CN106920275B - 一种复杂属性边界三维矢量迭代方法及应用系统 - Google Patents

一种复杂属性边界三维矢量迭代方法及应用系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复杂属性边界三维矢量迭代方法，包括(一)根据待计算的空间区域中已知属性边界信息Si(i＝1，2，3，…)，将该空间区域构建成三维属性分布场模型{(A1，C1)，(A2，C2)，…，(Aj，Cj)，…}；……(十二)对所述三维矢量化不规则体模型进行局部光滑与模型的修正、优化；等步骤。该发明提供了一种以平行切面组矢量迭代为基础，以追踪各相同连通矢量多边形的外边界连通性为主要迭代方法，实现复杂空间体中分布属性边界三维矢量迭代，提高了复杂属性边界三维矢量迭代的准确率，改善了三维属性边界面的光滑性。

Description

一种复杂属性边界三维矢量迭代方法及应用系统
技术领域
本发明涉及属性三维分布场建模领域，尤其涉及一种复杂属性边界三维矢量迭代方法及应用系统。
背景技术
目前，在三维建模的三维场矢量化应用领域，尤其三维地质体地层属性分布矢量化边界迭代、三维海洋体溶质属性分布矢量化边界迭代、三维空气体各类漂浮物属性分布矢量化边界迭代、三维土壤体污染物属性分布矢量化边界迭代，以及各类空间场的等浓度面、等势面的三维场矢量化建模方面，均面临着如何精准、快速、光滑化实现三维场矢量化迭代的求解难题。
现有的三维属性场中各分布属性矢量化边界迭代，所采取的矢量化迭代建模方法，主要归类于二类方法：第一类方法，六面体栅格剖分模式，基本流程为：①选定计算区间，②构建初始的六面体栅格剖分，③分别计算每个六面体顶点的属性类型，④依据每个六面体顶点属性类型，追踪迭代获得相应属性的边界，⑤追逐迭代依据需求，进行栅格体细分迭代，计算新增节点的相应属性分布。第二类方法，四面体栅格剖分模式，基本流程与第一类方法——六面体栅格剖分模式——相一致。这二类基于三维属性场分布，进行三维相应属性边界的矢量化迭代方法，在三维属性场中各分布属性具有任意复杂连通性，基于栅格化矢量迭代时，由于栅格迭代步长的限制，很容易导致各属性边界连通错误的问题，且栅格化进行三维属性场中各分布属性边界迭代时，三维属性边界面的光滑性难以突破。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种复杂属性边界三维矢量迭代方法及应用系统，提供了一种以平行切面组矢量迭代为基础，以追踪各相同连通矢量多边形的外边界连通性为主要迭代方法，实现复杂空间体中分布属性边界三维矢量迭代，提高了复杂属性边界三维矢量迭代的准确率，改善了三维属性边界面的光滑性。
本发明提出的一种复杂属性边界三维矢量迭代方法，包括如下步骤：
(一)根据待计算的空间区域中已知属性边界信息Si(i＝1，2，3，…)，将该空间区域构建成三维属性分布场模型{(A1，C1)，(A2，C2)，…，(Aj，Cj)，…}；其中，已知属性边界信息Si(i＝1，2，3，…)为地质钻孔、地质剖面、水体取样、大气探测等方式获取的第i个样本的数据集合，Si由相应的不同属性Aj集合及属性Aj的空间分布三维空间点集合(包括离散空间点与连续空间)等数据组成，其中：
Figure BDA0001218855750000021
Figure BDA0001218855750000022
Figure BDA0001218855750000023
Figure BDA0001218855750000024
，其中，x，y表示水平方向的正交坐标，z表示垂直方向的坐标；
(二)结合已知属性边界信息Si(i＝1，2，3，…)，选择已知属性边界各分段的中心点，构建所述三维属性分布场模型{(A1，C1)，(A2，C2)，…，(Aj，Cj)，…}中一系列的平行切面
Figure BDA00012188557500000210
(三)对所述的平行切面
Figure BDA0001218855750000027
均根据其空间的上下关系进行排序，得到优化次序的平行切面集合βm(m＝1，2，3，…)，其中
Figure BDA0001218855750000028
