CN111445569A - 一种沉积地质演化动态模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种沉积地质演化动态模拟方法，通过GIS算法对沉积图件和地貌恢复数据进行分析处理，将各个时期同一区域不同情况下的地质图件转化为GIS数据，运用MAYA软件构建每个沉积时期的三维模型，最后将每个沉积时期的三维模型叠加形成沉积单元，渲染出动画，实现对不同沉积时期的沉积单元发育过程的动态模拟，为沉积数据可视化分析与模拟研究提供了良好的基础，并进一步通过模拟模型参数优化的方法来实现对层序沉积体系的高精度模拟。

Description

一种沉积地质演化动态模拟方法

技术领域

本发明涉及地质动态模拟技术领域，特别涉及一种沉积地质演化动态模拟 方法。

背景技术

过去，人们主要利用一些静态的平面图或剖面图对地质情况进行分析与阐 释，实际上，平面的图件无法清晰、直观地的了解并掌握地质体特征。到了七 十年代以后，地质领域进入了蓬勃发展期。西方发达国家的科研学者们对地质 领域展开了广泛且深入的探索与研究，并提出了诸多令人满意的研究成果，并 将三维空间信息系统首次应用于地质找矿领域，进而为地质数据的三维可视化 发展指明了方向。三维可视化技术的研究范围相对比较宽广，具体涵盖了三维 数学建模、三维空间分析等相关内容。随着信息技术的快速发展，以及地理信 息系统的规模化普及与应用，人们期望能研发出可高效处理复杂信息的地理信 息三维可视化系统。目前随着应用需求的日益发展，以及计算机性能的大幅提 升，地理信息三维系统成为了诸多科研人员争相探讨与研究的焦点。

发明内容

本发明的目的在于改善现有技术中所存在的不足，提供一种沉积地质演化 动态模拟方法。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

一种沉积地质演化动态模拟方法，包括以下步骤：

步骤S100：层序数据预处理；

所述层序数据预处理的步骤，包括：

步骤S110：对沉积图层关系进行修正处理；

步骤S120：对沉积图层关系进行清理处理；

步骤S130：对沉积图层关系进行配准处理；

步骤S2：构建层序三维模型；

所述构建层序三维模型的步骤，包括：

步骤210：层序数据准备和处理；

步骤220：层序数据插值；

步骤230：模型建立和可视化处理；

步骤S300：构建层序演化动态模型；

所述构建层序演化动态模型的步骤，包括：

步骤S310：计算空间演化结构；

步骤S320：匹配空间演化与深度变化；

步骤S330：动画渲染。

更进一步地，为了更好的实现本发明，所述对沉积图层关系进行修正处理 的步骤，包括：

步骤S110(1)：打开沉积图件，遍历沉积图件中各个多边形对象，存入数 组；

步骤S110(2)：计算每个多边形对象的缓冲区，为避免人工编辑的误差， 将计算后的多边形对象按面积大小和Fid排序，存入数组；

步骤S110(3)：遍历数组中每一个多边形对象与其他多边形对象之间的空 间关系，如果不相交，则继续检查下一个对象；如果相交，则对位于底层的对 象求相交，保留上层对象；

步骤S110(4)：检查求相交后的多边形结果是否为多面，如果不是，则重 复步骤步骤S110(3)；如果是，则将多面的多边形对象拆分，并删除原来的对 象；

步骤S110(5)：更新数组状态，直到所有对象均检查完毕。

更进一步地，为了更好的实现本发明，所述对沉积图层关系进行清理处理 的步骤，包括：

步骤S120(1)：打开沉积图件，遍历沉积图件中各个多边形对象；

步骤S120(2)：计算每个多边形对象的面积；

步骤S120(3)：如果多边形对象的面积大于设定的面积阈值，则继续遍历； 如果小于设定的面积阈值，则检查沉积图件中cdr矢量格式的符号和拓扑错误的 细小多边形，并检查其中是否有面积相等的对象，将面积相等的对象删除；

