一种三维地质模型可视化分析方法及系统与流程

本发明属于三维模型可视化，具体涉及一种三维地质模型可视化分析方法及系统。

背景技术：

1、三维地质建模(3d geology modeling)是运用计算机技术，在虚拟三维环境下，将空间信息管理、地质解译、空间分析与预测、地学统计、实体内容分析以及图形可视化等工具结合起来，并用于地质分析的技术。三维地质模型可以在三维立体场景中清楚地展现三维要素之间的空间关系，相比于传统的二维的图形化展示环境，三维地质要素间复杂的空间关系可以更加容易的区分与表达。依托地质模型的三维可视化技术，三维地质体结构可以通过设置不同的颜色、纹理、透明度等方法，直观、清晰、立体地表达地质要素与人工要素之间的三维空间关系与相互切割关系，且能进行复杂的空间分析及计算。三维地质建模及可视化分析技术在区域地质调查、矿产资源勘探、城市地质勘探与城市区地下空间管理、水文地质、工程地质、环境地质、地震预报等众多在国民经济中起支撑作用的行业中发挥着重要作用。

2、三维地质模型的属性可视化主要指的是依托三维地质模型对地下空间中的不同种类的地学属性进行可视化渲染及空间分析的技术方法。属性可视化的方法与三维模型结构本身有着密切关系，不同的空间结构表达形式对可视化的渲染方式、渲染性能有着较大的影响。常用的空间结构表达主要有brep(边界表达法(boundary/representation)和构造型立体几何表达法(constructive solid geometry，简称csg法)，边界表达法注重表达与几何空间的点、边和面，这种方法的优点是能快速地绘制立体或线框模型，缺点是不能表达其内部空间的情况。构造立体几何表达法将一些简单的三维几何基元(如立方体、圆柱体、环、锥体等)加以组合、变化成复杂的三维模型实体，这种方法的优点是易于控制存储的信息量，所得到的实体真实有效，并且能方便地修改它的形状。对于属性的展示主要包括颜色、纹理、透明度等几种形式的展示方法，其中对于颜色的渲染可以按以顶点、面元、体元为最小单元着色等几种形式。

3、常见的基于地质结构模型进行地质属性展示的方法主要包括基于点阵的属性可视化方法、基于表面属性可视化方法、基于体元的属性可视化方法，显示属性主要针对单一属性以颜色或者纹理进行属性的表达，存在表达内容不够丰富和灵活的问题。因为地质三维建模一般范围较大，当建模精度提高时，空间模型结构的复杂度会显著上升，表现为顶点、面元等的急剧增加，传统的基于点阵、体元的空间结构表达和属性可视化方法就难以有效的渲染，以及存在渲染性能较低的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，本发明提供了一种三维地质模型可视化分析方法及系统，本发明基于三棱柱结构，对三维地质模型多维属性进行可视化分析，能够实现三维空间下基于三维地质结构模型进行岩性、地质属性的多维信息可视化渲染，并能基于多维属性条件进行空间属性检索分析及分析结果的可视化，具有很好的实际应用效果。

2、为了到达预期效果，本发明采用了以下技术方案：

3、本发明公开了一种三维地质模型可视化分析方法，包括：

4、获取三维地质模型；

5、将所述三维地质模型进行数据结构转换以实现可视化分析展示；

6、将可视化分析展示的第一立体几何图形基于属性分区进行可视化追踪计算；

7、通过标准化岩性纹理图案与颜色组合，对可视化追踪计算得到的第二立体几何图形进行可视化渲染。

8、进一步地，所述获取三维地质模型具体包括：创建三棱柱结构模型或者输入三棱柱结构模型；所述创建三棱柱结构模型具体包括：

9、以区域范围内地质分层结构为约束条件，采用基于tin网构建层状地质三维模型结构的方法，设置网格划分精度、顶底dem约束、地层尖灭系数，构建层状棱柱结构三维地质模型，通过三维模型交换格式输入层状棱柱结构三维地质模型，对层状棱柱结构三维地质模型进行三角拆分及拓扑检查，使得层状棱柱结构三维地质模型转换为三棱柱结构模型。

10、进一步地，所述将所述三维地质模型进行数据结构转换以实现可视化分析展示具体包括：综合使用边界表达法和构造立体几何法来组织和管理空间结构数据以同时实现边界表达与立体几何表达的数据结构转换。

