专利名称：一种基于重力场或磁场数据的地质体三维可视化建模与解释方法
技术领域：
本发明涉及基于重力场或磁场数据的地质体三维可视化建模领域，尤其涉及一种基于重力场或磁场数据的地质体三维可视化建模与解释方法。
背景技术：
地球物理勘探是地质找矿的重要手段。通过对地球物理勘探数据(重力场、磁场数据是其中两种主要的地球物理勘探数据)进行处理、分析、解释，能够圈定矿体的位置，判断矿体的赋存形态与贮量。地球物理数据分析结果一般都以图像的形式来反映。随着近期三维可视化技术硬件与软件的快速发展，三维可视化技术渗透到地球物理数据处理解释的各个环节当中，为地球物理勘探工作提供了新的数据分析与成果表达的 有效手段。传统的重力场、磁场数据建模的方式一般为构建规则三维地质体(球体、长方体等)或二度半体(三维模型在一个方向上同属性延伸)。因为规则三维地质体和二度半体模型的重力场、磁场计算方法和建模方法比较简易，并且代表了自然界中一些矿体的赋存形态，能够对勘探数据做一定的解释工作。传统的三维建模存在如下缺点第一，自然界中大多数矿体的赋存形式是真正的三维地质体，规则三维地质体模型和二度半体模型不能够解释复杂构造的矿体。第二，传统方法虽然有一定的三维操作功能，但不够精细和深入。离地质体模型立体分析解释、三维模型完全受控的仿真模拟有相当差距。现在主流的三维地质体建模方法主要基于面模型(facial model)、体模型(volumetric model)和混合模型(mixed model)这三种建模体系。由于单个矿体的物理属性(密度、磁化率等)在大多数情况下可以认为是相同的，所以基于面模型的三角面建模是最适合于矿体解释的三维可视化建模方式。并且，基于面模型的三角面建模可以将地质体模型的重力场、磁场正演计算从体积分计算方式转化为面积分计算方式，这样大大优化了计算效率，使大而积计算、大数据量计算、人机交互建模即时计算成为可能。国外，Geosoft 公司的 Oasis montaj 软件,Encom 公司的 Model Vision 软件，开发了针对重力场、磁场数据进行三维地质体可视化建模的功能。但其具有局限性，不能通过模型的实时正演计算对模型进行拟合工作。而且，模型的空间编辑交互操作方式比较繁琐，大大降低了其实用性。国内，廊坊物化探研究所吴文鹂做过基于三角面的重力场、磁场三维可视化建模研究，但是其方法基于OpenGL底层开发，模型交互操作困难，并且不适合于大数据量计算解释，实用性不强
发明内容
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本发明主要目的在于提供一种基于重力场或磁场数据的地质体三维可视化建模与解释方法，为提高重、磁等航空物探数据的三维推断解释结果的可靠性，促进重力场或磁场数据解释工作由二维向三维发展提供技术支持。(二)技术方案为达到上述目的，本方明的技术方案是这样实现的一种基于重力场数据的地质体三维可视化建模与解释方法，其特征在于，该方法包括(I)输入野外实际测量的各采样点的坐标、重力场强度、地面高程、航测轨迹、测区基底控制点，绘制出重力场三维位场，即实测场，并自动设定测区的范围；
(2)输入标准形状的原始异常体模型，对所述原始异常体模型的形状或面数或节点位置进行交互式编辑，得到当前异常体模型；(3)计算当前异常体模型对测区内所有采样点产生的重力场强度，并绘制出其三维位场，即计算场，计算计算场和实测场的相似度P，计算公式如下P 二 ^:,式中/ = [Λ, /乂·为计算场重力场强度fV」均值，Nf为计算场采样点数；g = Σ υ 为实测场重力场强度gi,」均值，Ng为实测场采样点数；当P < 80时，对当前异常体模型的形状或面数或节点位置进行交互式编辑，所述交互式编辑每进行一次，重力场正演模块就重新计算一次相似度P，以不断提高相似度P ;当P >80时，停止上述交互式编辑，此时得到与实测场逼近的计算场，此时完成所述交互式编辑，当前异常体模型即为最终的异常体模型，此时计算重力场正演结果；(4)分析测区内任意方向的截面数据，分析其重力场结果，对最终的异常体模型在所述截面内进行平移操作，以辅助重力场正演分析。