复杂地质体三维建模与可视化技术应用

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复杂地质体三维建模与可视化技术应用

目前地质工程中采用的地理信息系统通常都是利用二维的地表地物无数和属性信息来进行表现

的，而要将其扩展到真三维包含地下地质结构的地质信息系统依然存在着一定的难度。通过对

地质工程项目中不同阶段内容的分析和研究也可以看出，整个工程的周期相对较长并且有着一

定的复杂性，这样就会存在大量的地质信息资料，而利用三维模型图形图像来进行管理相对以

往的数据库以及图表等要更加有效。在建立地质工程复杂地质体的三维模型时，还需要对岩层

界面以及结构面组合关系等内容进行详细的分析，从而利用可视化的技术来对反映出地质结构

的整体面貌，地质工作者也可以对地质工程中的岩层以及地质活动规律进行更好的勘探和检

测。

　 1　复杂地质体可视化技术的应用分析

在利用三维建模软件 TITAN 勘测时需要明确三维建模软件的基本应用原理，同时在建立镇三

维实体模型的过程中也需要通过平行的剖面数据来对三维空间的复杂性状物进行整理和开发。

目前应用的三维建模软件都是由北京东方泰坦科技有限公司开发的，其中三维建模软件 TITAN

属于地学综合信息系统中的一项重要组建，整个组件也是框架建模中的一个重要部分，其中主

要组成部分有以下几方面内容：首先，剖面的数据处理模块、建立剖面数据以及为建立三维实

体模型提供一系列平行剖面组成的框架数据等等，并且数据剖面是由多边形、环形以及点元素

来构成的。其次，在处理对应关系模块时，要建立起不同模块之间的相对应的关系，其中包括

了剖面之间、多边形之间、点之间等等内容，建立三维实体模型剖面对应关系也需要在建立建

模元素或自荐的三维空间中建立起相应的联系。最后，模型处理模块在建立实体模型模块时候

要利用剖面数据以及剖面剑的对应关系来建立起三维实体模型，这样在对模型进行任意切割、

计算面积以及对体积的处理上也要按照标准的要求来进行。利用三维建模软件来进建模时可以

将三维建模以及图形处理引擎紧密的联系在一起，这样适用的范围就会更加广泛。同时，针对

一些相对专业的地质内容建模还需要填充一些新的专业模块，比如地质工程模块等等。而相比

其他国家的三维建模软件，我国在针对复杂地质体建模与分析的针对性上还存在着一定的不

足，这样在进行专业性的地质工程中就体现不出特殊性，因此还需要对其进行进一步的分析和

研究，从而加以改进和完善。

2　地质工程复杂地质体三维建模和可视化的关键技术问题分析

2.1 离散数据的插值与拟合地质信息的插值和拟合函数要根据实际勘测数据建立，实测数据越

丰富精确，得到的地质模型越能够真实描绘出这些信息的空间分布规律。对于不同的地质信

息，需采用不同的拟合函数。地表地形测量数据（X 坐标、Y 坐标和地表高程Z）、地下水位

埋深测量信息（地下水位测点地表 X 坐标、Y 坐标和水位埋深 h ）等的曲面图形生成可归结为

双自变量离散数据的插值和拟合。

2.2 三维数据结构地质工程地质体一般是不规则形体，在计算机图形学中曲线和曲面总是分别

通过很多微小直线段和微小三角面逼近，来模拟地层岩性界线和岩层曲面，即岩层界面（和地

表曲线、地下水位面等地质层面界线）和岩层曲面都分别是许多微小直线段和微小三角面的集

合。这就要求必须具备有效的分层的三维数据结构，比如地质工程地质体空间中的点由有三

位坐标分量表示，微小直线段由其两个端点组成，地质层面界线由所有属于该边界的微小直线

段组成，而岩层曲面由微小三角面组成。有效的三维数据结构能够确保人机交互和查询的实

现。

2.3 曲面求交地质体中存在大量各种层面，包括地表、地下水位面、地层层面等，当出现地层

不整合、地层尖灭和地下水出露于河谷地表等情形时，就自然会遇到曲面间求交的问题；地质

体三维模型的上部边界是地表曲面，通过数学方法拟合出的岩层面或地下水位面不应超出地表

曲面，即超出部分不应显示。同样的，当显示多层地层时，下面的每一岩层应以其上一岩层为

边界。因此，为了可视化地层界面必须要解决地层面与地表或其他地层面的求交问题。另一

方面，在剖面图成图时，地质界线的绘制是通过显示剖面（平面）与各种地质界面（曲面）求

交所得出的交线。因此曲面求交包括地质界面（层面）之间的相交，和地质界面与剖面的相交

两类问题。

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摘要：

复杂地质体三维建模与可视化技术应用目前地质工程中采用的地理信息系统通常都是利用二维的地表地物无数和属性信息来进行表现的，而要将其扩展到真三维包含地下地质结构的地质信息系统依然存在着一定的难度。通过对地质工程项目中不同阶段内容的分析和研究也可以看出，整个工程的周期相对较长并且有着一定的复杂性，这样就会存在大量的地质信息资料，而利用三维模型图形图像来进行管理相对以往的数据库以及图表等要更加有效。在建立地质工程复杂地质体的三维模型时，还需要对岩层界面以及结构面组合关系等内容进行详细的分析，从而利用可视化的技术来对反映出地质结构的整体面貌，地质工作者也可以对地质工程中的岩层以及地质活动规律进行更好的勘...

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