CN101251930A - 三维地质模型定制式无损任意分割方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的三维地质模型定制式无损任意分割方法是：将基于“二体式”数据结构建立的三维地质模型中不同体的分割，转换为对对应面的切割，切割条件由用户自由定制，对复杂地质体进行任意复杂切割，同时保证切割前后体的完整性。本方法具有广泛的用途，可应用于地质、矿产、石油、建筑、水利水电工程、土木工程等需要进行三维空间分析的所有领域。

Description

三维地质模型定制式无损任意分割方法

技术领域

本发明涉及需要对地质模型进行空间分析的领域，如基础地质、矿产地质、石油地质、工程地质、城市地质等领域。

背景技术

从20世纪80年代后期以来，信息技术的发展给地质领域带来了一系列的新的技术与方法，使地质分析从二维分析跨越到了三维空间分析，这些改变使地质分析可以更直观、更清晰、更方便，所采用的技术方法和手段也更多。目前比较成熟的空间分析在地质领域可以具体表现为钻孔、构造等属性数据的空间查询，空间坐标、长度、距离、角度等空间量测，体积和面积等空间计算，横、纵、平等空间剖面切割分析等。

矢量剪切是地质领域空间分析应用最广泛的技术之一。从几何学角度看，矢量剪切可分X方向、Y方向、Z方向和任意方向剪切。其基本方法原理为：取出所有图形数据点，判断此点是在剪切面的哪一侧，保留在其中一侧的数据点，舍弃在另一侧的数据点；然后求出剪切面与所保留图形的交点，并将这些交点按照图形的拓扑关系形成相应的填充区，根据继承的拓扑关系与保留图形一起形成新的实体。例如，矢量剪切平面方程为a·x+b·y+c·z+d＝0，则a·x+b·y+c·z+d＜0和a·x+b·y+c·z+d＞0，分别代表了矢量剪切平面两侧的图形。一旦确定保留其中一侧，便同时舍去了另一侧。具体可以细分为对线条、对多边形、对空间曲面和对注释文字等点符号的裁剪。

但是在实际应用中，由于地质条件的复杂性和现有技术的局限性，一些更具实用价值的空间分析至今处理得不理想，如地下建筑群与整个地质模型这两个复杂模型的相互切割等，其原因包括：高精度三维模型的建立本身就具有很高的难度，而三维空间分析是建立在三维模型之上的；三维空间数据模型的复杂性也给复杂的空间分析带来很大的难度；复杂空间分析对硬件有比较高的的要求；等等。使在目前经常采用的建造实体几何法(CSG)或边界表示法(B-Rep)或扫描表示法建立的三维模型上都不能理想地处理复杂剪切问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种三维地质模型定制式无损任意分割方法，该方法是在基于“二体式”数据结构建立的三维模型上，可以由用户自由定制复杂的空间组合切割方式，对三维模型进行无精度损失的空间分析。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：将基于“二体式”数据结构建立的三维地质模型中不同体的分割，转换为对对应面的切割，切割条件由用户自由定制，对复杂地质体进行任意复杂切割，同时保证切割前后体的完整性。

本发明采用的“二体式”数据结构是对B-Rep数据结构的改进，其核心改进是用一个共用面代替了相邻体之间的两个面，从而较大幅度降低了三维模型的数据量，简化了三维模型的数据结构，提高了数据处理速度，降低了对硬件的要求，可以比较理想地处理复杂模型间的矢量剪切问题。

本发明还具有以下主要的优点：

其一.可以由用户自由定制复杂的切割条件，如用庞大复杂的地下建筑群对整个模型进行切割；切割后，可以把两部分(切割部分和被切割部分)拉开，既可以观察两部分的表面情况，也可以进入里面进行观察；在切割过程中，可以把模型相互剪切的交线及其属性同时保留在两部分模型上，如把地下建筑群在切割地质模型时遇到的各种地质情况反映在地下建筑群模型上。这些功能的实现可以为多种复杂分析提供直观而充分的支持。

其二.可以由用户同时定制多个切割条件，一次性切制大量的平面或剖面。

其三.在剪切过程中，会依据空间拓扑结构，进行自动封闭成体操作，使剪切后两部分仍是完整的体。

其四.在复杂剪切过程中，不会降低原模型的精度。

附图说明

图1是本发明的任意形状剪切说明示意图。

图2是复杂模型剪切结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对具体实施方式进行说明。

本发明提供的三维地质模型定制式无损任意分割方法是：将基于“二体式”数据结构建立的三维地质模型中不同体的分割，转换为对对应面的切割，切割条件由用户自由定制，甚至可以把庞大复杂的地下建筑群作为空间剪切条件，来对三维地质模型进行空间剪切分析，完成对复杂地质体进行任意复杂切割，同时保证切割前后体的完整性。