步骤S120(4)：删除面积相等的多边形对象后，小于面积阈值的对象中剩 下的对象为拓扑错误的细小多边形，检查这些细小多边形与沉积图件中其他对 象的空间关系，记录与这些细小多边形的临接对象；

步骤S120(5)：分别比较各个细小多边形与所有临接对象的临近度，将细 小多边形与其最临近的对象进行合并，得到清理后的沉积图件信息。

更进一步地，为了更好的实现本发明，所述对沉积图层关系进行配准处理 的步骤，包括：

步骤S130(1)：打开沉积图件中的目标图件，遍历目标图件中的各个物体 的图层，分别读取物体的编号；

步骤S130(2)：打开基准图件，在基准图件的这些物体的图层中选择与目 标图件中的物体编号相同的同名物体，建立链接；

步骤S130(3)：通过多项式变换或样条函数变换分别计算得到目标图件和 基准图件中的控制点；

步骤S130(4)：根据目标图件和基准图件的控制点，计算得到误差数据的 测量值；

步骤S130(5)：对目标图件进行校正、变换、投影或重采样，将沉积图件 从一个坐标空间更改到另一个坐标空间，使得沉积图件均转换到统一的坐标系 下。

更进一步地，为了更好的实现本发明，所述层序数据准备和处理的步骤， 包括：将沉积图件和地貌数据中的点数据以Excel格式进行存储，面数据以shp 格式进行存储，使用Access数据库将Excel格式的点数据和shp格式进的面数据 转换为DBF文件，运用GIS系统读取DBF文件；将其中坐标系为xyz的数据进行转 换处理，使其成为3D矢量点，将各3D矢量点化为球体三维模型，并以shp格式 进行存储。

更进一步地，为了更好的实现本发明，所述层序数据插值的步骤，包括： 将3D矢量点转化的球体三维模型生成多个沉积图层的栅格文件，并通过转换处 理生成三角面，转换后将各沉积图层的三角面和建模边界线均以CAD的格式存储 于数据库中。

更进一步地，为了更好的实现本发明，所述模型建立和可视化处理的步骤， 包括：各沉积图层三角面模型的CAD文件加载到MAYA建模环境中，先利用封面工 具对各沉积图层三角面进行封闭处理，形成沉积图件三角网格，将沉积图件重 封闭的边界线成面拉伸为六面体，通过表面求交工具分别构建出各沉积图层交 线和边界面，由此构建出沉积图件的3D模型，将模型以3DS格式导出，得到沉 积单元。

更进一步地，为了更好的实现本发明，所述计算空间演化结构的步骤，包 括：计算沉积单元的中心点和骨架线，得到沉积单元的空间结构，比较不同时 期的结构变化，推测沉积单元发育的方向和强度。

更进一步地，为了更好的实现本发明，所述匹配空间演化与深度变化的步 骤，包括：将不同时期沉积图件的厚度数据匹配至其沉积单元对应时期的深度 数据中。

更进一步地，为了更好的实现本发明，所述动画渲染的步骤，包括：将匹 配后的数据进行渲染，得到连续的沉积地质动画模拟。

本发明以沉积地质空间为主要研究对象，通过地理信息三维技术构建出与 研究对象相关的模型、分析及模拟等方法。该技术的处理对象较传统的地质分 析发生了显著变化，由最初平面图件对象现已演变成为更复杂的三维空间对象， 既增加了数据量，还形成了各种对象类型及空间关系。所以，对三维动态模拟 技术展开探索与研究，不只是简单地拓展地理信息系统。更为完善地质体建模 在计算机领域的应用创造了良好条件，也为沉积地质可视化研究打下了基础和 提供支持。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明通过GIS系统对沉积图件和地貌恢复数据进行分析处理，将各个时 期同一区域不同情况下的地质图件转化为GIS数据，运用MAYA软件构建每个沉 积时期的三维模型，最后将每个沉积时期的三维模型叠加形成沉积单元，渲染 出动画，实现对不同沉积时期的沉积单元发育过程的动态模拟，为沉积数据可 视化分析与模拟研究提供了良好的基础，并进一步通过模拟模型参数优化的方 法来实现对层序沉积体系的高精度模拟。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使 用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例， 因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创 造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明工作流程图；

