CN107492130B - 一种基于层面渲染的非连续等值云图生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于层面渲染的非连续等值云图生成方法，包括：构建二维平面规则化点阵；构建三角网结构；将二维断层构造边界线嵌入三角网结构中，并将三角网结构中与断层构造边界线相交的三角面删除，并以缺失区域边界为约束对插值结果重新构建带边界约束的缝合型三角网结构；以研究区域边界及断层构造边界线为约束对缝合型三角网采用双向链接追踪方法进行等值线追踪；根据“节点向位一致”原则设计算法进行等值区域追踪，并将追踪到的等值区域编组；筛选等值区域追踪结果，以追踪结果形成的等值区域边界及断层构造边界线为严格约束重新分区构网；按照色棒分区分色阶渲染等值区域三角网面片，形成区域渲染结果的非连续等值云图。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于层面渲染的非连续等值云图生成方法。
背景技术
地学模型仿真是整个矿山数字化模型构建过程中关键的一步，但地质构造的非连续性增加了地学信息空间的不确定性，使得地学可视化仿真模型难以充分表达地质构造信息。通常条件下，非连续性地质构造信息地表达主要通过单色实体分区建模或忽略构造约束的单色填充，上述替代方法虽在一定程度上解决了仿真模型的可视化，但这种模型却无法反映区域内部包含的数值属性。如埋深等值线区域规划过程，在保证仿真模型可视化的基础前提下，且实现直观、准确地表达规划区域以及构造区域埋深属性。但传统的处理技术性能开销大，且可视化效果不明显或无法表征数值属性，造成仿真结果无法满足工程应用需要以及数字化仿真建模要求。
发明内容
针对现有技术存在的难题，本发明提供一种基于层面渲染的非连续等值云图生成方法。
本发明的技术方案为：
一种基于层面渲染的非连续等值云图生成方法，包括以下步骤：
步骤1，构建二维平面规则化点阵：采集研究区域的钻孔属性数据，形成空间离散点数据，并对所述离散点数据进行空间变异性分析，然后利用克里金插值法进行插值处理，形成二维平面规则化点阵；
步骤2，构建三角网结构：以研究区域边界为约束对所述二维平面规则化点阵构建三角网结构；
步骤3，构建缝合型三角网结构：将二维断层构造边界线嵌入所述三角网结构中，并将所述三角网结构中与所述断层构造边界线相交的三角面删除，利用线性插值技术对缺失三角网边界进行插值处理，并以缺失区域边界为约束对插值结果重新构建带边界约束的三角网结构，形成缝合型三角网结构；
步骤4，等值线追踪：以研究区域边界及断层构造边界线为约束对所述缝合型三角网结构采用双向链接追踪方法进行等值线追踪；
步骤5，等值区域识别：根据“节点向位一致”原则设计算法进行等值区域追踪，并将所追踪的等值区域编组；
步骤6，等值区域色域值确定：根据等值线属性值极差以及等值梯度计算渲染色棒，并为等值区域匹配色域值；
步骤7，等值区域重新构网：筛选等值区域追踪结果，以追踪结果形成的等值区域边界及断层构造边界线为严格约束重新分区构建三角网；
步骤8，渲染：按照色棒分区分色阶渲染等值区域三角网面片，形成最终区域渲染结果的非连续等值云图。
上述方法中，所述钻孔属性数据为钻孔取样的各地层层位坐标。
上述方法中，所述“节点向位一致”原则为贯通的等值区域中节点向量间的方向具有一致性
上述方法中，所述等值区域追踪的具体过程为：设计数据结构，所述数据结构包含临接向量以及节点间方向性检测属性，用以判断节点间是否具有向位一致性；由所述缝合型三角网结构的边界线极值位置向内部等值线进行方向性检测，并设计Xi，Xi+1：{sign＝0or 1}的解算模型实现对节点向量间向位计算，最终实现索引出的等值线与边界构成的闭环结构且具有同侧向位一致性，即完成一个等值区域的追踪。
上述方法中，所述等值区域重新构网的方法为：在识别出的等值区域中索引出对应的等值线，并对索引结果进行等比例插值处理，对研究区域边界及断层构造边界线也进行等比例插值处理，进一步沿顺时针方向闭合边界，并以该闭合边界为严格约束，以插值处理过的等值线节点和断层构造边界线节点为离散数据源进行重新构网，即可完成一个封闭等值区域的强约束重新构网。
