CN117422828A - 一种矿体块段三维建模方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿体块段三维建模方法及系统，包括：计算得到相邻矿体块段轮廓线的重心坐标，对相邻矿体块段轮廓线进行投影变换并进行重心对齐，以相邻矿体块段轮廓线的重心坐标为中心进行轮廓线缩放，对缩放后的轮廓线进行加密处理，对加密处理后的轮廓线进行坐标还原并同步前进连接构造面。本发明通过几何重心投影对齐和周长同步前进来实现矿体块段连接，解决了常见的连接错位和交叉问题，能够实现平行剖面间任意轮廓线平滑连接，进而快速构建符合客观期望的矿体三维模型。本发明还优化了周长投影仅从几何轮廓先考虑矿体连接，在考虑边界连接前加入了几何重心投影对齐、面积相近处理等方法来降低数据的复杂性，提高了计算的准确性。
Description
技术领域
本发明属于三维建模技术领域，具体涉及一种矿体块段三维建模方法及系统。
背景技术
为了发现矿藏的矿石类别和储量估计，并更加深入直观的了解和掌握地质信息，三维地质建模结合图形可视化工具以三维模型的形式将矿体信息直观的呈现在人类面前，并使得我们能够基于信息技术在可视化环境下利用空间分析与预测和地质统计手段分析、解译地质信息。
现有的矿体块段三维建模方法不能满足实际需求，因此，亟需研发一种符合实际生产需求的矿体块段三维建模方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，针对相邻矿体轮廓线形状和顶点数目差异比较大时易出现交叉、错位连接问题，本发明提出了一种矿体块段三维建模方法及系统，本发明通过几何重心投影对齐和周长同步前进来实现矿体块段连接，能够有效解决此类连接问题，并且能够实现平行剖面间任意轮廓线平滑连接，进而快速构建符合客观期望的矿体三维模型。
为了到达预期效果，本发明采用了以下技术方案：
本发明公开了一种矿体块段三维建模方法，包括：
计算得到相邻矿体块段轮廓线的重心坐标，对相邻矿体块段轮廓线进行投影变换并进行重心对齐，以相邻矿体块段轮廓线的重心坐标为中心进行轮廓线缩放，对缩放后的轮廓线进行加密处理，对加密处理后的轮廓线进行坐标还原并同步前进连接构造面。
进一步地，所述计算得到相邻矿体块段轮廓线的重心坐标具体包括：采用狄洛尼三角剖分法对相邻矿体块段轮廓线进行三角剖分得到若干个三角形，分别计算得到各三角形的重心坐标，将所有三角形面积和三角形重心坐标的加权平均值作为整个相邻矿体块段轮廓线的重心坐标。
进一步地，所述对相邻矿体块段轮廓线进行投影变换并进行重心对齐具体包括：将相邻矿体块段轮廓线以重心坐标为原点投影到投影平面上，所述投影平面以预设一个剖面的三维空间中的Z轴正向为Y轴正向，以剖面的三维空间中的XOY平面的方向向量为X轴。
进一步地，所述对缩放后的轮廓线进行加密处理具体包括：确定缩放后的轮廓线的连接起点，采用周长同步前进法将轮廓线构造的多边形边界加密到相同的数量。
进一步地，所述确定缩放后的轮廓线的连接起点的具体步骤包括：以投影平面X轴正方向为射线，将轮廓线构造的多边形与所述X轴交点中最大的点并作为连接起点。
进一步地，所述加密的具体步骤包括：
设P＝{p1P2，…,pn，p1}与Q＝{q1，q2，…,qn，q1}为待连接的两个多边形，轮廓线总长度为CP与CQ，P上第i条线段终点pi+1距离起点p1的累积长度与CP的比值为Q上第i条线段终点qi+1距离起点q1的累积长度与CQ的比值为/>
如果则在P上增加一个点使/>否则在Q上增加一个点使/>
进一步地，在对加密处理后的轮廓线进行坐标还原并同步前进连接构造面之前，判断加密处理后的轮廓线是否存在连接交叉错误的情况，如果存在，则进行轮廓线分解与交互式切开处理，在重新加密处理后直至不存在连接交叉错误的情况。
进一步地，所述以相邻矿体块段轮廓线的重心坐标为中心进行轮廓线缩放具体包括：以相邻矿体块段轮廓线的重心坐标为中心，对相邻矿体块段轮廓线构造的第一面积多边形进行中心缩放，以使所有多边形面积均等于第二面积。
进一步地，所述缩放的倍数为第二面积与第一面积的比值，所述第二面积大于所述第一面积。
本发明还公开了一种矿体块段三维建模系统，包括：
