專利名稱：三維地質(zhì)模型定制式無損任意分割方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及需要對地質(zhì)模型進(jìn)行空間分析的領(lǐng)域，如基礎(chǔ)地質(zhì)、礦產(chǎn)地質(zhì)、石油地質(zhì)、 工程地質(zhì)、城市地質(zhì)等領(lǐng)域。
技術(shù)背景從20世紀(jì)80年代后期以來，信息技術(shù)的發(fā)展給地質(zhì)領(lǐng)域帶來了一系列的新的技術(shù)與方 法，使地質(zhì)分析從二維分析跨越到了三維空間分析，這些改變使地質(zhì)分析可以更直觀、更清 晰、更方便，所采用的技術(shù)方法和手段也更多。目前比較成熟的空間分析在地質(zhì)領(lǐng)域可以具 體表現(xiàn)為鉆孔、構(gòu)造等屬性數(shù)據(jù)的空間査詢，空間坐標(biāo)、長度、距離、角度等空間量測，體 積和面積等空間計(jì)算，橫、縱、平等空間剖面切割分析等矢量剪切是地質(zhì)領(lǐng)域空間分析應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一。從幾何學(xué)角度看，矢量剪切可分 X方向、Y方向、Z方向和任意方向剪切。其基本方法原理為取出所有圖形數(shù)據(jù)點(diǎn)，判斷此 點(diǎn)是在剪切面的哪一側(cè)，保留在其中一側(cè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，舍棄在另一側(cè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)；然后求出剪切面與所保留圖形的交點(diǎn)，并將這些交點(diǎn)按照圖形的拓?fù)潢P(guān)系形成相應(yīng)的填充區(qū)，根據(jù)繼承的拓?fù)潢P(guān)系與保留圖形一起形成新的實(shí)體。例如，矢量剪切平面方程為a.x+b，y+oz+d《，則 a.X+b.y+c.z+d<0和a.X+b.y+c.z+d>0，分別代表了矢量剪切平面兩側(cè)的圖形。 一旦確定保留其 中一側(cè)，便同時(shí)舍去了另一側(cè)。具體可以細(xì)分為對線條、對多邊形、對空間曲面和對注釋文 字等點(diǎn)符號的裁剪。但是在實(shí)際應(yīng)用中，由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性和現(xiàn)有技術(shù)的局限性， 一些更具實(shí)用價(jià)值的 空間分析至今處理得不理想，如地下建筑群與整個(gè)地質(zhì)模型這兩個(gè)復(fù)雜模型的相互切割等，其原因包括高精度三維模型的建立本身就具有很高的難度，而三維空間分析是建立在三維 模型之上的；三維空間數(shù)據(jù)模型的復(fù)雜性也給復(fù)雜的空間分析帶來很大的難度；復(fù)雜空間分 析對硬件有比較高的的要求；等等。使在目前經(jīng)常采用的建造實(shí)體幾何法(CSG)或邊界表示 法(B-R印)或掃描表示法建立的三維模型上都不能理想地處理復(fù)雜剪切問題。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種三維地質(zhì)模型定制式無損任意分割方法，該方 法是在基于"二體式"數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立的三維模型上，可以由用戶自由定制復(fù)雜的空間組合切 割方式，對三維模型進(jìn)行無精度損失的空間分析。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是將基于"二體式"數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立的三維地 質(zhì)模型中不同體的分割，轉(zhuǎn)換為對對應(yīng)面的切割，切割條件由用戶自由定制，對復(fù)雜地質(zhì)體 進(jìn)行任意復(fù)雜切割，同時(shí)保證切割前后體的完整性。本發(fā)明采用的"二體式"數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是對B-R印數(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，從而較大幅度降低了三維模型的數(shù)據(jù)量，簡化了三維模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提高了數(shù)據(jù)處理速度，降低了對硬件的要求，可以比較理想地處理復(fù)雜模型間 的矢量剪切問題。
本發(fā)明還具有以下主要的優(yōu)點(diǎn)
其一.可以由用戶自由定制復(fù)雜的切割條件，如用龐大復(fù)雜的地下建筑群對整個(gè)模型進(jìn)行 切割；切割后，可以把兩部分(切割部分和被切割部分)拉開，既可以觀察兩部分的表面情 況，也可以進(jìn)入里面進(jìn)行觀察；在切割過程中，可以把模型相互剪切的交線及其屬性同時(shí)保 留在兩部分模型上，如把地下建筑群在切割地質(zhì)模型時(shí)遇到的各種地質(zhì)情況反映在地下建筑 群模型上。這些功能的實(shí)現(xiàn)可以為多種復(fù)雜分析提供直觀而充分的支持。
其二.可以由用戶同時(shí)定制多個(gè)切割條件， 一次性切制大量的平面或剖面。
其三.在剪切過程中，會依據(jù)空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，進(jìn)行自動封閉成體操作，使剪切后兩部分 仍是完整的體。 .