图2为本发明修正沉积图层关系的工作流程图；

图3为本发明清理沉积图层关系的工作流程图；

图4为本发明配准沉积图层关系的工作流程图；

图5(a)为本发明栅格文件转换前的效果图；

图5(b)为本发明栅格文件转换过程中的效果图；

图5(c)为本发明栅格文件转换后的效果图；

图6(a)为本发明沉积单元可视化过程中的效果图；

图6(b)为本发明沉积单元可视化后的效果图；

图7为本发明泰森多边形和泰森三角形的形成图；

图8(a)为本发明骨架算法中多边形锐角平分线示意图；

图8(b)为本发明骨架算法中多边形钝角平分线示意图；

图8(c)为本发明骨架算法中多边形锐角平分线的中线图示意图；

图8(d)为本发明骨架算法中多变形钝角平分线的中线图示意图；

图9(a)为本发明沉积地质演化动态模拟效果之一示意图；

图9(b)为本发明沉积地址演化动态模拟效果之一示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部 的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不 同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细 描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施 例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所 获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某 一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解 释。

实施例1：

本发明通过下述技术方案实现，如图1所示，一种沉积地质演化动态模拟 方法，提出基于多源沉积地质数据的层序演化动态模拟方法，以不同类型的沉 积单元为基本模拟多边形对象，集成其多个维度上的属性，包括厚度、空间结 构、测井数据、构造、纹理等多个维度，在此基础上，结合对全区演化模式的 解释分析实现沉积单元演化的动态模拟。沉积地质数据的层序演化动态模拟是 实现沉积过程连续定量表达和分析的关键技术，通过将沉积相、古地貌、测井 等多来源的数据整合到统一的时空框架，构建出目的层序的三维模型，实现对 不同沉积时期的沉积单元发育过程的动态模拟，为沉积数据可视化分析与模拟研究提供了良好的基础，并进一步通过模拟模型参数优化的方法来实现对层序 沉积体系的高精度模拟。

本发明具体包括以下步骤：

步骤S100：层序数据预处理。

实现古地貌模拟模型建立，主要的数据来源为古地貌恢复数据和各类型的 沉积图件，其中古地貌恢复数据主要提供高度信息，而各类型的沉积图件主要 提供相关的描述性信息，由多个沉积图层组成，比如将古地貌的沉积图件模拟 为多个沉积图层的多边形对象。首先需要将已完成的沉积图件转换为具有地理 坐标位置信息的格式，实现多类信息的匹配和融合，沉积图件原始的格式为cdr 矢量格式。cdr矢量格式具有多图层的特点，抽取其中具有层序意义的图层，将 其转换为CAD的dxf格式作为中间数据，其中具有层序意义的图层包括水系、 物源、断裂、隆起、井位等。再将dxf格式的中间数据合并为GIS系统支持的shp格式数据，在转换过程中，保持各图层对象已有属性信息的完整，并着重对 沉积图件中由于人工编辑引入的空间误差进行修正，使得各图层的空间信息保 持准确，其中引入的空间误差包括空间拓扑关系错误、碎小多边形、悬挂节点 等。

详细来说，所述步骤S100包括以下步骤：

步骤S110：修正沉积图层关系。

沉积图件在人工编辑过程中易引入空间误差，其中典型的问题是图层间的 相互叠置。比如在图层转换后仍将底层对象作为一个多边形进行处理，从而无 法判断其与上层对象之间的空间关系。针对该问题，本发明使用沉积图层修复 工具PER_REPAIR_LAYERS来解决，其主要功能是将cdr矢量格式的沉积图件中 有重叠的多边形切割为相互邻接、保持两两间的拓扑关系的沉积图层。如图2 所示，修正沉积图层关系的具体步骤为：

步骤S110(1)：打开沉积图件，遍历沉积图件中各个多边形对象，即各个 沉积图层，存入数组；

步骤S110(2)：计算每个多边形对象的缓冲区，为避免人工编辑的误差， 将计算后的多边形对象按面积大小和Fid排序，存入数组；

步骤S110(3)：遍历数组中每一个多边形对象与其他多边形对象之间的空 间关系，如果不相交，则继续检查下一个对象；如果相交，则对位于底层的对 象求相交，保留上层对象；

