一种断层构造动态符号的参数化建模方法及装置

本发明涉及地理信息技术，尤其涉及一种断层构造动态符号的参数化建模方法及装置。

背景技术：

1、断层构造是地球内部岩层在内力作用下，两侧沿破裂面发生明显位移的一种面状构造。作为一种常见的地质构造，断层构造动态演化过程的符号化表达，具有重要意义。

2、目前断层符号的表达多局限于二维层面，难以满足三维地理信息场景中表达断层三维空间结构和四维时空演化过程的需要。此外，目前针对断层构造所建立的三维模型，虽然也能作为三维符号使用，但多是依赖钻孔或产状的非参数化建模方法生成。该方法不仅对地质调查数据的依赖性较高，而且建模效率低，适用范围有限。

技术实现思路

1、发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种效率更高、适用范围更广的断层构造动态符号的参数化建模方法及装置。

2、技术方案：本发明所述的断层构造动态符号的参数化建模方法包括：

3、(1)获取用户设置的地层参数、断层面参数和断层运动参数，形成地层参数集合t，断层面参数集合f和断层运动参数集合m；

4、(2)基于地层参数集合t，通过产状推演方法，生成各层的三维地层模型，并存入三维地层模型集合s；

5、(3)基于断层面参数集合f，通过产状推演方法，生成三维断层面模型，并存入三维断层面模型集合a；

6、(4)对于三维断层面模型集合a中每一三维断层面模型，通过三维裁切运算方法，将三维地层模型集合s中的各个三维地层模型分割为左右两盘，并存入三维地层实体模型集合s′中；

7、(5)基于断层运动参数集合m，按照仿射变换方法，对s′中的所有三维地层实体模型进行断层滑动模拟，并将模拟后的模型存入三维地层实体模型集合s″中；

8、(6)运用顶点动画技术，分别以三维地层模型集合s′和s″为起始帧和结束帧，通过动画插值生成断层符号的三维动态模型。

9、进一步的，步骤(1)包括：

10、(1-1)读取用户设置的地层参数，包括各地层的参考点位置、倾角、走向、深度、长度和宽度，并存入地层参数集合t；

11、(1-2)读取用户设置的断层面参数，包括各断层面的参考点推演距离、整体走向、各分段的深度、各分段的倾角，并存入断层面参数集合f；

12、(1-3)读取用户设置的断层运动参数，包括各断层面两盘地层的左盘倾滑分量、左盘走滑分量、右盘倾滑分量、右盘走滑分量和运动模拟时间，并存入断层运动参数集合m。

13、进一步的，步骤(2)包括：

14、(2-1)自顶向下选取一地层i，读取地层参数集合t中地层i的长度、宽度、倾角、走向、深度，分别记为l、d、αi、βi、depi；

15、(2-2)若当前地层为首层地层，则将地层参数集合t中参考点位置坐标作为三维地层模型的第一特征点p0，1的坐标(xp，0，1，yp，0，1，zp，0，1)，并存入首层地层模型点集p0；若当前地层为其它地层，则以上一层地层的第一特征点pi-1，1的坐标为参考，基于上一层地层的厚度depi-1，按照以下公式推演得到当前地层第一特征点pi，1的三维坐标(xp，i，1，yp，i，1，zp，i，1)，并存入当前地层模型点集pi：

16、

17、式中，(xp，i-1，1，yp，i-1，1，zp，i-1，1)为上一层地层的第一特征点pi-1，1的坐标；

18、(2-3)基于第一特征点pi，1、长度l、倾角αi和走向βi，按照以下公式沿着倾角方向推演得到当前地层的第二特征点pi，2的坐标(xp，i，2，yp，i，2，zp，i，2)，并存入当前地层模型点集pi：

19、

20、(2-4)分别基于第一特征点pi，1和第二特征点pi，2，根据宽度d和走向βi，按照以下公式沿着走向方向推演得到地层的第三特征点pi，3坐标(xp，i，3，yp，i，3，zp，i，3)和第四特征点pi，4的坐标(xp，i，4，yp，i，4，zp，i，4)，并存入当前地层模型点集pi：

