于散乱点的快速Delaunay三角剖分，简单多边形的三角剖分，最小权遗传算法三角剖分等；基于似三棱柱体元的生长法三维地质体建模；三角面片序列的剖切和恢复剖切截面的多边形面片拼接等。本文对三维地学空间构模的关键技术进行了研究，并以VC++6.0作为软件开发平台，结合强大的OpenGL动态图形连接库，开发了一个简单的三维地学模拟系统。 似三棱柱体元的上下表面都是三角形，所以要对散乱钻孔数据进行Delaunay三角剖分。本文参与三角剖分的数据规模小，故采用了典型的生长算法对散乱点进行三角化。而生长法三角化的关键是寻找第三点和确定待扩展边，基于此，本文在寻找第三点上对原生长法进行了改进，并用边链表保存待扩展边，减少了计算量和节省了存储空间。显然，快速的三角剖分对三维建模是很重要的。故本文还研究了基于遗传算法的最小权三角剖分，并取得了较好的效果。 为了恢复剖切截面，本文提出了多边形面片拼接方法。该方法用剖面对三维地质体模型施以剖切，在剖切面上生成边序列及顶点序列；由此边序列和顶点序列生成封闭的边界轮廓
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 科学计算可视化概述
1.2 三维地学空间构模技术概述
1.2.1 国内外研究现状分析
1.2.2 发展趋势及存在的问题
1.3 三维地学空间构模技术的研究意义
1.4 本文的工作及需要解决的关键问题
1.4.1 本文的研究工作
1.4.2 本文需解决的关键算法及问题
1.4.3 本文结构
第二章 三维地学空间构模方法研究
2.1 构模方法概述
2.1.1 面元模型的构模方法
2.1.2 体元模型的构模方法
2.1.3 混合元模型的构模方法
2.1.4 存在的基本问题
2.2 基于面的数据模型
2.2.1 表面构模法
2.2.2 边界表示法
2.2.3 线框构模法
2.2.4 断面构模法
2.2.5 多层 DEM法
2.3 基于体的数据模型
2.3.1 四面体
2.3.2 六面体
2.3.3 三棱柱与似三棱柱
2.3.4 三维栅格—八叉树
2.3.5 实体构模
2.3.6 块段构模
第三章 三角剖分算法研究
3.1 概述
3.1.1 不规则三角网的形成
3.1.2 Delaunay三角网的定义及基本特性
3.2 几种基于散乱数据的Delaunay三角剖分算法
3.2.1 分割归并法
3.2.2 逐点插入法
3.2.3 生长法
3.2.4 综合法
3.2.5 局部优化算法--LOP算法
3.3 基于钻孔数据的生长法Delaunay三角剖分
3.3.1 区域生长法Delaunay三角剖分的基本思路
3.3.2 区域生长法Delaunay三角剖分的实现步骤
3.3.3 区域生长法Delaunay三角剖分的实现结果
3.4 简单多边形的三角剖分算法
3.4.1 算法简介
3.4.2 基于凹凸顶点判定的割耳法简单多边形三角剖分
3.5 最小权三角划分遗传算法
3.5.1 遗传算法概述
3.5.2 遗传算法四要素设计
3.5.3 基于动态规划的最小权三角划分遗传算法
第四章 剖切算法研究
4.1 概述
4.1.1 剖切面及其剖切方法
4.1.2 三维剖切交互技术及研究现状
4.2 三维地质模型的剖切算法
4.2.1 用旋转矢量法实现任意三维剖面
4.2.2 三角面片序列剖切算法
4.2.3 恢复剖切截面的多边形面片拼接算法
第五章 结论与展望
5.1 工作总结
5.2 工作展望
致谢
参考文献
作者在攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目
部分实验结果
发布时间: 2007-01-12
参考文献
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