城市地下空间信息三维数据模型研究

系统分析了现有的三维空间数据模型的形式和特点,为城市地下空间信息基础平台空间数据模型的选择提供了甄别的依据.针对城市地下空间信息三维建模和可视化分析的特点和要求,设计了面向空间结构信息和空间属性信息建模与可视化的三维空间数据模型.对于城市地下空间几何结构信息（包括三维地质体几何结构、地下构筑物和地下管线）的建模与可视化,设计了一种基于边界表示,面向地下空间实体并兼顾拓扑关系的三维矢量数据模型;对于地下空间属性信息的建模与可视化,采用三维栅格数据结构来组织表征地质体内部物理和化学属性参数的规则体数据;并根据地质属性建模与地质结构建模的关系和要求,实现了由三维矢量模型向三维栅格模型的转换.     

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。     

三维地质界面模型交互式选择方法研究与实现

三维空间中地质界面的直接交互式操作是三维地理信息系统研究的一个热点问题。在基于屏幕坐标映射、OpenGL中视口设置和空间点投影变换前后坐标关系的基础上,重点研究并解决了利用鼠标在屏幕上进行三维地质界面的交互式选择与查询问题,分别就空间点、线段和三角面片的交互式选择问题进行了研究和探讨,并作了对应的测试,研究成果在一定程度上对三维地质界面建模和三维地学模拟提供了强有力的技术和方法支持。     

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.     

大地测量学实用计算软件编制

本文主要内容分为两个方面：一是同一坐标系统下不同坐标之间的相互换算;二是不同坐标系统之间的相互转换。深入研究了WGS-84、54北京、西安80三种坐标系统间的高斯平面坐标与大地坐标间的转换模型和算法,并用VB程序设计语言实现了这些模型和算法。     

一种新的多轮廓线重构三维形体算法:切开-缝合法

综合评述了目前通过多轮廓线重构三维形体表面的算法研究现状,提出了一种新的多轮廓线重构三维形体算法切开-缝合法(CS).该法通过引入控制点对作为切口,将轮廓线对进行坐标转换和轮廓对应后,切开并铺展成两条平行直线段,通过寻求轮廓线对顶点的对应关系,生成了符合Delaunay法则的三维形体表面三角面片,解决了形状和顶点数目差异较大的相邻轮廓线重构问题,并将其应用到基于剖面的三维地质建模中.实践证明,该算法行之有效,且对解决相似问题具有一定启发性.     

基于3DS MAX的火山地质景观三维建模与动态模拟研究

阐明了地质景观三维建模和成因动态模拟的研究意义,分析了国内外常用三维地质建模和模拟软件用于定性地质建模和模拟的不足之处,提出了利用3DS MAX多种建模和动态模拟工具,以定性、半定量、定量地质资料和数据作为数据源,进行地质景观三维建模和成因动态模拟。以吉林省伊通国家火山地质公园为例,介绍了火山地质景观自身及其地质背景的时、空信息组织和耦合方法;阐述了火山地质景观三维建模过程中空间尺度上的大、中、小层次结构及动态模拟过程中时间段的划分方法,建立起相互联系的空间三维可视化和时间动态模型。剖析了基于3DS MAX的火山地质景观定性-半定量模型和地质演化动态模拟的可靠性、精确性及适用性。     

区域GPS空间基准网的建立

随着GPS的广泛应用，如何提高GPS的定位效率，实现实时定位，已经成为有待解决迫切的问题，目前RTK技术(实时动态全球定位系统)不需要数据的后处理即可快速定位，但在定位之前，需要在足够的已知点上进行观测，计算获得所需区域的坐标系统的转换参数，这在很大程度上影响了RTK的定位效率和点位的相关与一致性，此外，目前许多城市的地方坐标系统与国家坐标系统之间缺乏精确严格的换算关系，结合区域GPS空间基准网的建立项目，阐述了GPS空间基准网的布设与施测、投影与坐标系统转换等相关的数学模型和解算方法，探讨了多套参数的差异与应用，观测分量的误差对于拟合参数精度的影响等问题，并给出了相应的分析数据．基于上述方法可以获得区域统一的、精确的多套坐标系统之间的转换参数，将WGS84的大地坐标与现行实用的坐标系统如1954年北京坐标系统、80西安坐标系统以及地方坐标系统紧密联系起来，从而实现坐标系统之间实时精确的转换，为RTK实时定位奠定基础。     

基于Surpac软件的三维地层模型研究

介绍了三维地质建模的方法，基于Surpac软件，利用某矿区的剖面地层信息进行三维地质建模，并实现了任意位置切剖面。     

基于机器学习的钻孔数据隐式三维地质建模方法

针对基于钻孔数据的传统显式三维地质建模方法存在过程繁琐、模型质量难以保证等缺点,本文提出了一种基于机器学习的隐式三维地质建模方法,将地层三维建模问题转换为地下空间栅格单元的属性分类问题.分别基于支持向量机、BP神经网络等分类算法,实现了钻孔数据的自动三维地质建模.实际建模结果表明,对于有限、稀疏的钻孔数据,支持向量机方法建模准确率较高,建模效率、效果优于显式建模方法.最后通过敏感性分析研究了超参数对建模结果准确率、模型形态的影响,为可控的自动三维地质建模提供了一种新的解决思路.     

