带属性三维矿体的块体模型切割生成二维剖面图的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种带属性三维矿体的块体模型切割生成二维剖面图的方法，属于地质结构展示领域。
【背景技术】
[0002]切割分析是通过切割面来了解三维模型内部结构的一种透视分析手段，切割分析可看作，操作者用刀切开空间对象，通过特定的表达方式观察切割面上呈现的三维对象内部结构，根据需要对感兴趣的部位进行对象选取和特征识别，DEM的二维剖面图就是这种方式的原始运用。平面切割技术可以将二维和三维联系在一起，二维剖面显示的信息可以关联到三维模型中，三维模型中的属性也可显示在二维剖切面上。通过切割分析可以对已构建的三维模型的空间关系进行描述和表达；可以深入观察和了解结构复杂的物体内部各要素的相对位置、大小和形状；可以对需要修整的地方进行编辑和改进，对需要新增的区域进行评估和检测；此外，它可以用于三维表面模型间的切割融合。
[0003]现有的切割分析从参与切割的模型角度可以概括为:基于表面模型的切割分析和基于体模型的切割分析两类。
[0004]基于表面模型的切割就是对空间三角网进行切割，可归结于空间三角网的相互切割问题，三角网切割算法主要有三个核心部分组成:切割前的碰撞检测、空间三角形的求交运算和切割后的显示处理。已提出的对三维物体进行切割的经典方法有以下几种:釆用平面及多面体对重构模型进行切割的立体剪裁算法，但它没有考虑切割面与三角形共面的特殊情况；利用OpenGL中的附加裁剪面实现了平面切割；根据三角网格模型的三角面片集合对其进行平面切割的方法，根据在任意平面内指定的切割线，将任意拓扑结构的三角网格模型切割为子三角网格。以上算法只实现了限于平行于坐标的平面的平面切割。花卫华等人提出可以用不规则三角网(TIN)来切割三维物体，灵活性较强，但该算法的基本操作??三角形之间的求交和平面与三角形求交相比，因比较次数较多影响了算法效率。
[0005]基于体模型的切割可分为求交式方法和插值式方法两种。求交式是先确定出体元的的棱线与剖面的交点以及交点处的场值，并对交点进行排序，得到一个带值的多边形的顶点序列，从而获取剖面的数据，再对其按照扫描线方法或其它方法进行显示。插值式是先计算出剖面与三维体数据场的包围盒相交而生成的多边形，以及该多边形对应的纹理图像，再采用纹理映射技术对剖面进行显示。这两种方法各有优缺点。基于求交的切割算法，需要测试较多的体元，并要保存所生成的多边形数据，时间、空间消耗较大，但是生成的图像质量好。因此，该方法适合于体数据量较小，体数据格网点之间间距较大以及显示区域也较大的情况；而基于插值的剖面显示算法，对空间的消耗较小，速度较快，实现方便，但是精度稍逊于前者。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种带属性三维矿体的块体模型切割生成二维剖面图的方法，将建好的基于矿体模型的块体约束模型在一定规则下进行切割，并自动将切割结果，包括位置信息与属性信息在二维平台中以剖面图的形式展示出来。本发明利用单元块体混合填充包围盒技术、克里格插值技术、块体切割技术、快速形成二维储量剖面图技术等多项新方法和新技术，来快速并高效实现块体切割并生成二维储量剖面图，及二三维数据联动交换。
[0007]本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是:提供了一种带属性三维矿体的块体模型切割生成二维剖面图的方法，包括以下步骤:
[0008](1)将三维矿体模型划分为一组填充满三维矿体模型的单元块体，各单元块体构成三维矿体模型的块体模型；各单元块体的一个顶点为该单元块体的空间几何位置的坐标原点，各单元块体的坐标原点及长、宽和高已知；根据各单元块体的坐标原点及长、宽和高计算得到单元块体各顶点的坐标；
[0009](2)利用地质统计学估值法对块体模型进行属性插值，计算各待估点的属性，从而得到各单元块体的属性；所述属性包括品位、级别和空间几何位置；
