CN108550187A - 三维地质覆盖层模型的快速重构方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三维地质覆盖层模型的快速重构方法，包括如下步骤：a.将覆盖层边界线导入三维地形曲面模型；b.将覆盖层边界线沿竖直方向拉伸，再与地形曲面进行分割形成覆盖层上表面；c.提取覆盖层上表面边界；d.钻孔点导入三维地形曲面模型；e.钻孔点投影到覆盖层上表面；f.构建覆盖层下底面，使覆盖层下底面精确通过钻孔；g.添加虚拟钻孔；h.将覆盖层下底面与地形实体进行修剪生成覆盖层体；i.通过改变或增加钻孔点，使覆盖层体厚度随之相应改变。传统覆盖层模型中存在覆盖层下底面无法精确通过钻孔点，覆盖层模型精度无法保证，无法快速重构，重复性工作量大、建模过程繁琐的问题。本发明可快速自动更新，实现了覆盖层模型的快速重构。

Description

三维地质覆盖层模型的快速重构方法

技术领域

本发明涉及三维地质建模技术领域，具体涉及一种三维地质覆盖层模型的快速重构方法。

背景技术

近几年来，计算机软硬件技术的发展为三维地质建模的发展创造了条件。在地质领域，三维地质建模正逐渐改变着传统的地质工作方法，不同阶段、来源、类型的数据得以在统一的平台下进行整合，从而使经年积累的地质资料得到充分有效的开发和利用。在水利水电行业基于CATIA软件进行三维地质建模已经应用了多年，覆盖层建模采用的是利用三维地形曲面根据盖层边界线分割出覆盖层上表面曲面，再将曲面转化为网格(mesh)面，根据钻孔数据将网格(mesh)面进行变形，构建覆盖层下底面网格(mesh)面，变形完成后再将盖层下底面网格(mesh)面再转化为曲面与地形实体进行修剪，分离出覆盖层模型的方法。由于网格(mesh)面转化成曲面的过程中存在一定精度损失使转化后的曲面与网格面(mesh)不能完全吻合，网格面(mesh)完全通过钻孔，而转化的曲面并不能保证完全通过钻孔，导致覆盖层模型精度不能保证；而且网格(mesh)面与曲面之间关联性较差，当钻孔数据增加或改变时，网格(mesh)面发生了变化而相应的曲面随之自动更新很慢，有时甚至无法更新，导致覆盖层模型无法快速重构，有些模型甚至只能重新再建，工程技术人员需要为此进行大量重复性工作，制约了三维地质建模的发展。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种保证三维地质覆盖层模型精度的快速重构方法，解决传统覆盖层模型无法保证精度及快速重构，重复性工作量大、建模过程繁琐的问题。

本发明提供了一种保证三维地质覆盖层模型精度的快速重构方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.通过三维建模软件构建或直接打开三维地形曲面模型，将覆盖层边界线根据三维坐标(X,Y,Z)导入三维地形曲面模型，Z值默认为0；

b.在三维建模软件中将零平面中的覆盖层边界线沿竖直方向拉伸，保证拉伸面穿过地形曲面，再与地形曲面进行分割形成覆盖层上表面；

c.提取覆盖层上表面边界线；

d.将钻孔点根据三维坐标(X,Y,Z)导入三维地形曲面模型；

e.在三维建模软件中将钻孔点投影到覆盖层上表面，钻孔点与投影点的连线与覆盖层上表面垂直；

f.在三维建模软件中将覆盖层上表面根据钻孔点及其投影点进行变形构建覆盖层下底面，使覆盖层下底面精确通过钻孔；

g.在三维建模软件中添加虚拟钻孔对覆盖层上表面再进行变形，完善覆盖层下底面；

h.在三维建模软件中将覆盖层下底面与地形实体进行修剪生成覆盖层模型；

i.在覆盖层模型中通过修改或增加钻孔数据使覆盖层体厚度随之改变，实现覆盖层模型的快速重构。

上述技术方案中，步骤a包括在CATIA软件中打开或构建三维地形曲面模型；三维地形曲面模型文件后缀扩展名为.CATPart。覆盖层边界线文件为DWG或DXF格式，覆盖层边界线为多段线，在CATIA软件工程制图模块中直接打开覆盖层边界线DWG或DXF文件，再复制拷贝到三维地形曲面模型的草图中；覆盖层边界线DWG或DXF格式文件也可由二次开发工具导入CATIA软件，二次开发工具是工程地质信息数据库管理系统。

