CN111429573A - 一种三维地质钻孔模型的自动构建方法 - Google Patents

一种三维地质钻孔模型的自动构建方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三维地质钻孔模型的自动构建方法，具体包括步骤：首先，读取钻孔文件，获取钻遇地层信息；其次，基于钻遇地层信息，创建三维地层模型；然后，为三维地层模型绑定材质，并组合生成三维地质钻孔模型；最后，将三维地质钻孔模型导出为模型文件。本发明实现了一种快速构建三维地质钻孔模型的方法。本发明与现有技术相比，既提高了钻孔模型的三维表达效果，又具有较高的自动化程度。

Description

一种三维地质钻孔模型的自动构建方法
技术领域
本发明涉及三维建模技术和地质学领域，具体涉及一种三维地质钻孔模型自动构建方法。
背景技术
钻孔是利用钻探设备向地下钻成的柱状圆孔。在钻孔勘测工作中，可获取准确的地层、构造信息，为地层分布和地质构造发育情况的推测提供了丰富的数据基础。此外，基于钻孔之间的地层对应关系对比与分析，是构建三维地质模型的重要手段。
三维地质钻孔模型能够直观地表达区域的地层展布情况，是三维地质表达的重要组成部分。然而，目前钻孔数据的表达，大多还局限于二维线状模型，难以满足三维地质表达的需要。为此，开展三维地质钻孔模型的自动化构建方法研究，具有重要的实用价值和研究意义。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，通过地层属性获取、地层模型构建、地层模型组合、钻孔模型文件导出等环节，提供了一种三维地质钻孔模型的自动化构建方法。
技术方案：本发明所述的三维地质钻孔模型的自动构建方法包括：
(1)读取所有钻孔及钻孔的钻遇地层数据到钻孔集合D和钻遇地层集合S中；
(2)从钻孔集合D中获取任一钻孔，并基于该钻孔的钻遇地层信息，构建不同钻遇地层的棱柱模型；
(3)将当前钻孔的所有钻遇地层的棱柱模型进行组合，生成钻孔模型；
(4)根据钻遇地层颜色创建材质，完成与钻孔模型中对应钻遇地层的绑定，完成当前钻孔的三维模型构建；
(5)循环执行步骤(2)-(4)，直至完成钻孔集合D中所有钻孔的三维模型构建。
进一步的，步骤(1)具体包括：
(1-1)读取钻孔数据到钻孔集合D＝{di|i＝1,2,…,DN}；其中，i表示钻孔序号，di表示第i个钻孔，DN表示钻孔数量；
(1-2)读取钻遇地层数据，将每一钻孔的钻遇地层信息存储到钻遇地层集合S＝{sij|i＝1,2,…,DN,j＝1,2,…,SNi}；其中，sij表示钻孔di包含的第j个钻遇地层，SNi表示钻孔di包含的钻遇地层数量。
进一步的，步骤(2)具体包括：
(2-1)从钻孔集合D中获取任一钻孔di，并从钻遇地层集合S中获取钻孔di的所有钻遇地层；
(2-2)按下式计算钻孔di的每一钻遇地层的厚度：
sij.h＝sij.et-sij.eb,j＝1,2,...,SNi
式中，sij表示钻孔di的第j个钻遇地层，SNi表示钻孔di的钻遇地层数量，sij.h为钻遇地层sij的厚度，sij.et为sij的上顶面高程，sij.eb为sij的下底面高程；
(2-3)对于每一个钻遇地层sij，分别创建正NT棱柱模型smij来表达sij的形状；其中，NT为预设棱柱模型棱数，j＝1,2,…,SNi。
进一步的，步骤(2-3)中创建正NT棱柱模型smij的步骤具体包括：
(2-3-1)根据下式计算得到正NT棱柱模型smij的上顶面顶点集合VT＝{vtk|k＝1,2,…,NT+3}，其中，vtk为第k个顶面顶点：
Figure BDA0002402756090000021
式中，di.x为钻孔di的的横坐标，di.y为钻孔di的纵坐标，di.r为钻孔di的半径；