进一步地,所述方法还包括对测区内当前异常体模型、地面高程、基底、实测场、计算场的透明度、纹理、灯光进行设置，以增添逼近真实的效果。进一步地，所述原始异常体模型为球面体、或多棱体、或圆柱体。进一步地，步骤(2)中所述交互式编辑包括原始异常体模型整体或其局部特征进行几何位置的编辑，包括原始异常体模型整体的位置平移、尺寸缩放、角度旋转操作，以及原始异常体模型顶点的三维位置平移操作，以及原始异常体模型线段的平移、角度旋转操作，以及原始异常体模型三角面的平移、角度旋转操作；对原始异常体模型整体或局部特征进行细分操作，包括原始异常体模型整体一次或多次细分，或原始异常体模型指定三角面的面内、体外、体内细分操作。进一步地，步骤(3)中所述交互式编辑包括当前异常体模型整体或其局部特征进行几何位置的编辑，包括当前异常体模型整体的位置平移、尺寸缩放、角度旋转操作，以及当前异常体模型顶点的三维位置平移操作，以及当前异常体模型线段的平移、角度旋转操作，以及当前异常体模型三角面的平移、角度旋转操作；对当前异常体模型整体或局部特征进行细分操作，包括当前异常体模型整体一次或多次细分，或当前异常体模型指定三角面的面内、体外、体内细分操作。进一步地，所述步骤(4)具体包括分析测区内任意方向的截面上的重力场计算结果，并与实测结果进行比较；计算测区内任意方向的截面上的最终的异常体模型的截面图形；选择最终的异常体模型的截面图形，并对最终的异常体模型进行截面内的平移操作。进一步地，所述重力场正演模块采用基于三角形面元的重力场快速正演计算，SP采用当前异常体模型正演结果单独保存的方式，当前异常体模型编辑后只需更新变化三角面产生的重力，从而完成重力场快速正演计算。所述步骤(3)进一步包括对显示在屏幕上的当前异常体模型通过鼠标操作、对话框设置、控制器拖拽操作方式，实现放大或缩小，或平移，或旋转。所述放大或缩小是以对话框内滑动条和编辑框输入的方式改变当前异常体模型的大小；所述平移是利用鼠标和编辑框输入的方式改变当前异常体模型的位置；所述旋转是利用鼠标或控制器拖拽控制的方式改变当前异常体模型的旋转角度。一种基于磁场数据的地质体三维可视化建模与解释方法，其特征在于，该方法包括(I)输入野外实际测量的各采样点的坐标、磁场强度、地面高程、航测轨迹、测区基底控制点，绘制出磁场三维位场，即实测场，并自动设定测区的范围；(2)输入标准形状的原始异常体模型，对所述原始异常体模型的形状或面数或节点位置进行交互式编辑，得到当前异常体模型；(3)计算当前异常体模型对测区内所有采样点产生的磁场强度，并绘制出其三维位场，即计算场，计算计算场和实测场的相似度P，计算公式如下
权利要求
1.一种基于重力场数据的地质体三维可视化建模与解释方法，其特征在于，该方法包括 (1)输入野外实际测量的各采样点的坐标、重力场强度、地面高程、航测轨迹、测区基底控制点，绘制出重力场三维位场，即实测场，并自动设定测区的范围； (2)输入标准形状的原始异常体模型，对所述原始异常体模型的形状或面数或节点位置进行交互式编辑，得到当前异常体模型； (3)计算当前异常体模型对测区内所有采样点产生的重力场强度，并绘制出其三维位场，即计算场，计算计算场和实测场的相似度P，计算公式如下
2.根据权利要求I所述的一种基于重力场数据的地质体三维可视化建模与解释方法，其特征在于所述方法还包括 对测区内当前异常体模型、地面高程、基底、实测场、计算场的透明度、纹理、灯光进行设置，以增添逼近真实的效果。
