CN104200528A - 基于矢量闭合的三维建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于矢量闭合的三维建模方法，具体包括以下步骤：获取种子点形成区域网格、利用断层Delaunay三角网插值算法拟合断层曲面和利用层位Delaunay三角网插值算法和补充插值算法拟合层位曲面。本发明的基于矢量闭合的三维建模方法通过引入Delaunay三角网预处理种子数据，使得应用Kriging插值时效率更高；同时，采用直接求取交点的方法，避免了人工绘制断层交线的繁琐工序，提高了建模精度，使得到的模型能够做到矢量闭合。

Description

基于矢量闭合的三维建模方法

技术领域

本发明属于建模技术领域，尤其涉及一种基于矢量闭合的三维建模方法。

背景技术

在地质物探领域内，地质层面重构是构造成图和构造建模等应用的基础。随着相关理论的研究发展，曲面重构技术也得到了快速发展。地质层面重构的基本任务是将二维或三维工区的构造解释数据作为控制点，拟合出满足地质规则约束的地质层面模型。曲面重构的基本方法有两种：一是基于TIN(不规则三角网)模型的曲面重构方法；二是基于数据内插的Grid(栅格)模型的曲面重构方法。针对含逆掩断层的复杂地质构造层面重构仍存在着许多难题。主要表现在：断层构造引起的地质界面的不连续性导致的地质层面重构时的插值难度较大；不连续区域的曲面边界(断层与层位的交线)难以确定。由于交线多边形(断层与层位的交线形成的多边形)是断层区域地层重构的关键条件，因此该方法重构的层面质量不高。文献则直接将交线多边形作为已知条件对层位进行基于边界约束的曲面重构，未给出获得交线多边形的具体方法。矢基于TIN模型的曲面重构方法思路是将原始控制点(或称种子点)构建成空间三角网，利用三角网的三角形面片拟合曲面的局部区域，从而实现三角网对曲面的整体表达。目前，二维平面任意域约束的Delaunay三角自动剖分问题已经得到较好地解决，并且有效的运用到了基于离散采样点的曲面重构问题中。在地质领域内，逆掩断层等复杂地质构造的存在，导致了层面在空间上出现重叠区域。针对含逆掩断层复杂地质构造层面的Delaunay三角网构建问题，杨钦等在文献中提出了重叠域限定的Delaunay三角剖分算法。其基本思路是利用断层多边形对重叠区域进行分割，确保每一区域形成一个基于限定边约束的Delaunay三角网剖分问题。基于数据内插的Grid(栅格网)模型曲面重构方法思路是在层面投影的二维空间进行规则的网格划分，并在网格点所在的位置进行空间插值，通过网格内三角剖分，实现曲面的整体表达。此种模型更适合于控制点(或称种子点)分布不均匀的情况。该方法将问题分解为：针对每一个网格点(x,y)搜索其插值所需控制点的问题和已知控制点集合V＝{v1x,y,z,v2x,y,z,…,vnx,y,z}计算网格点(x,y)的z值问题。对于前一个问题可以根据与待插值点的距离和方位进行搜索，并且可以附加其他约束条件。第二个问题可以利用反比距离加权、样条、多项式拟合等方法进行计算，在地质物探领域内，通常利用Kriging插值方法效果比较好。目前针对包含正断层、逆断层、垂直断层及多重断层的复杂地质构造层面重构仍存在着许多难题，主要表现在：断层构造引起的地质界面的不连续性导致地质层面重构时的插值难度较大，同时由于层位网格点没有铺满整个测网网格，并且只在测网网格点上存在插值点，所以在复杂边界区域未能形成闭合，而形成了锯齿状，这样便会导致不连续区域的曲面边界(断层与层位的交线)难以确定。由于交线多边形(断层与层位的交线形成的多边形)是断层区域地层重构的关键条件，因此在现有技术中通常会采用人工绘制曲面边界交线多边形。这种方法存在两个缺点：一是绘制过程过于繁琐，二是绘制出的曲面边界交线多边形精度不高，进而会导致重构的层面质量不高。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提出了一种基于矢量闭合的三维建模方法。