对于任意切面βm，的特定法间量
Figure BDA0001218855750000025
满足
Figure BDA0001218855750000026
(四)基于所述的已知属性边界信息Si(i＝1，2，3，…)，计算出所述平行切面集合βm(m＝1，2，3，…)中各平行切面与已知属性边界信息Si(i＝1，2，3，…)的交点，并将交点按次序进行优化统计，得到各平行切面上的已知属性边界信息点集合；
(五)根据步骤(四)所述的已知属性边界信息点集合构造泰森多边形
Figure BDA0001218855750000029
基于泰森多边形，形成所述平行切面集合βm(m＝1，2，3，…)中各平行切面上分布属性Aj的失量化边界点集合
Figure BDA0001218855750000031
(六)基于所述的失量化边界点集合
Figure BDA0001218855750000032
对所述平行切面集合βm(m＝1，2，3，…)中相邻平行切面上同类的分布属性Aj的边界进行关联分析,得到关联边界组L；其中，
Figure BDA0001218855750000033
(七)基于步骤(六)所得到的关联边界组L，逐一计算出平行切面上所述的失量化边界点集合
Figure BDA0001218855750000034
包围的已知属性边界信息点
Figure BDA0001218855750000035
然后以已知属性边界信息点为中心往上、往下1/2高度构建属性边界平行多边形，以此类推进行二分法，分别构建关联边界之间的过渡边界组
Figure BDA0001218855750000036
(八)对所述过渡边界组
Figure BDA0001218855750000037
进行循环迭代，分析确定其关联边界之间的可连通性，筛选出其可连通的关联边界，并且记录得到可连通的关联边界之间的过渡边界组；
(九)对所述的可连通的关联边界及其对应的过渡边界，按照空间中的上下关系进行排序，得到优化次序的连通边界集合
Figure BDA0001218855750000038
(十)根据步骤(九)得到的连通边界集合
Figure BDA0001218855750000039
对所述的连通边界集合中相邻的连通边界进行侧面三角网拓扑连接，构建三角网模型；
(十一)根据步骤(十)得到的三角网模型，构建分布属性Aj的三维矢量化不规则体模型
Figure BDA00012188557500000310
(十二)对所述三维矢量化不规则体模型进行局部光滑与模型的修正、优化。
作为本发明的进一步方案，所述复杂属性边界三维矢量迭代方法可用于三维地质空间属性分布场的地层三维空间边界矢量化计算。
作为本发明的进一步方案，所述复杂属性边界三维矢量迭代方法可用于三维地质空间矿产品位分布场的各矿产品位三维空间等品位矢量化迭代计算。
作为本发明的进一步方案，所述复杂属性边界三维矢量迭代方法可用于三维空间流体中溶质物以及溶质物浓度分布场的各溶质物的三维空间边界或等浓度面的矢量化迭代计算。
本发明提出的一种复杂属性边界三维矢量迭代方法应用系统，包括三维属性场建模模块、属性边界计算模块、三角网建模模块、矢量化不规则模型建模模块，所述三维属性场建模模块根据待计算的空间区域中已知属性边界信息，将该空间区域构建成三维属性分布场模型以及一系列的平行切面，所述属性边界计算模块对所述三维属性场建模模块生成的平行切面进行分布属性边界的矢量化迭代计算以及相邻的平行切面上的同类型的分布属性的边界进行关联分析，计算出连通边界集合，所述三角网建模模块根据属性边界计算模块提供的连通边界集合数据进行拓扑连接生成三角网模型，所述矢量化不规则模型建模模块对三角网建模模块结果进行各相应属性的三维矢量化不规则体模型建立、修正优化。
有益效果
(一)本发明提出的一种复杂属性边界三维矢量迭代方法，基于切面基础之上，通过追踪分析同类属性矢量化外边界关联性以及切面上相关属性分布边界矢量化，来实现三维体矢量边界迭代，解决了基于栅格化矢量迭代时，由于栅格迭代步长的限制，很容易导致各属性边界连通错误的问题，提高了复杂属性边界三维矢量迭代的准确率；
