CN117409157A - 一种三维地质模型在线剖切成图方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维地质模型在线剖切成图方法，包括：将三维地质模型加载到web端网页，通过用户对三维模型进行点选操作，生成模型的剖切面与模型的相交区域形成剖切区域，提取剖切区域的空间点信息并生成CAD标准图纸格式文件，从而实现地质模型剖面矢量图纸生成。本发明的方案可以替代传统的人工绘制地质剖面图的工作，大大降低人工制图的参与程度；剖面图的生成过程自动完成，准确提取地质模型中的剖面与模型的相交区域，避免人工绘制出现的偏差；自动生成CAD矢量图纸文件，便于后期人工参与检查及修改。

Description

一种三维地质模型在线剖切成图方法

技术领域

本发明属于三维地质模型可视化技术领域，涉及一种三维地质模型在线剖切成图方法。

背景技术

三维地质模型是运用计算机技术,在计算机构建的三维环境下,将空间信息管理、地质解译、空间分析和预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具结合起来，用于地质研究的一种技术。利用三维地质模型能够对地面、物探、钻探等手段得到的资料信息进行同化处理或集成处理，提供信息数据的一致性。地质构造要素的表达必须具有三维立体性与直观性，地质构造中的断层在三维环境下既可以表达成一个平面，也可以较好的反映出地层和断层、断层之间的切割关系，进而弥补剖面图中的不足。

目前，三维地质模型的剖切操作和结果分析通常需要借助于专业的建模软件才能完成，操作相对复杂并且无法在网页中实时呈现。一些基于浏览器，采用网页实现的系统，虽然可以做到三维地质模型的展示和操作，以及在模型中实现简单的剖切处理，但剖切结果无法以图纸的形式输出为固定文件。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维地质模型在线剖切成图方法，将三维地质模型加载到web端网页，通过用户对三维模型进行点选操作，生成模型的剖切面与模型的相交区域形成剖切区域，提取剖切区域的空间点信息并生成CAD标准图纸格式文件，从而实现地质模型剖面矢量图纸自动生成。

本发明所采用的技术方案是：

一种三维地质模型在线剖切成图方法，包括：将三维地质模型加载到web端网页，通过用户对三维地质模型进行点选操作，生成的剖切面与三维地质模型的相交区域形成剖切区域，提取剖切区域的空间点信息并生成CAD标准图纸格式文件，从而实现地质模型剖面矢量图纸生成。

可选的，具体包括：

三维地质模型剖切方法：基于Cesium地理信息框架构建三维地球场景，加载三维地质模型数据进行解析渲染；获取三维地球场景中两个关键位置的坐标，形成空间矩形构建成为剖切区域的剖切面；通过剖切面与各个地质模型计算相交重合的边线，形成闭合的剖切区域；通过剖切区域与地质模型进行空间布尔运算得到剖切区域模型；

剖切结果生成矢量图纸：获取剖切面与各个地质模型的相交边线，通过连接边线首尾端点形成闭合曲线；分别提取剖切闭合曲线的端点，调用矢量图纸绘制组件的内部绘图方法，根据闭合曲线的端点坐标在图纸画布中绘制闭合多段线，并根据实际地质数据为多段线闭合区域填充地质类型图片，从而形成地质剖面图。

可选的，更具体包括：

步骤一，三维场景初始化：采用Cesium三维地理信息框架构建三维地球场景，逐个加载三维地质模型到三维场景中，并根据预置条件放置模型，处理各个模型对应预置条件的信息；

步骤二，构建剖切矩形面：通过用户在地质模型上点选两个点，构成一条附着在模型上的直线，三维空间中构建一个垂直于地面方向且经过该直线的垂直平面，该平面即为剖切矩形面；剖切面的宽度为用户点选的两点间距，剖切面高度大于整个地质模型的高度；

步骤三，获取剖切平面与各个地质模型的相交区域：在三维空间坐标系中，通过判断单个模型与剖切矩形面构成的向量与剖切面法向量做点乘积的结果来判断模型是否被剖切剔除；如果点乘积为正则保留，否则剔除；剔除剖切裁剪后的区域，即形成相交区域；

步骤四，提取各个地质模型相交区域轮廓点集合：相交区域轮廓点可以通过三维模型在空间中的坐标获取；

步骤五，矢量绘制剖面图：分别遍历每个地质模型与剖切面的相交轮廓线交点集合，用直线或贝塞尔曲线连接相邻两个点形成多段线闭合区域；多个地质模型的多段闭合线组合形成二维剖面图。