11、进一步地，所述综合使用边界表达法和构造立体几何法来组织和管理空间结构数据以同时实现边界表达与立体几何表达的数据结构转换具体包括：

12、采用基于顶点列表、面列表以及邻接关系矩阵来记录上下三角形网格的信息；

13、将上下三角形网格对应的6个顶点组合形成三棱柱；

14、通过上下三角形网格的邻接关系计算得到边界顶点索引，根据边界顶点索引计算得到侧面三角形网格，将上下三角形网格和侧面三角形网格组合形成三棱柱结构模型。

15、进一步地，所述将可视化分析展示的第一立体几何图形基于属性分区进行可视化追踪计算具体包括：

16、获取立体几何图形空间表面表达的模型；

17、设置属性查询分段；

18、选取预设分段进行立体几何图形空间表面属性分区计算，通过计算每个三角形对应的分区再聚合形成整个表面的属性分区表面；

19、根据分区表面对应的岩性、属性颜色进行模型的纹理和颜色的动态渲染；

20、将最终得到的所有分区表面按图层进行组织管理和组合显示。

21、进一步地，该方法还包括：对立体几何图形空间中的属性等值面进行追踪显示，计算分段上下界等值面，再将上下界等值面与属性分区表面进行组合以获得该分段对应的空间范围。

22、进一步地，所述对立体几何图形空间中的属性等值面进行追踪显示，计算分段上下界等值面，再将上下界等值面与属性分区表面进行组合以获得该分段对应的空间范围具体包括：

23、从存储的数据结构中选取所有的三棱柱结构模型的空间属性值；

24、选取预设分段进行空间等值面计算得到两个属性对应的等值面；

25、将等值面以及分区表面进行缝合形成若干个封闭体模型；

26、对所述封闭体模型依据属性进行渲染。

27、进一步地，所述通过标准化岩性纹理图案与颜色组合，对可视化追踪计算得到的第二立体几何图形进行可视化渲染具体包括：

28、选取一个地层并根据地层的岩性来确认该地层的岩性符号；

29、基于表面等值分区追踪以及空间等值面追踪来实现对相同岩性、属性空间的分割以得到由表面上追踪的分区与空间等值面的组合围成的空间；

30、将岩性符号与颜色渲染方案进行合成，指定生成纹理图的尺寸以生成符合指定显示效果的渲染纹理；

31、确定纹理渲染的比例大小，对分割后的空间进行贴图以得到纹理和颜色组合表达的空间属性体模型。

32、进一步地，该方法还包括：通过插值算法计算得到立体几何空间中任意点的属性值。

33、本发明还公开一种三维地质模型可视化分析系统，包括：

34、获取模块，用于获取三维地质模型；

35、可视化分析模块，用于根据上述任一所述一种三维地质模型可视化分析方法进行三维地质模型可视化分析。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供了一种三棱柱结构的三维地质模型多维属性可视化分析方法及系统，本发明是一种通用的针对基于层状棱柱结构地质模型的空间属性可视化场景的解决方案。本发明通过使用基于顶点、邻接关系的网格存储模式以及综合使用表面表达与立体几何表达来组织管理层状空间模型可以很好地根据建模范围来调整最终渲染的数据量大小，并能在属性计算时对整个立体空间进行属性插值计算以保证属性计算的准确性。通过使用棱柱均分的思路来调整垂向建模精度，使得空间插值结果的分布更加均匀。本发明采用基于表面的等值分区追踪和基于棱柱的立体空间等值面追踪方法来依据场景需求以调整计算的内容，快速追踪出指定属性分段的空间分布状态，进而满足大范围地质属性可视化分析的需求。本发明通过采用国标纹理与属性分段赋色的组合渲染机制，可以同时展示地层岩性与地质属性的信息，丰富了地质属性渲染的效果。本发明采用多维属性预插值模式来支持动态的属性空间查询分析，可以很好地支持多维属性的空间查询及切换展示，不仅能够渲染指定属性空间范围的需求，并且能够兼顾渲染性能和渲染效果。本发明在地球物理勘察、污染场地调查、水质环境监测等多个领域中使用，有效的支持了不同的空间属性与结构模型的融合以及可视化分析。