[0010](3)确定各单元块体的切面:对于每个单元块体，设定一条切线，使由切线起始坐标的高程Η加一个常量Α的值大于三维矿体模型的最大高程值，并且由切线起始坐标的高程Η减一个常量Β的值小于三维矿体模型的的最小高程值，通过切线进行高程方向上的延伸，构成切面；依次判断块体模型中每个单元块体与各自切面的相交关系:若单元块体的八个顶点均位于切面的同侧，则单元块体与切面不相交，否则单元块体与切面相交；对于与切面相交的单元块体，提取单元块体与切面的相交面，并获取单元块体的属性；
[0011](4)计算与切面相交的立方体的体积、矿石量以及金属量，其中体积=立方体的长*宽*高，矿石量=体积*比重，金属量=矿石量*品位；将大于矿石量*边界品位的立方体的金属量累计相加，得到大于边界品位的金属总量，将小于矿石量*边界品位的立方体的金属量累计相加，得到小于边界品位的金属总量；将大于矿石量*边界品位的立方体的矿石量累计相加，得到大于边界品位的矿石总量，将小于矿石量*边界品位的立方体的矿石量累计相加，得到小于边界品位的矿石总量；将大于边界品位的金属总量、小于边界品位的金属总量、大于边界品位的矿石总量、小于边界品位的矿石总量切面所在的剖面、步骤(3)提取的相交面、单元块体的品位以及三维储量估算剖面图显示在二维平台中。
[0012]步骤(1)所述的将三维矿体模型划分为一组填充满三维矿体模型的单元块体，具体包括以下过程:基于三维矿体模型的最小包围盒模型，利用正方体型单元块体填充包围盒，以三维矿体模型为约束条件对包围盒中的单元块体与三维矿体模型进行相交检测，通过确定单元块体在三维矿体模型的内外对单元块体进行取舍:位于三维矿体模型内部的单元块体留下；位于外部的单元块体舍弃；与三维矿体模型表面相交的单元块体，对其进行次分级分块，即将其划分为2个以上单元块体，并重新通过确定单元块体在三维矿体模型的内外对单元块体进行取舍，直到所有单元块体均位于三维矿体模型内部；留下的单元块体构成块体模型。
[0013]步骤(3)所述判断每个单元块体与该切面的相交关系，具体包括以下过程:将点与面的关系分为三种，包括点在面的上方、点在面的下方、点在面上；为每种位置关系赋予一个定量，当点在面的上方为1，点在面的下方为-1，点在面上为0 ;对于具有8个顶点的单元块体，分别判断顶点与切面的位置关系并确定位置关系所对应的定量，将8个定量相加，当所得值为8或-8时，单元块体的8个顶点在切面的同侧，表示切面与单元块体不相交，当所得值为其他值时，切面与块体相交。
[0014]本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于:
[0015](1)本发明利用单元块体和次分级单元块体混合填充能将矿体完全覆盖，使块体模型的体积与原始矿体的体积更加接近；
[0016](2)本发明攻克了多项关键技术，切割块体的方向除了可以选择沿切线方向，还可以选择任意方向；
[0017](3)本发明可以采用“实时制图一一实时存储”的模式数据处理的自动化代替了人工与数据库的交互，完善了数据处理机制，提高了生产精度与效率；
[0018](4)本发明能够采用单工程多图幅的处理模式，即在同一工程下，可以输出多张二维储量剖面图，操作灵活便捷。
【附图说明】
[0019]图1是本发明的流程框图。
[0020]图2是本发明实施例的单元块体示意图。
[0021]图3是本发明实施例三维矿体模型示意图。
[0022]图4是本发明实施例块体模型示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0024]本发明提供了一种带属性三维矿体的块体模型切割生成二维剖面图的方法，参照图1，包括以下步骤:
[0025](1)将三维矿体模型划分为一组填充满三维矿体模型的单元块体:基于三维矿体模型的最小包围盒模型，利用正方体型单元块体填充包围盒，以三维矿体模型为约束条件对包围盒中的单元块体与三维矿体模型进行相交检测，通过确定单元块体在三维矿体模型的内外对单元块体进行取舍:位于三维矿体模型内部的单元块