(二)本发明提出的一种复杂属性边界三维矢量迭代方法，基于切面基础之上，通过追踪分析同类属性矢量化外边界关联性以及切面上相关属性分布边界矢量化，来实现三维体矢量边界迭代且对三维矢量化不规则体模型的局部进行光滑、修正，改善了三维属性边界面的光滑性。
附图说明
图1：三维属性分布场模型示意图；
图2：一系列的平行切面示意图；
图3：标高X米处的水平地质剖面示意图；
图4：相邻平行切面关联边界组示意图；
图5：三角网模型示意图；
图6：三维矢量化不规则体模型示意图；
图7：三维地质矢量模型的三维隧道视角显示示例图；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
本实施例中的一种复杂属性边界三维矢量迭代方法，包括如下步骤：
(一)结合图1进行说明，根据待计算的空间区域中已知属性边界信息Si(i＝1，2，3，…)，将该空间区域构建成三维属性分布场模型{(A1，C1)，(A2，C2)，…，(Aj，Cj)，…}；其中，Si(i＝1，2，3，…)为地质钻孔、地质剖面等方式获取的第i个样本的数据集合，即基于钻孔数据，构建场地三维属性分布场模型图；
(二)结合图2进行说明，结合已知属性边界信息Si(i＝1，2，3，…)，选择已知属性边界各分段的中心点，构建所述三维属性分布场模型{(A1，C1)，(A2，C2)，…，(Aj，Cj)，…}中一系列的平行切面
Figure BDA0001218855750000051
选择不同钻孔的每个地层的中心点
Figure BDA0001218855750000052
构建一系列平行切面
Figure BDA0001218855750000053
(三)对所述的平行切面
Figure BDA0001218855750000054
均根据其空间的上下关系进行排序，得到优化次序的平行切面集合βm(m＝1，2，3，…)；
(四)基于所述的已知属性边界信息Si(i＝1，2，3，…)，计算出所述平行切面集合βm(m＝1，2，3，…)中各平行切面与已知属性边界信息Si(i＝1，2，3，…)的交点，并将交点按次序进行优化统计，得到各平行切面上的已知属性边界信息点集合
Figure BDA0001218855750000055
(五)结合图3进行说明，根据步骤(四)所述的已知属性边界信息点集合构造泰森多边形
Figure BDA0001218855750000056
基于泰森多边形，形成所述平行切面集合βm(m＝1，2，3，…)中各平行切面上分布属性Aj的失量化边界点集合
Figure BDA0001218855750000057
图中标高X米处的水平地质剖面上，形成平行切面上不同类型地层②2、③、④1的矢量化边界1、2、3；其中，泰森多边形即冯洛诺伊图，是由一组由连接两邻点
Figure BDA0001218855750000058
线段的垂直平分线组成的连续多边形组成。
(六)结合图4进行说明，基于所述的失量化边界点集合
Figure BDA0001218855750000061
对所述平行切面集合βm(m＝1，2，3，…)中相邻平行切面上同类的分布属性Aj的边界进行关联分析,得到关联边界组L，
Figure BDA0001218855750000062
通过同类地层边界的关联分析，得到上、下相邻平行切面不同类型地层②2、③、④1的关联边界组1、2；
(七)基于步骤(六)所得到的关联边界组L，逐一计算出平行切面上所述的失量化边界点集合
Figure BDA0001218855750000063
包围的已知属性边界信息点
Figure BDA0001218855750000064
然后以已知属性边界信息点为中心往上、往下1/2高度构建属性边界平行多边形，
Figure BDA0001218855750000065
Figure BDA0001218855750000066
以此类推进行二分法，分别构建关联边界之间的过渡边界组
Figure BDA0001218855750000067
Figure BDA0001218855750000068
Figure BDA0001218855750000069
(八)对所述过渡边界组
Figure BDA00012188557500000610