3.根据权利要求I所述的一种基于重力场数据的地质体三维可视化建模与解释方法，其特征在于，所述原始异常体模型为球面体、或多棱体、或圆柱体。
4.根据权利要求I所述的一种基于重力场数据的地质体三维可视化建模与解释方法，其特征在于，步骤(2)中所述交互式编辑包括 原始异常体模型整体或其局部特征进行几何位置的编辑，包括原始异常体模型整体的位置平移、尺寸缩放、角度旋转操作，以及原始异常体模型顶点的三维位置平移操作，以及原始异常体模型线段的平移、角度旋转操作，以及原始异常体模型三角面的平移、角度旋转操作； 对原始异常体模型整体或局部特征进行细分操作，包括原始异常体模型整体一次或多次细分，或原始异常体模型指定三角面的面内、体外、体内细分操作。
5.根据权利要求I所述的一种基于重力场数据的地质体三维可视化建模与解释方法，其特征在于，步骤(3)中所述交互式编辑包括 当前异常体模型整体或其局部特征进行几何位置的编辑，包括当前异常体模型整体的位置平移、尺寸缩放、角度旋转操作，以及当前异常体模型顶点的三维位置平移操作，以及当前异常体模型线段的平移、角度旋转操作，以及当前异常体模型三角面的平移、角度旋转操作； 对当前异常体模型整体或局部特征进行细分操作，包括当前异常体模型整体一次或多次细分，或当前异常体模型指定三角面的面内、体外、体内细分操作。
6.根据权利要求I所述的一种基于重力场数据的地质体三维可视化建模与解释方法，其特征在于，所述步骤(4)具体包括 分析测区内任意方向的截面上的重力场计算结果，并与实测结果进行比较； 计算测区内任意方向的截面上的最终的异常体模型的截面图形； 选择最终的异常体模型的截面图形，并对最终的异常体模型进行截面内的平移操作。
7.根据权利要求I所述的一种基于重力场数据的地质体三维可视化建模与解释方法，其特征在于，所述重力场正演模块采用基于三角形面元的重力场快速正演计算，即采用当前异常体模型正演结果单独保存的方式，当前异常体模型编辑后只需更新变化三角面产生的重力，从而完成重力场快速正演计算。
8.根据权利要求I所述的一种基于重力场数据的地质体三维可视化建模与解释方法，其特征在于，所述步骤(3)进一步包括 对显示在屏幕上的当前异常体模型通过鼠标操作、对话框设置、控制器拖拽操作方式，实现放大或缩小，或平移，或旋转。
9.根据权利要求8所述的一种基于重力场数据的地质体三维可视化建模与解释方法，其特征在于，所述放大或缩小是以对话框内滑动条和编辑框输入的方式改变当前异常体模型的大小；所述平移是利用鼠标和编辑框输入的方式改变当前异常体模型的位置；所述旋转是利用鼠标或控制器拖拽控制的方式改变当前异常体模型的旋转角度。
10.一种基于磁场数据的地质体三维可视化建模与解释方法，其特征在于，该方法包括 (1)输入野外实际测量的各采样点的坐标、磁场强度、地面高程、航测轨迹、测区基底控制点，绘制出磁场三维位场，即实测场，并自动设定测区的范围； (2)输入标准形状的原始异常体模型，对所述原始异常体模型的形状或面数或节点位置进行交互式编辑，得到当前异常体模型； (3)计算当前异常体模型对测区内所有采样点产生的磁场强度，并绘制出其三维位场，即计算场，计算计算场和实测场的相似度P，计算公式如下 100Σ (几—/)( -幻 λ/Σ — /)2Σ (Su 一 D2 式中 / = Σ./,#/为计算场磁场强度均值，Nf为计算场采样点数； 歹=Σ& /&为实测场磁场强度^均值，Ng为实测场采样点数； 当P <80时，对当前异常体模型的形状或面数或节点位置进行交互式编辑，所述交互式编辑每进行一次，磁场正演模块就重新计算一次相似度P，以不断提高相似度P ;当P ^80时，停止上述交互式编辑，此时得到与实测场逼近的计算场，此时完成所述交互式编辑，当前异常体模型即为最终的异常体模型，此时计算磁场正演结果； (4)分析测区内任意方向的截面数据，分析其磁场结果，对最终的异常体模型在所述截面内进行平移操作，以辅助磁场正演分析。
