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地質(zhì)構(gòu)造三維可視化模型探討_曹代勇

地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)學(xué)具有“數(shù)”(產(chǎn)狀、規(guī)模等構(gòu)造要素)和“形”(空間形態(tài))等兩種基本表達(dá)形式,任何復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造總是可以抽象為點(diǎn)、線、面等幾何元素的集合[1,2],從而使我們可以在空間坐標(biāo)系中對(duì)其進(jìn)行三維形態(tài)描述和數(shù)學(xué)分析[3]�？茖W(xué)可視化(VisualizationinScientificComputering)是20世紀(jì)80年代后期隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用的拓廣而發(fā)展起來的一個(gè)新的研究分支,受其推動(dòng),地質(zhì)信息的可視化成為90年代地學(xué)領(lǐng)域的研究前緣[2,4]。地質(zhì)信息的三維可視化是指以適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立地質(zhì)特征的數(shù)學(xué)模型,采用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)將數(shù)學(xué)描述以3D真實(shí)感圖像的形式予以表現(xiàn)。三維可視化技術(shù)對(duì)于地質(zhì)構(gòu)造研究十分重要。三維可視化模型能夠形象地表達(dá)地質(zhì)構(gòu)造的“真實(shí)”形態(tài)特征以及構(gòu)造要素的空間關(guān)系,結(jié)合三維GIS的信息處理和空間分析功能,可以使地質(zhì)構(gòu)造分析更為直觀、準(zhǔn)確,為地質(zhì)構(gòu)造研究定量化開拓了一條現(xiàn)實(shí)的途徑。

地質(zhì)構(gòu)造的三維可視化技術(shù)包括數(shù)學(xué)建模和可視化顯示兩方面。構(gòu)建三維模型的方法可分為表面建模法和實(shí)體建模法兩大類,其核心是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。目前三維地質(zhì)體建模較典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有規(guī)則網(wǎng)格法、TIN表面法、四面體法等;此外,李青元等(1996,1999)討論了單一體劃分下的三維矢量結(jié)構(gòu)GIS概念模型和拓?fù)潢P(guān)系[1],夏炎(1997)提出三維空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)-多面體編碼方案[2]。在三維地質(zhì)信息可視化顯示方面,除采用面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行圖形顯示系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)外,還可直接使用商品化高品質(zhì)的3D

圖形API予以實(shí)現(xiàn)。上述進(jìn)展為建立地質(zhì)構(gòu)造三維可視化模型奠定了基礎(chǔ)。

2 建立地質(zhì)構(gòu)造三維可視化模型的典型方法

地質(zhì)構(gòu)造三維可視化模型具有三維地質(zhì)體數(shù)學(xué)建模的共性。有多種方法可以建立三維地質(zhì)構(gòu)造模型的數(shù)學(xué)模型,常用三維規(guī)則網(wǎng)格法、TIN表面法、四面體法、以及綜合法。

2.1 三維規(guī)則網(wǎng)格法

三維規(guī)則網(wǎng)格法是將研究空間剖分為多個(gè)規(guī)則的網(wǎng)格,然后用相應(yīng)的網(wǎng)格描述地質(zhì)體。該方法是二維規(guī)則網(wǎng)格法在三維空間中的延伸,針對(duì)被規(guī)則剖分的空間,可以建立簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和運(yùn)用簡(jiǎn)單的算法。三維規(guī)則網(wǎng)格法的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單,不足之處是巨大的數(shù)據(jù)集和計(jì)算工作量。2.2 TIN表面法

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