采集模块，用于采集相邻矿体块段轮廓线；
模型构建模块，用于根据上述任一所述一种矿体块段三维建模方法进行建模。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：针对相邻矿体轮廓线形状和顶点数目差异比较大时易出现交叉、错位连接问题，本发明提出了一种矿体块段三维建模方法及系统，本发明通过几何重心投影对齐和周长同步前进来实现矿体块段连接，能够有效解决此类连接问题，并且能够实现平行剖面间任意轮廓线平滑连接，进而快速构建符合客观期望的矿体三维模型。相比同步前进和最短三角形法，本发明解决了其存在的错位和交叉问题，实现了对复杂轮廓线的连接；相比周长投影法，优化了周长投影仅从几何轮廓先考虑矿体连接，在考虑边界连接前加入了几何重心投影对齐、面积相近处理等方法来降低数据的复杂性，提高了计算的准确性；相比“切开-缝合”法，本发明采用边界转向计算方法来实现复杂形状多轮廓线的分段，从“线对”角度简化了切开后的复杂处理步骤，缝合中采用了网格合并的方法进一步简化了矿体面模型构建。本发明还提出了拟合多段平行剖面的方法，采用B样条光滑单矿体和多矿体，生成光滑模型，效果较好。通过本专利的方法开发实现的应用系统能够在短时间内处理大量复杂的矿体构建，提供一种简单、便捷、易懂、易操作的矿体建模方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。
图1是本发明实施例提供的一种相邻矿体块段及其轮廓线示意图。
图2是本发明实施例提供的一种最短对角线法示意图。
图3是本发明实施例提供的一种同步前进法示意图。
图4是本发明实施例提供的一种狄洛尼三角剖分示意图。
图5是本发明实施例提供的一种经过三角剖分后的轮廓线缩放示意图。
图6是本发明实施例提供的一种轮廓线分解示意图。
图7是本发明实施例提供的一种矿体块段构造面示意图。
图8是本发明实施例提供的一种矿体块段经过加密与光滑处理后的示意图。
图9是本发明实施例提供的一种矿体块段三维建模方法的流程图。
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
为了发现矿藏的矿石类别和储量估计，并更加深入直观的了解和掌握地质信息，三维地质建模结合图形可视化工具以三维模型的形式将矿体信息直观的呈现在人类面前，并使得我们能够基于信息技术在可视化环境下利用空间分析与预测和地质统计手段分析、解译地质信息。
如图1所示，常见的矿体建模方法是使用一系列轮廓线来构建矿体的三维形体表面，轮廓线的连接方法主要有局部最优目标函数法，如最短对角线法、相邻轮廓线同步前进法等，这些方法对于解决形状和顶点数目差异较大的相邻轮廓线，这些方法均有一定的局限性，不能获得期望的形体表面。
如图2所示，最短对角线法的基本步骤为：①寻找最短连线作为起始边，如图所示，设P＝{p1，p2，…,pn}与Q＝{q1，q2，…，qn}为两条相邻轮廓线，piqj是两轮廓线上距离最近的两个点的连线，因而选择piqj为两条相邻轮廓线的基准边开始构建三角曲面；②以piqj为三角形的一条边，再piqj的某一侧又piqj+1与pi+1qj可以作为三角形的另一条边，如果piqj+1<pi+ 1qj,则选择Piqj+1构成三角形并作为基准边，否则选择pi+1qj构成三角形并作为基准边，重复上述过程完成曲面构建。
如图3所示，设P＝{p1，p2，…，pn}与Q＝{q1，q2，…，qn}为两条相邻轮廓线，轮廓线总长度为CP与CQ,P上第i条线段的长度与CP的比值为Q上第i条线段的长度与CQ的比值为假设，p1与pi+1之间的连接为两轮廓线的起始连线，/>是从p1到pi+1的轮廓线长度之和与CP的比值，/>是从q1到qi+1的轮廓线长度之和与CQ的比值。相邻轮廓线前进法连接的基本思想是，在用三角形片接相邻两条轮廓线得点列pi和qi时，使得/>与接近。如果piqj为已连接的当前连线，在piqj的某一侧有piqj+1或pi+1qj可以作为下一条线，如果/>则选择piqj+1为下一条连线，否则选择pi+1qj为下一条连线，重复上述过程完成曲面构建。
参见图4至图9，本发明公开了一种矿体块段三维建模方法，包括：