本发明的技术方案是：一种基于矢量闭合的三维建模方法，包括以下步骤：

S1.获取断层解释数据种子点和层位解释数据种子点，进行区域划分，形成区域网格；

S2.根据断层Delaunay三角网插值算法，拟合断层曲面，具体包括以下步骤：

S21.根据步骤S1中的断层解释数据种子点形成空间Delaunay三角网；

S22.利用空间Delaunay三角网内的每个三角形及其相邻三角形的断层数据种子点，对三角形内的网格点进行Kriging插值；

S23.构建网格点之间的边结构关系；

S24.连接三角形形成断层曲面；

S3.根据层位Delaunay三角网插值算法和补充插值算法，拟合层位曲面，具体包括以下步骤：

S31.对断层多边形进行初始化处理，并将断层多边形的解释数据种子点由矢量转为标量；

S32.根据步骤S1中的层位解释数据种子点形成空间Delaunay三角网，删除穿越断层网格的三角形；

S33.利用空间Delaunay三角网内的每个三角形及其相邻三角形的断层数据种子点，对三角形内的网格点进行Kriging插值；

S34.构建网格点之间的边结构关系；

S35.根据补充插值算法，生成边界封闭的层位曲面。

进一步地，上述步骤S35根据补充插值算法，生成边界封闭的层位曲面具体包括以下步骤：

S351.判断补充插值点与已插值点的连线是否与与断层网格相交；

S352.若补充插值点与已插值点的连线与与断层网格相交，则将补充插值点放入边结构关系中；

S353.若补充插值点与已插值点的连线与与断层网格不相交，则将补充插值点放入层位网格中；

S354.连接层位网格点和三角形顶点，生成边界封闭的层位曲面。

本发明的有益效果是：本发明的基于矢量闭合的三维建模方法通过引入Delaunay三角网预处理种子数据，使得应用Kriging插值时效率更高；同时，采用直接求取交点的方法，避免了人工绘制断层交线的繁琐工序，提高了建模精度，使得到的模型能够做到矢量闭合。

附图说明

图1是本发明的基于矢量闭合的三维建模方法流程示意图。

图2是本发明的层位区域网格示意图。

图3是本发明的补充插值算法示意图。

图4是本发明的矢量闭合层位曲面模型俯视图。

图5是本发明的矢量闭合层位曲面模型正视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为本发明的基于矢量闭合的三维建模方法流程示意图。一种基于矢量闭合的三维建模方法，包括以下步骤：

S1.获取断层解释数据种子点和层位解释数据种子点，进行区域划分，形成区域网格。

通过对断层解释数据种子点和层位解释数据种子点进行逻辑上的区域划分，形成规格的断层网格和层位网格。

S2.根据断层Delaunay三角网插值算法，拟合断层曲面，具体包括以下步骤：

S21.根据步骤S1中的断层解释数据种子点形成空间Delaunay三角网。

将断层解释数据种子点作为三角形顶点，形成空间Delaunay三角网，确定断层曲面的插值范围。

S22.利用空间Delaunay三角网内的每个三角形及其相邻三角形的断层解释数据种子点，对三角形内的网格点进行Kriging插值。

计算空间Delaunay三角网内的每个三角形内包含的网格点，并利用该三角形及其相邻三角形的断层解释数据种子点对该网格点进行Kriging插值。

S23.构建网格点之间的边结构关系。

构建网格点之间的边结构关系，记录该网格点与其他点的连接关系。

S24.连接三角形形成断层曲面。

连接断层网格内的三角形，形成断层曲面。

S3.根据层位Delaunay三角网插值算法和补充插值算法，拟合层位曲面，具体包括以下步骤：

S31.对断层多边形进行初始化处理，并将断层多边形的解释数据种子点由矢量转为标量。

S32.根据步骤S1中的层位解释数据种子点形成空间Delaunay三角网，删除穿越断层网格的三角形，形成插值用的层位Delaunay三角网。

S33.利用空间Delaunay三角网内的每个三角形及其相邻三角形的断层数据种子点，对三角形内的网格点进行Kriging插值。

计算空间Delaunay三角网内的每个三角形内包含的网格点，并利用该三角形及其相邻三角形的层位解释数据种子点对该网格点进行Kriging插值。

S34.构建网格点之间的边结构关系。

构建网格点之间的边结构关系，记录该网格点与其他点的连接关系。

S35.根据补充插值算法，生成边界封闭的层位曲面。

如图2所示，为本发明的层位区域网格示意图。每个层位网格点都要记录相邻四个网格点的可连点，由于层位面要铺满整个测网区域，所以除边界点每个点都要在四个方向存在可连接的点且每个区域的边界点只可能是工区边界点或者与断层相交的交点，如上图中A点在沿着B方向上并未存在可连接的点，因此，此时利用已经插出深度值的A点和其已经确定的可连接点向外部扩散两周重新作为种子点，即白色和黑色位置上的点，对B点进行补充插值。