本发明的有益效果在于：1)本发明实现了受复杂断层构造影响的非连续数值模型的等值区域化，通过渐近色渲染实现不同等值区域的属性特征表达；
2)本发明是对传统实体模型渲染以及简化模型单色渲染的替代方法，可实现充分表达非连续性地学信息的同时，极大可能地节约计算机资源，提高构建模型的时间效率。
附图说明
图1为本发明实施例1的缝合型三角网结构的构建示意图，其中(a)为三角网结构中与断层构造边界线相交的三角面删除后的示意图；(b)为缝合型三角网结构示意图；
图2为本发明实施例1的缝合型三角网结构中等值线追踪后的结构示意图；
图3为本发明采用“节点向位一致”原则对等值区域的检测原理图；
图4为本发明实施例1等值区域识别过程中的等值区域检测流程图；
图5为本发明实施例1等值区域识别过程中的完整等值区域追踪的流程图；
图6为本发明实施例1的等值区域重新构网的原理示意图；
图7为本发明实施例1的等值区域按色域值的渲染示意图；
图8为本发明实施例1的基于层面渲染的非连续等值云图的整体效果图；
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明提供一种基于层面渲染的非连续等值云图生成方法，具体包括以下步骤：
步骤1，构建二维平面规则化点阵：采集研究区域的钻孔属性数据，即钻孔岩样的层位坐标(包括横坐标x、纵坐标y、高程值z)，形成空间离散点数据，并对所述离散点数据进行空间变异性分析及利用克里金插值法进行插值处理，形成二维平面规则化点阵；
步骤2，构建三角网结构：以研究区域边界为约束对所述二维平面规则化点阵构建三角网结构；
步骤3，构建缝合型三角网结构：首先按照二维点在三维面上的投影计算方法，将二维断层构造边界线嵌入所述三角网结构中，得到断层构造边界线在三维面上的投影线，将上述三角网结构中与所述断层构造边界线投影线相交的三角面片删除，删除后的效果图如图1a所示；再利用节点间的线性关系，在缺失三角网边界进行线性插值处理，用插值点结果作为数据源，以缺失区域边界为约束对缺失区域重新构建带边界约束的三角网结构，形成缝合型三角网结构，如图1b所示；
步骤4，等值线追踪：以研究区域边界及断层构造边界线为约束对所述缝合型三角网结构采用双向追踪方法进行等值线追踪，等值线追踪后的缝合型三角网结构如图2所示；
步骤5，等值区域识别：根据节点间向量会分割区域并产生方向性的特性，设计数据结构并定义“节点向位一致”原则，图3提供了“节点向位一致”原则对等值区域的检测原理图，该原则可表述为被节点向量分割的两个等值区域分别位于向量的左、右两侧，且位于左侧的等值区域会始终保持在每一个向量的左侧，右侧区域同理；实现方式为在识别过程中通过为每个向量设计如Xi，Xi+1：{sign＝0or 1}形式的位置标识结构，判断每个节点间向量的可视化标识位置，当sign＝0时表示位于向量左侧；位于向量右侧同理，当保证等值线上所有向量sign均相同时，即可实现贯通的等值区域中节点向量间的方向性一致判断，进一步设计算法进行等值区域追踪，并将追踪到的等值区域编组；
所述设计算法进行等值区域追踪的具体过程如图5所示，包括：
(1)将所述缝合型三角网结构的边界线割裂成若干线段存储并编号；
(2)构造等值线、研究区区域边界以及断层构造边界线的节点间向量；
(3)设计等值线节点间向量的索引结构，实现相邻节点间向量可以实现快速索引；
(4)遍历步骤(1)中形成的线段集合，利用每个等值线线头均与该线段相交的特性，顺次索引关联等值线；
(5)根据(4)中找到的等值线继续索引(2)中的节点向量；
(6)利用(3)中形成的索引结构，依次采用图4中的流程计算验证方向向量的方向性；
(7)递归实现(6)，当遇到边界条件约束时停止上述过程；
(8)结束(4)中循环，分别规划出等值区域，并根据等值线间的属性值，进行按序编组。
步骤6，等值区域色域值确定：根据等值线属性值极差以及等值梯度计算渲染色棒，计算色棒的渐变范围，具体的色棒计算方法可表述为：从R、G、B三个颜色值出发，由(255，255，255)、(0，255，255)、(255，0，255)、(255，255，0)、(255，0，0)、(0，0，255)、(0，255，0)、(0，0，0)8个值为顶点定义的彩色立方体，下式F1表示彩色立方体中一个面对应的颜色值矩阵，在F1面中RGB值的分量值均可找到如X和Y的线性表达，因此在该面上的任何颜色间的渐近过渡均可转化为关于X和Y颜色分量的线性计算，将F1中的计算方法扩展到三维即可实现色域之间的渐近过渡；根据上述完成渐近色的计算后，利用形成的色棒为渐近色匹配具体等值区域属性值；