11.根据权利要求10所述的一种基于磁场数据的地质体三维可视化建模与解释方法，其特征在于所述方法还包括 对测区内当前异常体模型、地面高程、基底、实测场、计算场的透明度、纹理、灯光进行设置，以增添逼近真实的效果。
12.根据权利要求10所述的一种基于磁场数据的地质体三维可视化建模与解释方法，其特征在于，所述原始异常体模型为球面体、或多棱体、或圆柱体。
13.根据权利要求10所述的一种基于重力场数据的地质体三维可视化建模与解释方法，其特征在于，步骤(2)中所述交互式编辑包括 原始异常体模型整体或其局部特征进行几何位置的编辑，包括原始异常体模型整体的位置平移、尺寸缩放、角度旋转操作，以及原始异常体模型顶点的三维位置平移操作，以及原始异常体模型线段的平移、角度旋转操作，以及原始异常体模型三角面的平移、角度旋转操作； 对原始异常体模型整体或局部特征进行细分操作，包括原始异常体模型整体一次或多次细分，或原始异常体模型指定三角面的面内、体外、体内细分操作。
14.根据权利要求10所述的一种基于磁场数据的地质体三维可视化建模与解释方法，其特征在于，步骤(3)中所述交互式编辑包括 当前异常体模型整体或其局部特征进行几何位置的编辑，包括当前异常体模型整体的位置平移、尺寸缩放、角度旋转操作，以及当前异常体模型顶点的三维位置平移操作，以及当前异常体模型线段的平移、角度旋转操作，以及当前异常体模型三角面的平移、角度旋转操作； 对当前异常体模型整体或局部特征进行细分操作，包括当前异常体模型整体一次或多次细分，或当前异常体模型指定三角面的面内、体外、体内细分操作。
15.根据权利要求10所述的一种基于磁场数据的地质体三维可视化建模与解释方法，其特征在于，所述步骤(4)具体包括 分析测区内任意方向的截面上的磁场计算结果，并与实测结果进行比较； 计算测区内任意方向的截面上的最终的异常体模型的截面图形； 选择最终的异常体模型的截面图形，并对最终的异常体模型进行截面内的平移操作。
16.根据权利要求10所述的一种基于磁场数据的地质体三维可视化建模与解释方法，其特征在于，所述磁场正演模块采用基于三角形面元的磁场快速正演计算，即采用当前异常体模型正演结果单独保存的方式，当前异常体模型编辑后只需更新变化三角面产生的磁力，从而完成磁场快速正演计算。
17.根据权利要求10所述的一种基于磁场数据的地质体三维可视化建模与解释方法，其特征在于，所述步骤(3)进一步包括 对显示在屏幕上的当前异常体模型通过鼠标操作、对话框设置、控制器拖拽操作方式，实现放大或缩小，或平移，或旋转。
18.根据权利要求17所述的一种基于磁场数据的地质体三维可视化建模与解释方法，其特征在于，所述放大或缩小是以对话框内滑动条和编辑框输入的方式改变当前异常体模型的大小；所述平移是利用鼠标和编辑框输入的方式改变当前异常体模型的位置；所述旋转 是利用鼠标或控制器拖拽控制的方式改变当前异常体模型的旋转角度。
全文摘要
本发明提供了一种基于重力场或磁场数据的地质体三维可视化建模与解释方法，利用三维正演拟合方法和交互可视化技术，完成地质体的空间特征和属性分析；提出了多种异常体模型、重力场或磁场数据曲面、场轴截面的可视化处理方案，采用三维交互的方式对模型整体及局部进行平移、缩放、旋转和细分等操作，实现了对航空物探数据进行整体和局部对比分析、自定义多方式显示等功能。
文档编号G01V3/38GK102901989SQ20111021480
公开日2013年1月30日 申请日期2011年7月29日 优先权日2011年7月29日
发明者熊盛青, 薛典军, 王林飞, 闫浩飞, 骆遥, 何辉, 田嵩, 董华 申请人:中国国土资源航空物探遥感中心