基于nurbs的隧道与地层一体化三维建模

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1、摘要随着隧道工程领域信息化的不断发展，二维格式图件日益不能满足实际需求。三维模型有助于直观、清晰的了解实体信息。在隧道工程领域，隧道设计和施工受到地质环境、地质构造、岩性等因素影响较大。隧道与地层一体化三维建模有助于地质工作人员直观的了解隧道经过地层的细节情况，起到一个辅助作用，同时，对隧道的设计和施工起到一定的指导作用。在分析隧道与地层本身及其数据资料的特点基础上，为实现隧道与地层一体化的三维模型建立，同时，使隧道、地层三维模型采用统一的数学模型表达，选择基于Nurbs（非均匀有理B样条）理论进行三维模型建立。本文主要研究

2、工作如下：(1)基于Nurbs构建了隧道与地层一体化三维建模框架。根据地层钻孔数据和隧道设计数据，采用Nurbs曲面一致性表达地层和隧道，求取地层与隧道的地层交线，对隧道曲面贴地层纹理，实现隧道与地层一体化三维模型构建。(2)提出一种基于Nurbs的隧道中心线型值点确定方法。针对隧道中心线型值点获取对从CAD中提取的采样点依赖性强问题，通过控制Nurbs曲线节点矢量值的分布，实现了可控的隧道中心线型值点的方法。(3)实现Nurbs曲面求交方法。曲面求交是隧道与地层一体化三维建模的关键方法；为解决Nurbs曲面直接求交数值计算

3、困难问题，将Nurbs曲面转化为Bezier曲面片并选择曲面求交的分割法实现Nurbs曲面交线求取。采用Nurbs曲面一致性表达地层和隧道，有利于构建隧道与地层一体化三维模型框架。与单一的地质或隧道三维模型相比，对隧道设计施工及后期维护更具重要意义。关键字：三维模型、非均匀有理B样条、隧道、地层、一体化i万方数据ABSTRACTWiththecontinuousdevelopmentofinformatizationinthefiledoftunnelengineering,2-dimensionalmapscannotme

4、etthedemandincreasingly.3-Dmodelishelpfultounderstandingofentityinformationclearlyandintuitively.Thedesignandconstructionoftunnelareinfluencedbysomefactors,likegeologicalconditions,geologicalstructure,lithologyandothers.Tunnelandstratumintegrationmodelingof3D,playa

5、supportingrole,canhelpgeologicalengineerstounderstandthedetailsofstratumwhichtunnelthrough.Atthesametime,itplayaguidingroleinthedesignandconstructionoftunnel.Inthispaper,three-dimensionalmodelingusingthetechnologyofNurbs,basedontheanalysisthecharacteristicoftunnela

6、ndstratumdata.Thistechnologycanmaketunnelandstratumusethesamemathematicalmodel,andithelpfultotunnelandstratumintegrationmodelingof3D.Inthispaper,mainworkincludesthefllowings：(1)ConstructiontheFrameworkof3DmodelingoftunnelandstratumintegrationbasedonNURBS.Basedonbor

7、eholedataanddesigndataoftunnel,consistentpresentationofstrataandtunnelbyNurbssurface;Calculatetheintersectionofstataandtunnel;Usingthetextureofstratamappingthesurfaceoftunnel;Constructionthe3Dmodelingoftunnelandstratuminteration.(2)Themethodfordeterminethepointsonn

8、urbscurveoftunelispresented.AccordingtotheacquistionpointsfromthecentercurveoftunnelseriouslyrelyonthesamplepointswhichextractfromCADdocument,rea