重磁三维可视化反演解释系统研究

论文摘要

重磁资料在地球物理研究、地质勘探、以及深部地质方面有着十分重要的作用,其资料解释的趋势也由二维向三维的方向发展。但是利用计算机进行三维重磁资料的解释远比二维复杂,如计算的精度,速度,计算公式的准确度,所开发的解释软件交互构造矿体模型的灵活性,方便性,模型间的拓扑结构,模型间的数据结构,三维空间实体间的位置关系等等都是需要研究并解决的关键问题。本文正是以此关键问题为出发点,将三维建模技术引入到重磁正反演理论中,结合3DGIS,计算机图形学,插值算法,碰撞检测（AABB,OBB…）算法等知识运用面向对象的观点设计并用C++和OpenGL在MFC环境下实现了三维重磁正反演解释软件。此软件交互构造地质体模型灵活方便,图形显示多样且美观,放大,缩小,漫游,旋转,迭代结果直观,人机交互构造正反演和自动反演相结合,方便物探解释人员（重磁解释人员）对资料进行解释。本文研究内容主要包括以下几个部分:1研究了重磁三维正反演解释软件的解释策略:采用人机交互迭代与自动反演相结合。2总结了地质体三维的空间建模方法,研究了适合本系统的三维数据模型。本论文中采用以下几种数据模型:（1）一系列规则形体(球体、椭球体、台阶、直立圆柱体、水平圆柱体、倾斜圆柱体,直立方柱体、水平方圆柱体,倾斜方柱体等;（2）一系列有限长度的多边形水平或直立柱体模拟复杂地质体;（3）一系列不规则TIN三角形边界面来模拟复杂地质体;3讨论了相邻模型重叠问题。金属矿模型之间是不允许重叠的,这样会导致重复计算,从而导致解释的不准确。本文总结了各种检测算法,提出了适合本系统的算法。这点是目前重磁三维正反演解释软件所缺少的功能,即:缺少在交互构造地质体模型时缺少自动检测是否重叠的功能。也作为了本系统较其他系统的一个创新点。4为了给解释人员一个灵活的解释平台和直观的解释结果,采用了灵活的三维地质体模型的构造,编辑,并采用多种显示相结合的方式。其中,重点研究了交互过程中地质体及其顶点的三维捕获技巧,模型的拓扑修改。5利用上述研究成果开发了重磁三维可视化正反演解释软件。该软件可以对某观测区域的重力磁力数据进行人机联作解释和自动反演,使解释人员直观的看出地面下地质体的形态,分布,物理属性等信息,从而为找矿提供非常直观的资料。本论文还对此软件的不足进行了说明,并指出了今后的改进方向。为保持理论的完整性,本次论文还对本软件使用的一些关键技术,如:三维建模,马奎特算法,相交测试等技术进行了简单的论述。本文分为四大部分:第一部分简要的讨论了三维建模与可视化理论,及将此运用到重磁反演解释中。研究了适合本系统的地质体模型的数据模型,并在第二章对这些模型进行了正演公式的推导。第二部分对此系统作了需求分析,并根据需求分析作了总体设计。在总体设计中,按照需求分析进行了功能模块划分,对系统的数据结构,主要算法进行了设计,并研究了交互的技巧。第三部分按照总体设计的方法,针对关键技术和难点进行了具体的实现,并给出了相应的关键代码（不是伪码）,便于读者理解。最后一个部分给出了如何应用软件进行人机交互。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 研究背景和意义
• §1.2 研究现状、发展趋势和存在问题
• §1.3 研究内容
• 第二章 三维建模与可视化理论
• §2.1 三维地质建模概述
• §2.2 适合三维重磁正反演系统的模型
• §2.3 三维可视化处理工具OPENGL简介
• 2.3.1 OpenGL具有以下主要特点
• 2.3.2 OpenGL提供了以下的基本操作和功能
• 2.3.3 OpenGL的图形处理流程
• 第三章 磁法和重力异常的正演计算
• §3.1 重力异常的计算
• §3.2 磁力异常的计算
• §3.3 MARUQARDT（阻尼最小二乘法）算法
• 第四章 系统的需求分析及总体设计
• §4.1 软件功能需求分析
• §4.2 软件总体设计
• 4.2.1 系统设计原则
• 4.2.2 系统模块的设计与划分
• 4.2.3 系统数据结构设计
• 4.2.4 Marquardt算法的流程设计
• 4.2.5 最优化选择法的流程
• 4.2.6 TIN三角形多面体反演公式与反演策略
• 4.2.7 可视化主要交互功能设计
• 第五章 系统的具体实现
• §5.1 三维交互场景的建立
• §5.2 重磁异常数据的三维可视化
• §5.3 MARQUARDT算法的实现
• §5.4 空间重叠的判断
• §5.5 复杂地质体交互建模的解决方案
• §5.6 地质体模型交互过程中的拾取实现
• 第六章 系统的应用
• §6.1 系统界面,菜单和工具条简介
• §6.2 系统的交互
• 6.2.1 数据读入
• 6.2.2 初始模型的构建
• 6.2.3 初始模型的编辑
• 6.2.4 模型重磁异常的计算及显示
• 6.2.5 人机交互结果的判断
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献