可选的，所述的步骤二具体包括：

剖切面高度为1.2倍的地质模型高度；

通过用户交互操作在模型上选取两个剖切点，分别为A点(x_A,y_A，z_A)和B(x_B,y_B，z_B)点，在地质模型上连接A点和B点构成剖切线，即线段AB；

通过剖切线AB构建剖切平面；通过Cesium API获取地质模型整体高度值H_all，可以得到剖切矩形面在三维空间内的四点坐标为：

左上点坐标Plt(x_A,y_A，z_A+H_all*0.1)，左下点坐标Plb(x_A,y_A，z_A-H_all-H_all*0.1)；

右上点坐标Prt(x_B,y_B,z_B+H_all*0.1)，左下点坐标Prb(x_B,y_B，z_B-H_all-H_all*0.1)。

可选的，所述的步骤三具体包括：

纵向面为裁剪平面，O点为裁剪平面的位置点，OA是裁剪平面的法向量，B点为模型的某个顶点，通过判断向量OA与OB点乘的结果就可以判断模型顶点是否需要剔除；

即：

若R>0则表示模型位置在裁剪面要保留显示的一侧，否则表示模型位置不在裁剪面要保留显示的一侧，即需要剔除。

可选的，所述的步骤四具体包括：

以剖切平面顶部的线段Plt-Prt上的点为P₀，以该点为起点，以y轴方向模拟发射一条射线；分别判断该射线是否与地层模型存在交点，存在的交点即为剖切平面与该模型相交区域的轮廓点；

逐个在线段Plt-Prt上以某个固定间隔gap选取采样点，再以采样点为起点发射一条射线，获取采样点对应的轮廓点；最终获取到地质模型与剖切面轮廓的所有交点。

可选的，所述的步骤四和步骤五具体包括：

Plt-Prt是剖切平面上的一条水平线段；Plt-Prt上的o₁、o₂、o₃……是以gap为相等间距的点；点o₁、o₂、o₃……，选取某一个点在垂直方向发射一条射线，与地质模型相交形成两个焦点，分别为j_n1和j_n2，n＝1、2、3……；以此类推，遍历Plt-Prt上所有等距离的点，即可获得地质模型相交轮廓的全部点集合T；

以获取的轮廓点集合T，遍历集合T，取出集合中的每个点，逐个连接相邻的两点绘制成闭合多段线，形成一个二维的地层模型图像；多个地质模型图像堆叠在一起，即可形成地质模型的剖面图。

本发明的有益效果是：

采用先进的Cesium地理信息框架，将大量地质模型放置到服务器端，根据渲染需要实时获取模型数据，不占用客户机实际存储空间；

借助Cesium的空间处理能力，通过WebGL图形渲染接口直接调用计算机GPU计算单元，实现高效的并行计算能力；高效快速计算剖切过程中模型与平面的交线及相交面；

三维地质模型的剖切结果输出为矢量图形文件，形成剖切成果。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1为本发明的三维地质模型在线剖切成图方法流程图；

图2是构建剖切矩形面的步骤示意图；

图3是单个模型与剖切矩形面构成的向量与剖切面法向量示意图；

图4为在线段Plt-Prt上以某个固定间隔gap选取采样点示意图；

图5为以dxf为格式存储的矢量图像文件，即生成的dxf地层剖面图；

图6为以svg为格式存储的矢量图像文件，即生成的svg地层剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明将三维地质模型加载到web端网页，通过用户对三维模型进行点选操作，生成模型的剖切面与模型的相交区域形成剖切区域，提取剖切区域的空间点信息并生成CAD标准图纸格式文件，从而实现地质模型剖面矢量图纸自动生成。可以替代传统的人工绘制地质剖面图的工作，大大降低人工制图的参与程度；剖面图的生成过程自动完成，准确提取地质模型中的剖面与模型的相交区域，避免人工绘制出现的偏差；自动生成CAD矢量图纸文件，便于后期人工参与检查及修改。

三维地质模型剖切方法：本发明基于Cesium地理信息框架构建三维地球场景，加载三维地质模型数据进行解析渲染；在三维地质模型完整渲染的基础上，通过获取场景中两个关键位置的坐标，形成空间矩形的宽、高等信息，构建成为剖切区域的剖切面；通过剖切面与各个地质模型计算相交重合的边线，形成闭合的剖切区域；通过剖切区域与地质模型进行空间布尔运算得到剖切区域模型，剖切区域模型中即包含了由上到下排列的多个地质模型；

剖切结果生成矢量图纸：分别获取剖切面与各个地质模型的相交边线，通过连接边线首尾端点形成闭合曲线；分别提取剖切闭合曲线的端点，调用矢量图纸绘制组件的内部绘图方法，根据闭合曲线的端点坐标绘制在图纸画布中绘制闭合多段线，并根据实际地质数据为多段线闭合区域填充地质类型图片，从而形成地质剖面图。