步骤S110(4)：检查求相交后的多边形结果是否为多面，如果不是，则重 复步骤步骤S110(3)；如果是，则将多面的多边形对象拆分，并删除原来的对 象；

步骤S110(5)：更新数组状态，直到所有对象均检查完毕，再进入下一步 骤。

步骤S120：清理沉积图层关系。

沉积图件在人工编辑过程中，容易引入悬挂节点、多线、细小多边形等拓 扑错误，这些错误不影响沉积图件的显示效果，但在用于后续的模拟模型计算 时则会引起严重的错误。针对该问题，本发明使用沉积图层清理工具 PER_CLEAN_LAYERS来解决，主要功能是去除沉积图层的小斑块，并将沉积图层 就近与邻近的多边形融合。如图3所示，清理沉积图层关系的具体步骤为：

步骤S120(1)：打开沉积图件，遍历沉积图件中各个多边形对象；

步骤S120(2)：计算每个多边形对象的面积；

步骤S120(3)：如果多边形对象的面积大于设定的面积阈值，则继续遍历； 如果小于设定的面积阈值，则检查沉积图件中cdr矢量格式的符号和拓扑错误的 细小多边形，并检查其中是否有面积相等的对象，将面积相等的对象删除；

步骤S120(4)：删除面积相等的多边形对象后，小于面积阈值的对象中剩 下的对象为拓扑错误的细小多边形，检查这些细小多边形与沉积图件中其他对 象的空间关系，记录与这些细小多边形的临接对象；

步骤S120(5)：分别比较各个细小多边形与所有临接对象的临近度，将细 小多边形与其最临近的对象进行合并，得到清理后的沉积图件信息。

步骤S130：配准沉积图层关系。

对于不同来源的沉积图件，由于实际中各单位、项目的标准不一致，所采 用的坐标系也不完全一致，在需要进行叠置分析的时候不能完全匹配。因此需 要将其转换到统一的坐标系下，实现沉积图件之间的配准。比如，深度图与沙 地图、深度图与沉积图件之间的配准等。通常，会使用位于所需坐标系中的目 标数据对基准数据进行配准。此过程包括识别控制点，以将目标数据的位置与 基准数据的位置连接起来，控制点为目标图件和基准图件中可以精准识别的位 置。许多不同类型的要素都可以用作可识别的位置，如边界的拐点、交叉点和 同名点等。

控制点的主要功能是建立多项式变换，以确保目标图件能从当前位置(起 点)移动到指定位置(终点)，目标图件上的控制点即为起点，基准图件上的控 制点即为终点，起点与终点之间的连接为一种链接。如果已创建足够的链接， 可对目标图件进行永久性的变换或扭曲，使得其与基准图件的地理方位相同， 可以通过多项式变换、样条函数变换等多种方式转换成为准确、可靠的地图坐 标位置。

大多数的沉积图件都包含有相同的物体信息，比如相同的井位信息，因此 根据井位的编号将不同图件中的同编号井位作为控制点，不用再手动选择控制 点，能够实现沉积图件之间的自动匹配。针对该问题，本发明使用沉积图层配 准工具PER_MATCH_MAPS来解决，如图4所示，假设配准沉积图层关系的具体步 骤为：

步骤S130(1)：打开沉积图件中的目标图件，遍历目标图件中的井位的图 层，读取井位的编号；

步骤S130(2)：打开基准图件，在基准图件的井位的图层中选择与目标图 件中的井位编号相同的同名井位，建立链接；

步骤S130(3)：通过多项式变换或样条函数变换分别计算得到目标图件和 基准图件中的控制点；

目前，使用频率最高的转换方法就是多项式转换或样条函数变换，其中多 项式转换为最小二乘拟合算法(LSF)结合控制点建立，最大的优势在于能保证 全局精度，但在局部精度上却表现出明显不足，多项式转换通常会应用到两个 公式：一个是根据位置(x,y)计算x坐标，另一个是根据位置(x,y)计算y 坐标。而样条函数变换实际上是一种橡皮页变换方法，并对局部精度进行了优 化，可对局部精度达到理想要求，但无法保证全局精度最优。

