一种基于多轮廓线三角网重构的三维实体建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及=维地质建模技术领域，具体地，设及一种基于多轮廓线=角网重构 的=维实体建模方法。
【背景技术】
[0002] S维地质建模（3DGeoscienceModeling)是指在S维环境下，利用计算机技术， 将空间数据管理、地质信息表达、空间数据分析及可视化等结合起来，并进行地学分析的一 口交叉学科，S维地质建模自从由加拿大化HidingSW提出后，国内外众多学者在运一领 域进行了大量研究，并就描述=维地质对象提出了许多=维数据模型和建模方法，用于解 决=维地质对象的表达问题。=维地质建模方法依据表达方式的不同主要可W划分为：基 于面模型、体模型和混合模型的建模方法，依据数据源的不同主要可W划分为：基于钻孔、 剖面、离散点和多源数据的建模方法。
[0003] 基于面模型的建模方法侧重于=维实体的表面表示。通过=维曲面的方式模拟 =维地质体对象，是目前比较常用的一种建模方法。数据模型主要包括：不规则=角网 (TIN)、规则格网（Grid)、边界表示度-Rep)和参数函数等。比较成熟的建模方法主要包括： 多层DEM法、断面构模法、线框构模法、NURBS曲面模型等。基于体模型的建模方法侧重于 表达=维空间实体边界和内部属性。通过剖分地质体内部空间，使用大量的体元（体素） 对地质体内部进行描述，每个体元具有独立的尺寸和属性，适合空间分析等操作。依据体 元的面数常用的有：四面体、六面体、棱柱体和多面体等。依据体元的规整性可W划分为两 种：规则体元、不规则体元。规则体元模型包括：体素（Voxel)、结构实体几何（CSG)、八叉树 (Octree)、规则块体（RegularBlock)等模型；不规则体元模型包括：=棱柱灯巧、金字塔 (Pyramid)、四面体格网（TEN)、地质细胞（Geocellular)、非规则块体（IrregularBlock) 等模型。基于面模型的建模方法虽然可W很好的表达地质体形态，如：地形表面、地层界 面、断层等，具有结构简单、便于显示及更新等优点，但是也存在无法表达地质体内部属性 信息，不利于进行空间分析的缺点。而基于体模型的建模方法虽然可W很好的表达地质体 内部属性信息，具有易于进行空间分析的优点，但是却在建模精度要求高时，存在计算速度 慢、存储空间大等问题。
[0004] 针对上述=维实体建模方法的问题，有必要提供一种新的=维实体建模方法，可 综合面模型建模方法和体模型建模方法的优点，取长补短，在=维空间中对诸如地质对象 等实体进行综合表达，从而利于进行空间分析，同时还具有结构简单、计算量小和不易出错 的优点，可快速实现高精度的=维建模，具有较好的实用性。
【发明内容】
阳〇化]针对前述=维实体建模方法的问题，本发明提供了一种基于多轮廓=角网重构的 =维实体建模方法，可综合面模型建模方法和体模型建模方法的优点，取长补短，在=维空 间中对诸如地质对象等实体进行综合表达，从而利于进行空间分析，同时还具有结构简单、 计算量小和不易出错的优点，可快速实现高精度的=维建模，具有较好的实用性。
[0006] 本发明采用的技术方案，提供了一种基于多轮廓线=角网重构的=维实体建模 方法，包括如下步骤：S101.根据实体轮廓线，在各层平行剖面中勾画出对应的剖面轮廓 线；S102.按顺序选择两层相邻剖面；S103.在所述两层相邻剖面中，按顺序分别选择处于 第一剖面中的第一剖面轮廓线A和处于第二剖面中的第二剖面轮廓线B;S104.在所述第二 剖面中平移所述第二剖面轮廓线B，使所述第一剖面轮廓线A在所述第二剖面上的投影质 屯、与所述第二剖面轮廓线B在所述第二剖面上的质屯、对齐，或者，在所述第二剖面中平移 所述第二剖面轮廓线B，使所述第二剖面轮廓线B在所述第一剖面上的投影质屯、与所述第 一剖面轮廓线A在所述第一剖面上的质屯、对齐；S105.统一所述第一剖面轮廓线A和所述 第二剖面轮廓线B的绕行方向；S106.通过由连接算法生成的=角面片将所述第一剖面轮 廓线A和所述第二剖面轮廓线B连接起来；S107.