CN117274463B - 一种三维地质模型实时剖切渲染处理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及三维地质模型可视化技术领域，尤其涉及一种三维地质模型实时剖切渲染处理方法及系统，本发明提出以下方案，首先获取钻孔探测数据，根据地层曲面约束提取三维地质体点数据，构建三维地质模型，其次对三维地质模型按地质属性进行分层，然后根据三维地质模型剖切策略对分层后的三维地质模型进行剖切，获得三维地质模型的剖面图，最后对三维地质模型的剖面图进行渲染并输出显示图，实现快速精准的三维地质模型可视化。
Description
技术领域
本发明涉及三维地质模型可视化技术领域，尤其涉及一种三维地质模型实时剖切渲染处理方法及系统。
背景技术
三维地质模型是地质数据汇聚整合的有效载体，能很好地支撑城市地质环境时空透视、大数据融合和地质空间调查评价。三维地质模型的在线分析有利于基于地质模型的多重应用之间的协同。目前针对三维地质模型的剖切分析往往需要在专业的地质信息系统软件中才能完成，操作复杂，效率较低。在浏览器端，往往是将三维模型的浏览和分析环境以ActiveX控件的形式嵌入网页，实现模型的在线剖切，由于安装控件存在较大的安全隐患，这种方式推广困难。而且上述两种方式，难于实现实时剖切，用户的体验不佳。
如授权公告号为CN112802169B的中国专利提供一种三维地质模型实时剖切渲染处理方法及存储介质，包括以下步骤：在三维模型着色器中，将图元用分隔平面划分为保留图元和剪切图元，把剪切图元在渲染过程中舍弃掉，仅绘制保留图元；将要分割的图形处理为实体封闭模型，具体为借用缓存单元绘制剖面线，从而获得具体范围的切割平面并将其封闭；最后绘制两次模型，一次是绘制舍弃掉的剪切图元模型，另一次绘制切割平面的轮廓像素，即可获得最终的剖面模型。该发明能够高效地生成复杂三维地质模型的剖面以及剖面填充效果，有利于复杂三维地质模型在浏览器端的展示，实现对复杂三维地质模型的实时剖切分析。
以上专利均存在本背景技术提出的问题：三维地质模型中三维地质点数据量繁杂，计算复杂度高，直接剖分无法满足实时性的需求，对于渲染技术在显示效果上存在限制，无法充分还原真实地质现象，剖分的精度不高，存在不同地质属性的三维地质点出现在同一剖面图的情况，为了解决这些问题，本申请设计了一种三维地质模型实时剖切渲染处理方法及系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种三维地质模型实时剖切渲染处理方法，首先获取钻孔探测数据，根据地层曲面约束提取三维地质体点数据，构建三维地质模型，其次对三维地质模型按地质属性进行分层，然后根据三维地质模型剖切策略对分层后的三维地质模型进行剖切，获得三维地质模型的剖面图，最后对三维地质模型的剖面图进行渲染并输出显示图。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种三维地质模型实时剖切渲染处理方法，包括以下步骤；
S1：获取钻孔探测数据，提取钻孔探测数据分层节点，转化为地层曲面约束，根据地层曲面约束提取三维地质体点数据，构建三维地质模型；
S2：对三维地质模型的三维地质体点数据的地质属性进行分类，将相同地质属性的邻近三维地质点聚集在一个分层聚类中，对三维地质模型按地质属性进行分层；
S3：根据三维地质模型剖切策略对分层后的三维地质模型进行剖切，获得三维地质模型的剖面图；
S4：初始化OSG视窗，将待渲染的场景节点加入OSG视窗中，设置场景节点的渲染参数，对三维地质模型的剖面图进行渲染并输出显示图；
具体地，所述S1中所述钻孔探测数据包括钻孔基本信息、地层探测信息和岩层力学信息，所述钻孔基本信息包括钻孔的坐标、最大深度和孔口编号，所述地层探测信息包括地层顶面标高、地层底面标高、地层层厚和地层年代，所述岩层力学信息包括岩层分类、岩层土体重度、抗剪强度和弹性模量；