步骤S130(4)：根据目标图件和基准图件的控制点，计算得到误差数据的 测量值，即起点位置与终点位置之间的差；

通过利用所有误差的均方根总和计算均方根误差，在利用均方根误差计算 得到总误差。该总误差值可以用来描述不同控制点之间的一致成都，当总误差 值非常大时，可通过先移除控制点再添加控制点来校正误差。

步骤S130(5)：对目标图件进行校正、变换、投影或重采样，将沉积图件 从一个坐标空间更改到另一个坐标空间，使得沉积图件均转换到统一的坐标系 下。

步骤200：构建层序三维模型。

与传统的2D图像相比，3D模型的优势更为显著，具体表现为可全面、清晰 的反映空间分布特征信息，因此以沉积图件和地貌数据建立各时期的三维模型 是实现沉积单元模拟的前提。

地质的3D建模主要是通过功能强大的专业绘图工具设计而成，最具代表性 的GIS系统主要用来设计2D制图，尽管它的3D扩展模块具有很强表达与分析 功能，但应用于复杂对象时仍难以发挥显著优势，但MAYA是专业的3D建模软 件，不仅具有丰富功能，还能从源头上降低工作的复杂性，本发明设计了基于 GIS系统耦合MAYA技术的三维建模立方法，其主要工作流程如下：

A.借助Access载入古地貌数据文件，通过转换处理使其成为DBF格式文件， 并存储于ArcCatalog建立的空间数据库中；

B.利用GIS系统读取DBF文件，导出古地貌3D矢量点的shp格式文件；

C.借助GIS系统的TIN工具分层建立所需的沉积图层的三角面，同时设立 建模边界线，并导出为CAD文件；

D.将三角面加载到MAYA中，并通过MakaFaces生成各沉积图层的三角网格；

F.通过Push工具生成边界六面体，以形成各沉积图层交线和边界面，构建 出沉积图层的3D模型；

G.根据不同沉积图层边界面的特点，配置相匹配的颜色材质，并以3DS文 件格式导出，同时嵌入到GIS系统的扩展模块中实现3D展示、空间查询等多重 功能。

使用上述3D建模的方法对沉积图件和地貌数据构建三维模型，具体步骤为：

步骤210：层序数据准备和处理；

三维建模的数据主要来自于沉积图件和地貌数据，其类型主要包括高密度 点数据，以Excel格式进行存储，而对于面数据来说，则以shp格式进行存储。 通过GIS系统对这些数据进行加工处理前，需借助Access数据库执行转换操作， 以获取到DBF文件，并存储在空间数据库中，以实现数据的统一管理和全面分 析。在此基础上，运用GIS系统读取DBF文件，将坐标系为xyz的数据进行转 换处理，使其成为3D矢量点。与此同时，将各3D矢量点符号化为球体三维模 型，并以shp格式进行存储。通过高过程点数据便可直观反映出各层3D空间分 布特征，能够清晰地观察到各层沉积相、断层数据等情况加以整合。

步骤220：数据插值；

由于地貌数据来源于地质深度数据，点密度较大，在建模之前需对捕捉到 的原始数据进行插值梳理，也就是将点转换成面，目前可使用的方法较少，主 要包括反距离加权法、克里金法等。对于反距离加权法来说，由于各图层表面 相交不多时，便于模型的深入调整与优化；对于克里金法来说，最大的优势是 在数据网格化环节对描述对象的空间性质给予了全面考量，在很大程度上保证 了插值结果的可靠性与准确性，关键是最大限度地趋向于实际情况，由于克里 金法能提供误差，也就能直观评判插值的可靠性。所以本实施例选择克里金法 将3D矢量点转化的球体三维模型生成多个沉积图层的栅格文件，并通过转换处 理生成三角面，转换过程的效果图如图5所示，转换后将各沉积图层的三角面 和建模边界线均以CAD的格式存储于数据库中。

