一种基于四面体的空间特殊地质体的曲面处理方法及系统与流程

本发明涉及地质勘探，具体涉及一种基于四面体的空间特殊地质体的曲面处理方法及系统。

背景技术：

1、在现有空间曲面建模的技术中，对于曲面的处理主要有以下几种方法：

2、(1)曲面拟合：曲面拟合是一种通过拟合曲面控制点之间的局部曲面来实现平滑的方法。它可以用来创建平滑曲面，但对于非光滑曲面效果可能不佳。常见的曲面拟合方法包括最小二乘法和最小范数法。

3、(2)曲面插值：曲面插值是一种通过连接控制点之间的曲面来实现平滑的方法。它可以用于创建精确的曲面，但对于非光滑曲面可能存在过度拟合的问题。常见的曲面插值方法包括拉格朗日插值和贝塞尔插值。

4、(3)曲面细分：曲面细分是一种基于递归分割的方法，通过对曲面进行重复细分来实现平滑。它可以用于创建高分辨率的曲面，但需要考虑细分过程中产生的拓扑错误问题。常见的曲面细分方法包括catmull-clark曲面和loop曲面。

5、(4)曲面平滑算法：曲面平滑算法是一种通过对曲面进行局部平滑来实现整体平滑的方法。它可以用于改善曲面的形状，但可能会导致曲面的细节信息丢失。常见的曲面平滑算法包括laplacian平滑和taubin平滑。

6、另外上述四种曲面处理方法在三维建模过程中，都存在数据分布不均匀的情况，从而导致曲面建模存在多解性。

7、由上述可知，现有的曲面处理方法存在多解性、过度拟合、细节信息丢失、存在拓扑错误以及对非光滑曲面处理效果不佳的问题，而这些问题在空间特殊地质体的曲面建模中更加地突出，最终导致空间特殊地质体的三维模型精度不高。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于四面体的空间特殊地质体的曲面处理方法及系统，用于解决现有的曲面处理方法处理效果不佳，导致形成的空间特殊地质体的三维模型精度不高的技术问题，达到提高空间特殊地质体的三维建模精度的目的。

2、为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

3、一种基于四面体的空间特殊地质体的曲面处理方法，包括以下步骤：

4、输入空间特殊地质体的初始空间分布场，将所述初始空间分布场通过离散化方法转化为离散点集，并根据所述离散点集生成第一四面体网格；

5、对所述第一四面体网格进行质量评估，剔除不良的四面体单元，生成第二四面体网格；

6、将所述初始空间分布场插值到所述第二四面体网格上，通过第一插值函数对四面体单元内部的初始空间分布场进行平滑处理，并得到所述四面体单元内部的初始空间分布场的梯度信息；

7、根据所述初始空间分布场的梯度信息，对所述四面体单元内部的初始空间分布场进行校正，获得校正后的四面体网格；

8、根据所述校正后的四面体网格，重新生成场的离散点集，并通过第二插值函数得到插值点的场值，并根据所述插值点的场值得到校正后的空间分布场；

9、在所述校正后的空间分布场中确定空间分界面，形成所述空间特殊地质体的三维模型；

10、其中，所述第一四面体网格和所述第二四面体网格均包含若干四面体单元。

11、作为本发明优选的实施方式，在将所述初始空间分布场通过离散化方法转化为离散点集时，包括：

12、将所述初始空间分布场与标准网格进行相交，获得若干相交点，将所述若干相交点和在所述初始空间分布场内部的网格节点进行记录，形成所述离散点集。

13、作为本发明优选的实施方式，在对所述第一四面体网格进行质量评估时，包括：

14、依次遍历所述离散点集中每个离散点的邻域四面体单元，获取所述邻域四面体单元的质量度量值，根据邻域四面体单元的质量度量值得到所述第一四面体网格的质量度量平均值，将所述邻域四面体单元的质量度量值与所述质量度量平均值进行比较，若所述邻域四面体单元的质量度量值大于所述质量度量平均值，则剔除所述邻域四面体单元。

15、作为本发明优选的实施方式，在根据所述邻域四面体单元的质量度量值得到所述第一四面体网格的平均质量度量值时，包括：

16、获取所述邻域四面体单元的非正交性、扭曲度以及非均匀度，根据所述邻域四面体单元的非正交性、扭曲度以及非均匀度进得到所述第一四面体网格的非正交性平均值、扭曲度平均值以及非均匀度平均值；