上述技术方案中，所述步骤b包括在CATIA软件创成式外形设计模块中利用拉伸命令将覆盖层边界线草图沿竖直方向拉伸，拉伸面应穿过地形曲面，再利用分割命令与地形曲面进行分割生成覆盖层上表面。

上述技术方案中，所述步骤c包括在CATIA软件创成式外形设计模块中利用边界命令提取覆盖层上表面边界线。

上述技术方案中，所述步骤d包括根据钻孔点三维坐标(X,Y,Z)可在CATIA软件内利用点命令自行绘制，当钻孔数据超过5个时由二次开发工具批量导入CATIA软件，二次开发工具是工程地质信息数据库管理系统。

上述技术方案中，所述步骤b及d中，二次开发工具是工程地质信息数据库管理系统已经经过著作权登记，著作权人分别为长江岩土工程总公司(武汉)和中南大学，版本号为V1.0，开发完成日期为2014年2月7日，登记号为2014SR070463。上述工程地质信息数据库管理系统亦可以为匹配的数据库。

上述技术方案中，所述步骤e包括在CATIA软件创成式外形设计模块中利用投影命令将钻孔点投影到覆盖层上表面上，钻孔点与投影点的连线与覆盖层上表面垂直。

上述技术方案中，所述步骤f包括在CATIA软件创成式外形设计模块中利用外形渐变命令将覆盖层上表面根据钻孔点、钻孔投影点及覆盖层上表面边界线进行变形，外形渐变命令框中钻孔投影点为参考点，钻孔点为目标点，覆盖层上表面边界线为限制元素，保证变形后的曲面通过全部钻孔点。

上述技术方案中，所述步骤g包括在CATIA软件创成式外形设计模块中，在覆盖层下底面高出覆盖层上表面的部位添加虚拟钻孔点，将虚拟钻孔投影到覆盖层上表面，虚拟钻孔投影点作为参考点，虚拟钻孔点作为目标点，添加到外形渐变命令框再进行变形，使覆盖层下底面通过所有钻孔及虚拟钻孔且无高出覆盖层上表面部分。

上述技术方案中，所述步骤h包括在CATIA软件创成式外形设计模块中利用修剪命令，将地形体曲面模型与覆盖层下底面进行修剪生成覆盖层模型；

上述技术方案中，所述步骤i包括：

当需要改变钻孔数据时，在CATIA软件创成式外形设计模块中改变钻孔点三维坐标中的Z值，利用CATIA软件自动关联更新的功能，覆盖层体厚度即可随之相应变化，实现覆盖层模型快速重构；

当需要增加钻孔数据时，直接在CATIA软件内利用点命令自行绘制，当钻孔数据超过5个时由二次开发工具批量导入CATIA软件，二次开发工具是工程地质信息数据库管理系统；钻孔数据添加完成后，重复步骤e至步骤g，覆盖层体厚度可随着增加的钻孔点发生变化，实现覆盖层模型快速重构

本发明提供一种保证三维地质覆盖层模型精度的快速重构方法，解决传统覆盖层模型无法保证精度及快速重构，重复性工作量大、建模过程繁琐的问题。依托水利部技术示范项目-水利工程勘测设计三维协同技术示范应用(SF-201717)，本发明在三维覆盖层建模过程中研究出了一种曲面变形的方法来取代传统网格(mesh)面变形，彻底解决网格(mesh)面与曲面关联性及吻合性较差的问题。本发明将钻孔点投影至覆盖层上表面曲面上，为覆盖层上表面曲面进行变形创造了参考点，后进行变形生成覆盖层下底面曲面，取代现有技术中先将覆盖层上表面曲面转为覆盖层上表面网格(mesh)面，再根据钻孔点将覆盖层上表面网格(mesh)面进行变形生成覆盖层下底面网格(mesh)面，再将覆盖层下底面网格(mesh)面转化为曲面的方式，彻底解决了网格(mesh)面与曲面关联性及吻合性较差的问题。同时设定钻孔投影点为参考点，钻孔点为目标点，覆盖层上表面边界线为限制元素，盖层下底面曲面直接精确通过钻孔，保证了覆盖层模型的精度。模型构建完成后，可以通过简单的命令实现改变或增加钻孔数据，覆盖层体厚度随之改变，使得覆盖层模型可快速自动更新，实现了覆盖层模型的快速重构。