在所述第二剖面中平移所述第二剖面轮 廓线B，使所述第二剖面轮廓线B回到初始位置；S108.按顺序循环执行步骤S103至S107， 直到所述两层相邻剖面中所有的剖面轮廓线均被生成的=角面片连接起来；S109.按顺序 循环执行步骤S102至S108,直到各层剖面中的所有剖面轮廓线均被生成的=角面片连接 起来，从而构建起=维实体的表面模型。在所述=维实体建模方法中，通过包含剖面轮廓 线的质屯、对齐技术、剖面轮廓线的方向一致性技术和剖面轮廓线的曲面重构技术的基于多 轮廓=角网重构算法，可在逐对相邻剖面中的多对相互平行的剖面轮廓线之间构建=角面 片，进而完成=维实体的表面模型。因此所述=维实体建模方法，可综合面模型建模方法和 体模型建模方法的优点，取长补短，在=维空间中对诸如地质对象等实体进行综合表达，从 而利于进行空间分析，同时还具有结构简单、计算量小和不易出错的优点，可快速实现高精 度的=维建模，具有较好的实用性。
[0007] 具体的，在所述平移所述第二剖面轮廓线B，使所述第一剖面轮廓线A在所述第二 剖面上的投影质屯、与所述第二剖面轮廓线B在所述第二剖面上的质屯、对齐的步骤中包括 如下步骤：S201.将所述第一剖面轮廓线A投影到所述第二剖面上；S202.分别计算所述第 一剖面轮廓线A在所述第二剖面上的投影质屯、坐标和所述第二剖面轮廓线B在所述第二剖 面上的质屯、坐标W及两质屯、之间的质屯、差距；S203.按照所述质屯、差距，在所述第二剖面 中平移所述第二剖面轮廓线B，使所述第一剖面轮廓线A在所述第二剖面上的投影质屯、与 所述第二剖面轮廓线B在所述第二剖面上的质屯、对齐。前述步骤提供了一种详细进行剖面 轮廓线质屯、对齐的方法，不但可避免在后续剖面轮廓线的曲面重构过程中，出现错误的= 角面片连接结果，还具有实现方便、计算量的优点，可快速进行两平行剖面轮廓线的质屯、对 齐。进一步具体的，按照如下公式计算所述剖面轮廓线在所述第二剖面上的质屯、坐标或投 影质屯、坐标：所述质屯、坐标或投影质屯、坐标的X轴坐标值按照如下公式计算去：
式中，k为所述剖面轮廓线的总点数，为所述剖面轮廓线中第i个点在所述第二剖面 上的X轴坐标或投影点的X轴坐标，yi为所述剖面轮廓线中第i个点在所述第二剖面上的Y轴坐标或投影点的Y轴坐标；所述质屯、坐标或投影质屯、坐标的Y轴坐标值按照如下公式 计算扩：
式中，k为所述剖面轮廓线的总点数，为所述剖面轮廓线中第i个点在所述第二剖面 上的X轴坐标或投影点的X轴坐标，为所述剖面轮廓线中第i个点在所述第二剖面上的 Y轴坐标或投影点的Y轴坐标。
[0008] 具体的，在所述步骤S105中包括如下步骤：S301.在所述第二剖面轮廓线B上寻 找距离所述第一剖面轮廓线A上起始点Ai最近的点B1，并按顺序编号所述第二剖面轮廓线 B上的其余点；S302.根据多边形的带符号面积，分别确定所述第一剖面轮廓线A和所述第 二剖面轮廓线B的绕行方向；S303.判断所述第一剖面轮廓线A和所述第二剖面轮廓线B的 绕行方向是否一致，如果绕行方向不一致，则W其中一个剖面轮廓线为参考物，对另一剖面 轮廓线进行逆序处理，使所述第一剖面轮廓线A和所述第二剖面轮廓线B的绕行方向一致。 前述步骤提供了一种详细进行剖面轮廓线的方向一致性的方法，只有在所述两条剖面轮廓 线绕行方向一致的情况下，才能在后续剖面轮廓线的曲面重构过程中，进行=角面片连接。
[0009] 具体的，在所述步骤S106中的所述连接算法为最短对角线法、最小角度体积法、 最小表面积法和最大体积法中的任意一种。进一步具体的，在所述通过由最短对角线法生 成的=角面片将所述第一剖面轮廓线A和所述第二剖面轮廓线B连接起来的步骤中还包括 如下步骤：按顺序遍历所述第一剖面轮廓线A的各个点Ai和所述第二剖面轮廓线B上的各 个点B，，并按照如下方式在所述第一剖面轮廓线A和所述第二剖面轮廓线B之间构建=角 面片：当i<n且j<m时，在由点（Ai，Aw，Bw，Bj)构成的四边形中，若第一对角线AiBw 短于第二对角线AwB,，则在所述第一剖面轮廓线A和所述第二剖面轮廓线B之间构建第 一=角面片（Ai，B,，Bw)，否则在所述第一剖面轮廓线A和所述第二剖面轮廓线B之间构建 第二S角面片（Ai，Bj，