大型水电工程地质信息三维可视化分析理论与应用

地质信息可视化是大型水电工程可视化设计的基础，同时也是工程地质和数学地质领域的研究热点和难点。在深入研究复杂地质构造和可视化理论的基础上，针对无规律变化的地质体形态，引入NURBS技术，并结合地质交互解译、TIN算法和地质趋势面分析等理论方法，实现了三维地质模型的重建．基于模型进行了任意剖切、岩体质量分级、等值线自动生成和地质填挖计算等一系列可视化分析，并完成了模型地质信息的可视化管理与查询．根据上述理论与方法集成的Visual Geo系统已在锦屏一级、溪洛渡、糯扎渡和龙滩等大型水电工程设计中得到应用。     

双江口水电站工程地质三维可视化分析与应用

大渡河流域双江口水电站坝区工程地质条件复杂、地质信息众多,对工程勘探、设计及施工建设等带来了极大困难。为解决此类复杂的工程与地质问题,实现复杂地质体可视化,利用地质勘探信息建立三维地质模型,并基于纹理映射、碰撞检测、射线检测等可视化交互技术,实现三维地质的三维空间关系分析、虚拟钻孔分析及任意断面的实时剖切。研究和实践表明该方法可实现三维地质模型与现实地质体的有效信息链接和可视化交互分析,为工程地质分析、地质预测等提供基础,可有效提高工程勘探、设计与施工的信息化管理水平和效率。     

三维地质模型支持下的滑坡体稳定性分析

针对具有复杂几何形状和地质条件的滑坡稳定性分析问题，提出实现基于滑坡地质体三维建模的稳定性三维分析方法与系统．根据地质勘探和二维解译资料，运用NURBS．BRep混合数据结构建模方法快速、准确地重构滑坡体三维地质模型．该模型不仅包含直观丰富的地质信息和反映空间变化的复杂滑动面，完成了滑坡的可视化表达；而且为滑坡稳定性计算提供滑坡体三维剖分几何模型和大量的基础数据，极大地方便了三维稳定计算和敏感性分析的实现．应用表明，该方法实现的系统功能强大，能获得大量的计算分析成果，满足实际分析需要，提高了滑坡稳定性三维分析的数字化与可视化水平．     

露天矿三维可视化矿床地质模型的建立

基于裁剪曲面和不规则多边形，建立了露天矿三维可视化矿床地质模型，这个模型是由地质界面模型和地表面模型组合而成的。地质界面模型是由煤层的顶底板插值曲面经煤层边界和断层曲面裁剪而成的，地表面模型是对原始地表数据和矿坑数据进行三角剖分得到的三角形网格。根据露天矿的开采特点，实现了对模型的自动维护和更新，形成了动态的露天矿三维可视化矿床地质模型。     

地层模型三维可视化建模及应用

根据地下水数值模拟的实际需要，建立一种基于三棱柱体体元的数字地层模型，给出相关的剖切算法和与之对应的数据结构，实现了复杂地质体三维任意剖切和显示等各项功能。实践证明。它能够满足水文学应用的要求。     

BIM云平台中三维模型的任意剖切

针对BIM云平台中三维模型的剖切通过移动竖向或横向的剖切面来实现,剖切方式不灵活,仅是选择性渲染的效果且无法自动获得剖切面的信息的问题。基于Unity3D提出了一种对复杂BIM模型进行任意角度剖分并缝合原模型及剖面的分割算法。运用该分割算法可以从任意角度对BIM云平台中三维模型进行剖切并得到所有剖切点,根据分组排序的剖切点自动计算出每个被剖切构件剖切面的面积、圆形管件的直径以及管件之间的距离。该剖切方法在实现任意剖切的基础上获取到剖切面的关键信息,能够更好的指导现场施工作业。     

地质勘察信息系统中三维模型控件的设计与实现

研究地质三维模型的建立方法,并利用组件开发技术对地质勘察信息系统进行组件架构设计,实现在VC++环境中基于OpenGL和ActiveX技术进行三维地质模型控件的设计与开发。文中控件已成功应用于地质勘察信息软件开发平台中,能够进行地质体的动态模拟、显示、查询、剖切和各种交互操作,并对其属性、方法和事件进行封装,实现了软件重用、代码共享,从而提高编程效率,降低了开发成本,具有较高的实用价值。     

