面向体元结构的三维地质模型剖切算法研究

文章针对三维地质建模和地质数据可视化中重要的体元模型,通过对三维剖切面的隐函数刻画,研究了基于可视化工具包(Visualization Toolkit,VTK)的三维地质模型剖切算法。重点对四面体数据结构模型和六面体数据结构模型分别进行剖切算法设计和功能实现。在三维地质模型中应用该剖切算法,结果表明该算法能够较好地对矿区各种形态地质体进行任意剖切,可有效提高三维地质模型的剖切效率。     

基于ArcEngine的灾害地质立体图图切剖面算法设计与实现

灾害地质立体图图切剖面作为立体图三维分析的一个重要部分,是进行地质灾害分析、预测和防治工作的有力工具.切出的二维剖面图与灾害地质立体图相配合,可以清晰地反映出图区内地层、灾害体、构造的空间分布特征,对于认识各种地质体和灾害体赋存的地质条件和时空分布规律,指导地质灾害预测和防治具有重要的意义.本文在前人工作的基础上,采用面向对象的开发方法,以ArcEngine为基础开发平台,利用C#.NET语言、GIS技术,基于基础地质数据,建立地质剖面图的数据模型,探索在ArcGlobe平台支持下的三维区域灾害地质图中实现自动图切剖面的技术与方法,并在QuantyView平台上,实现了方便、快速、准确的对任意地区任意地段地质剖面的自动绘制.     

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。     

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。     

基于扫描线的多面体隐藏线消除算法

在多面体隐藏线消除算法中计算投影后二维线段的交点时,通常采用的是传统的线段求交算法.本文从提高其速度入手,将计算几何领域中新的研究成果即扫描线算法应用到线段求交算法中,代替传统的线段求交算法,并通过建立线段在空间位置上的连续关系,达到快速消除隐藏线的目的.     

基于Akhras-Dhatt算法的区域剖分法

研究确定了网格单元邻接矩阵带宽与并行计算效率间的关系,得到了可以通过减小单元邻接矩阵的带宽,以减小外部通信量,从而达到提高并行计算效率的目的。为了提高并行计算效率,基于Akhras-Dhatt(AD)算法思想,通过引进类似节点商的单元商对单元编号进行优化,使得矩阵带宽减小,从而设计了一种减小单元邻接矩阵带宽的AD算法。进一步基于减小矩阵带宽的AD算法,提出一种区域剖分算法。利用此区域剖分算法,对全球海域无结构网格中的部分区域进行区域剖分研究,结果表明该算法能得到很好的加速比与并行效率,计算耗时相对较短,证实利用该方法对大规模网格区域进行分裂具有可行性与有效性。     

三维地质模拟中断层的处理

断层是地质构造中最常见的一种,断层的建模将关系到能否正确形象地显示地层的构造。针对计算机三维地质模拟需要对断层信息进行详细分类的特点,设计了利用5个变量描述断层面的数据结构,利用该结构可以方便地表现地质构造中的各种断层,同时利用该断层面结构可较为简单地实现剖面线生成算法。     

地质趋势面分析的新方法

本文通过地质趋势面分析不同种方法的介绍和对比，提出采用两种人工神经网络模型相结合的方式对地质趋势面进行分析。该方法提高了拟合精度，能较好地处理地质趋势面分析中的非线性问题     

基于OpenGL的三维真实感地质体研究

为了实现地质体的真实感显示,利用OpenGL中的纹理映射、光照、反走样、雾化等实现地质体的三维可视化显示,并且在静态模型的基础上通过OpenGL中的平移、旋转、缩放实现动态的显示,提高了图形显示速度,使模型达到更加真实的效果.     

基于SSHC的三维地形多分辨率建模(英文)

针对应急灾情态势显示系统数据量庞大与数据更新迅速而造成模型数据量大、计算时间久的问题,提出了一种多分辨率三维地形建模方法。目的是使地形模型本身既满足视觉逼真度,又可以降低调用模型所耗的计算时间。为此,采用构建三维模型的分层递阶模型(hierarchical model,HM)的方法进行多分辨率建模。将用于遥感地物识别的基于尺度空间的层次聚类算法(scale-space based hierarchical clusteringalgorithm,SSHC)引入HM的构造过程,依据HM设置三维模型的各组节点,并与基于多边形优化的多细节层次(levels of detail,LOD)建模技术相结合构建大场景的三维地形模型.实验证明该方法可以实现符合视觉原理的由宏观到微观显示的同时降低地形模型的计算量,满足应急灾情态势显示的需要.     

