專利名稱：一種新的三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-二體式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地質(zhì)、礦產(chǎn)、石油、土木工程、城市地質(zhì)、建筑和水利水電工程等需要建立 三維模型的領(lǐng)域，特別是三維實(shí)體涉及到大量體單元的領(lǐng)域。
技術(shù)背景邊界表示法(B-R印，Boundary ^presentation)是目前三維建模中比較通用的方式之 一。在B-R印邊界表示法里，空間對(duì)象被分解為四類基本元素的集合，即點(diǎn)、線、面和體， 每類元素由幾何數(shù)據(jù)類型標(biāo)志及相互間的拓?fù)潢P(guān)系組成。三維實(shí)體用它的邊界來表示，并 且通過空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系來建立各邊界的聯(lián)系。其優(yōu)點(diǎn)是表示實(shí)體的點(diǎn)、線、面等幾何元素 是顯露的，能比較快地繪制出來，并且可方便地對(duì)體單元或體單元組合進(jìn)行多種操作和運(yùn)算。 其缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要占用大量的存儲(chǔ)空間，對(duì)復(fù)雜體處理起來要耗費(fèi)大量的時(shí)間， 對(duì)硬件的要求也較高。因此，有必要研究和提出新的三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以克服B-R印邊界表示法的缺點(diǎn)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)B-R印模型中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要占用大量的存儲(chǔ)空間，對(duì)復(fù)雜休處理起來要耗費(fèi)大量的時(shí)間，對(duì)硬件的要求也較高等缺陷，特提供一種新的 三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-二體式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以便簡(jiǎn)化三維模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，使其邏輯結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔，大幅度減少存儲(chǔ)仝間，提高復(fù)雜體處理的效率，降低對(duì)硬件的要求，同時(shí)又保留了B-R印模型 的顯著優(yōu)點(diǎn)，在便于建立三維模型的基礎(chǔ)上，也有利于進(jìn)一步對(duì)三維實(shí)體進(jìn)行矢量剪切及動(dòng) 態(tài)演化模擬，具有廣泛的用途。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是由一個(gè)共用面代替兩個(gè)體單元相接的兩個(gè)面，構(gòu)成二體共面結(jié)構(gòu)，所述共用面具有兩個(gè)體單元的屬性。木發(fā)明提出的二體式結(jié)構(gòu)是一種新的三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是對(duì)B-R印邊界表示法的優(yōu)化與改 進(jìn)，將空間三維實(shí)體分為線對(duì)象(Polyline 0bject)、多邊形對(duì)象(Polygon 0bject)、曲面 對(duì)象(Surface Object )、標(biāo)注對(duì)象(Text Object)和體對(duì)象(Volume Object)等，實(shí)體的三 維模型由大量的體單元組成，每個(gè)體單元不必都要有完全獨(dú)立的各個(gè)面，所有相鄰的體單元 都有個(gè)共同擁有的公共面，即在"二體式"數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，相鄰兩個(gè)體單元接觸部分的兩個(gè) 面被合并成為一個(gè)面。二體式結(jié)構(gòu)的這種特點(diǎn)，既有利于三維實(shí)體內(nèi)部各種空間位置和拓?fù)?關(guān)系的保持，也有利于進(jìn)一步對(duì)三維實(shí)體進(jìn)行矢量剪切及動(dòng)態(tài)演化模擬。本發(fā)明提出和使用的二體式結(jié)構(gòu)，具有更簡(jiǎn)潔的邏輯關(guān)系，更有效的數(shù)據(jù)組織，使以前 由于數(shù)據(jù)過于龐大、邏輯關(guān)系過于復(fù)雜等向不好進(jìn)行的工作(如復(fù)雜體的矢量剪切等)得以 順利進(jìn)行，是一種比較理想的三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其既具有B-R印模型本身的優(yōu)點(diǎn)，又較好地克 服了 B-R印模型占用大量存儲(chǔ)空間的缺點(diǎn)，進(jìn)而加快了處理速度和大幅度降低了對(duì)硬件的較