如图3所示，为本发明的补充插值算法示意图。在对B点进行层位Delaunay三角网插值过后，如果AB两个点所在的网格点上没有断层点或者通过计算AB两个点连线和这两个网格点上的断层点连线不相交，则把B点放入网格中并计算和周围网格点的连接关系；如果AB两个网格点间该层位的连线和断层点连线相交，则通过如下图的剖面图比例关系计算出交点C的深度值，其中A’和B’分别为断层在这两个网格点上的位置。

由于C点在AB两个点网格的连线上，所以C点的X或者Y值与AB两点相同，此处我们不妨假设此时A,B,C三个点的Y值相同，所以只要求出X和Z值即知道了C点的坐标值。根据上图的比例关系可知：

AC’/AB”＝AC/AB

又由AC/CB＝AA’/BB’可得：

AC/AB＝AA’/(AA’+BB’)

则有：

AC’/AB”＝AA’/(AA’+BB’)

求得：

AC’＝AA’*AB”/(AA’+BB’)

C点的X坐标即为A点的X坐标加上AC’的值。同理可以求出CC’的值，继而求出C点的Z值即深度值。

现在得到C点的坐标值以后将C点放入网格中的交点数据结构中，同时将AC两点互相放入彼此的边结构关系中。再继续对A点进行其他方向判断是否有点可以构建连接关系，重复上述过程。

在A点四个方向的连接都计算出以后，继续对其他点重复上述过程，直至遍历所有网格点都在四个方向的连接点以后终止。边界上的层位网格点可能只有2或者3个方向。

在该补充插值过程结束以后，通过层位网格点和所求出的交点生成层位平面。如图4所示，为本发明的矢量闭合层位曲面模型俯视图。如图5所示，为本发明的矢量闭合层位曲面模型正视图。本发明所求出的交点都严格处于断层的连线上，交点连线构成的边界线严格的位于断层面上，实现完全闭合，而不会出现传统方法在断层上绘制包络形成封闭所出现的锯齿状。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种基于矢量闭合的三维建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.获取断层解释数据种子点和层位解释数据种子点，进行区域划分，形成区域网格；

S2.根据断层Delaunay三角网插值算法，拟合断层曲面，具体包括以下步骤：

S21.根据步骤S1中的断层解释数据种子点形成空间Delaunay三角网；

S22.利用空间Delaunay三角网内的每个三角形及其相邻三角形的断层解释数据种子点，对三角形内的网格点进行Kriging插值；

S23.构建网格点之间的边结构关系；

S24.连接三角形形成断层曲面；

S3.根据层位Delaunay三角网插值算法和补充插值算法，拟合层位曲面，具体包括以下步骤：

S31.对断层多边形进行初始化处理，并将断层多边形的解释数据种子点由矢量转为标量；

S32.根据步骤S1中的层位解释数据种子点形成空间Delaunay三角网，删除穿越断层网格的三角形；

S33.利用空间Delaunay三角网内的每个三角形及其相邻三角形的断层解释数据种子点，对三角形内的网格点进行Kriging插值；

S34.构建网格点之间的边结构关系；

S35.根据补充插值算法，生成边界封闭的层位曲面。

2.如权利要求1所述的基于矢量闭合的三维建模方法，其特征在于：所述步骤S35根据补充插值算法，生成边界封闭的层位曲面具体包括以下步骤：

S351.判断补充插值点与已插值点的连线是否与与断层网格相交；

S352.若补充插值点与已插值点的连线与与断层网格相交，则将补充插值点放入边结构关系中；

S353.若补充插值点与已插值点的连线与与断层网格不相交，则将补充插值点放入层位网格中；

S354.连接层位网格点和三角形顶点，生成边界封闭的层位曲面。