具体地，所述S2具体步骤如下：
S2.1：根据k近邻聚类算法，将每一地层曲面的三维地质点按地质属性分成不同的聚簇，所述地质属性包括岩性、岩层厚度和沉积环境；
S2.2：将所有聚簇进行汇总，依次访问每一个聚簇，计算当前聚簇与邻近的聚簇之间的相对互联度和相对紧密度；
S2.3：根据当前聚簇与邻近的聚簇之间的相对互联度和相对紧密度，计算当前聚簇与邻近的聚簇之间的相似度，将当前聚簇与邻近的聚簇之间的相似度与相似阈值对比，如果大于等于相似阈值，将当前聚簇与相似度对应的邻近聚簇合并，如果小于相似阈值，将当前聚簇移除，更新三维地质模型的分层，将当前聚簇加入三维地质模型的最新分层中；
S2.4：重复S2.2和S2.3，直到没有聚簇能够合并，表示对三维地质模型按地质属性分层完成。
具体地，所述S3中所述三维地质模型剖切策略具体步骤如下：
S3.1：确定剖切平面的平面参数，所述平面参数包括剖切面的起始坐标、剖切面的方位角和剖切面的倾角；
S3.2：根据剖切平面的平面参数，确定剖切平面与三维坐标轴的相交方向，所述相交方向包括垂直于X轴、垂直于Y轴、垂直于Z轴、平行于X轴、平行于Y轴、平行于Z轴和与X轴、Y轴、Z轴均相交，根据相交方向，将剖切面的起始坐标与相交方向上的三维地质点连接成线段；
S3.3：根据线段和剖切面平面方程计算剖切面交点，根据剖切面交点的地质属性，对剖切面的起始点和交点之间的拓扑关系进行连接，剔除与交点地质属性不同的三维地质点；
S3.4：将相同地质属性的剖切面的起始点和交点进行汇总，计算剖切面半径，对三维地质模型剖切面和侧面进行封装，完成三维地质模型的剖切，剖切面半径的计算公式为：
，
其中，表示剖切面半径，/>表示三维质地模型偏移量长度，sin(•)表示正弦函数，arctan(•)表示反正切函数，max(•)表示最大值函数，/>、/>和/>分别表示离起始点最远的交点的x轴、y轴和z轴坐标，/>、/>和/>分别表示离起始点最近的交点的x轴、y轴和z轴坐标，/>、/>和/>分别表示起始点的x轴、y轴和z轴坐标；
具体地，所述S4中所述场景节点包括剖切面的起始点、坐标变换节点、坐标轴节点和剖面图节点，所述渲染参数包括光照、地层线和渲染模式，所述渲染模式包括场景渲染和纹理渲染；
一种三维地质模型实时剖切渲染处理系统，所述系统包括三维地质模型建模模块、三维地质模型分层模块、三维地质模型剖切模块和三维地质模型渲染模块；
所述三维地质模型建模模块，用于根据钻孔探测数据提取三维地质体点数据，构建三维地质模型；
所述三维地质模型分层模块，用于对三维地质模型中的三维地质体点数据按地质属性进行分层；
所述三维地质模型剖切模块，用于根据三维地质模型剖切策略对分层后的三维地质模型进行剖切，获得三维地质模型的剖面图；
所述三维地质模型渲染模块，用于根据OSG软件，对三维地质模型的剖面图进行渲染并输出显示图；
具体地，所述三维地质模型建模模块包括：
钻孔探测数据获取单元，用于获取钻孔探测的地质数据和钻孔轨迹；
地层曲面约束单元，用于提取钻孔探测数据分层节点，转化为地层曲面约束；
模型建模单元，用于根据地层曲面约束提取三维地质体点数据，构建三维地质模型；
具体地，所述三维地质模型分层模块包括：
聚簇分类单元，用于根据k近邻聚类算法，将每一地层曲面的三维地质点按地质属性分成不同的聚簇；
聚簇相似度计算单元，用于根据当前聚簇与邻近的聚簇之间的相对互联度和相对紧密度，计算当前聚簇与邻近的聚簇之间的相似度；
模型分层单元，用于更新三维地质模型的分层，将无法合并的聚簇加入三维地质模型的最新分层中；
具体地，所述三维地质模型剖切模块包括：
剖切面确认单元，用于确定剖切平面的平面参数；