结合图1，本发明的三维地质模型在线剖切成图方法，包括：

步骤一，三维场景初始化：采用Cesium三维地理信息框架构建三维地球场景，逐个加载三维地质模型到三维场景中，并根据预置条件(预置条件包括模型位置，旋转角度，大小缩放量等)放置模型，处理各个模型的位置、朝向等信息，这里的信息一般与预置条件对应，包括位置、旋转角度、大小缩放等，也可以设置模型材质、透明度等。

步骤二，构建剖切矩形面：通过用户在地质模型上点选两个点(两个点要能形成一个垂直地表的平面，所以这两个点不能是x，y坐标相同的点)，构成一条附着在模型上的直线，三维空间中构建一个垂直于地面方向且经过该直线的垂直平面，该平面即为剖切矩形面。剖切面的宽度为用户点选的两点间距，剖切面高度大于整个地质模型的高度，本例采用1.2倍的地质模型高度。

如图2所示，通过用户交互操作在模型上选取两个剖切点，分别为A点(x_A,y_A，z_A)和B(x_B,y_B，z_B)点，在地质模型上连接A点和B点构成剖切线，即线段AB。

通过剖切线AB构建剖切平面。通过Cesium API获取地质模型整体高度值H_all，可以得到剖切矩形面在三维空间内的四点坐标为：

左上点坐标Plt(x_A,y_A，z_A+H_all*0.1)，左下点坐标Plb(x_A,y_A，z_A-H_all-H_all*0.1)；

右上点坐标Prt(x_B,y_B,z_B+H_all*0.1)，左下点坐标Prb(x_B,y_B，z_B-H_all-H_all*0.1)。

步骤三，获取剖切平面与各个地质模型的相交区域：在三维空间坐标系中，通过判断单个模型与剖切矩形面构成的向量与剖切面法向量做点乘积的结果来判断模型是否被剖切剔除；如果点乘积为正，说明两个向量的夹角小于90度，在裁剪面要显示的一侧，保留，否则剔除；剔除剖切裁剪后的区域，即形成相交区域；

如图3所示，纵向面为裁剪平面，O点为裁剪平面的位置点，OA是裁剪平面的法向量，B点为模型的某个顶点，通过判断向量OA与OB点乘的结果就可以判断模型顶点是否需要剔除；

即：

若R>0则表示模型位置在裁剪面要保留显示的一侧，否则表示模型位置不在裁剪面要保留显示的一侧，即需要剔除；

步骤四，提取各个地质模型相交区域轮廓点集合：相交区域轮廓点可以通过三维模型在空间中的坐标获取；

以剖切平面顶部的线段Plt-Prt上的点P0为例，以该点为起点，以y轴方向模拟发射一条射线。分别判断该射线是否与地层模型存在交点，存在的交点即为剖切平面与该模型相交区域的轮廓点；根据实际业务采集的精度要求，逐个在线段Plt-Prt上以某个固定间隔gap选取采样点，再以采样点为起点发射一条射线，获取采样点对应的轮廓点。最终获取到地质模型与剖切面轮廓的所有交点；

以图4为例，Plt-Prt是剖切平面上的一条水平线段。Plt-Prt上的o₁、o₂、o₃……是以gap为相等间距的点；以点o₃为例，以垂直方向发射一条射线，与地质模型相交形成两个焦点，分别为j₃₁和j₃₂；以此类推，遍历Plt-Prt上所有等距离的点，即可获得地质模型相交轮廓的全部点集合T；

步骤五，矢量绘制剖面图：分别遍历每个地质模型与剖切面的相交轮廓线交点集合，用直线或贝塞尔曲线连接相邻两个点形成多段线闭合区域。多个地质模型的多段闭合线组合形成二维剖面图；

以步骤四中获取的轮廓点集合T为例，遍历集合T，取出集合中的每个点，逐个连接相邻的两点绘制成闭合多段线，形成一个二维的地层模型图像。多个地质模型图像堆叠在一起，即可形成地质模型的剖面图。

绘制二维剖面图的过程可以借助多个绘图软件提供的二次开发套件或其他第三方绘图标准组件，如CAD绘图组件、SVG矢量图绘制组件等。分别可以输出dwg、dxf、svg等指定格式的矢量图文件。

如图5、图6为例，分别是以svg、dxf为格式存储的矢量图像文件。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (7)

1.一种三维地质模型在线剖切成图方法，其特征在于，包括：

将三维地质模型加载到web端网页，通过用户对三维地质模型进行点选操作，生成的剖切面与三维地质模型的相交区域形成剖切区域，提取剖切区域的空间点信息并生成CAD标准图纸格式文件，从而实现地质模型剖面矢量图纸生成。