21、

22、

23、(2-5)循环执行步骤(2-1)-(2-4)，直至所有地层被遍历，得到所有地层模型点集；

24、(2-6)选取任一地层i及其下部地层的地层模型点集pi和pi+1，以此为参考构建地层i的三维地层实体模型si，并存入三维地层模型集合s；

25、(2-7)循环执行步骤(2-6)，直至所有地层被遍历，得到三维地层模型集合s＝{si|i＝1，2，...，sn}，其中sn表示地层数目。

26、进一步的，步骤(3)包括：

27、(3-1)选取任一断层面j，读取断层面参数集合f中当前断层面的整体走向和参考点推演距离，分别记为δj、fd，j；

28、(3-2)自顶向下选取当前断层面的一分段k，读取断层面参数集合f中当前分段的深度和倾角，分别记为hj，k和γj，k；

29、(3-3)若当前分段为首段分段，则按照以下公式沿着地层倾角方向推演得到断层面模型的首段分段的第一特征点vj，0，1的坐标(xv，j，0，1，yv，j，0，1，zv，j，0，1)，并存入首段断层面点集v0：

30、

31、式中，(xp，0，1，yp，0，1，zp，0，1)是首层三维地层模型的第一特征点p0，1的坐标，β0代表首层地层的走向，α0代表首层地层的倾角；

32、若当前分段非首段分段，则将上一分段的第三特征点vj，k-1，3的坐标赋值给第一特征点vj，k，1的坐标，存入当前分段的断层面点集vj，k；

33、(3-4)若当前分段为首段分段，则基于地层的宽度d，按照以下公式沿着断层面参数中的断层走向δj方向，推演得到断层面首段分段的第二特征点vj，0，2的坐标(xv，j，0，2，yv，j，0，2，zv，j，0，2)，并存入首段分段的断层面点集vj，0：

34、

35、若当前分段非首段分段，则将上一分段的第四特征点vj，k-1，4的坐标赋值给第二特征点vj，k，2的坐标，存入当前分段的断层面点集vj，k

36、(3-5)基于当前分段的第一特征点vj，k，1和第二特征点vj，k，2，按照以下公式沿着断层面倾角方向推演得到当前分段的第三特征点vj，k，3和第四特征点vj，k，4，并存入当前分段的断层面点集vj，k：

37、

38、

39、式中，(xv，j，0，3，yv，j，0，3，zv，j，0，3)代表vj，k，3的坐标，(xv，j，0，4，yv，j，0，4，zv，j，0，4)代表vj，k，4的坐标；

40、(3-6)循环执行步骤(3-2)-(3-5)，直至当前断层面的所有分段被遍历，得到当前断层面的点集vj＝{vj，k}；

41、(3-7)基于断层面点集vj，缝合面片得到三维断层面模型aj，并存入三维断层面模型集合a；

42、(3-8)循环执行步骤(3-1)-(3-7)，直至所有的断层面倍遍历，得到三维断层面模型集合a＝{aj|j＝1，2，...，an}，an表示断层面数目。

43、进一步的，步骤(4)包括：

44、(4-1)将三维地层模型集合s中的所有三维地层模型复制至新的三维地层实体模型集合s′；

45、(4-2)从三维断层面模型集合a选取任一断层面模型aj；

46、(4-3)从三维地层实体模型集合s′中选取任一模型s′n；

47、(4-4)基于断层面模型aj，通过三维裁切运算，将三维地层模型s′n分割为左右两盘三维地层模型s′n，j，l和s′n，j，r，将这两盘三维地层模型进行独立编码，存储至三维地层实体模型集合s′，并删除其中的三维地层模型s′n；