基于含拓扑剖面的三维地质建模

提出了一种通过引入剖面中空间要素（多边形－弧段－结点）之间的拓扑关系（邻接、关联 和包含）来生成基于边界表达的三维地质模型的方法。该方法特别适合于剖面中有多个相互 连接的地质体单元的多体建模,而该情况在三维地质建模中比较常见。同时,该方法中使用 的剖面不要求共面或者平行,拓扑信息包含于生成的三维模型中。而且,在用户少量干预的 情况下,结合地质知识,该方法可以建立绝大多数复杂地质模型。基于该方法,开发了一个 三维地质建模与可视化系统,并成功应用到北京市奥运场区的三维地质建模中,结果表明该 方法具有建立实际复杂三维地质模型的能力。     

三维地质模型信息可视化与工程应用

大型水利水电工程所处地区地质构造复杂，涉及的地质信息众多且时间跨度长，给工程设计带来很大的困难．基于锦屏一级水电站工程实例，通过对地质勘探数据的整理和对地质解译结果的分析，采用新的方法和数据结构建立了满足要求的三维地质模型．进而以三维地质模型为中心，从点、面、体3个层次将空间图形与其信息进行有机链接，同时也建立了相关的综合地质信息数据库，实现了三维地质模型信息的可视化管理与查询，突破了传统的纯文本方式，使工程人员能够全方位、动态地分析和利用地质信息，提高设计水平．     

露天矿三维可视化地质模型的实时动态更新

建立动态地质模型是对地质模型应用的一个重要环节。本文在基于裁剪曲面和不规则多边形的露天矿三维可视化地质模型的基础上，根据露天矿的开采特点，先对地表面模型进行更新，用更新后的地表面模型对煤层的顶底板网格进行裁剪，得到更新后的地质界面模型，最终实现了对地质模型的自动更新，建立了动态地质模型。     

基于VTK和QT的层状地质体三维建模及可视化研究

地质体三维可视化是科学计算可视化研究领域的重要分支。如何把地下无法透视的构造信息,进行三维可视化,一直是地学领域的热点和难点之一。基于此,针对层状地质体的结构特征和三维建模方法进行了研究,在此基础上运用开源可视化工具包(VTK)和应用程序开发框架QT,完成对层状地质体的三维建模及可视化。最后结合兴城深部探测野外示范与实验基地的实际地震勘探数据,实现了对该区域的地质模型构建及立体展示。实践表明,使用VTK和QT作为层状地质体三维可视化的开发工具是可行的,完成了该区域6个地层地质体三维建模以及结合地震数据的综合三维可视化。     

空间点集Voronoi图的海量构造算法及可视化技术

设计空间点集Voronoi图的增量式外存算法以及空间点集Voronoi图的任意平面可视化剖分技术,以"点-线-面-体"的空间数据结构为基础,实现在指定空间区域内生成Voronoi图的新方法.提出的算法数据结构清晰合理,数据交互方案简单有效且无内存限制,发展的可视化技术可以对空间点集Voronoi图进行任意的平面剖分,实现了三维Voronoi晶胞集合体内部结构的可视化.     

基于支持向量机的顾北煤矿北一矿区三维地质模型构建

三维地质模型是表征地下地层分布和地质构造的有力工具,可以简单有效的帮助地质解译和空间分析工作,但由于传统三维地质建模方法建模过程复杂、人为干扰影响大,非专业人士短时间内很难掌握并且建模质量难以保证。为满足矿山智能开采对高精度地质模型的需求,提高三维地质建模与可视化的高效性和直观性,提出一种基于支持向量机的三维地质建模方法,将地质体划分为大小均匀的栅格单元,根据栅格单元的属性类别构建三维地质体模型,并使用基于RBF核函数的支持向量机分类器对顾北煤矿北一矿区进行了实例验证,将模型进行开挖显示,与实际钻孔数据构建的地质剖面图进行对比,结果表明,该方法具有很大的适用性,并且可以很好的处理尖灭地层,建模效率以及准确率较高。     