2.根据权利要求1所述的三维地质模型在线剖切成图方法，其特征在于，具体包括：

三维地质模型剖切方法：基于Cesium地理信息框架构建三维地球场景，加载三维地质模型数据进行解析渲染；获取三维地球场景中两个关键位置的坐标，形成空间矩形构建成为剖切区域的剖切面；通过剖切面与各个地质模型计算相交重合的边线，形成闭合的剖切区域；通过剖切区域与地质模型进行空间布尔运算得到剖切区域模型；

剖切结果生成矢量图纸：获取剖切面与各个地质模型的相交边线，通过连接边线首尾端点形成闭合曲线；分别提取剖切闭合曲线的端点，调用矢量图纸绘制组件的内部绘图方法，根据闭合曲线的端点坐标在图纸画布中绘制闭合多段线，并根据实际地质数据为多段线闭合区域填充地质类型图片，从而形成地质剖面图。

3.根据权利要求1所述的三维地质模型在线剖切成图方法，其特征在于，更具体包括：

步骤一，三维场景初始化：采用Cesium三维地理信息框架构建三维地球场景，逐个加载三维地质模型到三维场景中，并根据预置条件放置模型，处理各个模型对应预置条件的信息；

步骤二，构建剖切矩形面：通过用户在地质模型上点选两个点，构成一条附着在模型上的直线，三维空间中构建一个垂直于地面方向且经过该直线的垂直平面，该平面即为剖切矩形面；剖切面的宽度为用户点选的两点间距，剖切面高度大于整个地质模型的高度；

步骤三，获取剖切平面与各个地质模型的相交区域：在三维空间坐标系中，通过判断单个模型与剖切矩形面构成的向量与剖切面法向量做点乘积的结果来判断模型是否被剖切剔除；如果点乘积为正则保留，否则剔除；剔除剖切裁剪后的区域，即形成相交区域；

步骤四，提取各个地质模型相交区域轮廓点集合：相交区域轮廓点可以通过三维模型在空间中的坐标获取；

步骤五，矢量绘制剖面图：分别遍历每个地质模型与剖切面的相交轮廓线交点集合，用直线或贝塞尔曲线连接相邻两个点形成多段线闭合区域；多个地质模型的多段闭合线组合形成二维剖面图。

4.根据权利要求3所述的三维地质模型在线剖切成图方法，其特征在于，所述的步骤二具体包括：

剖切面高度为1.2倍的地质模型高度；

通过用户交互操作在模型上选取两个剖切点，分别为A点(x_A,y_A，z_A)和B(x_B,y_B，z_B)点，在地质模型上连接A点和B点构成剖切线，即线段AB；

通过剖切线AB构建剖切平面；通过Cesium API获取地质模型整体高度值H_all，可以得到剖切矩形面在三维空间内的四点坐标为：

左上点坐标Plt(x_A,y_A，z_A+H_all*0.1)，左下点坐标Plb(x_A,y_A，z_A-H_all-H_all*0.1)；

右上点坐标Prt(x_B,y_B,z_B+H_all*0.1)，左下点坐标Prb(x_B,y_B，z_B-H_all-H_all*0.1)。

5.根据权利要求3所述的三维地质模型在线剖切成图方法，其特征在于，所述的步骤三具体包括：

纵向面为裁剪平面，O点为裁剪平面的位置点，OA是裁剪平面的法向量，B点为模型的某个顶点，通过判断向量OA与OB点乘的结果就可以判断模型顶点是否需要剔除；

即：

若R>0则表示模型位置在裁剪面要保留显示的一侧，否则表示模型位置不在裁剪面要保留显示的一侧，即需要剔除。

6.根据权利要求3所述的三维地质模型在线剖切成图方法，其特征在于，所述的步骤四具体包括：

以剖切平面顶部的线段Plt-Prt上的点为P₀，以该点为起点，以y轴方向模拟发射一条射线；分别判断该射线是否与地层模型存在交点，存在的交点即为剖切平面与该模型相交区域的轮廓点；

逐个在线段Plt-Prt上以某个固定间隔gap选取采样点，再以采样点为起点发射一条射线，获取采样点对应的轮廓点；最终获取到地质模型与剖切面轮廓的所有交点。

7.根据权利要求3所述的三维地质模型在线剖切成图方法，其特征在于，所述的步骤四和步骤五具体包括：

Plt-Prt是剖切平面上的一条水平线段；Plt-Prt上的o₁、o₂、o₃……是以gap为相等间距的点；点o₁、o₂、o₃……，选取某一个点在垂直方向发射一条射线，与地质模型相交形成两个焦点，分别为j_n1和j_n2，n＝1、2、3……；以此类推，遍历Plt-Prt上所有等距离的点，即可获得地质模型相交轮廓的全部点集合T；

以获取的轮廓点集合T，遍历集合T，取出集合中的每个点，逐个连接相邻的两点绘制成闭合多段线，形成一个二维的地层模型图像；多个地质模型图像堆叠在一起，即可形成地质模型的剖面图。