CN106530397B - 一种基于稀疏剖面地质轮廓线的地质面三维重建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了本发明涉及一种基于稀疏剖面地质轮廓线的地质面三维重建方法，包括以下步骤：S1.地质层轮廓线长度计算：计算每个剖面上每个地质层轮廓线总长度；S2.采样点计算：对同属一个地质层的所有轮廓线进行点采样；S3.构建对应点集：对同属一个地质层上所有轮廓线按顺序确定对应点，获得每个地质层上的对应点阵；S4.层间对应点集插值：对同属一个地质层上所有轮廓线上的对应点阵进行线性插值；S5.三维重建：连接每个对应点阵的相邻点的连线，然后根据构成的多变形情况进行分类重建。本发明的有益效果是解决了目前的三维重建算法没有考虑地质勘探数据的特殊性问题，而造成的大量长三角形、三角面片自相交、非流形等问题。

Description

一种基于稀疏剖面地质轮廓线的地质面三维重建方法

技术领域

本发明涉及一种基于稀疏剖面地质轮廓线的地质面三维重建技术。

背景技术

现有基于剖面数据的三维重建方法比较多，但是在用于稀疏剖面地质轮廓线的地质面三维重建时，性能并不理想，会出现大量的长三角形、自相交和非流形等问题。其主要原因是因为地质剖面数据采集的特殊性，如剖面距离过长、地质层情况复杂多变，造成了重建的地质面的效果不佳，从而影响地质面重建的准确性和精度，从而影响后续地质模型三维重建的精度和可靠性。因此，如何解决稀疏剖面地质轮廓线的地质面三维重建的准确性和精度，避免出现大量长三角形、网格自相交和曲面非流形等问题，已经成为目前地质面三维重建中一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种基于稀疏剖面地质轮廓线的地质面三维重建方法，解决复杂地质轮廓线的三维重建问题。

为了实现本发明的目的，本发明公开一种基于稀疏剖面地质轮廓线的地质面三维重建方法，包括以下步骤：

S1.地质层轮廓线长度计算：计算每个剖面上每个地质层轮廓线总长度；

S2.采样点计算：设定轮廓线上采样点个数N，采用轮廓线总长度除以采样点个数来获得采样步长，依据此步长沿着轮廓线进行采样，即可获得每个采样点；依次对各个剖面上同属一个地质层上一一对应的轮廓线进行采样，获得每条轮廓上的采样点。

S3.构建对应点集：根据S2的采样方法，可以确保同属于一个地质面上的轮廓线上的采样点数目一致；按照地质剖面的顺序，将这些属于同一一对应的采样点进行排序，构建对应N个采样点集。

S4.采样点集的剖面间插值：对S3步骤中获得的N个采样点集中每个点集进行插值，插值的疏密程度视实际需要而定，插值方法一般采用线性插值方法，根据插值方法的计算获得每个采样点集插值后的新点集。

S5.三维重建：连接每个对应点阵的相邻点的连线，然后根据构成的多变形情况进行分类重建。

上述方法中，步骤S2中包含如下步骤：

S21.根据实际需要，设定采样点个数N，N的设定原则为：如果要求重建的地质面越柔顺越光滑，则采样点越多，但同时重建的三角面片越多，重建的模型越重；

S22.计算采样步长：将轮廓线总长度除以(N-1),即可获得采样步长；

S23.获得采样点：从轮廓线首个点开始，严格沿着轮廓线生长方向，按照S22计算的步长进行依次采样，直至末点。

上述方法中，步骤S4的目的在于避免出现长三角形和三角形的自相交问题，具体插值的点数量和方法选择原则为：对重建的地质面精度要求越高，插值点数越多，后续重建的模型越重；对地质面的光滑性要求高，则采用线性插值，插值点越多。

上述方法中，步骤S5包括如下步骤：

S51.用直线段连接SN个点集合中的对应点和相邻点；

S52.针对获得四边形采用最短对角线原则，获得三角网格；

S53.针对获得三边形则保持不变；

S54.针对获得的n(n大于等于5)边形，则在采样点连线上取中点，依次用直线段连接该中点与不在该直线段上的多边形顶点(n-2)，即可将该n边形分割为n-1个三角形。

