三维层状地质体可视化建模及分析研究

论文摘要

三维地质体建模及可视化是三维GIS研究的热点问题,同时也是地质、矿山等领域发展的迫切需要。本文研究了三维层状地质体建模及可视化的理论、方法及软件开发问题,系统有效解决了IDL与外部程序的数据共享和交换问题,实现了混合编程,精确封闭了地质层面的侧表面,利用DXF文件接口导入并精确定位Sketchup构建的复杂断层模型,准确、完整地建立了表面模型,实现了表面模型与实体模型的集成,系统的实观对促进数字化矿山的发展有一定的借鉴意义。本文首先对三维地质体建模及可视化实现的原理和方法进行了研究和探讨,包括三维空间数据模型的选择、插值方法的比较,三维可视化开发软件的比较等,由此确定采用第四代编程语言IDL与VB混合编程的方法进行系统开发。相应地对IDL的开发环境及混合编程进行了研究,涉及IDL两种图形系统(直接图形系统和对象图形系统)的比较、IDL的对象模型、坐标系统、IDL混合编程的实现方法,IDL与外部程序的数据共享机制及程序的发布等。论文侧重于三维地质体建模及可视化的软件实现,通过VB编写的软件界面,调用IDLDrawWi dget图形控件,后台操纵IDL完成相应的操作实现混合编程。利用IDL对象模型,实现了三维地质体实体模型、表面模型、地质断层模型、钻孔模型的建模和集成显示,并在场景中实现实时旋转、缩放、平移,分层显示地层、视图剪切控制,表面模型、实体模型、地质钻孔的显示及隐藏。根据三维体素(Voxel)的空间属性实现了空间信息查询、地层体积计算、统计地层信息(地层厚度平均值、最小值、最大值及其出现位置),利用钻孔数据实现了钻孔柱状图的显示。并借助IDL提供的多种插值方法实现了不同插值表面的显示、分析、叠加影像、误差计算等操作。实现了非空间属性的生成及条件查询结果的显示,利用SLICER3程序实现了地质剖面显示、分析及子块提取操作。为验证系统的可行性,以亳州市花沟西矿为例,真实、直观地表示出其复杂的地质结构,实现了地层统计信息的分析、计算,验证了本文所采用方法的有效性,提高了人们对矿山的认知能力,促进了对矿山进行科学开发和管理。图23表8参57

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 三维地质体建模和可视化的研究现状
• 1.2.1 三维数据模型的研究现状
• 1.2.2 IDL三维可视化研究现状
• 1.3 技术路线和方法
• 1.4 系统的技术创新
• 2 三维地质体可视化的理论基础
• 2.1 空间数据模型
• 2.1.1 表面模型数据结构
• 2.1.2 实体模型数据结构
• 2.1.3 混合模型数据结构
• 2.2 空间插值方法
• 2.2.1 空间插值问题的提出
• 2.2.2 空间数据插值方法概述
• 2.2.3 空间插值的数据源
• 2.2.4 IDL的插值方法
• 2.3 三维数据开发平台比较
• 2.3.1 OpenGL库
• 2.3.2 Direct3D简介
• 2.3.3 IDL和Matlab
• 2.4 高斯投影变换
• 2.4.1 高斯投影简介
• 2.4.2 高斯投影正反算公式
• 3 IDL开发环境及混合编程
• 3.1 IDL简介
• 3.2 IDL的图形系统
• 3.2.1 直接图形系统
• 3.2.2 对象图形系统
• 3.2.3 直接图形系统和对象图形系统的比较
• 3.3 IDL的坐标系统
• 3.3.1 IDL系统的数据坐标体系
• 3.3.2 坐标的转换
• 3.3.3 IDL对象数据的normal坐标转换
• 3.4 IDL对象模型
• 3.4.1 IDL对象的概念
• 3.4.2 对象模型的层次结构
• 3.4.3 图形对象操作概述
• 3.5 IDL混合编程
• 3.5.1 IDL混合编程概述
• 3.5.2 IDL图形控件接口调用方法
• 3.5.3 IDLDrawWidget控件的事件响应机制
• 3.6 IDL内部及与外部程序的数据共享机制
• 3.6.1 IDL内部的数据共享机制
• 3.6.2 IDL与外部程序的数据共享机制
• 3.7 IDL的编译及应用程序的发布
• 4 系统可视化实现技术
• 4.1 系统基本功能模块
• 4.2 程序界面设计及对象模型
• 4.2.1 程序界面设计
• 4.2.2 系统对象模型的层次结构
• 4.3 三维地质体建模的数据源
• 4.3.1 地质钻孔数据
• 4.3.2 遥感影像
• 4.3.3 断层的空间信息及地质属性信息
• 4.4 三维地质体建模
• 4.4.1 三维地质体实体模型
• 4.4.2 三维地质体表面模型
• 4.4.3 地质断层模型
• 4.4.4 地质钻孔模型
• 4.5 空间对象管理与操作
• 4.5.1 显示控制
• 4.5.2 图层控制
• 4.5.3 视图控制
• 4.6 属性查询及统计分析
• 4.6.1 属性查询
• 4.6.2 体积计算
• 4.6.3 地层统计信息
• 4.7 非空间属性生成方法及条件查询
• 4.7.1 非空间属性生成方法
• 4.7.2 条件查询实现
• 4.8 地质钻孔柱状图
• 4.9 剖面分析
• 4.10 表面模拟分析
• 4.11 数据输出
• 5 实例分析
• 5.1 项目简介
• 5.2 三维地层显示
• 5.3 表面模型和实体模型的统计计算
• 5.4 IDL表面模型和实体模型的比较
• 5.5 IDL插值方法分析比较
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果