基于SQL Server平台复杂地质体FLAC3D模型的构建

由于FLAC3D软件建立复杂三维地质体模型难度大、易出错,提出一种新的建模方法,即提取三维地质体建模数据并进行编辑成相应的表,把表导入SQL Server软件中,通过SQL查询语言生成FLAC3D可直接读取模型数据文件,从而实现在FLAC3D软件中准确、快速和自动化建立复杂三维地质模型的目的.通过云南某矿山的三维建模实例检验了该方法的可行性和高效性.结果表明:该方法在FLAC3D中建立复杂地质体模型具有一定的参考价值.     

复杂地质体三维数值建模方法研究

针对建立复杂三维地质体模型难度较大的问题,提出了一种有效的建模方法。该方法是以钻孔柱状图为原始资料,首先利用SURAPC软件生成岩层等高线,然后使用CAD和ARCGIS软件生成了网格点坐标,接着在ANSYS中建立实体建模并划分网格,从而建立有限元模型,再利用接口程序在FLAC3D中生成计算模型。最后,以甘肃窑街煤电集团天祝煤矿三维建模为实例,验证了该方法的可行性和有效性。     

山岭隧道地上地下一体化三维建模方法

针对山岭隧道地上地下一体化三维建模效率低、数据融合难度大的问题,提出一套基于BIM+GIS+倾斜摄影技术的建模方法。以武汉市黄龙山隧道为例,首先,按用途和施工工序对山岭隧道构件进行分类,利用Revit和Dynamo软件,采用参数化建模+自适应拼接的方法构建隧道三维结构模型;其次,通过无人机采用倾斜摄影技术获取地表影像,构建三维实景模型;通过影像匹配和滤波技术处理点云数据,生成数字高程模型(DEM),并结合钻孔数据,采用插值法和约束分区的方法构建三维地质模型;最后,基于MapGIS实现隧道结构模型、地表三维实景模型、三维地质模型的集成。该方法可以优化模型管理方式,减少数据信息的丢失,实现隧道工程信息的集成与共享。     

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。     

融合航摄影像与地面照片三维重建技术在考古中的应用

随着摄影测量与三维建模技术的快速发展,三维数字化重建已成为当前考古研究及文物保护的重要途径。由于考古遗址通常占地面积较大而细部结构复杂精细,单一的数据采集手段很难满足建模需要。以广西桂林靖江王陵为研究对象,介绍了影像建模的原理,同时从数据采集的范围、效率入手对无人机倾斜摄影与地面拍照两种数据采集方式进行了分析,提出了航摄影像与地面照片自动融合的三维数字化重建方法。最后通过与高精度三维扫描仪获取的点云数据进行同名点精度检验,分析了获取的模型点云精度。结论表明,该三维建模方法具有全面、快速、高精度的特点,对于考古研究及文化遗产的保护具有重要的意义。     

基于X3D不规则圆柱体构造算法研究与实现

目前,多边形表面模型是最常用的一种三维几何模型表示方法.然而这种复杂的三维几何模型经常超过了系统的处理能力,既占据大量的存储空间,也不利于互联网传输.针对这一缺陷,文章提供一种使用X3D的Indexed Triangle Strip Set节点构造不规则圆柱体模型的方法.不规则圆柱体采用层数及每一层半径表示方法,并结合曲面精度一同拟合3D几何面.此方法具有模型构建精度高的特点.     

三维建模技术在工业造型设计中应用

工业造型设计是所有以立体的工业产品为描述对象的设计方法,采用这种设计方法需要给出所设计产品的直观形象效果图。应用 AutoCAD 的三维造型和渲染功能可实现对工业产品造型设计。文章以滑动轴承座为三维造型实例,讨论了构造复杂三维模型的变换坐标系法和造型对齐法。最后通过办公椅的工业造型设计介绍了应用 AutoCAD 进行三维建模和渲染的方法、步骤和相关技术。     

基于Simulink船用智能柴油机共轨喷射系统视景仿真

选择合适的建模工具搭建船用智能柴油机燃油共轨喷射系统三维视景模型,在Matlab/Simu-link开发环境中设计该系统的数学模型,在此基础上,开发数据交互与通信模块,将上述两种模型进行有机融合,在网络化三维场景中实现燃油喷射过程的高逼真度可视化仿真.     

基于面向对象思想的矿体三维数据模型

为了解决地下矿体解译和圈定问题,采用面向对象的方法,分析了矿体三维模型,论述了矿体构模过程,矿体三维数据模型元素的表达,抽象成矿体模型类库,最终建立矿体的三维数据模型的过程,并成功地建立了国内某大型铁矿三维矿体模型.研究结果表明:面向对象思想建立矿体三维数据模型有效且实用.该成果对矿床采矿设计、开拓生产提供更直观、更可靠的研究手段.     

基于点数据集三维空间曲面三角化算法实现

在地质、医学等科学研究领域中,基于原始数据建立三维空间图像模型的研究具有较高价值;特别在三维地质构造建模中,测量获取的原始数据采用点数据集形式表示。基于点数据构建三维空间曲面三角化网格模型能够很好地还原点数据集所表示的曲面形态和展布,在现有的三角化剖分算法研究的基础上,提出一种基于点数据集三维空间曲面三角化网格模型生成算法;该算法生成的网格模型质量较高,能够较好地描述点集所表示的曲面形态。采用描述地质界面的点数据集进行算法验证与测试,根据边界数据实际情况,生成三维空间曲面三角化模型并更新网格模型边界,效果比较理想。