进行循环迭代，分析确定其关联边界之间的可连通性，筛选出其可连通的关联边界，并且记录得到可连通的关联边界之间的过渡边界组；筛选出可连通的关联地层边界1、2，并且记录得到关联地层边界1、2之间的过渡边界1、2，
(九)对所述的可连通的关联边界及其对应的过渡边界，按照空间中的上下关系进行排序，得到优化次序的连通边界集合
Figure BDA0001218855750000071
(十)结合图5进行说明，根据步骤(九)得到的连通边界集合
Figure BDA0001218855750000072
对所述的连通边界集合中相邻的连通边界进行侧面三角网拓扑连接，构建三角网模型；图中，基于上、下相邻平行切面不同类型地层②2、③、④1的可连通的关联边界，进行三角网模型拓扑连接分析与建模；
(十一)结合图6进行说明，根据步骤(十)得到的三角网模型，构建分布属性Aj的三维矢量化不规则体模型
Figure BDA0001218855750000073
基于上、下相邻平行切面不同类型地层②2、③、④1的侧面三角网模型拓扑连接模型，构建不同地层的三维矢量化不规则体模型；
(十二)结合图7进行说明，对三维矢量化不规则地质体模型，进行局部光滑与模型的修正、优化后，得到平滑的三维地质矢量模型的三维隧道视角显示。
本实施例中的一种复杂属性边界三维矢量迭代方法应用系统，包括三维属性场建模模块、属性边界计算模块、三角网建模模块、矢量化不规则模型建模模块。所述三维属性场建模模块根据待计算的空间区域中已知属性边界信息，将该空间区域构建成三维属性分布场模型以及一系列的平行切面，所述属性边界计算模块对所述三维属性场建模模块生成的平行切面进行分布属性边界的矢量化迭代计算以及相邻的平行切面上的同类型的分布属性的边界进行关联分析，计算出连通边界集合，所述三角网建模模块根据属性边界计算模块提供的连通边界集合数据进行拓扑连接生成三角网模型，所述矢量化不规则模型建模模块对三角网建模模块结果进行各相应属性的三维矢量化不规则体模型建立、修正优化。
需要说明的，本实施中基于钻孔数据完成三维地质空间属性分布场的地层三维空间边界矢量化计算，该方案同样适用三维地质矿区的三维空间边界矢量化计算，从而得出矿产的三维矢量化不规则地质体模型。本实施中已知属性边界信息为水体取样、大气探测等方式获取的第i个样本的数据集合时，该实施方法用于三维空间流体(液、气体)中溶质物以及溶质物浓度分布场的各溶质物的三维空间边界或等浓度面的矢量化迭代计算。
本实施中，基于切面基础之上，通过追踪分析同类属性矢量化外边界关联性以及切面上相关属性分布边界矢量化，来实现三维体矢量边界迭代，提高了复杂属性边界三维矢量迭代的准确率，改善了三维属性边界面的光滑性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种复杂属性边界三维矢量迭代方法，其特征在于，包括如下步骤：
(一)根据待计算的空间区域中已知属性边界信息Si(i＝1，2，3，…)，将该空间区域构建成三维属性分布场模型{(A1，C1)，(A2，C2)，…，(Aj，Cj)，…}；其中，Aj为第j个样本所包含的属性类型集合，Cj为Aj属性类型集合中各个属性类型元素所对应的三维空间点集合；
(二)结合已知属性边界信息Si(i＝1，2，3，…)，选择已知属性边界各分段的中心点，构建所述三维属性分布场模型{(A1，C1)，(A2，C2)，…，(Aj，Cj)，…}中一系列的平行切面
Figure FDA0002723080300000011
(三)对所述的平行切面
Figure FDA0002723080300000012
均根据其空间的上下关系进行排序，得到优化次序的平行切面集合βm(m＝1，2，3，…)；
(四)基于所述的已知属性边界信息Si(i＝1，2，3，…)，计算出所述平行切面集合βm(m＝1，2，3，…)中各平行切面与已知属性边界信息Si(i＝1，2，3，…)的交点，并将交点按次序进行优化统计，得到各平行切面上的已知属性边界信息点集合；
(五)根据步骤(四)所述的已知属性边界信息点集合构造泰森多边形
Figure FDA0002723080300000013