高要求，具有廣泛的用途，可以用于需要建立三維模型的相關(guān)領(lǐng)域。 下面對(duì)本發(fā)明二體式結(jié)構(gòu)所具有的優(yōu)點(diǎn)作進(jìn)一步說明(1) 三維體拓樸結(jié)構(gòu)為"二體式結(jié)構(gòu)"，體與體相接觸處只有一個(gè)公用面，公共面上的 結(jié)點(diǎn)也是公用的，而三維模型是由大量的體單元組成的，很顯然，這種結(jié)構(gòu)比所有體單元都 有獨(dú)立的結(jié)點(diǎn)和面的情況，能夠較大幅度地節(jié)省存貯空間。(2) 在節(jié)省存儲(chǔ)空間的同時(shí)，由于減少了大量要處理的對(duì)象，因而可以較大幅度地提高 體單元運(yùn)算的處理速度，使以前在相同硬件條件下處理不了或需要大量時(shí)間的運(yùn)算可以處理 了或處理的很快。也就較大幅度減低了對(duì)硬件的要求。(3) 由于二體共有一部分結(jié)點(diǎn)，擁有共同的分界面，因而體之間無縫。(4) 由于各體單元是無縫接觸，因而不但便于管理，而且由于在兩體之間不會(huì)存在縫隙， 從而也就提高了模型的精度。


圖l是本發(fā)明使用二體式結(jié)構(gòu)的三維模型表達(dá)示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供的二體式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一種新的三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由一個(gè)共用面代替兩個(gè)體單元 相接的兩個(gè)面，構(gòu)成二體共面結(jié)構(gòu)，所述共用面具有兩個(gè)體單元的屬性。所述共用面，其面上的所有的結(jié)點(diǎn)由兩個(gè)體單元共有，因而兩個(gè)體單元之間共面部分是 無縫的；由于所有相接面都具有二體共面結(jié)構(gòu)，因而所有體之間也是無縫的。由于三維地質(zhì)體是由大量的不規(guī)則體單元相接組成，每個(gè)體單元都具有多個(gè)面，除地表 面以外，其中絕大多數(shù)面之間都是相接的，采用二體式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以把所有連接的兩個(gè)面， 轉(zhuǎn)換為一個(gè)共用面，就可以把組成體的所有面的數(shù)量大幅度減少，減少幅度接近50%，因而 總體數(shù)據(jù)量也就接近減少了一半。三維地質(zhì)實(shí)體是指地質(zhì)、礦產(chǎn)、石油、土木工程、城市地 質(zhì)、建筑和水利水電等工程的地質(zhì)實(shí)體。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提出的二體式結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步說明，但不限定本發(fā)明。在三維模型中，每一個(gè)分界面都是相應(yīng)體單元的邊界，即與該曲面鄰接的體單元，有可 能有兩個(gè)，設(shè)為Va和Vb，這時(shí)在曲面上賦予兩個(gè)體積單元的屬性Va和Vb。若不滿足此條件， 需要將面折分開，最多允許鄰接兩個(gè)體單元。這種只允許作為兩個(gè)體單元的結(jié)構(gòu)在此簡(jiǎn)稱為 二體式結(jié)構(gòu)，所建立的三維模型就稱為二體式結(jié)構(gòu)三維模型。附圖1是使用二體式結(jié)構(gòu)的三 維模型表達(dá)示意圖，為了方便說明，以二維切面圖來進(jìn)行說明。圖中共有5個(gè)分界面，A、 BCD、 E、 F、 G, G為透鏡體邊界，包含6個(gè)體單元V1、 V2、 V3、 V4、 V5、 V6。 BCD面與體積單元V2、 V3、 V4及V5有關(guān)，這時(shí)為滿足上述二元結(jié)構(gòu)要求，需將它拆分為B、 C及D三個(gè)獨(dú)立的面。其中曲面A為體單元V1和V2的分界面，界面A里包含V1、 V2兩個(gè)體單元的屬性；分界 面E和F尖滅于BCD面，BCD面共涉及了四個(gè)體單元，V2， V3， V4， V5，顯然不符合前述"每 個(gè)面最多允許鄰接兩個(gè)體單元"的原則，因此，用分界面E與分界面F在面BCD上的尖滅點(diǎn) (交點(diǎn))將BCD面一分為三B面、C面及D面。這樣，分界面B僅涉及兩個(gè)體單元V2和 V3，并將V2和V3兩個(gè)體單元的屬性賦給B公用面，同理，分界面C賦予V2和V4的體拓樸 屬性，分界面D賦予V2和V5的體拓樸屬性。