17、其中，所述质量度量值包括非正交性、扭曲度以及非均匀度。

18、作为本发明优选的实施方式，在获取所述邻域四面体单元的非正交性、扭曲度以及非均匀度时，包括：

19、获取两个邻域四面体单元交面的法向矢量以及两个邻域四面体单元质心的距离矢量；

20、根据所述两个邻域四面体单元交面的法向矢量以及所述两个邻域四面体单元质心的距离矢量，得到所述邻域四面体单元的非正交性，具体如公式1所示：

21、

22、式中，为两个邻域四面体单元交面的法向矢量，为两个邻域四面体单元质心的距离矢量；

23、获取两个邻域四面体单元质心的连线与交面相交的相交点；

24、获取所述相交点与所述交面面心点的距离矢量；

25、根据所述相交点与所述交面面心点的距离矢量与所述两个邻域四面体单元质心的距离矢量，得到所述邻域四面体单元的扭曲度，具体如公式2所示：

26、

27、式中，为所述相交点与所述交面面心点的距离矢量；

28、获取所述相交点与其中一个邻域四面体单元质心的距离矢量；

29、根据所述相交点与其中一个邻域四面体单元质心的距离矢量与所述两个邻域四面体单元质心的距离矢量，得到所述邻域四面体单元的非均匀度，具体如公式3所示：

30、

31、式中，为所述相交点与其中一个邻域四面体单元质心的距离矢量。

32、作为本发明优选的实施方式，在得到所述第一四面体网格的非正交性平均值、扭曲度平均值以及非均匀度平均值时，包括：

33、获取所述第一四面体网格中四面体单元的数量，根据所述四面体单元的数量得到所述第一四面体网格的非正交性平均值、扭曲度平均值以及非均匀度平均值，分别如公式4、公式5以及公式6所示：

34、

35、

36、

37、式中，v为所述第一四面体网格中四面体单元的数量。

38、作为本发明优选的实施方式，在通过第一插值函数对四面体单元内部的初始空间分布场进行平滑处理时，包括：

39、获取所述四面体单元内部的第一插值点，并针对每个所述第一插值点选定两个相邻插值点，分别为第一相邻插值点和第二相邻插值点；

40、根据所述第一相邻插值点和所述第二相邻插值点获得相应的第一插值函数，具体如公式7所示：

41、

42、式中，x为所述第一插值点的x坐标，xl-1为第一相邻插值点，xl为第二相邻插值点；

43、通过所述第一插值函数对所述第二四面体网格进行平滑处理，得到平滑后的四面体网格。

44、作为本发明优选的实施方式，在得到所述四面体单元内部的初始空间分布场的梯度信息时，包括：

45、获取所述平滑后的四面体网格中四面体单元内部的第二插值点，进一步获取所述第二插值点的相邻插值点，记为第三相邻插值点，并对所述第二插值点指定一相邻的数据范围，根据所述第三相邻插值点和所述相邻的数据范围得到回归系数，具体如公式8所示：

46、

47、式中，a为所述第二插值点的x坐标，ak为所述第三相邻插值点的x坐标，f(a)为所述相邻的数据范围。

48、作为本发明优选的实施方式，在得到所述四面体单元内部的初始空间分布场的梯度信息时，还包括：

49、根据所述回归系数得到所述四面体单元内部的初始空间分布场的梯度，具体如公式9所示：

50、

51、式中，b为所述第二插值点的y坐标，ek为回归系数，为a的加权平均值，为b的加权平均值。

52、一种基于四面体的空间特殊地质体的曲面处理系统，包括：

53、四面体网格生成单元：用于输入空间特殊地质体的初始空间分布场，将所述初始空间分布场通过离散化方法转化为离散点集，并根据所述离散点集生成第一四面体网格；

54、质量评估单元：用于对所述第一四面体网格进行质量评估，剔除不良的四面体单元，生成第二四面体网格；

55、梯度获取单元：用于将所述初始空间分布场插值到所述第二四面体网格上，通过第一插值函数对四面体单元内部的初始空间分布场进行平滑处理，并得到所述四面体单元内部的初始空间分布场的梯度信息；

56、校正单元：用于根据所述初始空间分布场的梯度信息，对所述四面体单元内部的初始空间分布场进行校正，获得校正后的四面体网格；根据所述校正后的四面体网格，重新生成场的离散点集，并通过第二插值函数得到插值点的场值，并根据所述插值点的场值得到校正后的空间分布场；

57、三维模型生成单元：用于在所述校正后的空间分布场中确定空间分界面，形成所述空间特殊地质体的三维模型；

58、其中，所述第一四面体网格和所述第二四面体网格均包含若干四面体单元。

59、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

60、(1)本发明在还原真实数据的前提下，通过四面体的体剖分技术形成四面体网格，并对四面体网格进行质量评估，剔除不良的网格，再对四面体网格进行平滑处理和校正，使得三维曲面更加合理，有效提高空间特殊地质体的曲面效果，并提高三维建模的精度；

61、(2)基于本发明获得空间特殊地质体的高精度三维模型，能解决三维地震勘探施工中的安全和施作效率低等问题；

62、(3)利用本发明提供的方法得到的数据分布均匀度高，在进行曲面建模时不存在多解性的问题；

63、(4)利用本发明提供的方法得到的数据连续性高，能形成稳定的空间曲面；

64、(5)本发明从空间场描述的角度来进行空间曲面描述，不同于传统对表面数据进行描述的思路，免去了处理表面数据时的复杂步骤，提高了三维建模的效率。

65、下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。