步骤1：计算得到相邻矿体块段轮廓线的重心坐标；
优选的，所述计算得到相邻矿体块段轮廓线的重心坐标具体包括：采用狄洛尼三角剖分法对相邻矿体块段轮廓线进行三角剖分得到若干个独立的小三角形，分别计算得到各三角形的重心坐标，将所有三角形面积和三角形重心坐标的加权平均值作为整个相邻矿体块段轮廓线的重心坐标。
值得注意的是，矿体块段轮廓线必须是封闭的且多边形上各顶点共面(在同一剖面上)，多边形可以为凸多边形、凹多边形，可以带有空洞。通过三角形剖分的方法可以解决不同形状的多边形的重心计算问题。
步骤2：对相邻矿体块段轮廓线进行投影变换并进行重心对齐；
进一步地，所述对相邻矿体块段轮廓线进行投影变换并进行重心对齐具体包括：将相邻矿体块段轮廓线以重心坐标为原点投影到投影平面上，所述投影平面以预设一个剖面的三维空间中的Z轴正向为Y轴正向，以剖面的三维空间中的XOY平面的方向向量为X轴。将相邻矿体块段轮廓线以各自重心坐标为原点，投影到上述投影平面上，新的投影多边形坐标即为重心对齐后的状态。
步骤3：以相邻矿体块段轮廓线的重心坐标为中心进行轮廓线缩放；
在一个实施例中，所述以相邻矿体块段轮廓线的重心坐标为中心进行轮廓线缩放具体包括：以相邻矿体块段轮廓线的重心坐标为中心，对相邻矿体块段轮廓线构造的第一面积多边形进行中心缩放，以使所有多边形面积均等于第二面积。
在另一个实施例中，所述缩放的倍数为第二面积与第一面积的比值，所述第二面积大于所述第一面积。
具体地，由于轮廓线构造的多边形大小、边界形状不一致，根据基于重心(投影后为原点)对面积较小的多边形进行中心放大，使得多边形面积相近。为了方便计算，缩放倍数为较大多边形的面积与较小多边形面积的比值取整。
步骤4：对缩放后的轮廓线进行加密处理；
优选的实施例中，所述对缩放后的轮廓线进行加密处理具体包括：确定缩放后的轮廓线的连接起点，采用周长同步前进法将轮廓线构造的多边形边界加密到相同的数量。
一方面，所述确定缩放后的轮廓线的连接起点的具体步骤包括：以投影平面X轴正方向为射线，将轮廓线构造的多边形与所述X轴交点中最大的点并作为连接起点。
优选的，采用周长同步前进的方法，按照逆时针的顺序来进行多边形边界的加密。
另一方面，所述加密的具体步骤包括：
设P＝{p1，p2，…,pn，p1}与Q＝{q1，q2，…,qn，q1}为待连接的两个多边形，轮廓线总长度为CP与CQ，P上第i条线段终点pi+1距离起点p1的累积长度与CP的比值为Q上第i条线段终点qi+1距离起点q1的累积长度与CQ的比值为/>
如果则在P上增加一个点使/>否则在Q上增加一个点使
然后进行下一段的同步，直到所有顶点遍历完成。
值得注意的是，加密后两个多边形边界从起点开始，顶点数量和每段变化比例保持一致。
步骤5：判断加密处理后的轮廓线是否存在连接交叉错误的情况，如果存在，则进行轮廓线分解与交互式切开处理，在重新加密处理后直至不存在连接交叉错误的情况。
具体地，由于两轮廓线的形状各异，仅起点相同和点数量相同，同步前进仍无法解决连接时的交叉错位情况。多边形凸分解是采用判断相邻边“左转”或“右转”实现对多边形边界的分段。当一段边界连续左转或者连续右转则将此边界构成一个分段来实现边界的分解，则每次转向的转折点为分段点。通过交互调整和指定分界点对应关系，然后将原来的相邻多边形分解多个相邻线段对，各分段线段对的处理可以基于前述步骤1-4进行处理。
步骤6：对加密处理后的轮廓线进行坐标还原并同步前进连接构造面。
具体地，基于加密后边界，采用同步前进的方式实现连接面构造。将所有坐标进行缩放、投影还原，再通过上述分解时的剖面线顺序，顺次拼接矿体局部面片，通过合并网格的方式，将网格合并形成矿体顶底面。
步骤7：对矿体网格进行加密与表面光滑处理。
具体地，当相连多边形同步前进进行连接时，如果采用直线进行连接，构成面之后的矿体的显示效果会较为生硬，因此可以考虑对两个多边形的连接线采用分段和光滑处理，以增强矿体展示效果。
优选的，所述光滑处理的过程如下：
(1)同步前进进行连接之后，两边轮廓线相同序号点之间形成连接线L＝{l1，l2，…，ln}，如果采用直接连接，此时每条连接线均为直线。如果是多个连续相邻的剖面上的轮廓线，则相同序号的点连接形成的连接线是一条多段直线。