本发明的有益效果：首先采用线性插值的方法，沿各个地质层轮廓线方向进行采样，细化轮廓线，获得更多的轮廓点，同时保证属于同地质层的轮廓线上的采样点一致；然后再对相邻层间的对应点层间进行插值，获得更多的中间层数据；这样可以获得更为细化的、存在对应关系的点云数据；最后再采用对应点对连接的方法构建n边形，再进行分类重建获得三维模型。从而解决了现有的基于稀疏断面数据地质层三维重建中造成的网格过大、退化、自相交等问题，同时本方法的计算简单，效率高。

附图说明

图1是本发明的一种基于稀疏剖面数据的地质层三维重建流程图。

图2是地质层剖面的轮廓线长度计算示意图。

图3是地质层剖面的轮廓采样点计算示意图。

图4是地质层剖面的层间对应点集示意图。

图5是对应点集中相邻点对的插值原理图。

图6是三维重建中出现的n边形示意图。

图7是实三维重建中n边形的三角剖分示意图。

图8是地质层剖面轮廓图。

图9是地质层剖面轮廓的三维重建结果图。

具体实施方式

本发明的基本思路是：首先对某个剖面上的地质层轮廓线进行采样，获得轮廓线上的采样点，同时确保各剖面上同属一地质层的轮廓线上采样点数目一致，构建具有对应关系的点集；然后，再对每个对应的点集进行线性插值，构建层间插值点；最后再进行三维重建，重建方法为用直线段连接相邻采样点和相邻对应点，划分为三角形、四边形和n(n大于等于3且n不等于4)变形，四边形则根据最短对角线原则进行三角网划分，对n>4的n边形，则采用取其相邻采样点连线中点与不在该连线上的顶点进行直线段连接，将n变形划分为n-1个三角形。在针对稀疏剖面轮廓的地质层三维重建中，本发明的重建方法能够避免网格退化、非流形等问题，重建算法简单、效率高。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9所示，本发明所述的方法的具体实施方案如下：

S1.地质层轮廓线长度计算：计算每个剖面上每个地质层轮廓线总长度；

如图2所示的地质层轮廓线为例，定义某条轮廓线的总长度为L，每段直线段的长度为li，则其中n为构成该轮廓线的直线段数目。

S2.采样点计算：设定轮廓线上采样点个数N，采用轮廓线总长度除以采样点个数来获得采样步长，依据此步长沿着轮廓线进行采样，即可获得每个采样点；依次对各个剖面上同属一个地质层上一一对应的轮廓线进行采样，获得每条轮廓上的采样点。

如图2所示的地质层轮廓线为例，定义采样点数目为N，则采样步长为L/N,以轮廓的起点为第一个采样点，沿着该轮廓线以每个步长为单位进行采样，如图3所示，遇到转弯情况，则需要分段处理，如图3所示的第二个采样点的确定是根据(L/N)＝(L/N)1+(L/N)2。

S3.构建对应点集：根据S2的采样方法，可以确保同属于一个地质面上的轮廓线上的采样点数目一致；按照地质剖面的顺序，将这些属于同一一对应的采样点进行排序，构建对应N个采样点集。

如图4所示M个剖面上同属一个地质层的轮廓线中的第j个采样点为例，说明其构造的对应点集为P{P(1,j),P(2,j),…,P(i,j),…,P(M,j)}。

S4.采样点集的剖面间插值：对S3步骤中获得的N个采样点集中每个点集进行插值，插值的疏密程度视实际需要而定，插值方法一般采用线性插值方法，根据插值方法的计算获得每个采样点集插值后的新点集。

下面以图4所示的对应点集P{P(1,j),P(2,j),…,P(i,j),…,P(M,j)}为例说明插值原理。

如分别在相邻的剖面层间插入n个点，则意味着分别在P(i,j)和P(i+1,j)之间线性插值n的点，则定义插入点描述为P(i_k,j),0<k<n。则第k个插值点的坐标可以根据如下的公式计算。