横轴棱边：Y＝X-K×(0，1，0)；
纵轴棱边：Y＝X-K×(0，0，1)；
当RGB值的变化率k0取10时，K＝10×n，其中n为格数；则有：
横轴棱边：Y＝X-10×n×(0，1，0)；
纵轴棱边：Y＝X-10×n×(0，0，1)；
步骤7，等值区域重新构网：筛选等值区域追踪结果，索引获得各个子等值区域以及围成区域的等值线，并对索引结果进行等比例插值处理，对研究区域边界及断层构造边界线也进行等比例插值处理，忽略前期所有构建的三角网，进一步沿顺时针方向闭合等值区域以及构造区域边界，并以上述结果形成边界为严格约束，以插值后的获得等值线节点和断层构造边界线上的节点为数据源，进行带边界强约束的三角网构建，如图6所示；
步骤8，渲染：从色棒上的属性值下限开始，向上索引具体的属性值匹配区域，用属性值所对应的色棒值为每个等值区域中的三角面片进行统一渲染，分区域的渲染着色效果如图7中所示，通过进一步遍历色棒上的颜色，实现整个区域的渐近色渲染，最终形成区域渲染结果的非连续等值云图，如图8所示。
Claims (4)
1.一种基于层面渲染的非连续等值云图生成方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，构建二维平面规则化点阵：采集研究区域的钻孔属性数据，形成空间离散点数据，并对所述离散点数据进行空间变异性分析，然后利用克里金插值法进行插值处理，形成二维平面规则化点阵；
步骤2，构建三角网结构：以研究区域边界为约束对所述二维平面规则化点阵构建三角网结构；
步骤3，构建缝合型三角网结构：将二维断层构造边界线嵌入所述三角网结构中，并将所述三角网结构中与所述断层构造边界线相交的三角面删除，利用线性插值技术对缺失三角网边界进行插值处理，并以缺失区域边界为约束对插值结果重新构建带边界约束的三角网结构，形成缝合型三角网结构；
步骤4，等值线追踪：以研究区域边界及断层构造边界线为约束对所述缝合型三角网结构采用双向链接追踪方法进行等值线追踪；
步骤5，等值区域识别：根据“节点向位一致”原则设计算法进行等值区域追踪，并将所追踪的等值区域编组；
步骤6，等值区域色域值确定：根据等值线属性值极差以及等值梯度计算渲染色棒，并为等值区域匹配色域值；
步骤7，等值区域重新构网：筛选等值区域追踪结果，以追踪结果形成的等值区域边界及断层构造边界线为严格约束重新分区构建三角网；
步骤8，渲染：按照色棒分区分色阶渲染等值区域三角网面片，形成最终区域渲染结果的非连续等值云图；
所述等值区域追踪的具体过程为：设计数据结构，所述数据结构包含临接向量以及节点间方向性检测属性，用以判断节点间是否具有向位一致性；由所述缝合型三角网结构的边界线极值位置向内部等值线进行方向性检测，并设计Xi，Xi+1：{sign＝0or 1}的解算模型实现对节点向量间向位计算，最终实现索引出的等值线与边界构成的闭环结构且具有同侧向位一致性，即完成一个等值区域的追踪。
2.根据权利要求1所述的一种基于层面渲染的非连续等值云图生成方法，其特征在于所述钻孔属性数据为钻孔取样的各地层层位坐标。
3.根据权利要求1所述的一种基于层面渲染的非连续等值云图生成方法，其特征在于所述“节点向位一致”原则为贯通的等值区域中节点向量间的方向具有一致性。
4.根据权利要求1所述的一种基于层面渲染的非连续等值云图生成方法，其特征在于所述等值区域重新构网的方法为：在识别出的等值区域中索引出对应的等值线，并对索引结果进行等比例插值处理，对研究区域边界及断层构造边界线也进行等比例插值处理，进一步沿顺时针方向闭合边界，并以该闭合边界为严格约束，以插值处理过的等值线节点和断层构造边界线节点为离散数据源进行重新构网，即可完成一个封闭等值区域的强约束重新构网。
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