基于地层线的三维地质剖切算法

文章以地质钻孔为离散点,运用空间插值以及由曲面拟合得到的各地质结构趋势面,建立了工程地质三棱柱结构模型,在此模型基础上提出一种任意切面的剖切方法。该方法首先应用三维空间求交算法快速求出剖切面与凹凸起伏的地层趋势面的交点;然后将这些交点按照地层层序连接成三角形并根据其贯穿的地层属性进行精确着色,从而得到三维的剖切实体图、切面图,为地质工作者在3D空间中观察地质结构、分析地质特征提供了新的方法和手段,可为地质工程项目的设计、管理和施工提供科学的决策依据。     

基于三维地质模型的地下洞室参数化设计与方案优选

水电工程地下洞室区域所处的地质构造往往比较复杂，二维设计方法有一定的局限性．引入非均匀有理B样条（NURBS）技术，并结合地质交互解译、TIN算法和地质趋势面分析理论方法构建三维地质模型．基于三维地质模型，提出地下洞室三维参数化设计的概念和方法，对设计成果进行分析，并应用改进的层次分析法，构建地下洞室设计方案的优选模型．通过在某水电工程设计中的应用验证了该方法的可行性．     

一种基于kd树的实时大规模地形可视化算法

大地形实时可视化在GIS、虚拟现实、仿真、游戏等领域有大量应用.对已有算法进行综合和改进,提出了一种简单、快速的实时大规模三维地形绘制算法.该算法主要包括:对所有数据进行空间分块(tile);块内采用改进后的kd树进行进一步空间剖分;方便三维数据交互显示操作的“静态池”和“动态池”数据结构;针对海量数据的外部存储(out-of-core)技术;加速OpenGL的优化方法等.算法运行良好,在微机上达到较高的帧率和较好的显示效果.     

复杂地层结构模型三维重构与可视化方法研究

针对工程建筑、水利水电建设以及地质灾害防治等工程地质学研究中的空间结构分析与信息可视化问题,提出了一种基于单元块体的空间自动搜索地质建模方法.该方法的主要思想是:首先由地质专家充分利用工程地质勘探的资料,并结合自身经验,在交互式环境中完成2D/3D剖面解释;而后系统自动完成地质结构单元块体搜索,运用CSG集合运算并根据地质单元块体的空间拓扑结构实现复杂三维地质模型的构建.本方法通过引入地质单元体的概念,并在建模过程中融合地质专家的知识,使地质模型的建模过程得到了简化,提高了模型的精度,有效地解决了复杂三维地质模型的建模问题.     

圆环的有限剖分及其数据结构

对作为常用基本体素的圆环进行了空间单元及三角剖分的研究，给出了用空间单元法及三角剖分法表示圆环的原理和方法，同时也给出了该三维模型的数据结构，简化了算法，并从根本上为解决在圆环面上定义四维曲面及用离散法进行曲面求交等问题提供了保证     

地质工程一体化油藏模型高效可视化技术

针对实时绘制大规模油藏地质网格模型存在速度慢、效果差等问题,在分析Eclipse油藏网格模型存储格式、网格模型的表示及单元格排序规律的基础上,提出一种新的网格模型消隐算法,对原始网格数据进行优化,从而提高油藏网格模型的绘图显示速度。通过油藏地质模型与井轨迹三维可视化软件的具体实现,验证了消隐算法的正确性和效率。软件中首先通过预处理有效减少了显示网格的数量,采用WPF和Helix三维图形技术,实现了油藏模型的高效显示。对不同规模的油藏模型进行对比测试,证明了该方法可减少85%以上的点和面数据,显示速度和优化效果显著。软件有助于钻井解释与决策,为钻井过程提供合理的随钻跟踪地质目标钻井方案,实现地质工程一体化的无缝衔接。     

空间四面体剖分及可视化系统设计

地质体真三维建模是地学信息系统的核心问题之一。针对三维建模时模型属性表达缺失和无法进行空间分析的问题,提出了一种TetGen结合WebGL来构建三维模型的新方法。该方法使用TetGen构建模型,既保留细节特征又能高效率完成地质体三维建模及模型的优化。同时,借助WebGL构建了三维模型的3D可视化系统,实现了细节层次模型的展示,并利用js完成模型的空间分析基本参数计算。提出的三维建模方法结合可视化空间表达的方式,不仅实现了三维模型快速准确的四面体剖分,还完成模型数据的组织与管理,强化了模型的空间分析能力,拓宽了模型在地学领域的研究与应用。