基于泰森多边形，形成所述平行切面集合βm(m＝1，2，3，…)中各平行切面上分布属性Aj的失量化边界点集合
Figure FDA0002723080300000014
(六)基于所述的失量化边界点集合
Figure FDA0002723080300000015
对所述平行切面集合βm(m＝1，2，3，…)中相邻平行切面上同类的分布属性Aj的边界进行关联分析,得到关联边界组L；
(七)基于步骤(六)所得到的关联边界组，逐一计算出平行切面上所述的矢量化边界点
Figure FDA0002723080300000016
包围已知属性边界信息点
Figure FDA0002723080300000017
然后以已知属性边界信息点为中心往上、往下1/2高度构建属性边界平行多边形，以此类推进行二分法，分别构建关联边界之间的过渡边界组
Figure FDA0002723080300000018
(八)对所述过渡边界组
Figure FDA0002723080300000019
进行循环迭代，分析确定其关联边界之间的可连通性，筛选出其可连通的关联边界，并且记录得到可连通的关联边界之间的过渡边界组；
(九)对所述的可连通的关联边界及其对应的过渡边界，按照空间中的上下关系进行排序，得到优化次序的连通边界集合
Figure FDA00027230803000000110
(十)根据步骤(九)得到的连通边界集合
Figure FDA00027230803000000111
对所述的连通边界集合中相邻的连通边界进行侧面三角网拓扑连接，构建三角网模型；
(十一)根据步骤(十)得到的三角网模型，构建分布属性Aj的三维矢量化不规则体模型
Figure FDA00027230803000000112
(十二)对所述三维矢量化不规则体模型进行局部光滑与模型的修正、优化。
2.根据权利要求1所述的一种复杂属性边界三维矢量迭代方法，其特征在于，所述复杂属性边界三维矢量迭代方法可用于三维地质空间属性分布场的地层三维空间边界矢量化计算。
3.根据权利要求1所述的一种复杂属性边界三维矢量迭代方法，其特征在于，所述复杂属性边界三维矢量迭代方法可用于三维地质空间矿产品位分布场的各矿产品位三维空间等品位矢量化迭代计算。
4.根据权利要求1所述的一种复杂属性边界三维矢量迭代方法，其特征在于，所述复杂属性边界三维矢量迭代方法可用于三维空间流体中溶质物以及溶质物浓度分布场的各溶质物的三维空间边界或等浓度面的矢量化迭代计算。
5.一种复杂属性边界三维矢量迭代方法应用系统，包括三维属性场建模模块、属性边界计算模块、三角网建模模块、矢量化不规则模型建模模块，其特征在于，所述三维属性场建模模块根据待计算的空间区域中已知属性边界信息，将该空间区域构建成三维属性分布场模型以及一系列的平行切面，所述属性边界计算模块对所述三维属性场建模模块生成的平行切面进行分布属性边界的矢量化迭代计算以及相邻的平行切面上的同类型的分布属性的边界进行关联分析，计算出连通边界集合，
其中，根据关联边界组，逐一计算出平行切面上所述的矢量化边界点
Figure FDA0002723080300000021
包围已知属性边界信息点
Figure FDA0002723080300000022
然后以已知属性边界信息点为中心往上、往下1/2高度构建属性边界平行多边形，以此类推进行二分法，分别构建关联边界之间的过渡边界组
Figure FDA0002723080300000023
对所述过渡边界组
Figure FDA0002723080300000024
进行循环迭代，分析确定其关联边界之间的可连通性，筛选出其可连通的关联边界，并且记录得到可连通的关联边界之间的过渡边界组；
对所述的可连通的关联边界及其对应的过渡边界，按照空间中的上下关系进行排序，得到优化次序的连通边界集合
Figure FDA0002723080300000025
所述三角网建模模块根据属性边界计算模块提供的连通边界集合数据进行拓扑连接生成三角网模型，所述矢量化不规则模型建模模块对三角网建模模块结果进行各相应属性的三维矢量化不规则体模型建立、修正优化。
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