附图说明

图1是本发明的流程图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1所示，本发明提供了三维地质覆盖层模型的快速重构方法，具体操作步骤如下：

1、在CATIA软件中打开三维地形曲面模型。三维地形曲面模型文件后缀扩展名为.CATPart。覆盖层边界线导入三维地形曲面模型。覆盖层边界线文件为DWG或DXF格式，边界线为多段线，在CATIA软件工程制图模块中直接打开覆盖层边界线DWG或DXF文件，再复制拷贝到三维地形曲面模型的草图中。覆盖层边界线DWG或DXF格式文件也可由二次开发工具导入CATIA软件。

2、通过覆盖层边界线构建覆盖层上表面。在CATIA软件创成式外形设计模块中通过拉伸命令将覆盖层边界线草图沿垂直方向拉伸，再利用分割命令与地形曲面进行分割生成覆盖层上表面。

4、提取覆盖层上表面边界线。在CATIA软件创成式外形设计模块中利用边界命令提取覆盖层上表面边界线。

5、钻孔数据按导入三维地形曲面模型。可根据钻孔点三维坐标(X，Y，Z)在CATIA软件内利用点命令自行绘制，也可由二次开发工具导入CATIA软件。

6、钻孔数据投影。在CATIA软件创成式外形设计模块中利用投影命令将钻孔数据投影到覆盖层上表曲面上。较之现有技术，本发明将钻孔数据投影至覆盖层上表面曲面上，为曲面变形创建了参考点，使曲面变形成为了可能，无需再利用网格(mesh)面变形，避免网格(mesh)面转化成曲面时吻合度及关联性差的问题，有效提高模型精度及自动更新。

7、覆盖层上表面变形构建覆盖层下底面。在CATIA软件创成式外形设计模块中利用外形渐变命令将覆盖层上表面根据钻孔数据进行变形，从而生成覆盖层下底面；其中外形渐变命令框中要变形的曲面为覆盖层上表面，钻孔投影点为参考点，钻孔点为目标点，覆盖层边界线为限制元素，可以保证变形后的曲面通过全部钻孔点，保证模型的精度。

8、添加虚拟钻孔。在CATIA软件创成式外形设计模块中，在覆盖层下底面高出上地面的部位添加虚拟钻孔，并将虚拟钻孔投影到覆盖层上表面，将虚拟钻孔投影点作为参考点，虚拟钻孔作为目标点添加到外形渐变命令框后再进行变形，使覆盖层下底面通过所有钻孔及虚拟钻孔且无高出覆盖层上表面部分。

9、生成覆盖层模型。在CATIA软件创成式外形设计模块中利用修剪命令，将地形体实体与覆盖层下底面进行修剪生成覆盖层模型。

10、当需要改变钻孔数据时，在CATIA软件创成式外形设计模块中改变钻孔点三维坐标中的Z值，利用CATIA软件自动关联更新的功能，覆盖层体厚度即可随之相应变化，实现覆盖层模型快速重构；

当需要增加钻孔数据时，直接在CATIA软件内利用点命令自行绘制，当钻孔数据超过5个时由二次开发工具批量导入CATIA软件，二次开发工具是工程地质信息数据库管理系统；钻孔数据添加完成后，重复步骤6至步骤9，覆盖层体厚度可随着钻孔点的增加发生相应变化，实现覆盖层模型快速重构。增加钻孔数据时只需要将钻孔投影后添加到外形渐变命令对话框，然后再增加虚拟钻孔也是添加到外形渐变命令对话框完善覆盖层下底面，无需再进行分割。由于已经完成分割命令，且各命令之间是有关联性的，分割命令会采用最新的下底面来和地形体进行分割，覆盖层体的厚度也会发生改变，即实现自动更新的功能。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种三维地质覆盖层模型的快速重构方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.通过三维建模软件构建或直接打开三维地形曲面模型，将覆盖层边界线根据三维坐标(X,Y,Z)导入三维地形曲面模型，Z值默认为0；