相交方向成线单元，用于确定剖切平面与三维坐标轴的相交方向，根据相交方向，将剖切面的起始坐标与相交方向上的三维地质点连接成线段；
剖切面交点处理单元，用于根据线段和剖切面平面方程计算剖切面交点，根据剖切面交点的地质属性，对剖切面的起始点和交点之间的拓扑关系进行连接，剔除与交点地质属性不同的三维地质点；
剖切面剖切半径计算单元，用于将相同地质属性的剖切面的起始点和交点进行汇总，计算剖切面半径，对三维地质模型剖切面和侧面进行封装，完成三维地质模型的剖切。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明综合聚类算法，对三维地质模型内的三维地质点按地质属性分类，并通过相似度合并相似性高的聚簇，减少三维地质模型剖分时的数据量，提高三维地质模型的剖分效率；
2.本发明通过剖切面交点的地质属性，对剖切面的起始点和交点之间的拓扑关系进行连接，剔除与交点地质属性不同的三维地质点，根据相同地质属性的剖切面的起始点和交点，精确计算剖切面半径，提高三维地质模型的剖分精确性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例1一种三维地质模型实时剖切渲染处理方法的流程示意图；
图2为本发明实施例1三维地质模型分层流程图；
图3为本发明实施例1三维地质模型分层示意图；
图4为本发明实施例2一种三维地质模型实时剖切渲染处理系统模块图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1：
请参阅图1，本发明提供的一种实施例：一种三维地质模型实时剖切渲染处理方法，包括以下步骤；
S1：获取钻孔探测数据，提取钻孔探测数据分层节点，转化为地层曲面约束，根据地层曲面约束提取三维地质体点数据，构建三维地质模型；
S2：对三维地质模型的三维地质体点数据的地质属性进行分类，将相同地质属性的邻近三维地质点聚集在一个分层聚类中，对三维地质模型按地质属性进行分层；
S3：根据三维地质模型剖切策略对分层后的三维地质模型进行剖切，获得三维地质模型的剖面图；
S4：初始化OSG视窗，将待渲染的场景节点加入OSG视窗中，设置场景节点的渲染参数，对三维地质模型的剖面图进行渲染并输出显示图；
具体地，所述S1中所述钻孔探测数据包括钻孔基本信息、地层探测信息和岩层力学信息，所述钻孔基本信息包括钻孔的坐标、最大深度和孔口编号，所述地层探测信息包括地层顶面标高、地层底面标高、地层层厚和地层年代，所述岩层力学信息包括岩层分类、岩层土体重度、抗剪强度和弹性模量；
请参阅图2，本发明实施例三维地质模型分层流程图，具体地，所述S2具体步骤如下：
S2.1：根据k近邻聚类算法，将每一地层曲面的三维地质点按地质属性分成不同的聚簇，所述地质属性包括岩性、岩层厚度和沉积环境；
S2.2：将所有聚簇进行汇总，依次访问每一个聚簇，计算当前聚簇与邻近的聚簇之间的相对互联度和相对紧密度；
S2.3：根据当前聚簇与邻近的聚簇之间的相对互联度和相对紧密度，计算当前聚簇与邻近的聚簇之间的相似度，将当前聚簇与邻近的聚簇之间的相似度与相似阈值对比，如果大于等于相似阈值，将当前聚簇与相似度对应的邻近聚簇合并，如果小于相似阈值，将当前聚簇移除，更新三维地质模型的分层，将当前聚簇加入三维地质模型的最新分层中；
S2.4：重复S2.2和S2.3，直到没有聚簇能够合并，表示对三维地质模型按地质属性分层完成；
请参阅图3，本发明实施例三维地质模型分层示意图，将三维地质模型分为4层，数字1到4表示不同地层的序号，第一层包含3个三维地质点，第二层包含4个三维地质点，第三层包含2个三维地质点，第四层包含6个三维地质点，所有三维地质点就按地质属性都分成了不同的聚簇，形成了不同的地层；
具体地，所述S3中所述三维地质模型剖切策略具体步骤如下：