步骤230：模型建立和可视化；

将步骤220生成的各沉积图层三角面模型的CAD文件加载到MAYA建模环境 中，先利用专业封面工具对各沉积图层三角面进行封闭处理，以形成沉积图件 三角网格。在此基础上，将封闭的边界线成面拉伸为六面体，通过表面求交工 具分别构建出各沉积图层交线和边界面，由此构建出要求相符的沉积3D模型。 为了清晰、直观、准确的识别沉积相属性，对所有表面模型都提供了相匹配的 纹理颜色后，将模型以3DS格式导出，再运用3D文件导入功能将其嵌入到GIS 系统的扩展模块中实现3D模型的展示、空间查询等相关功能，得到沉积单元， 可视化过程的效果图如图6所示。

步骤300：构建层序演化动态模型。

层序演化动态模型主要将沉积单元的平面和空间上的变化统一到相同的时 间尺度上，实现层序演化过程的连续变化，并根据对变化数据的拟合实现时间 上连续的模型，再以动态的形式加以表达。

步骤S310：计算空间演化结构；

对于沉积单元的空间结构，首先计算各沉积单元的中心点和骨架线，然后 通过比较不同时期的结构变化推测沉积单元发育的方向和强度，以实现连续变 化的过程。

在计算沉积单元的中心点时，使用Voronoi图计算方法，Voronoi图被称为 泰森多边形，是一种连续多边形，对于点集{P₀,P₁,...P_n}里的种子点P_k定义为：

P_k＝{x∈X|d(x,P_j),j＝{0,1,2,...n},j≠k}

基于Voronoi图实现沉积单元中心点查找的算法原理为：首先需要分析几 种基本多边形的Voronoi图生成算法，再对任意的多边形进行二叉树递归算法， 直到化简成为几种简单的多边形；处理复杂的多边形时需要先处理多边形外环 和内环的Voronoi图，然后通过相应的Voronoi图生成算法的交叉段分析以实 现复杂的多边形，最后通过相应的交叉点找到最大内圆的多边形。比如该沉积 单元为湖泊，计算湖泊的中心点时，计算过程主要包括以下步骤：

A.计算五种基本的Voronoi图，包括线段、线段和点、不相交线段、相交 角为锐角的相交线段、相交角为钝角的相交线段；

B.判断湖泊多边形的内部是否有岛，如果湖泊内部无岛，即该湖泊为简单 多边形，那么根据湖泊多边形的边缘数目进行二叉树递归算法的分解，直到出 现上一步骤中的任意情况之一，再按照Voronoi图合并规则进行合并，完成湖 泊的Voronoi图生成如果湖泊内部有岛，即该湖泊为复杂多边形，则需要分别 计算内圈的外Voronoi图和外圈的内Voronoi图，然后根据Voronoi图合并规 则生成复杂多边形的Voronoi图；

C.对相应的Voronoi图的线条的交点进行遍历，找到距离湖泊多边形的所 有边最远的点，该点即为该湖泊多边形的中心点。

骨架就是运用烧草模型和最大球(圆)模型进行表达，骨架同样也涵盖了 拓扑结构和轮廓信息，具有一定性能优势，可对物体对象的几何特征进行生动、 细致的表达，如图7所示的多边形骨架，可将线条交点视为骨架上的多个点。

由Voronoi图的概念可知，如果多边形的两条边的夹角呈现为锐角，那么 延伸该交点处两条边的角平分线，即如图8(a)所示的A点；如果夹角呈现为 钝角，那么延伸该交点处两条边向内部的垂线，即如图8(a)所示的C点。其 中图8(b)和图8(d)分别为相对应的图8(a)和图8(c)的中线图，按照 此方法类推，即可得到复杂多边形的骨架线图。