(2-3-2)对于每一顶面顶点vtk，依次按照vt1、vtk、vtk+1的顶点顺序构建正NT棱柱模型smij对于每一个钻遇地层sij的上顶面三角面片tk，所有上顶面三角面片形成上顶面三角面片集合TT＝{tk(vt1,vtk,vtk+1)|k＝1,2,…,NT+1}；
(2-3-3)根据下式计算得到正NT棱柱模型smij的下底面顶点集合VB＝{vbk|k＝1,2,…,NT+3}：
Figure BDA0002402756090000022
(2-3-4)对于每一底面顶点vbk，依次按照vb1、vbk、vbk+1的顶点顺序构建正NT棱柱模型smij对于每一个钻遇地层sij的下底面三角面片bk，所有下底面三角面片形成下底面三角面片集合TB＝{bk(vb1,vbk,vbk+1)|k＝1,2,…,NT+1}；
(2-3-5)基于上顶面顶点集合VT和下底面顶点集合VB，构建smij的侧面三角面片集合TFL＝{flk(vtk,vbk,vbk+1)|k＝2,…,NT+1}和TFR＝{frk(vbk,vtk,vtk+1)|k＝2,…,NT+1}；
(2-3-6)将上顶面三角面片集合TT、下底面三角面片集合TB、侧面三角面片集合TFL和TFR进行整合，得到正NT棱柱模型smij。
进一步的，步骤(4)具体包括：
(4-1)基于三维建模软件API，根据钻孔模型中每一钻遇地层的颜色创建材质cij；
(4-2)将材质cij与对应的棱柱模型smij绑定。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明实现了钻孔三维模型的自动构建，既提高了三维表达效果，又具有较高的自动化程度。
附图说明
图1是本实施例中采用的钻孔基本信息；
图2是本实施例中采用的钻遇地层信息；
图3是本发明实施例的流程图；
图4是本实施例中构建的地层三维模型sm11；
图5是本实施例中地层三维模型sm11与材质的绑定结果；
图6是本实施例中构建的三维地质钻孔模型。
具体实施方式
下面对本发明技术方案作进一步详细的说明，本实施例的实验数据采用的是南京市地质钻孔数据(图1和图2)，该实验数据采用的投影坐标系为南京92坐标系。下面结合附图，并通过描述一个具体的实施例，来进一步说明。
如图3所示，本实施例提供了一种三维地质钻孔模型的自动构建方法，具体包括如下步骤：
(1)读取所有钻孔及钻孔的钻遇地层数据到钻孔集合D和钻遇地层集合S中。
该步骤具体包括：
(1-1)读取钻孔数据到钻孔集合D＝{di|i＝1,2,…,DN}；其中，i表示钻孔序号，di表示第i个钻孔，DN表示钻孔数量；在本实施例中，DN＝3940；
(1-2)读取钻遇地层数据，将每一钻孔的钻遇地层信息存储到钻遇地层集合S＝{sij|i＝1,2,…,DN,j＝1,2,…,SNi}；其中，sij表示钻孔di包含的第j个钻遇地层，SNi表示钻孔di包含的钻遇地层数量。在本实施例中，当钻孔di为d1时，SN1＝9。
(2)从钻孔集合D中获取任一钻孔，并基于该钻孔的钻遇地层信息，构建不同钻遇地层的棱柱模型。
该步骤具体包括：
(2-1)从钻孔集合D中获取任一钻孔di，并从钻遇地层集合S中获取钻孔di的所有钻遇地层；
(2-2)按下式计算钻孔di的每一钻遇地层的厚度：
sij.h＝sij.et-sij.eb,j＝1,2,...,SNi
式中，sij表示钻孔di的第j个钻遇地层，SNi表示钻孔di的钻遇地层数量，sij.h为钻遇地层sij的厚度，sij.et为sij的上顶面高程，sij.eb为sij的下底面高程；在本实施例中，当钻遇地层sij为s11时，上顶面高程为33.3米，下底面高程为30.4米，厚度为2.9米；
(2-3)对于每一个钻遇地层sij，分别创建正NT棱柱模型smij来表达sij的形状；其中，NT为预设棱柱模型棱数，j＝1,2,…,SNi。在本实施例中，NT＝12，模型sm11的构建结果如图4所示.