48、(4-5)循环执行步骤(4-3)-(4-4)，直至所有三维地层模型被断层面aj分割完毕；

49、(4-6)循环执行步骤(4-2)-(4-5)，直至所有断层面遍历完毕，得到最终更新完成的三维地层实体模型集合s′。

50、进一步的，步骤(5)包括：

51、(5-1)从三维断层面模型集合a选取任一断层面模型aj；

52、(5-2)从断层运动参数集合m中提取aj对应的断层面j的左盘倾滑分量、左盘走滑分量、右盘倾滑分量和右盘走滑分量，分别记为ldj、lsj、rdj和rsj；

53、(5-3)从三维地层实体模型集合s′中选取任一元素s′n，并根据独立编码判断s′n是否为断层面j分割后得到的左盘的一部分，如果是则执行步骤(5-4)；否则执行步骤(5-5)；

54、(5-4)遍历s′n中的所有点，并基于左盘倾滑分量、左盘走滑分量计算得到倾滑模拟和走滑模拟后的新的三维地层实体模型s″n，并存入三维地层实体模型集合s″：

55、(5-5)遍历s′n中的所有点，并基于右盘倾滑分量、右盘走滑分量计算得到倾滑模拟和走滑模拟后的新的三维地层实体模型s″n，并存入三维地层实体模型集合s″：

56、(5-6)循环执行步骤(5-1)-(5-5)，直至所有断层面遍历完毕，所有断层面切割地层的运动模拟完毕。

57、进一步的，步骤(5-4)中三维地层实体模型s″n的模拟方法为：

58、按照下式进行倾滑模拟：

59、

60、式中，(x，y，z)代表s′n中任一点的三维坐标，(x′，y′，z′)代表s′n中经过倾滑模拟后的任一点三维坐标，γj，0代表s′n对应断层首段的倾角，δj代表s′n对应断层的整体走向；

61、按照下式进行走滑模拟：

62、

63、其中，(x″，y″，z″)代表s′n中完成倾滑与走滑模拟变换后得到的三维地层实体模型s″n的任一点三维坐标。

64、进一步的，步骤(5-5)中三维地层实体模型s″n的模拟方法为：

65、按照下式进行倾滑模拟：

66、

67、式中，(x，y，z)代表s′n中任一点的三维坐标，(x′，y′，z′)代表s′n中经过倾滑模拟后的任一点三维坐标，γj，0代表s′n对应断层首段的倾角，δj代表s′n对应断层的整体走向；

68、按照下式进行走滑模拟：

69、

70、其中，(x″，y″，z″)代表s′n中完成倾滑与走滑模拟变换后得到的三维地层实体模型s″n的任一点三维坐标。

71、进一步的，步骤(6)包括：

72、(6-1)从三维地层实体集合s′中选取任一元素s′n，从三维地层实体集合s″中选取对应元素s″n；

73、(6-2)选取s′n中的任一点v′n，m和s″n中的对应点v″n，m；

74、(6-3)以点v″n，m的三维坐标为参考，按照以下公式设置点v′n，m的变形通道为(dx，dy，dz)，并将断层运动参数集合m中的运动模拟时间mtime赋值为点v′n，m变形时间：

75、

76、式中，(x′n，m，y′n，m，z′n，m)代表点v′n，m的三维空间坐标，(x″n，m，y″n，m，z″n，m)代表点v″n，n的三维空间坐标；

77、(6-4)循环执行步骤(6-2)-(6-3)，直至s′n中所有点被遍历，得到所有点的变形信息；

78、(6-5)循环执行步骤(6-1)-(6-4)，直至s′的所有元素被遍历，完成所有元素的动态信息生成；

79、(6-6)导出s′的三维地层实体模型和a的断层面模型，输出为fbx格式的模型文件，并绑定相应材质。

80、本发明所述的断层构造动态符号的参数化建模方法，包括处理器和存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法。

81、有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明根据用户设置的各类断层参数，在生成地层模型和断层面模型的基础上，通过三维裁切运算进行地层模型分割，并进行断层运动模拟和动态信息表达，实现三维断层动态符号的参数化建模。本发明能够根据参数调整构建不同类型的符号化断层模型，在保证建模效率的同时拥有较高的精度和较为灵活的适用范围，具有重要的研究意义和应用价值。