步骤S320：匹配空间演化与深度变化；

除了模拟沉积单元在平面上的演化，沉积单元演化模拟还需要考虑不同时 期沉积图件厚度的数据，应将对应时期沉积单元的深度数据和岩相古地貌数据 进行匹配。

步骤S330：动画渲染；

通过操作MAYA进行动画渲染，是当前三维动画渲染最常用的方法之一，渲 染部分包含了建立渲染场景、优化渲染属性、渲染器的相关资料和具体步骤， 同时还提供了利用脚本来进行渲染处理的帮助信息。

首先渲染器会把已经存在的模型理解为具有不同构成形态的“表现”，通过 赋予模型表面不同的着色器(shader)来定义它们的表面材质属性，这就是渲 染器的基本工作方法。通常着色器可以被分为几大类，他们分别是：布林(Blin) 着色器，一般用于表现金属；兰伯特(Lambert)着色器，一般用于表现哑光对 象；风(Phone)着色器，一般用于表现塑料、不锈钢等具有锐利高光的物体； 各向异性(Anisotropic)着色器，用来表现具有复杂高光形态的物体；次表面 散射(Subsurface)着色器，用来表现半透明或物体内部具有折射现象的物质。 着色器的基本思路是对自然界物质类型进行大致分类，然后定义出表现他们的着色器类型。这样做的好处是简化了材质的描述方法，大大提高了制作效率。 通过上述着色器，理论上可以调节出任何类型的材质。

物体表面除了材质属性外，还有纹理属性，例如表面程度的凹凸、树桩的 年轮、布料的花色、肮脏的墙面等，这些都需要赋予真实的表现。所以渲染器 引入了“纹理”，用来表现材质千变万化的不规则属性，总的来说可将纹理分为 三大类：

1.程序纹理(Procedure Texture)，这种类型的纹理依靠软件自身生成， 是预制好的，拥有大量可控参数的纹理类型，其附着方式依赖于三维映射。程 序纹理一般用来变现比较简单的图案类型或表面，最重要的用途是在制作纹理 动画、特效等方面。

2.图像纹理(Image Texture)，这种类型的纹理是通过加载数据集，调用 外部图像文件的纹理类型，特点是快速、逼真、表现力强大，所以称为纹理表 现的最主要手段，其附着方式是拆解模型的贴图坐标。

3.渐变纹理(Gradient Texture)，这种类型的纹理严格来说是程序纹理的 一种，但是因其具有特殊性和广泛性，使其被单独划分开来。

对匹配后的数据通过上述方式进行渲染，得到连续的沉积地质动画模拟， 如图9所示。

综上所述，本发明通过GIS系统对沉积图件和地貌恢复数据进行分析处理， 将各个时期同一区域不同情况下的地质图件转化为GIS数据，运用MAYA软件构 建每个沉积时期的三维模型，最后将每个沉积时期的三维模型叠加形成沉积单 元，渲染出动画。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到 变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应 所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种沉积地质演化动态模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S100：层序数据预处理；

所述层序数据预处理的步骤，包括：

步骤S110：对沉积图层关系进行修正处理；

步骤S120：对沉积图层关系进行清理处理；

步骤S130：对沉积图层关系进行配准处理；

步骤S2：构建层序三维模型；

所述构建层序三维模型的步骤，包括：

步骤210：层序数据准备和处理；

步骤220：层序数据插值；

步骤230：模型建立和可视化处理；

步骤S300：构建层序演化动态模型；

所述构建层序演化动态模型的步骤，包括：

步骤S310：计算空间演化结构；

步骤S320：匹配空间演化与深度变化；

步骤S330：动画渲染。

2.根据权利要求1所述的一种沉积地质演化动态模拟方法，其特征在于：所述对沉积图层关系进行修正处理的步骤，包括：

步骤S110(1)：打开沉积图件，遍历沉积图件中各个多边形对象，存入数组；

步骤S110(2)：计算每个多边形对象的缓冲区，为避免人工编辑的误差，将计算后的多边形对象按面积大小和Fid排序，存入数组；

步骤S110(3)：遍历数组中每一个多边形对象与其他多边形对象之间的空间关系，如果不相交，则继续检查下一个对象；如果相交，则对位于底层的对象求相交，保留上层对象；