其中，创建正NT棱柱模型smij的步骤具体包括：
(2-3-1)根据下式计算得到正NT棱柱模型smij的上顶面顶点集合VT＝{vtk|k＝1,2,…,NT+3}，其中，vtk为第k个顶面顶点：
Figure BDA0002402756090000041
式中，di.x为钻孔di的的横坐标，di.y为钻孔di的纵坐标，di.r为钻孔di的半径；
(2-3-2)对于每一顶面顶点vtk，依次按照vt1、vtk、vtk+1的顶点顺序构建正NT棱柱模型smij对于每一个钻遇地层sij的上顶面三角面片tk，所有上顶面三角面片形成上顶面三角面片集合TT＝{tk(vt1,vtk,vtk+1)|k＝1,2,…,NT+1}；本实施例中，生成上顶面三角面片12个；
(2-3-3)根据下式计算得到正NT棱柱模型smij的下底面顶点集合VB＝{vbk|k＝1,2,…,NT+3}：
Figure BDA0002402756090000051
(2-3-4)对于每一底面顶点vbk，依次按照vb1、vbk、vbk+1的顶点顺序构建正NT棱柱模型smij对于每一个钻遇地层sij的下底面三角面片bk，所有下底面三角面片形成下底面三角面片集合TB＝{bk(vb1,vbk,vbk+1)|k＝1,2,…,NT+1}；本实施例中，生成下底面三角面片12个；
(2-3-5)基于上顶面顶点集合VT和下底面顶点集合VB，构建smij的侧面三角面片集合TFL＝{flk(vtk,vbk,vbk+1)|k＝2,…,NT+1}和TFR＝{frk(vbk,vtk,vtk+1)|k＝2,…,NT+1}；本实施例中，生成侧面三角面片24个；
(2-3-6)将上顶面三角面片集合TT、下底面三角面片集合TB、侧面三角面片集合TFL和TFR进行整合，得到正NT棱柱模型smij。
(3)将当前钻孔的所有钻遇地层的棱柱模型进行组合，生成钻孔模型。
(4)根据钻遇地层颜色创建材质，完成与钻孔模型中对应钻遇地层的绑定，完成当前钻孔的三维模型构建。
(4-1)基于Unity3D API，根据钻孔模型中每一钻遇地层的颜色创建材质cij；在本实施例中，当钻遇地层为s11时，s11颜色的RGB值为(255,140,0)；
(4-2)将材质cij与对应的棱柱模型smij绑定。地层模型sm11的材质绑定结果如图5所示。
(5)循环执行步骤(2)-(4)，直至完成钻孔集合D中所有钻孔的三维模型构建。
在本实施例中，钻孔d1的三维模型构建结果如图6所示。构建完成后，将所有的三维地质钻孔模型导出为fbx格式模型文件。本发明实施例中仅基于三维模型编辑软件Unity3d API创建材质，该方法也可以使用3ds Max、AutoCad等软件的API。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种三维地质钻孔模型的自动构建方法，其特征在于包括：
(1)读取所有钻孔及钻孔的钻遇地层数据到钻孔集合D和钻遇地层集合S中；
(2)从钻孔集合D中获取任一钻孔，并基于该钻孔的钻遇地层信息，构建不同钻遇地层的棱柱模型；
(3)将当前钻孔的所有钻遇地层的棱柱模型进行组合，生成钻孔模型；
(4)根据钻遇地层颜色创建材质，完成与钻孔模型中对应钻遇地层的绑定，完成当前钻孔的三维模型构建；
(5)循环执行步骤(2)-(4)，直至完成钻孔集合D中所有钻孔的三维模型构建。