其四.在復(fù)雜剪切過程中，不會降低原模型的精度。


圖1是本發(fā)明的任意形狀剪切說明示意圖。 圖2是復(fù)雜模型剪切結(jié)果示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對具體實(shí)施方式
進(jìn)行說明。
本發(fā)明提供的三維地質(zhì)模型定制式無損任意分割方法是將基于"二體式"數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建 立的三維地質(zhì)模型中不同體的分割，轉(zhuǎn)換為對對應(yīng)面的切割，切割條件由用戶自由定制，甚 至可以把龐大復(fù)雜的地下建筑群作為空間剪切條件，來對三維地質(zhì)模型進(jìn)行空間剪切分析， 完成對復(fù)雜地質(zhì)體進(jìn)行任意復(fù)雜切割，同時(shí)保證切割前后體的完整性。
本方法具體采用以下步驟的方法
(1) 依據(jù)"二體式"數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立三維地質(zhì)模型，要求三維地質(zhì)模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)符合"二 體式"數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要求，即相鄰兩個(gè)體單元接觸部分的兩個(gè)面由一個(gè)共用面代替(被合并成 為一個(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。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)潢P(guān)系的保持，也有利于進(jìn)一步對三維實(shí)體進(jìn)行矢 量剪切及動態(tài)演化模擬。
(2) 由用戶定制任意分割條件，可以用一個(gè)或多個(gè)條件或不同條件的組合來定制分割條 件，如定義一個(gè)起始位置和間隔距離來切割大量剖面或平面；或用地下建筑群的邊界作為分 割條件等等。
(3) 對體的分割轉(zhuǎn)換為對對應(yīng)面的分割即把對體的分割轉(zhuǎn)換為對組成這個(gè)體的面的切 割，找出要切割的面。
(4) 分割面求出切割部位的交點(diǎn)和交線，并把原來的面在切割部位一分為二。
(5) 在切割部位，依據(jù)用戶需要和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)把分割前后被切割的面重新封閉成體，即切 割完后再把切割部位的各個(gè)面封閉成體。切割后各部分仍然是完整的體，保持原來的屬性與精度不變，即切割前后數(shù)據(jù)是無損的。
(6)保留用戶需要觀察的面或體，把不需要的部分刪除或隱藏。
切割后，形成的切割和被切割部分同時(shí)保留有切割過程中相互的交線及其屬性。可以拉 開切割和被切割部分，對二者的表面情況或里面情況進(jìn)行觀察。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限定本發(fā)明。
1. 采用以下的方法，獲得用戶想要的任意形狀 為方便敘述，圖l采用三維模型的切面來進(jìn)行說明。
要在三維模型切出H部分所示的形狀(ASTUVC')，其方法是按順序，先處理第一個(gè)面 AA'，用AA'面剪切三維模型，將AA'面的法線nl方向的背面保留，右面用作下一次被剪對象; 對BB'面，在剩下的要處理的對象中，保留其法線n2背面(下面)部分，即A'TUB'，而讓正 面ASTUB'作為下一次的被切對象，同樣，對剪切面CC'，與剩下的體相切后，保留其法線n3 背面的體B'UVC'，而余下的正面部分，由于再沒有剪切面了，將被拋棄或作為切后的另一個(gè) 模型放置(C'UTSA)，這樣就完成了H形狀對三維地質(zhì)模型的剪切處理，即得到了需要的H形 狀。
在此處理過程中，H部位的形狀是可以由用戶任意定制的，其它任意形狀也可以根據(jù)此 方法進(jìn)行。
2. 復(fù)雜地下建筑群剪切三維模型后的結(jié)果 如圖2所示，其處理步驟如下
1) 用戶自由設(shè)計(jì)地下建筑群的三維模型；
2) 把用戶自由定制的地下建筑群作為剪切三維地質(zhì)模型的條件；