G涉及V5和透鏡體V6，故具有V5和V6的屬性。 從體單元的角度來看，V1僅包括曲面A; V2則由分界面A、 B、 C、 D合圍而成；V3由分界面 B、 E合圍而成；V4由分界面C、 E、 F合圍而成；V5由分界面D、 F、 G合圍而成；透鏡體僅 由分界面G封閉形成。若透鏡體V6內(nèi)物性還有所不同，可以再給定一個(gè)分界面將它劃分為不 同的體來繼續(xù)細(xì)分該體，直至所有的體單元都滿足"二體式"數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的要求。這樣表達(dá)三維模型的優(yōu)點(diǎn)是(1)節(jié)省存貯空間，如按常規(guī)B-R印邊界表示法中體的表 達(dá)，V3需要由B、 E定義，V4由E' 、 C、 F (E=E')定義，而E與E'的空間坐標(biāo)是一樣，即 E重復(fù)一遍，采用二體式結(jié)構(gòu)模型則避免了這個(gè)問題；(2)避免體之間有空隙，V3與V4的數(shù) 據(jù)采用兩套，即E、 E'，不易管理，易造成空隙或重疊，從而給后續(xù)處理帶來麻煩，也減低 了模型的精度。
權(quán)利要求
1.一種新的三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-二體式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其特征是由一個(gè)共用面代替兩個(gè)體單元相接的兩個(gè)面，構(gòu)成二體共面結(jié)構(gòu)，所述共用面具有兩個(gè)體單元的屬性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二體式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其特征是共用面上的所有的結(jié)點(diǎn)由兩個(gè)體單 元共有，兩個(gè)體單元之間共面部分是無縫的，體之間也是無縫的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的二體式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其特征是由多個(gè)體單元相接而成的三維 地質(zhì)實(shí)體，每個(gè)體單元都具有多個(gè)面，除地表面以外，其它面之間均采用一個(gè)共用面相接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的二體式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其特征是三維地質(zhì)實(shí)體是指地質(zhì)、礦產(chǎn)、石 油、土木工程、城市地質(zhì)、建筑或水利水電工程的地質(zhì)實(shí)體。
全文摘要
本發(fā)明是一種新的三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-二體式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，由一個(gè)共用面代替兩個(gè)體單元相接的兩個(gè)面，構(gòu)成二體共面結(jié)構(gòu)，所述共用面具有兩個(gè)體單元的屬性。本發(fā)明提出的二體式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對(duì)B-Rep數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，其核心改進(jìn)是用一個(gè)共用面代替了相鄰體之間的兩個(gè)面，從而節(jié)省了存儲(chǔ)空間，加快了處理速度，降低了對(duì)硬件的要求；對(duì)由大量小體組成的復(fù)雜體如復(fù)雜地質(zhì)體等，上述優(yōu)點(diǎn)尤其明顯。本發(fā)明提出的二體式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)具有廣泛的用途，可應(yīng)用于需要建立三維模型的所有領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G06T17/05GK101114384SQ20071005305
公開日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2007年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月28日
發(fā)明者何珍文, 剛 劉, 劉軍旗, 吳沖龍, 孔春芳, 張夏林, 毛小平, 田宜平, 翁正平 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)