对截交线相贯线定义的探讨

截交线、相贯线的原有定义在图学界未能统一,且多是以交线的形成方式为依据而建立的,给使用带来很多困难.本文试从解析几何的角度,对截交线、相贯线以新的定义,使《画法几何》中对该类问题的论述更趋合理,求解更为明晰.     

基于MWN3D算法的岩石层3D热结构模型的反演方法

在三维热导方程波数域方法(MWN3D)的基础上发展了一种反演岩石层3D热结构的方法.该方法的核心是在使用表面热流数据的同时,假设热生成率在深度方向上为幂指数衰减规律,再通过调节地表等效热生成率的方式,满足地表温度基本上为一常数的强限定条件,最后得到岩石层3D热结构模型以及相应的地表等效热生成率分布.数值模型实验表明这一方法计算速度快,处理问题灵活.在观测数据和测量参数(特别是热生成率)不充分的条件下,该方法不失为一种可行的估计区域岩石层的3D热结构的途径.     

三维灰趋势面分析法在瓦斯涌出量预测中应用

生产现场表明：在一定的地质范围内,矿井瓦斯涌出量的变化是呈一种逐渐的趋势性变化,而不是忽高忽低毫无规律变化的,因而可以用一个三维灰趋势面来描述其变化规律。本文介绍了灰趋势面分析法这种新的矿井瓦斯涌出量预测方法的建模机理和预测思路,并以湖南涟邵矿务局洪山殿矿蛇行山井四煤为例,进行了实际应用,在此基础上,绘制了井四煤层瓦斯涌出量分布的三维灰色趋势曲面,取得了优越于其他预测方法的结果。     

基于加权PCA分析的三维点云模型对称性检测算法

对普通PCA(principal component analysis)算法进行了改进,使之能用来检测点云模型中存在的平面反射对称性。算法的执行过程如下:首先,使用每个点元的面积作为权重,执行一次加权PCA确定一个近似的对称平面作为初始平面;然后,采用迭代的方法逐步调整上述的对称平面,使之趋向于真正的对称平面(主对称平面)。在每次迭代过程中,算法根据一个距离度量来更新每个点元的权重,通过新的权重执行加权PCA计算来确定一个新的对称平面。如果当前的对称平面与上一次迭代中的对称平面足够接近或者迭代次数超过了给定的阈值,迭代就会终止,从而计算获得整体点云的主对称平面。实验结果表明即使对于非完美对称的模型,该算法也能精确地找出模型的主对称平面。     

双重约束下的密度三维反演

为增加密度三维反演过程中的约束及避免上漂现象,从定性与定量相结合的角度提出一种密度相关概率成像与基于钻井的位场特征约束相结合的双重约束机制,重点提出以核函数均值差作为扫描函数,并给出依据剖分网格密度属性与位场分布相关性差异进行密度值双重约束的具体方案。理论模型试验结果表明,利用所提方法在先得到地下剖分单元的密度定性分布特征的情况下,可给出定量反演过程中的剖分网格密度取值范围及其搜索顺序,尤其在有钻井资料的区域中反演结果的纵向分辨率得到了较大提高。实际资料处理结果进一步验证了方法的实用性。     

基于天体三维模型的着陆段视觉导航方法

针对深空探测精确着陆的需求,本文提出一种基于天体三维模型的着陆器视觉导航方法.该方法以天体三维模型为数据基础,根据着陆器初始猜测状态在线生成导航地图,通过已知路标匹配确定着陆器相对着陆点位置姿态;借助三维模型提供的深度信息配准像素灰度,恢复序列图像帧间运动,给出两次已知路标匹配之间的局部运动轨迹,实现着陆下降过程着陆器状态的准确估计.在线生成参考地图与实际采集的天体图像在尺度、视角等方面比较接近,更易于导航路标的匹配,解决了下降过程尺度大范围变化使路标难以匹配的问题.引入像素深度信息辅助灰度配准,通过搜索图像间平移和旋转使图像中的全部特征灰度差异最小,采用了全局优化思想,因此可以克服特征匹配过程易陷入局部极小,出现误匹配的问题,具有更高的帧间运动估计精度和稳定性.数学仿真表明,本文提出的视觉导航方法具有良好的性能,满足深空探测高精度着陆的导航需求.     

基于DEFORM-3D的难加工材料切削性能比较

运用DEFORM-3D有限元仿真软件分别对300M超高强度钢、钛合金TC4、镍基合金In718、铜合金Cu C2进行切削仿真。切削仿真研究表明:切削300M超高强度刚的切削力最大;切削镍基合金In718时刀具与工件间的切削温度最高、刀具应力与刀具磨损最大。