2.根据权利要求1所述的三维地质钻孔模型的自动构建方法，其特征在于：步骤(1)具体包括：
(1-1)读取钻孔数据到钻孔集合D＝{di|i＝1,2,…,DN}；其中，i表示钻孔序号，di表示第i个钻孔，DN表示钻孔数量；
(1-2)读取钻遇地层数据，将每一钻孔的钻遇地层信息存储到钻遇地层集合S＝{sij|i＝1,2,…,DN,j＝1,2,…,SNi}；其中，sij表示钻孔di包含的第j个钻遇地层，SNi表示钻孔di包含的钻遇地层数量。
3.根据权利要求1所述的三维地质钻孔模型的自动构建方法，其特征在于：步骤(2)具体包括：
(2-1)从钻孔集合D中获取任一钻孔di，并从钻遇地层集合S中获取钻孔di的所有钻遇地层；
(2-2)按下式计算钻孔di的每一钻遇地层的厚度：
sij.h＝sij.et-sij.eb,j＝1,2,...,SNi
式中，sij表示钻孔di的第j个钻遇地层，SNi表示钻孔di的钻遇地层数量，sij.h为钻遇地层sij的厚度，sij.et为sij的上顶面高程，sij.eb为sij的下底面高程；
(2-3)对于每一个钻遇地层sij，分别创建正NT棱柱模型smij来表达sij的形状；其中，NT为预设棱柱模型棱数，j＝1,2,…,SNi。
4.根据权利要求3所述的三维地质钻孔模型的自动构建方法，其特征在于：步骤(2-3)中创建正NT棱柱模型smij的步骤具体包括：
(2-3-1)根据下式计算得到正NT棱柱模型smij的上顶面顶点集合VT＝{vtk|k＝1,2,…,NT+3}，其中，vtk为第k个顶面顶点：
Figure FDA0002402756080000021
式中，di.x为钻孔di的的横坐标，di.y为钻孔di的纵坐标，di.r为钻孔di的半径；
(2-3-2)对于每一顶面顶点vtk，依次按照vt1、vtk、vtk+1的顶点顺序构建正NT棱柱模型smij对于每一个钻遇地层sij的上顶面三角面片tk，所有上顶面三角面片形成上顶面三角面片集合TT＝{tk(vt1,vtk,vtk+1)|k＝1,2,…,NT+1}；
(2-3-3)根据下式计算得到正NT棱柱模型smij的下底面顶点集合VB＝{vbk|k＝1,2,…,NT+3}：
Figure FDA0002402756080000022
(2-3-4)对于每一底面顶点vbk，依次按照vb1、vbk、vbk+1的顶点顺序构建正NT棱柱模型smij对于每一个钻遇地层sij的下底面三角面片bk，所有下底面三角面片形成下底面三角面片集合TB＝{bk(vb1,vbk,vbk+1)|k＝1,2,…,NT+1}；
(2-3-5)基于上顶面顶点集合VT和下底面顶点集合VB，构建smij的侧面三角面片集合TFL＝{flk(vtk,vbk,vbk+1)|k＝2,…,NT+1}和TFR＝{frk(vbk,vtk,vtk+1)|k＝2,…,NT+1}；
(2-3-6)将上顶面三角面片集合TT、下底面三角面片集合TB、侧面三角面片集合TFL和TFR进行整合，得到正NT棱柱模型smij。
5.根据权利要求1所述的三维地质钻孔模型的自动构建方法，其特征在于：步骤(4)具体包括：
(4-1)基于三维建模软件API，根据钻孔模型中每一钻遇地层的颜色创建材质cij；
(4-2)将材质cij与对应的棱柱模型smij绑定。
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