S3.1：确定剖切平面的平面参数，所述平面参数包括剖切面的起始坐标、剖切面的方位角和剖切面的倾角；
S3.2：根据剖切平面的平面参数，确定剖切平面与三维坐标轴的相交方向，所述相交方向包括垂直于X轴、垂直于Y轴、垂直于Z轴、平行于X轴、平行于Y轴、平行于Z轴和与X轴、Y轴、Z轴均相交，根据相交方向，将剖切面的起始坐标与相交方向上的三维地质点连接成线段；
S3.3：根据线段和剖切面平面方程计算剖切面交点，根据剖切面交点的地质属性，对剖切面的起始点和交点之间的拓扑关系进行连接，剔除与交点地质属性不同的三维地质点；
S3.4：将相同地质属性的剖切面的起始点和交点进行汇总，计算剖切面半径，对三维地质模型剖切面和侧面进行封装，完成三维地质模型的剖切，剖切面半径的计算公式为：
，
其中，表示剖切面半径，/>表示三维质地模型偏移量长度，sin(•)表示正弦函数，arctan(•)表示反正切函数，max(•)表示最大值函数，/>、/>和/>分别表示离起始点最远的交点的x轴、y轴和z轴坐标，/>、/>和/>分别表示离起始点最近的交点的x轴、y轴和z轴坐标，/>、/>和/>分别表示起始点的x轴、y轴和z轴坐标；
具体地，所述S4中所述场景节点包括剖切面的起始点、坐标变换节点、坐标轴节点和剖面图节点，所述渲染参数包括光照、地层线和渲染模式，所述渲染模式包括场景渲染和纹理渲染。
实施例2：
请参阅图4，本发明提供一种实施例：一种三维地质模型实时剖切渲染处理系统，所述系统包括三维地质模型建模模块、三维地质模型分层模块、三维地质模型剖切模块和三维地质模型渲染模块；
所述三维地质模型建模模块，用于根据钻孔探测数据提取三维地质体点数据，构建三维地质模型；
所述三维地质模型分层模块，用于对三维地质模型中的三维地质体点数据按地质属性进行分层；
所述三维地质模型剖切模块，用于根据三维地质模型剖切策略对分层后的三维地质模型进行剖切，获得三维地质模型的剖面图；
所述三维地质模型渲染模块，用于根据OSG软件，对三维地质模型的剖面图进行渲染并输出显示图；
具体地，所述三维地质模型建模模块包括：
钻孔探测数据获取单元，用于获取钻孔探测的地质数据和钻孔轨迹；
地层曲面约束单元，用于提取钻孔探测数据分层节点，转化为地层曲面约束；
模型建模单元，用于根据地层曲面约束提取三维地质体点数据，构建三维地质模型；
具体地，所述三维地质模型分层模块包括：
聚簇分类单元，用于根据k近邻聚类算法，将每一地层曲面的三维地质点按地质属性分成不同的聚簇；
聚簇相似度计算单元，用于根据当前聚簇与邻近的聚簇之间的相对互联度和相对紧密度，计算当前聚簇与邻近的聚簇之间的相似度；
模型分层单元，用于更新三维地质模型的分层，将无法合并的聚簇加入三维地质模型的最新分层中；
具体地，所述三维地质模型剖切模块包括：
剖切面确认单元，用于确定剖切平面的平面参数；
相交方向成线单元，用于确定剖切平面与三维坐标轴的相交方向，根据相交方向，将剖切面的起始坐标与相交方向上的三维地质点连接成线段；
剖切面交点处理单元，用于根据线段和剖切面平面方程计算剖切面交点，根据剖切面交点的地质属性，对剖切面的起始点和交点之间的拓扑关系进行连接，剔除与交点地质属性不同的三维地质点；
剖切面剖切半径计算单元，用于将相同地质属性的剖切面的起始点和交点进行汇总，计算剖切面半径，对三维地质模型剖切面和侧面进行封装，完成三维地质模型的剖切。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (4)
1.一种三维地质模型实时剖切渲染处理方法，其特征在于，包括以下步骤；
S1：获取钻孔探测数据，提取钻孔探测数据分层节点，转化为地层曲面约束，根据地层曲面约束提取三维地质体点数据，构建三维地质模型；
S2：对三维地质模型的三维地质体点数据的地质属性进行分类，将相同地质属性的邻近三维地质点聚集在一个分层聚类中，对三维地质模型按地质属性进行分层；