以图5所示分别在P(1,j)和P(2,j)对应点之间进行线性插值，插值点数目为3个。

S5.三维重建：用直线段连接SN个点集合中的对应点和相邻点；S52.针对获得四边形采用最短对角线原则，获得三角网格；针对获得三边形则保持不变；针对获得的n(n大于等于5)边形，则在采样点连线上取中点，依次用直线段连接该中点与不在该直线段上的多边形顶点(n-2)，即可将该n边形分割为n-1个三角形。前面的步骤较为简单，这里只对最后步的情况进行说明。如图7所示的5边形ABCP(1,j+1)P(1,j)为例，其中P(1,j+1)、P(1,j)为步骤2获得采样点，ABC为轮廓线的顶点。

首先，求P(1,j+1)P(1,j)的中点O，连接OA、OB和OC，这样就把该五边形划分为4个三角形，处理结果如图7所示。

采用上述方法，分别如图8所示的对10层地质层剖面数据进行三维重建，重建结果如图9所示。

综上所述，本发明实施例获得较好的三维重建效果，不存在网格退化和自相交问题。

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，应被理解为发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。凡是根据上述描述做出各种可能的等同替换或改变，均被认为属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于稀疏剖面地质轮廓线的地质面三维重建方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.地质层轮廓线长度计算：计算每个剖面上每个地质层轮廓线总长度；

S2.采样点计算：设定轮廓线上采样点个数N，采用轮廓线总长度除以采样点个数来获得采样步长，依据此步长沿着轮廓线进行采样，即可获得每个采样点；依次对各个剖面上同属一个地质层上一一对应的轮廓线进行采样，获得每条轮廓上的采样点；

轮廓线总长度为L，采样点数目为N，采样步长为L/N；若遇到转弯情况则进行分段处理，采样点的确认为(L/N)＝(L/N)1+(L/N)2；

S3.构建对应点集：根据S2的采样方法，可以确保同属于一个地质面上的轮廓线上的采样点数目一致；按照地质剖面的顺序，将这些属于同一一对应的采样点进行排序，构建对应N个采样点集；

S4.采样点集的剖面间插值：对S3步骤中获得的N个采样点集中每个点集进行插值，插值的疏密程度视实际需要而定，插值方法一般采用线性插值方法，根据插值方法的计算获得每个采样点集插值后的新点集；

第k个插值点的坐标计算公式为以下公式：

其中，P_(i,j)(x,y)表示第i个剖面上的第j个采样点的坐标，P_(i+1,j)(x,y)表示第i+1个剖面上的第j个采样点的坐标，n表示插值点的个数，k表示任一插值点，0＜k＜n，P_{(i_k,j)(x,y)}表示第k个插值点的坐标；

S5.三维重建：用直线段连接S4获得每个对应点阵的相邻点以及S2获得所有相邻采样点，然后根据构成的多边形情况进行分类重建。

2.根据权利要求1所述的基于稀疏剖面地质轮廓线的地质面三维重建方法，其特征在于，上述步骤S2中包含如下步骤：

S21.根据实际需要，设定采样点个数N，N的设定原则为：如果要求重建的地质面越柔顺越光滑，则采样点越多，但同时重建的三角面片越多，重建的模型越重；

S22.计算采样步长：将轮廓线总长度除以(N-1),即可获得采样步长；

S23.获得采样点：从轮廓线首个点开始，严格沿着轮廓线生长方向，按照S22计算的步长进行依次采样，直至末点。

3.根据权利要求1所述的基于稀疏剖面地质轮廓线的地质面三维重建方法，其特征在于，上述步骤S4的目的在于避免出现长三角形和三角形的自相交问题，具体插值的点数量和方法选择原则为：对重建的地质面精度要求越高，插值点数越多，后续重建的模型越重；对地质面的光滑性要求高，则采用线性插值，插值点越多。

4.根据权利要求1所述的基于稀疏剖面地质轮廓线的地质面三维重建方法，其特征在于，上述步骤S5包括如下步骤：

S51.用直线段连接SN个点集合中的对应点和相邻点；

S52.针对获得四边形采用最短对角线原则，获得三角网格；

S53.针对获得三边形则保持不变；

S54.针对获得的n(n大于等于5)边形，则在采样点连线上取中点，依次用直线段连接该中点与不在该直线段上的多边形顶点(n-2)，即可将该n边形分割为n-1个三角形。