b.在三维建模软件中将零平面中的覆盖层边界线沿竖直方向拉伸，保证拉伸面穿过地形曲面，再与地形曲面进行分割形成覆盖层上表面；

c.提取覆盖层上表面边界线；

d.将钻孔点根据三维坐标(X,Y,Z)导入三维地形曲面模型；

e.在三维建模软件中将钻孔点投影到覆盖层上表面，钻孔点与投影点的连线与覆盖层上表面垂直；

f.在三维建模软件中将覆盖层上表面根据钻孔点及其投影点、覆盖层上表面边界线进行变形构建覆盖层下底面，使覆盖层下底面精确通过钻孔；

g.在三维建模软件中添加虚拟钻孔对覆盖层上表面再进行变形，完善覆盖层下底面；

h.在三维建模软件中将覆盖层下底面与地形实体进行修剪生成覆盖层模型。

2.根据权利要求1所述的三维地质覆盖层模型的快速重构方法，其特征在于还包括以下步骤：

i.在覆盖层模型中通过修改或增加钻孔点使覆盖层体厚度随之改变，实现覆盖层模型的快速重构。

3.根据权利要求2所述的三维地质覆盖层模型的快速重构方法，其特征在于，所述步骤a包括在CATIA软件中打开或构建三维地形曲面模型；三维地形曲面模型文件后缀扩展名为.CATPart。覆盖层边界线文件为DWG或DXF格式，覆盖层边界线为多段线，在CATIA软件工程制图模块中直接打开覆盖层边界线DWG或DXF文件，再复制拷贝到三维地形曲面模型的草图中；覆盖层边界线DWG或DXF格式文件也可由二次开发工具导入CATIA软件，二次开发工具是工程地质信息数据库管理系统。

4.根据权利要求2所述的三维地质覆盖层模型的快速重构方法，其特征在于，所述步骤b包括在CATIA软件创成式外形设计模块中利用拉伸命令将覆盖层边界线草图沿竖直方向拉伸，拉伸面应穿过地形曲面，再利用分割命令与地形曲面进行分割生成覆盖层上表面。

5.根据权利要求2所述的三维地质覆盖层模型的快速重构方法，其特征在于，所述步骤c包括在CATIA软件创成式外形设计模块中利用边界命令提取覆盖层上表面边界线。

6.根据权利要求2所述的三维地质覆盖层模型的快速重构方法，其特征在于，所述步骤d包括根据钻孔点三维坐标(X,Y,Z)可在CATIA软件内利用点命令自行绘制，当钻孔数据超过5个时由二次开发工具批量导入CATIA软件，二次开发工具是工程地质信息数据库管理系统。

7.根据权利要求2所述的三维地质覆盖层模型的快速重构方法，其特征在于，所述步骤e包括在CATIA软件创成式外形设计模块中利用投影命令将钻孔点投影到覆盖层上表面上，钻孔点与投影点的连线与覆盖层上表面垂直。

8.根据权利要求2所述的三维地质覆盖层模型的快速重构方法，其特征在于，所述步骤f包括在CATIA软件创成式外形设计模块中利用外形渐变命令将覆盖层上表面根据钻孔点、钻孔投影点及覆盖层上表面边界线进行变形，外形渐变命令框中钻孔投影点为参考点，钻孔点为目标点，覆盖层上表面边界线为限制元素，保证变形后的曲面通过全部钻孔点。

9.根据权利要求2所述的三维地质覆盖层模型的快速重构方法，其特征在于，所述步骤g包括在CATIA软件创成式外形设计模块中，在覆盖层下底面高出覆盖层上表面的部位添加虚拟钻孔点，并将虚拟钻孔点投影到覆盖层上表面，将虚拟钻孔投影点作为参考点，虚拟钻孔作为目标点添加到外形渐变命令框后再进行变形，使覆盖层下底面通过所有钻孔及虚拟钻孔且无高出覆盖层上表面部分。

10.根据权利要求2所述的三维地质覆盖层模型的快速重构方法，其特征在于，所述步骤h包括在CATIA软件创成式外形设计模块中利用修剪命令，将地形实体与覆盖层下底面进行修剪生成覆盖层模型；

所述步骤i包括：

当需要改变钻孔数据时，在CATIA软件创成式外形设计模块中改变钻孔点三维坐标中的Z值，利用CATIA软件自动关联更新的功能，覆盖层体厚度即可随之相应变化，实现覆盖层模型快速重构；

当需要增加钻孔数据时，直接在CATIA软件内利用点命令自行绘制，当钻孔数据超过5个时由二次开发工具批量导入CATIA软件，二次开发工具是工程地质信息数据库管理系统；钻孔数据添加完成后，重复步骤e至步骤g，覆盖层体厚度可随着增加的钻孔点发生变化，实现覆盖层模型快速重构。