步骤S110(4)：检查求相交后的多边形结果是否为多面，如果不是，则重复步骤步骤S110(3)；如果是，则将多面的多边形对象拆分，并删除原来的对象；

步骤S110(5)：更新数组状态，直到所有对象均检查完毕。

3.根据权利要求2所述的一种沉积地质演化动态模拟方法，其特征在于：所述对沉积图层关系进行清理处理的步骤，包括：

步骤S120(1)：打开沉积图件，遍历沉积图件中各个多边形对象；

步骤S120(2)：计算每个多边形对象的面积；

步骤S120(3)：如果多边形对象的面积大于设定的面积阈值，则继续遍历；如果小于设定的面积阈值，则检查沉积图件中cdr矢量格式的符号和拓扑错误的细小多边形，并检查其中是否有面积相等的对象，将面积相等的对象删除；

步骤S120(4)：删除面积相等的多边形对象后，小于面积阈值的对象中剩下的对象为拓扑错误的细小多边形，检查这些细小多边形与沉积图件中其他对象的空间关系，记录与这些细小多边形的临接对象；

步骤S120(5)：分别比较各个细小多边形与所有临接对象的临近度，将细小多边形与其最临近的对象进行合并，得到清理后的沉积图件信息。

4.根据权利要求3所述的一种沉积地质演化动态模拟方法，其特征在于：所述对沉积图层关系进行配准处理的步骤，包括：

步骤S130(1)：打开沉积图件中的目标图件，遍历目标图件中的各个物体的图层，分别读取物体的编号；

步骤S130(2)：打开基准图件，在基准图件的这些物体的图层中选择与目标图件中的物体编号相同的同名物体，建立链接；

步骤S130(3)：通过多项式变换或样条函数变换分别计算得到目标图件和基准图件中的控制点；

步骤S130(4)：根据目标图件和基准图件的控制点，计算得到误差数据的测量值；

步骤S130(5)：对目标图件进行校正、变换、投影或重采样，将沉积图件从一个坐标空间更改到另一个坐标空间，使得沉积图件均转换到统一的坐标系下。

5.根据权利要求4所述的一种沉积地质演化动态模拟方法，其特征在于：所述层序数据准备和处理的步骤，包括：

将沉积图件和地貌数据中的点数据以Excel格式进行存储，面数据以shp格式进行存储，使用Access数据库将Excel格式的点数据和shp格式进的面数据转换为DBF文件，运用GIS系统读取DBF文件；

将其中坐标系为xyz的数据进行转换处理，使其成为3D矢量点，并以shp格式进行存储。

6.根据权利要求5所述的一种沉积地质演化动态模拟方法，其特征在于：所述层序数据插值的步骤，包括：

将3D矢量点转化的矢量文件生成多个沉积图层的栅格文件，并通过转换处理生成三角面，转换后将各沉积图层的三角面和建模边界线均以CAD的格式存储于数据库中。

7.根据权利要求6所述的一种沉积地质演化动态模拟方法，其特征在于：所述模型建立和可视化处理的步骤，包括：

各沉积图层三角面模型的CAD文件加载到MAYA建模环境中，先利用封面工具对各沉积图层三角面进行封闭处理，形成沉积图件三角网格，将沉积图件重封闭的边界线成面拉伸为六面体，通过表面求交工具分别构建出各沉积图层交线和边界面，由此构建出沉积图件的3D模型，将模型以3DS格式导出，得到沉积单元。

8.根据权利要求7所述的一种沉积地质演化动态模拟方法，其特征在于：所述计算空间演化结构的步骤，包括：计算沉积单元的中心点和骨架线，得到沉积单元的空间结构，比较不同时期的结构变化，推测沉积单元发育的方向和强度。

9.根据权利要求8所述的一种沉积地质演化动态模拟方法，其特征在于：所述匹配空间演化与深度变化的步骤，包括：将不同时期沉积图件的厚度数据匹配至其沉积单元对应时期的深度数据中。

10.根据权利要求9所述的一种沉积地质演化动态模拟方法，其特征在于：所述动画渲染的步骤，包括：将匹配后的数据进行渲染，得到连续的沉积地质动画模拟。

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