本方法具体采用以下步骤的方法：

(1)依据“二体式”数据结构建立三维地质模型，要求三维地质模型的数据结构符合“二体式”数据结构要求，即：相邻两个体单元接触部分的两个面由一个共用面代替(被合并成为一个面)，构成二体共面结构，所述共用面具有两个体单元的属性。二体式结构的这种特点，既有利于三维实体内部各种空间位置和拓扑关系的保持，也有利于进一步对三维实体进行矢量剪切及动态演化模拟。

(2)由用户定制任意分割条件，可以用一个或多个条件或不同条件的组合来定制分割条件，如定义一个起始位置和间隔距离来切割大量剖面或平面；或用地下建筑群的边界作为分割条件等等。

(3)对体的分割转换为对对应面的分割：即把对体的分割转换为对组成这个体的面的切割，找出要切割的面。

(4)分割面：求出切割部位的交点和交线，并把原来的面在切割部位一分为二。

(5)在切割部位，依据用户需要和拓扑结构把分割前后被切割的面重新封闭成体，即切割完后再把切割部位的各个面封闭成体。切割后各部分仍然是完整的体，保持原来的属性与精度不变，即切割前后数据是无损的。

(6)保留用户需要观察的面或体，把不需要的部分删除或隐藏。

切割后，形成的切割和被切割部分同时保留有切割过程中相互的交线及其属性。可以拉开切割和被切割部分，对二者的表面情况或里面情况进行观察。

下面结合附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

1.采用以下的方法，获得用户想要的任意形状：

为方便叙述，图1采用三维模型的切面来进行说明。

要在三维模型切出H部分所示的形状(ASTUVC′)，其方法是：按顺序，先处理第一个面AA′，用AA′面剪切三维模型，将AA′面的法线n1方向的背面保留，右面用作下一次被剪对象；对BB′面，在剩下的要处理的对象中，保留其法线n2背面(下面)部分，即A′TUB′，而让正面ASTUB′作为下一次的被切对象，同样，对剪切面CC′，与剩下的体相切后，保留其法线n3背面的体B′UVC′，而余下的正面部分，由于再没有剪切面了，将被抛弃或作为切后的另一个模型放置(C′UTSA)，这样就完成了H形状对三维地质模型的剪切处理，即得到了需要的H形状。

在此处理过程中，H部位的形状是可以由用户任意定制的，其它任意形状也可以根据此方法进行。

2.复杂地下建筑群剪切三维模型后的结果：

如图2所示，其处理步骤如下：

1)用户自由设计地下建筑群的三维模型；

2)把用户自由定制的地下建筑群作为剪切三维地质模型的条件；

3)采用图1所述的方法，用地下建筑群剪切三维地质模型。

4)舍弃或隐藏建筑群以外的三维模型，得到地下建筑群剪切地质模型的结果；

从剪切的结果上可以明显看出建筑群各个部位会遇到的各种地质情况，从而为地下建筑群的设计、施工或其他处理提供完整的地质依据。

Claims (7)

1.三维地质模型定制式无损任意分割方法，其特征是将基于“二体式”数据结构建立的三维地质模型中不同体的分割，转换为对对应面的切割，切割条件由用户自由定制，对复杂地质体进行任意复杂切割，同时保证切割前后体的完整性。

2.根据权利要求1所述的三维地质模型定制式无损任意分割方法，其特征是采用以下步骤的方法：

(1)依据“二体式”数据结构建立三维地质模型；

(2)由用户定制任意分割条件；

(3)对体的分割转换为对对应面的分割；

(4)分割面；

(5)依据用户需要和拓扑结构把分割前后被切割的面重新封闭成体；

(6)保留用户需要的面或体。

3.根据权利要求1或2所述的三维地质模型定制式无损任意分割方法，其特征是用线或面或体对三维地质模型进行任意分割，并且采用自动封闭技术，使切割后各部分仍然是完整的体，保持原来的属性与精度不变，即切割前后数据是无损的。

4.根据权利要求3所述的三维地质模型定制式无损任意分割方法，其特征是对三维地质模型进行任意分割时，由用户自由定制复杂的切割条件。

5.根据权利要求4所述的三维地质模型定制式无损任意分割方法，其特征是对三维地质模型进行任意分割后，形成二维或三维平面、二维或三维剖面；用多面组合切割时，一次形成数十个或更多的剖面或平面。

6.根据权利要求4所述的三维地质模型定制式无损任意分割方法，其特征是切割后，形成的切割和被切割部分同时保留有切割过程中相互的交线及其属性。

7.根据权利要求6所述的三维地质模型定制式无损任意分割方法，其特征是可以拉开切割和被切割部分，对二者的表面情况或里面情况进行观察。