S3：根据三维地质模型剖切策略对分层后的三维地质模型进行剖切，获得三维地质模型的剖面图；
S4：初始化OSG视窗，将待渲染的场景节点加入OSG视窗中，设置场景节点的渲染参数，对三维地质模型的剖面图进行渲染并输出显示图；
所述S2具体步骤如下：
S2.1：根据k近邻聚类算法，将每一地层曲面的三维地质点按地质属性分成不同的聚簇，所述地质属性包括岩性、岩层厚度和沉积环境；
S2.2：将所有聚簇进行汇总，依次访问每一个聚簇，计算当前聚簇与邻近的聚簇之间的相对互联度和相对紧密度；
S2.3：根据当前聚簇与邻近的聚簇之间的相对互联度和相对紧密度，计算当前聚簇与邻近的聚簇之间的相似度，将当前聚簇与邻近的聚簇之间的相似度与相似阈值对比，如果大于等于相似阈值，将当前聚簇与相似度对应的邻近聚簇合并，如果小于相似阈值，将当前聚簇移除，更新三维地质模型的分层，将当前聚簇加入三维地质模型的最新分层中；
S2.4：重复S2.2和S2.3，直到没有聚簇能够合并，表示对三维地质模型按地质属性分层完成；
所述S3中所述三维地质模型剖切策略具体步骤如下：
S3.1：确定剖切平面的平面参数，所述平面参数包括剖切面的起始坐标、剖切面的方位角和剖切面的倾角；
S3.2：根据剖切平面的平面参数，确定剖切平面与三维坐标轴的相交方向，所述相交方向包括垂直于X轴、垂直于Y轴、垂直于Z轴、平行于X轴、平行于Y轴、平行于Z轴和与X轴、Y轴、Z轴均相交，根据相交方向，将剖切面的起始坐标与相交方向上的三维地质点连接成线段；
S3.3：根据线段和剖切面平面方程计算剖切面交点，根据剖切面交点的地质属性，对剖切面的起始点和交点之间的拓扑关系进行连接，剔除与交点地质属性不同的三维地质点；
S3.4：将相同地质属性的剖切面的起始点和交点进行汇总，计算剖切面半径，对三维地质模型剖切面和侧面进行封装，完成三维地质模型的剖切，剖切面半径的计算公式为：
，
其中，表示剖切面半径，/>表示三维质地模型偏移量长度，sin(•)表示正弦函数，arctan(•)表示反正切函数，max(•)表示最大值函数，/>、/>和/>分别表示离起始点最远的交点的x轴、y轴和z轴坐标，/>、/>和/>分别表示离起始点最近的交点的x轴、y轴和z轴坐标，/>、/>和/>分别表示起始点的x轴、y轴和z轴坐标。
2.根据权利要求1所述一种三维地质模型实时剖切渲染处理方法，其特征在于，所述S1中所述钻孔探测数据包括钻孔基本信息、地层探测信息和岩层力学信息，所述钻孔基本信息包括钻孔的坐标、最大深度和孔口编号，所述地层探测信息包括地层顶面标高、地层底面标高、地层层厚和地层年代，所述岩层力学信息包括岩层分类、岩层土体重度、抗剪强度和弹性模量。
3.根据权利要求1所述一种三维地质模型实时剖切渲染处理方法，其特征在于，所述S4中所述场景节点包括剖切面的起始点、坐标变换节点、坐标轴节点和剖面图节点，所述渲染参数包括光照、地层线和渲染模式，所述渲染模式包括场景渲染和纹理渲染。
4.一种三维地质模型实时剖切渲染处理系统，基于如权利要求1-3中任一项所述的一种三维地质模型实时剖切渲染处理方法实现，其特征在于，所述系统包括三维地质模型建模模块、三维地质模型分层模块、三维地质模型剖切模块和三维地质模型渲染模块；
所述三维地质模型建模模块，用于根据钻孔探测数据提取三维地质体点数据，构建三维地质模型；
所述三维地质模型分层模块，用于对三维地质模型中的三维地质体点数据按地质属性进行分层；
所述三维地质模型剖切模块，用于根据三维地质模型剖切策略对分层后的三维地质模型进行剖切，获得三维地质模型的剖面图；
所述三维地质模型渲染模块，用于根据OSG软件，对三维地质模型的剖面图进行渲染并输出显示图。
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