3) 采用圖l所述的方法，用地下建筑群剪切三維地質(zhì)模型。
4) 舍棄或隱藏建筑群以外的三維模型，得到地下建筑群剪切地質(zhì)模型的結(jié)果； 從剪切的結(jié)果上可以明顯看出建筑群各個(gè)部位會遇到的各種地質(zhì)情況，從而為地下建筑
群的設(shè)計(jì)、施工或其他處理提供完整的地質(zhì)依據(jù)。
權(quán)利要求
1.三維地質(zhì)模型定制式無損任意分割方法，其特征是將基于“二體式”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立的三維地質(zhì)模型中不同體的分割，轉(zhuǎn)換為對對應(yīng)面的切割，切割條件由用戶自由定制，對復(fù)雜地質(zhì)體進(jìn)行任意復(fù)雜切割，同時(shí)保證切割前后體的完整性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維地質(zhì)模型定制式無損任意分割方法，其特征是采用以下步驟的方法(1) 依據(jù)"二體式"數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立三維地質(zhì)模型；(2) 由用戶定制任意分割條件；(3) 對體的分割轉(zhuǎn)換為對對應(yīng)面的分割；(4) 分割面；(5) 依據(jù)用戶需要和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)把分割前后被切割的面重新封閉成體；(6) 保留用戶需要的面或體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維地質(zhì)模型定制式無損任意分割方法，其特征是用線或 面或體對三維地質(zhì)模型進(jìn)行任意分割，并且采用自動封閉技術(shù)，使切割后各部分仍然是完整 的體，保持原來的屬性與精度不變，即切割前后數(shù)據(jù)是無損的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的三維地質(zhì)模型定制式無損任意分割方法，其特征是對三維地質(zhì)模型進(jìn)行任意分割時(shí)，由用戶自由定制復(fù)雜的切割條件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維地質(zhì)模型定制式無損任意分割方法，其特征是對三維地質(zhì)模型進(jìn)行任意分割后，形成二維或三維平面、二維或三維剖面；用多面組合切割時(shí)， 一次形成數(shù)十個(gè)或更多的剖面或平面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維地質(zhì)模型定制式無損任意分割方法，其特征是切割后，形成的切割和被切割部分同時(shí)保留有切割過程中相互的交線及其屬性。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的三維地質(zhì)模型定制式無損任意分割方法，其特征是可以拉開切 割和被切割部分，對二者的表面情況或里面情況進(jìn)行觀察。
全文摘要
本發(fā)明提供的三維地質(zhì)模型定制式無損任意分割方法是將基于“二體式”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立的三維地質(zhì)模型中不同體的分割，轉(zhuǎn)換為對對應(yīng)面的切割，切割條件由用戶自由定制，對復(fù)雜地質(zhì)體進(jìn)行任意復(fù)雜切割，同時(shí)保證切割前后體的完整性。本方法具有廣泛的用途，可應(yīng)用于地質(zhì)、礦產(chǎn)、石油、建筑、水利水電工程、土木工程等需要進(jìn)行三維空間分析的所有領(lǐng)域。
文檔編號G06T17/05GK101251930SQ20071005307
公開日2008年8月27日 申請日期2007年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月30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 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)