(2)整体确定增加的目标分段数据，依次选取每条连接线，使用B样条拟合方法对连接线L进行点加密和光滑处理，使的每条连接线均为光滑曲线且各连接线段数一致。
(3)相邻连接线之间，按照点序号连接形成三角网格，并组合形成新的矿体表面。
针对相邻矿体轮廓线形状和顶点数目差异比较大时易出现交叉、错位连接问题，本发明提出了一种矿体块段三维建模方法及系统，本发明通过几何重心投影对齐和周长同步前进来实现矿体块段连接，能够有效解决此类连接问题，并且能够实现平行剖面间任意轮廓线平滑连接，进而快速构建符合客观期望的矿体三维模型。相比同步前进和最短三角形法，本发明解决了其存在的错位和交叉问题，实现了对复杂轮廓线的连接；相比周长投影法，优化了周长投影仅从几何轮廓先考虑矿体连接，在考虑边界连接前加入了几何重心投影对齐、面积相近处理等方法来降低数据的复杂性，提高了计算的准确性；相比“切开-缝合”法，本发明采用边界转向计算方法来实现复杂形状多轮廓线的分段，从“线对”角度简化了切开后的复杂处理步骤，缝合中采用了网格合并的方法进一步简化了矿体面模型构建。本发明还提出了拟合多段平行剖面的方法，采用B样条光滑单矿体和多矿体，生成光滑模型，效果较好。通过本专利的方法开发实现的应用系统能够在短时间内处理大量复杂的矿体构建，提供一种简单、便捷、易懂、易操作的矿体建模方法。本发明可以实现平行剖面间任意轮廓线平滑连接，从而实现矿体块段三维模型的快速构建、综合展示及储量评估。
基于同一发明思路，本发明还公开了一种矿体块段三维建模系统，包括：
采集模块，用于采集相邻矿体块段轮廓线；
模型构建模块，用于根据上述任一所述一种矿体块段三维建模方法进行建模。
所述系统实施例可与前述方法实施例一一对应实现，在此不再赘述。
本发明针对相邻矿体轮廓线形状和顶点数目差异比较大时，易出现交叉、错位连接问题，提出了一种几何重心投影对齐-周长同步前进的矿体块段连接三维建模系统，本发明能有效解决此类交叉、错位连接问题，实现平行剖面间任意轮廓线平滑连接，快速构建符合客观期望的矿体模型。
基于同一发明思路，本发明还公开了一种电子设备，该电子设备可以包括：处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信。处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以执行一种矿体块段三维建模方法，包括：
计算得到相邻矿体块段轮廓线的重心坐标，对相邻矿体块段轮廓线进行投影变换并进行重心对齐，以相邻矿体块段轮廓线的重心坐标为中心进行轮廓线缩放，对缩放后的轮廓线进行加密处理，对加密处理后的轮廓线进行坐标还原并同步前进连接构造面。
此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的一种矿体块段三维建模方法，包括：
计算得到相邻矿体块段轮廓线的重心坐标，对相邻矿体块段轮廓线进行投影变换并进行重心对齐，以相邻矿体块段轮廓线的重心坐标为中心进行轮廓线缩放，对缩放后的轮廓线进行加密处理，对加密处理后的轮廓线进行坐标还原并同步前进连接构造面。
又一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的一种矿体块段三维建模方法，包括：
计算得到相邻矿体块段轮廓线的重心坐标，对相邻矿体块段轮廓线进行投影变换并进行重心对齐，以相邻矿体块段轮廓线的重心坐标为中心进行轮廓线缩放，对缩放后的轮廓线进行加密处理，对加密处理后的轮廓线进行坐标还原并同步前进连接构造面。
应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种矿体块段三维建模方法，其特征在于，包括：
计算得到相邻矿体块段轮廓线的重心坐标，对相邻矿体块段轮廓线进行投影变换并进行重心对齐，以相邻矿体块段轮廓线的重心坐标为中心进行轮廓线缩放，对缩放后的轮廓线进行加密处理，对加密处理后的轮廓线进行坐标还原并同步前进连接构造面。
2.如权利要求1所述的一种矿体块段三维建模方法，其特征在于，所述计算得到相邻矿体块段轮廓线的重心坐标具体包括：采用狄洛尼三角剖分法对相邻矿体块段轮廓线进行三角剖分得到若干个三角形，分别计算得到各三角形的重心坐标，将所有三角形面积和三角形重心坐标的加权平均值作为整个相邻矿体块段轮廓线的重心坐标。
3.如权利要求1所述的一种矿体块段三维建模方法，其特征在于，所述对相邻矿体块段轮廓线进行投影变换并进行重心对齐具体包括：将相邻矿体块段轮廓线以重心坐标为原点投影到投影平面上，所述投影平面以预设一个剖面的三维空间中的Z轴正向为Y轴正向，以剖面的三维空间中的XOY平面的方向向量为X轴。
4.如权利要求3所述的一种矿体块段三维建模方法，其特征在于，所述对缩放后的轮廓线进行加密处理具体包括：确定缩放后的轮廓线的连接起点，采用周长同步前进法将轮廓线构造的多边形边界加密到相同的数量。
5.如权利要求4所述的一种矿体块段三维建模方法，其特征在于，所述确定缩放后的轮廓线的连接起点的具体步骤包括：以投影平面X轴正方向为射线，将轮廓线构造的多边形与所述X轴交点中最大的点并作为连接起点。
6.如权利要求4所述的一种矿体块段三维建模方法，其特征在于，所述加密的具体步骤包括：
设P＝{p1,p2,…,pn,p1}与Q＝{q1，q2，…，qn，q1}为待连接的两个多边形，轮廓线总长度为CP与CQ，P上第i条线段终点pi+1距离起点p1的累积长度与CP的比值为Q上第i条线段终点qi+1距离起点q1的累积长度与CQ的比值为/>
如果则在P上增加一个点使/>否则在Q上增加一个点使/>
7.如权利要求1所述的一种矿体块段三维建模方法，其特征在于，在对加密处理后的轮廓线进行坐标还原并同步前进连接构造面之前，判断加密处理后的轮廓线是否存在连接交叉错误的情况，如果存在，则进行轮廓线分解与交互式切开处理，在重新加密处理后直至不存在连接交叉错误的情况。
8.如权利要求1所述的一种矿体块段三维建模方法，其特征在于，所述以相邻矿体块段轮廓线的重心坐标为中心进行轮廓线缩放具体包括：以相邻矿体块段轮廓线的重心坐标为中心，对相邻矿体块段轮廓线构造的第一面积多边形进行中心缩放，以使所有多边形面积均等于第二面积。
9.如权利要求8所述的一种矿体块段三维建模方法，其特征在于，所述缩放的倍数为第二面积与第一面积的比值，所述第二面积大于所述第一面积。
10.一种矿体块段三维建模系统，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集相邻矿体块段轮廓线；
模型构建模块，用于根据权利要求1-9任一所述一种矿体块段三维建模方法进行建模。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311378709.0A CN117422828A (zh) | 2023-10-24 | 2023-10-24 | 一种矿体块段三维建模方法及系统 |
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|---|---|---|---|
| CN202311378709.0A CN117422828A (zh) | 2023-10-24 | 2023-10-24 | 一种矿体块段三维建模方法及系统 |
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Family
ID=89527870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311378709.0A Pending CN117422828A (zh) | 2023-10-24 | 2023-10-24 | 一种矿体块段三维建模方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN117422828A (zh) |
-
2023
- 2023-10-24 CN CN202311378709.0A patent/CN117422828A/zh active Pending
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